从科幻电影中挖掘中学物理教学资源——以电影《流浪地球》为例

许玉蓉，王晓璐

贵州师范大学物理与电子科学学院，贵阳550000

《普通高中物理课程标准（2017年版）》在实施建议部分指出：“重视课程资源的开发、整合与利用。”要求物理教师有计划地将社会生活中的资源转化为物理教学资源，进而拓宽学生视野，使学生具有主动发现、研究、解决问题的意识与能力[1]。近年来，类似于《流浪地球》《地心引力》等高质量的科幻电影层见叠出，科幻电影引起了更多人群的高度关注，特别是中学生非常喜爱。如果我们将科幻热潮与中学物理教学结合起来，可以更好地实现课堂教学目标。虽然说科幻电影是普通物理教师唾手可得的教学资源，但还没有被一线物理教师广泛利用，如果能就某部科幻电影的教学资源进行深度挖掘和合理利用，将会带来很好的教学效果。

1 科幻电影《流浪地球》中的物理教学资源

电影《流浪地球》开辟了我国科幻电影的先河，自2019年初上映以来备受瞩目，目前累计票房高达46.85亿，豆瓣评分7.9分，它是由著名工程师、作家刘慈欣的同名小说改编而来，讲述了地球的生存受到威胁，人类带着地球“流浪”的故事[2]。该部影片是集视听、娱乐为一体的文化产物，如果能将其合理地利用，可以为物理教学增添新的活力。现将电影《流浪地球》中蕴含的物理知识进行整理归纳，并指出该部电影中的部分片段在苏科版初中物理教材和人教版高中物理教材中的哪些章节可以加以利用，如表1所示。

表1 电影《流浪地球》中的物理知识

续表1

2 科幻电影《流浪地球》中的物理教学资源的利用

2.1 作为课堂导入，激发学习兴趣

利用广受学生欢迎的电影片段进行课堂导入，能够产生很好的教学效果，能够瞬间捕捉到学生的注意力，激发学生的学习兴趣。下面就高中物理《核聚变》这一节如何利用《流浪地球》的片段进行课堂导入为例。

电影片段：

电影开始设定的情节为：斗转星移，在未来太阳不断老化，进入红巨星膨胀阶段，危及地球以及整个太阳系，太阳系即将毁灭，人类为了生存带着地球开始“流浪”。

课堂应用：

在讲授《核聚变》这节时，先给学生播放《流浪地球》中的该片段。学生看完该电影片段后，教师可以引导学生思考：为什么太阳会急剧老化？为什么又会膨胀？学生思考后，教师可以给予解答：氢是太阳内部最主要的成分，由于太阳内部温度高达约1.5×107 K，氢会不断聚变成氦，同时释放大量能量，导致了太阳不断老化，当太阳内部的氢全部聚变成氦之后，这个时候太阳上的气压满足不了氦聚变的条件，太阳就会先塌缩，导致压力骤然增长，达到了氦聚变的条件，氦又会发生聚变，热失控的氦聚变就像炮仗被点燃一样发生爆炸使得太阳急剧膨胀。下面就让我们走进今天核聚变的学习，相信同学们在学习了本节课的内容之后会更加理解电影中这段情节的设定。通过该电影片段进行课堂导入，可以有效地激发学生的学习兴趣，为整节课的教学开了一个好头。

2.2 用作问题情境，培养探究意识

问题不仅仅是激发学生求知欲和创造力的前提，而且还是学生吸收知识、培养探究意识的前提。教师可以针对要探究的物理问题，利用电影片段创设物理问题情境，让学生主动观察、体验、发现、联想、思考相关的物理问题进而主动进行科学探究，培养学生的探究意识[3-4]。例如，《牛顿第三定律》这节课的教学过程中就可以利用《流浪地球》中的片段创设问题情境。

电影片段：

刘培强与马卡洛夫在空间站外面爬行，在即将接近空间站的总控室的时候，突然发生紧急情况，马卡洛夫将刘培强推向总控室，自己也向后运动，随后坠入了无边的宇宙。

课堂应用：

在《牛顿第三定律》这节课的教学过程中，可以播放该电影片段，提问学生：为什么马卡洛夫向总控室方向推刘培强的同时，他自己也向相反的方向运动呢？激发学生思考，学生通过思考便能理解两个物体之间的作用总是相互的，这对相互作用的力叫做作用力与反作用力，他们总是互相依存，同时存在。然后，引导学生探究这对相互作用力的大小和方向有什么关系，学生通过两个弹簧测力计连接在一起，一个弹簧测力计一端固定，拉动另一个弹簧测力计，观察两个弹簧测力计的示数，反复实验后，自然能够得出：两个物体之间的相互作用力总是大小相等，方向相反，并且作用在同一条直线上。进而教师针对电影片段引导学生分析：马卡洛夫给了刘培强一个作用力，使得刘培强飞向总控室，与此同时，刘培强也给了马卡洛夫一个大小相等、方向相反的反作用力，使得马卡洛夫向后运动，坠入无边的宇宙。

