利用电影资源点亮物理课堂

陈孟洲 张磊

摘   要：电影作为一种综合的现代艺术蕴含了许多物理知识。文章从电影资源在中学物理教学中的必要性出发，以电影《星际穿越》为例，挖掘其包含的物理知识，如万有引力、牛顿运动定律等，再结合物理学科核心素养，对其在中学物理教学中的应用进行探讨。

关键词：核心素养;星际穿越;中学物理;物理教育

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）5-0067-4

在多媒体设施进入课堂的基础之上，结合电影资源中的物理知识进行物理课堂教学，已经成为中学物理教师的一种新的选择[1]。

1    电影资源在中学物理教学中的必要性

1.1    课程改革的要求

《普通高中物理课程标准（2017年版）》[2]在课程实施部分建议：“重视课程资源的开发、整合与利用”。该建议要求教师加强课程资源的开发，积极探索来自电视与电影、科技馆等视听资源包含的物理教学资源，以拓宽学生的视野，培养学生发现、研究问题的意识和能力，逐步建立将校外资源转化为课程资源的有效机制。

1.2    现实生活的需要

我国传统的物理教学方式以及课程观将物理学习资源主要局限在校园内，导致物理教学和学生的物理观念与生活实际有所脱离，难以满足新课程标准的要求[3]。近些年来，随着电影技术的发展，如《流浪地球》等高质量电影因其科技性与趣味性并存，引发了众多中小学生的喜爱。但是，在观影时能够认真思考和学习影片中的物理知识的学生较少，客观上浪费了很多物理教学资源。面对这种现象，教师有必要将优秀电影资源引入物理课堂，并作出正确引导，充分利用电影资源中的物理知识，结合物理学科核心素养，挖掘电影资源给物理教学带来的教育价值。

2    电影《星际穿越》中蕴含的物理知识

电影《星际穿越》是克里斯托弗·诺兰执导的一部原创科幻冒险电影，基于理论物理学家，诺贝尔物理学奖得主基普·索恩的黑洞理论经过合理演化之后，加入人物和相关情节改编而成。主要讲述了一队探险家利用他们针对虫洞的新发现，超越人类对于太空旅行的极限，从而开始在广袤的宇宙中进行星际航行的故事[4]。这部史诗巨作蕴含着众多物理现象和物理知识，倘若将其引入物理课堂，必然会引起学生强烈的求知欲，达到事半功倍的效果。现将《星际穿越》影片中蕴含的物理教学资源进行梳理总结，并与人教版初高中教材结合，指出部分电影片段所对应的教材知识点，如表1所示。

通过表1我们可以发现，《星际穿越》电影蕴含的物理教学资源非常丰富，相关知识点对应的教材也从初中物理八年级上册延伸到高中物理选修3-5，其中知识点出现频次最多的是高中物理必修1和必修2。电影前半段主要描述主人公在地球上的日常生活，所以会有很多日常物理现象出现，这刚好对应高中物理必修1的知识点分布，即常见的力、牛顿运动定律等;后半段主人公驾驶飞船升入太空，电影视角切换至宇宙空间，所以就会涉及到高中物理必修2的万有引力、宇宙航行等知識点，而一些拓展知识点则分布在其他选修教材中。倘若教师在物理课堂教学中合理应用该电影，不仅能最大限度地发挥电影资源的教育功能，也能大大促进学生对知识点的理解和掌握。

3    利用电影资源进行物理教学的应用

3.1    课堂引入，初步形成物理观念

巧妙的课堂引入可以激发学生的学习兴趣和求知欲，使学生在心理上和生理上做好学习的准备，有利于学习新的内容。下面以《星际穿越》片段为例，就高中物理《宇宙航行》一节进行课堂引入。

电影片段：

老教授向库珀介绍拯救地球计划，即“拉撒路任务”：库珀驾驶漫游者号与太空中最后的多功能空间站永续号对接，并利用虫洞和黑洞引力探索新的星球。

教学思路：

在讲授《宇宙航行》这一节的时候，可以课前播放该片段。播放结束后提问学生：永续号空间站为什么可以围绕地球旋转？它的速度最少是多少？若漫游者号离开空间站探索其他星球，它的速度又是多少？学生思考并讨论后，可给出解释：永续号空间站之所以能够一直围绕地球旋转，是因为其所受地球引力提供了圆周运动的向心力，利用万有引力公式，可以求出围绕地球运动最低速度是7.9 km/s，而这就是第一宇宙速度的概念。如果漫游者号从空间站出发想要前往其他星球，则需要给予动力使其加速从而脱离地球引力，通过计算得知这个速度就是第二宇宙速度，大小为11.2 km/s。接下来就让学生打开教材，带着初步形成的物理观念全面学习宇宙航行，不仅能够深刻理解电影片段中的物理概念，也为这堂课开了个好头。

通过这段教学设计，可以让学生结合电影情节提前在头脑中形成初步的物理观念，从而增加学生的学习兴趣，提高学习效率。

3.2    创设情境，培养学生的科学探究能力

物理学的发展离不开科学探究，而科学探究又离不开特定的物理情境，教师可以结合电影片段中的场景创设物理情境，让学生观察、谈论、探究，从而培养他们的问题意识和探究能力[5]。下面以《星际穿越》片段为例，讲述《牛顿第三定律》的教学思路。

