陳孟洲 張磊

摘 ? 要：電影作為一種綜合的現(xiàn)代藝術(shù)蘊(yùn)含了許多物理知識(shí)。文章從電影資源在中學(xué)物理教學(xué)中的必要性出發(fā)，以電影《星際穿越》為例，挖掘其包含的物理知識(shí)，如萬(wàn)有引力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等，再結(jié)合物理學(xué)科核心素養(yǎng)，對(duì)其在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);星際穿越;中學(xué)物理;物理教育

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）5-0067-4

在多媒體設(shè)施進(jìn)入課堂的基礎(chǔ)之上，結(jié)合電影資源中的物理知識(shí)進(jìn)行物理課堂教學(xué)，已經(jīng)成為中學(xué)物理教師的一種新的選擇[1]。

1 ? ?電影資源在中學(xué)物理教學(xué)中的必要性

1.1 ? ?課程改革的要求

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[2]在課程實(shí)施部分建議：“重視課程資源的開(kāi)發(fā)、整合與利用”。該建議要求教師加強(qiáng)課程資源的開(kāi)發(fā)，積極探索來(lái)自電視與電影、科技館等視聽(tīng)資源包含的物理教學(xué)資源，以拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、研究問(wèn)題的意識(shí)和能力，逐步建立將校外資源轉(zhuǎn)化為課程資源的有效機(jī)制。

1.2 ? ?現(xiàn)實(shí)生活的需要

我國(guó)傳統(tǒng)的物理教學(xué)方式以及課程觀將物理學(xué)習(xí)資源主要局限在校園內(nèi)，導(dǎo)致物理教學(xué)和學(xué)生的物理觀念與生活實(shí)際有所脫離，難以滿足新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]。近些年來(lái)，隨著電影技術(shù)的發(fā)展，如《流浪地球》等高質(zhì)量電影因其科技性與趣味性并存，引發(fā)了眾多中小學(xué)生的喜愛(ài)。但是，在觀影時(shí)能夠認(rèn)真思考和學(xué)習(xí)影片中的物理知識(shí)的學(xué)生較少，客觀上浪費(fèi)了很多物理教學(xué)資源。面對(duì)這種現(xiàn)象，教師有必要將優(yōu)秀電影資源引入物理課堂，并作出正確引導(dǎo)，充分利用電影資源中的物理知識(shí)，結(jié)合物理學(xué)科核心素養(yǎng)，挖掘電影資源給物理教學(xué)帶來(lái)的教育價(jià)值。

2 ? ?電影《星際穿越》中蘊(yùn)含的物理知識(shí)

電影《星際穿越》是克里斯托弗·諾蘭執(zhí)導(dǎo)的一部原創(chuàng)科幻冒險(xiǎn)電影，基于理論物理學(xué)家，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主基普·索恩的黑洞理論經(jīng)過(guò)合理演化之后，加入人物和相關(guān)情節(jié)改編而成。主要講述了一隊(duì)探險(xiǎn)家利用他們針對(duì)蟲(chóng)洞的新發(fā)現(xiàn)，超越人類對(duì)于太空旅行的極限，從而開(kāi)始在廣袤的宇宙中進(jìn)行星際航行的故事[4]。這部史詩(shī)巨作蘊(yùn)含著眾多物理現(xiàn)象和物理知識(shí)，倘若將其引入物理課堂，必然會(huì)引起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，達(dá)到事半功倍的效果?，F(xiàn)將《星際穿越》影片中蘊(yùn)含的物理教學(xué)資源進(jìn)行梳理總結(jié)，并與人教版初高中教材結(jié)合，指出部分電影片段所對(duì)應(yīng)的教材知識(shí)點(diǎn)，如表1所示。

通過(guò)表1我們可以發(fā)現(xiàn)，《星際穿越》電影蘊(yùn)含的物理教學(xué)資源非常豐富，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的教材也從初中物理八年級(jí)上冊(cè)延伸到高中物理選修3-5，其中知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)頻次最多的是高中物理必修1和必修2。電影前半段主要描述主人公在地球上的日常生活，所以會(huì)有很多日常物理現(xiàn)象出現(xiàn)，這剛好對(duì)應(yīng)高中物理必修1的知識(shí)點(diǎn)分布，即常見(jiàn)的力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等;后半段主人公駕駛飛船升入太空，電影視角切換至宇宙空間，所以就會(huì)涉及到高中物理必修2的萬(wàn)有引力、宇宙航行等知識(shí)點(diǎn)，而一些拓展知識(shí)點(diǎn)則分布在其他選修教材中。倘若教師在物理課堂教學(xué)中合理應(yīng)用該電影，不僅能最大限度地發(fā)揮電影資源的教育功能，也能大大促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。