2.3 甄别真伪科学，培养批判思维

有些观众在欣赏类似于《流浪地球》这样的科幻电影时，除了欣赏精彩的故事情节、震撼的视觉特效，也会心存疑问：这些情节是否属实？是否具有科学性？科幻电影是在科学的基础上进行再创作的文化产物，不可避免带有不符合物理规律的幻想情节。对于这样的电影情节，我们如果弃之不用，生怕让学生建立错误的科学观，反而不能帮助学生甄别真伪；反之，如果我们能对这样的情节合理利用，可以培养学生的质疑精神，促进批判性思维的形成[5]。下面就讨论一下《牛顿第二定律》一节的内容，如何利用不符合物理规律的片段培养学生的批判性思维。

电影片段：

人类为逃离太阳系做准备，在地球表面建立了10 000座高度高达11 000 m的行星发动机，为地球飞离太阳系提供动力来源，这些发动机可以为地球提供共计1.5×1014t的推力。

课堂应用：

在《牛顿第二定律》一节的教学过程中，当学生已经掌握了牛顿第二定律的基本内容，并且能够用牛顿第二定律进行计算之后，播放这段对行星发动机介绍的电影片段，提问学生，我们已经学习了牛顿第二定律，在看了这段电影片段之后，已知行星发动机总推力为1.5×1018N，地球的质量约为6×1024kg，我们能不能计算出地球逃逸的加速度？学生通过计算得到加速度大小约为2.5×10-7m/s2。接下来再对学生进行批判性思维的培养：我们通过计算得出地球的加速度为2.5×10-7m/s2，在短短几百年的时间内我们是不能将地球加速到逃离太阳系的，因此电影的这个片段是违反物理学原理的，我们以后无论是在观看电影还是日常生活中均要用批判的眼光看待周围的事物。

2.4 作为翻转物理课堂资料，改变教学形式

在传统教学形式中，学生在课上接受物理知识，课下内化物理知识。在翻转课堂这种新型教学形式下，向学生传递物理知识变成了课前的任务，在课上最主要的教学目标则是使学生内化知识[6]。翻转课堂的经典形式就是精心设计以视频资源为核心的教学资源，使得学生在上课之前已经潜移默化地完成知识的接受。那么，类似于《流浪地球》的科幻电影可以很好地运用到翻转课堂这种教学形式当中，成为课堂教学的一条线索，串联于课前、课中和课后，起到较好的教学效果。下面就《宇宙航行》一节的内容讨论一下如何用《流浪地球》中的电影片段翻转课堂。

电影片段：

流浪地球计划：将整个地球作为一个庞大的飞船撤离太阳系，寻找4.2光年外的新的目标恒星系。该计划分为五个阶段，这五个阶段总体而言就是一个让地球加速至逃离太阳系，再进行减速泊入目标恒星系的过程。

课堂应用：

在上课之前先设计有关《宇宙航行》这一节的问题：1.地球为什么能绕着太阳运动？2.“领航员”号空间站为什么能绕着地球运动，速度大小是多少？3.“领航员”号空间站怎样才能摆脱地球的束缚？速度要达到多少？4.行星加速器为什么能使得地球发生变轨？5.地球速度达到多少才能逃离太阳系？在课前，让学生带着这些问题去观看电影《流浪地球》，进行自主学习，提出问题。在课中，学生相互交流课前积累的问题，协作研究课前留的那些问题。教师对《宇宙航行》这一节的知识进行梳理，对课前预留的问题进行解答，学生逐步理解了地球绕着太阳运动都是由于万有引力提供向心力，地球借助行星发动机的推力不断加速，当万有引力不足以提供向心力时就会做离心运动，当地球加速到第三宇宙速度16.7 km/s就可以逃离太阳系。在学生完成知识的内化之后，从物理的角度和学生一起探究《流浪地球》这部电影的部分片段存在的科学性与可行性等问题。在课后，学生进行自主学习，整理自己的收获。