3 ? ?利用電影資源進(jìn)行物理教學(xué)的應(yīng)用

3.1 ? ?課堂引入，初步形成物理觀念

巧妙的課堂引入可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，使學(xué)生在心理上和生理上做好學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備，有利于學(xué)習(xí)新的內(nèi)容。下面以《星際穿越》片段為例，就高中物理《宇宙航行》一節(jié)進(jìn)行課堂引入。

電影片段：

老教授向庫(kù)珀介紹拯救地球計(jì)劃，即“拉撒路任務(wù)”：庫(kù)珀駕駛漫游者號(hào)與太空中最后的多功能空間站永續(xù)號(hào)對(duì)接，并利用蟲(chóng)洞和黑洞引力探索新的星球。

教學(xué)思路：

在講授《宇宙航行》這一節(jié)的時(shí)候，可以課前播放該片段。播放結(jié)束后提問(wèn)學(xué)生：永續(xù)號(hào)空間站為什么可以圍繞地球旋轉(zhuǎn)？它的速度最少是多少？若漫游者號(hào)離開(kāi)空間站探索其他星球，它的速度又是多少？學(xué)生思考并討論后，可給出解釋：永續(xù)號(hào)空間站之所以能夠一直圍繞地球旋轉(zhuǎn)，是因?yàn)槠渌艿厍蛞μ峁┝藞A周運(yùn)動(dòng)的向心力，利用萬(wàn)有引力公式，可以求出圍繞地球運(yùn)動(dòng)最低速度是7.9 km/s，而這就是第一宇宙速度的概念。如果漫游者號(hào)從空間站出發(fā)想要前往其他星球，則需要給予動(dòng)力使其加速?gòu)亩撾x地球引力，通過(guò)計(jì)算得知這個(gè)速度就是第二宇宙速度，大小為11.2 km/s。接下來(lái)就讓學(xué)生打開(kāi)教材，帶著初步形成的物理觀念全面學(xué)習(xí)宇宙航行，不僅能夠深刻理解電影片段中的物理概念，也為這堂課開(kāi)了個(gè)好頭。

通過(guò)這段教學(xué)設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生結(jié)合電影情節(jié)提前在頭腦中形成初步的物理觀念，從而增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

3.2 ? ?創(chuàng)設(shè)情境，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

物理學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)探究，而科學(xué)探究又離不開(kāi)特定的物理情境，教師可以結(jié)合電影片段中的場(chǎng)景創(chuàng)設(shè)物理情境，讓學(xué)生觀察、談?wù)?、探究，從而培養(yǎng)他們的問(wèn)題意識(shí)和探究能力[5]。下面以《星際穿越》片段為例，講述《牛頓第三定律》的教學(xué)思路。

電影片段：

庫(kù)珀駕駛漫游者號(hào)登陸曼恩星球，隨后與曼恩發(fā)生沖突，兩人在曼恩星球激烈搏斗，曼恩在懸崖邊用力推庫(kù)珀，自己也往后退。

教學(xué)思路：

在講授《牛頓第三定律》時(shí)，可以播放該片段并提問(wèn)：為什么曼恩用力推庫(kù)珀的時(shí)候，自己也會(huì)反方向后退？同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生兩兩成組模仿該情境，使得學(xué)生在實(shí)際情境中理解兩個(gè)物體間總是存在相互作用力，且這對(duì)相互作用力同時(shí)產(chǎn)生也同時(shí)消失。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生探究這對(duì)相互作用力的大小和方向有什么關(guān)系？通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)實(shí)驗(yàn)可以很快得知：這兩個(gè)力大小相等，方向相反，且作用在兩個(gè)物體上。

實(shí)驗(yàn)完畢后老師可以請(qǐng)學(xué)生對(duì)電影片段進(jìn)行詳細(xì)分析：曼恩用力推庫(kù)珀給其一個(gè)作用力，使得庫(kù)珀飛出，根據(jù)牛頓第三定律，庫(kù)珀也給曼恩一個(gè)大小相等、方向相反的反作用力，使得曼恩也隨之后退。

通過(guò)這段教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生可以有目的地模仿電影情節(jié)，親身感受力的相互作用，并由此提出假設(shè)和猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、探究相互作用力的方向和大小，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的形成。

3.3 ? ?拓展視野，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

中學(xué)生的大部分時(shí)間都在學(xué)校中度過(guò)，且對(duì)于物理現(xiàn)象的了解多源于教材，這就在一定程度上限制了他們的眼界，也限制了他們的科學(xué)思維。高中階段的學(xué)生，要能正確應(yīng)用科學(xué)思維方法，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行科學(xué)推理，解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題[6]。下面就以《相對(duì)論》一節(jié)為例來(lái)討論如何利用《星際穿越》拓展視野， 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

電影片段：

庫(kù)珀、布蘭德等駕駛飛船穿越蟲(chóng)洞后前往米勒星球，出發(fā)前多米利告訴他們米勒星球靠近黑洞，所以時(shí)間與地球有巨大差異，米勒星球的一小時(shí)相當(dāng)于地球的七年。

教學(xué)思路：

在講授《相對(duì)論》這一節(jié)時(shí)，可以播放該片段并提問(wèn)：為什么多米利說(shuō)米勒星球的時(shí)間與地球時(shí)間有巨大差異？為什么米勒星球淺淺的一層水上卻會(huì)有巨浪？同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考這段電影情節(jié)是否符合物理事實(shí)。分組討論后給出解答：因?yàn)槊桌招乔蛩幬恢迷诤诙催吘?，由于黑洞巨大的引力作用，使得米勒星球的運(yùn)行速度、重力等與地球差異巨大，導(dǎo)致時(shí)間膨脹，而具體膨脹倍數(shù)不僅與米勒星球所受引力有關(guān)，也和其運(yùn)行速度有關(guān)。根據(jù)相對(duì)論理論，米勒星球所受引力越大且運(yùn)行速度越快，其時(shí)間膨脹倍數(shù)就越大。巨浪的產(chǎn)生也是黑洞引力所致，可以引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想地球上的潮汐現(xiàn)象。

通過(guò)這段教學(xué)設(shè)計(jì)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考米勒星球上發(fā)生的種種現(xiàn)象，對(duì)其中的時(shí)間差異以及星球巨浪提出質(zhì)疑，從而引起學(xué)生積極思考。

3.4 ? ?學(xué)科滲透，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

在物理教學(xué)中滲透其他學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是物理教師的一項(xiàng)重要職責(zé)，教師要充分挖掘科技影視資源的教育功能，豐富學(xué)生的科技應(yīng)用知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)、社會(huì)、環(huán)境的理解[7]。下面以《星際穿越》片段為例，就如何進(jìn)行學(xué)科滲透、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任進(jìn)行講述。

電影片段：

電影最后時(shí)刻，庫(kù)珀和布蘭德登上永續(xù)號(hào)，但由于永續(xù)號(hào)遭到曼恩爆炸的損害使得航行中樞功能失效，所載燃料也無(wú)法支持他們返回地球。在此危機(jī)時(shí)刻，庫(kù)珀仍冷靜思考對(duì)策，他提出讓飛船靠近黑洞“巨人”，利用其引力使飛船獲得較大速度，然后利用僅存的燃料將他們推離黑洞，飛向艾蒙德斯星球。然而，在最終操作時(shí)刻，庫(kù)珀為了漫游者二號(hào)有充足燃料載布蘭德逃離黑洞，將布蘭德飛船獨(dú)自分離，而自己選擇進(jìn)入生死未卜的黑洞世界。

教學(xué)思路：

學(xué)生科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)適用于中學(xué)物理課堂的任意階段。以《萬(wàn)有引力》為例，在課程引入、知識(shí)點(diǎn)教學(xué)以及課后練習(xí)的過(guò)程都可以播放該片段，然后讓學(xué)生理解為何庫(kù)珀提出駕駛飛船靠近危險(xiǎn)重重的黑洞，體會(huì)庫(kù)珀在最后時(shí)刻作出的分離布蘭德而犧牲自我的生死抉擇，從而提問(wèn)學(xué)生：如果你是庫(kù)珀，你會(huì)作出哪種選擇？人類整體的存亡和個(gè)人生死以及家庭情感間又該如何抉擇？借此滲透人文精神，培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀和世界觀，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感。

通過(guò)這段教學(xué)設(shè)計(jì)，教師讓學(xué)生與電影主人公庫(kù)珀互換角色，親身體會(huì)在人類社會(huì)危急存亡時(shí)刻庫(kù)珀所進(jìn)行的心理斗爭(zhēng)，并適時(shí)提問(wèn)激疑，從而有效地培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，增強(qiáng)他們的社會(huì)責(zé)任感。

參考文獻(xiàn)：

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[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]孫風(fēng)波，吳偉.淺談電視節(jié)目在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖南中學(xué)物理，2015，30（9）：31-32，18.

[4]陳旭光，陳陽(yáng)，李寧，高原.《星際穿越》與科幻電影：類型、敘事與文化精神[J].創(chuàng)作與評(píng)論，2015（16）：112-128.

[5]牟嗣珍，田仁軍.高中物理教材中科學(xué)探究素養(yǎng)的呈現(xiàn)方式及教學(xué)應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討，2019，37（2）：73-74，77.

[6]胡衛(wèi)平.物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與表現(xiàn)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017，46（15）：1-3.

[7]周后升.基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的課堂滲透——以PBL導(dǎo)向下“牛頓第三定律”的教學(xué)為例[J].物理通報(bào)，2018（2）：50-54.

（欄目編輯 ? ?張正嚴(yán)）