2.5 拓宽学生的视野，充实课外延伸内容

新课标强调要培养学生的物理学科核心素养，在这样的背景下，物理教师对教学内容进行适当的课外拓展显得尤为重要，适当地进行课外拓展不仅可以有效地完善学生的认知结构，还可以培养和发展学生的兴趣爱好，开发学生潜能，拓宽学生的视野，更加有利于学生的终身发展。下面就讨论一下《宇宙航行》这一节的内容如何利用《流浪地球》的电影片段进行课外拓展。

电影片段：

电影的某个片段中刘培强和马卡洛夫说今日要切入木星轨道，借助木星引力地球才能飞离太阳系，借助木星的引力弹弓效应逃离太阳系是整个“流浪地球”计划的关键。

课堂应用：

在利用《流浪地球》中的课程资源上完《宇宙航行》这一节的内容之后，抛出这样一个问题：“地球仅仅靠行星加速器就能加速到逃离太阳系的逃逸速度吗？如果不是，那人类是通过什么手段使它达到逃逸速度呢？”然后，播放上述刘培强与马卡洛夫关于木星引力弹弓效应的对话，随后教师进行解释：行星加速器无法使地球加速到逃离太阳系的逃逸速度16.7 km/s，这时木星对于地球的引力就发挥了至关重要的作用，在地球靠近木星轨道时，借助木星引力加速；而在地球越过木星轨道时，又能确保不发生碰撞，地球就可以获得更大的速度飞离太阳系，地球与木星就类似于一颗子弹和一把弹弓的关系，这就是所谓的引力弹弓效应。再列举目前航天事业中利用“引力弹弓效应”的例子：“旅行者一号”和“旅行者二号”与电影中地球逃离太阳系一样也是利用了该原理飞离了太阳系，进而拓宽学生的视野，更加有利于他们的终身发展。

2.6 形成学科渗透，体悟人文精神

在学科教育中渗透人文教育一直是教育界研究的热点，在物理教学过程中，我们不仅要让学生掌握物理知识，更重要的是要帮助学生树立正确的人生观与价值观，只有学科教育与人文教育相互融合才能为国家培养出全面发展的人才，才能更好地完成教学目标[7]。因此，物理教师在教学过程中要向学生潜移默化地渗透人文精神，那么科幻电影这一文化产物正是向学生渗透人文精神的良好载体，《流浪地球》中的某些片段可以运用到教学过程中，向学生渗透人文精神。

电影片段：

这部影片充满了人性的光辉。在地球即将毁灭的最后时刻，仍然有人不盲目听从人工智能MOSS的建议，而是在冷静思考对策，寻找最后的机会，彰显了人类智慧的伟大以及不可战胜的精神意志。在大部分行星发动机损坏，人类的生存受到威胁的时候，救援队员不顾自身安危进行饱和式救援，重新启动发动机。刘培强选择牺牲了自我，将自己所在的空间站作为一根火柴，引爆了空间站，点燃了木星，挽救了全人类。救援队队员充满了责任与担当，在电梯里救援队员为了救路上征用的百姓韩子昂，光荣牺牲了。韩朵朵在最后呼吁各救援队掉头一起点燃发动机是强调了希望的力量。

课堂运用：

对于中学物理教学过程中的人文精神的渗透，无法具体罗列出具体某一章某一节该怎样进行人文精神的渗透，因为物理教学过程自始至终的每一处都可以进行人文精神的渗透教学。例如，课堂导入、实验探究、课堂练习等教学的各个环节都可以是学生人文精神的体悟环节，这就要求我们物理教师本身具有较高的人文素养，同时具有发现科幻电影各个片段中的人文素养的敏锐的眼睛。

3结语

有效的物理教学离不开良好的教学资源的辅助，《流浪地球》这部电影开辟了我国科幻电影的先河，同时也为我们物理教学提供了丰富的教学资源。本文对电影《流浪地球》中所蕴含的教学资源进行了深度挖掘，并列举了部分电影片段在具体的教学过程该如何利用。但是，物理教师在利用科幻电影及其片段作为教学资源时要注意：首先，选择的电影片段具有科学性，与我们所教的内容具有较高的契合度，这样才能作为物理教学良好的教学资源；再者，教师利用电影片段进行教学时要预先设定学生的关注点，如果让学生漫无目的地观看就失去了该电影片段作为教学资源的意义；最后，电影片段作为教学资源只是我们教学的辅助工具，这要求我们对该工具的使用要掌握好这个“度”，不能让物理课变为科幻电影的欣赏课，只要选取涉及课堂知识的片段就能起到很好的教学效果。