电影片段：

库珀驾驶漫游者号登陆曼恩星球，随后与曼恩发生冲突，两人在曼恩星球激烈搏斗，曼恩在悬崖边用力推库珀，自己也往后退。

教学思路：

在讲授《牛顿第三定律》时，可以播放该片段并提问：为什么曼恩用力推库珀的时候，自己也会反方向后退？同时，引导学生两两成组模仿该情境，使得学生在实际情境中理解两个物体间总是存在相互作用力，且这对相互作用力同时产生也同时消失。进而引导学生探究这对相互作用力的大小和方向有什么关系？通过弹簧测力计实验可以很快得知：这两个力大小相等，方向相反，且作用在两个物体上。

实验完毕后老师可以请学生对电影片段进行详细分析：曼恩用力推库珀给其一个作用力，使得库珀飞出，根据牛顿第三定律，库珀也给曼恩一个大小相等、方向相反的反作用力，使得曼恩也随之后退。

通过这段教学设计，学生可以有目的地模仿电影情节，亲身感受力的相互作用，并由此提出假设和猜想、设计实验方案、探究相互作用力的方向和大小，从而促进学生科学探究能力的形成。

3.3    拓展视野，培养学生的科学思维

中学生的大部分时间都在学校中度过，且对于物理现象的了解多源于教材，这就在一定程度上限制了他们的眼界，也限制了他们的科学思维。高中阶段的学生，要能正确应用科学思维方法，从定性和定量两个方面进行科学推理，解释自然现象和解决实际问题[6]。下面就以《相对论》一节为例来讨论如何利用《星际穿越》拓展视野， 培养学生的科学思维。

电影片段：

库珀、布兰德等驾驶飞船穿越虫洞后前往米勒星球，出发前多米利告诉他们米勒星球靠近黑洞，所以时间与地球有巨大差异，米勒星球的一小时相当于地球的七年。

教学思路：

在讲授《相对论》这一节时，可以播放该片段并提问：为什么多米利说米勒星球的时间与地球时间有巨大差异？为什么米勒星球浅浅的一层水上却会有巨浪？同时，引导学生思考这段电影情节是否符合物理事实。分组讨论后给出解答：因为米勒星球所处位置在黑洞边缘，由于黑洞巨大的引力作用，使得米勒星球的运行速度、重力等与地球差异巨大，导致时间膨胀，而具体膨胀倍数不仅与米勒星球所受引力有关，也和其运行速度有关。根据相对论理论，米勒星球所受引力越大且运行速度越快，其时间膨胀倍数就越大。巨浪的产生也是黑洞引力所致，可以引导学生联想地球上的潮汐现象。

通过这段教学设计，教师引导学生思考米勒星球上发生的种种现象，对其中的时间差异以及星球巨浪提出质疑，从而引起学生积极思考。

3.4    学科渗透，培养学生的科学态度与责任

在物理教学中渗透其他学科，培养学生的科学态度与责任是物理教师的一项重要职责，教师要充分挖掘科技影视资源的教育功能，丰富学生的科技应用知识，增强学生对科学、社会、环境的理解[7]。下面以《星际穿越》片段为例，就如何进行学科渗透、培养学生科学态度与责任进行讲述。

电影片段：

电影最后时刻，库珀和布兰德登上永续号，但由于永续号遭到曼恩爆炸的损害使得航行中樞功能失效，所载燃料也无法支持他们返回地球。在此危机时刻，库珀仍冷静思考对策，他提出让飞船靠近黑洞“巨人”，利用其引力使飞船获得较大速度，然后利用仅存的燃料将他们推离黑洞，飞向艾蒙德斯星球。然而，在最终操作时刻，库珀为了漫游者二号有充足燃料载布兰德逃离黑洞，将布兰德飞船独自分离，而自己选择进入生死未卜的黑洞世界。

教学思路：

学生科学态度与责任的培养适用于中学物理课堂的任意阶段。以《万有引力》为例，在课程引入、知识点教学以及课后练习的过程都可以播放该片段，然后让学生理解为何库珀提出驾驶飞船靠近危险重重的黑洞，体会库珀在最后时刻作出的分离布兰德而牺牲自我的生死抉择，从而提问学生：如果你是库珀，你会作出哪种选择？人类整体的存亡和个人生死以及家庭情感间又该如何抉择？借此渗透人文精神，培养学生正确的价值观和世界观，增强学生的责任感。

通过这段教学设计，教师让学生与电影主人公库珀互换角色，亲身体会在人类社会危急存亡时刻库珀所进行的心理斗争，并适时提问激疑，从而有效地培养了学生的科学态度，增强他们的社会责任感。

参考文献：

[1]张凤霞.新课程背景下高中物理课堂教学有效性研究[D].济南：山东师范大学硕士学位论文，2011.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]孙风波，吴伟.浅谈电视节目在中学物理教学中的应用[J].湖南中学物理，2015，30（9）：31-32，18.

[4]陈旭光，陈阳，李宁，高原.《星际穿越》与科幻电影：类型、叙事与文化精神[J].创作与评论，2015（16）：112-128.

[5]牟嗣珍，田仁军.高中物理教材中科学探究素养的呈现方式及教学应用[J].物理教学探讨，2019，37（2）：73-74，77.

[6]胡卫平.物理学科核心素养的内涵与表现[J].中学物理教学参考，2017，46（15）：1-3.

[7]周后升.基于物理学科核心素养的课堂渗透——以PBL导向下“牛顿第三定律”的教学为例[J].物理通报，2018（2）：50-54.

（栏目编辑    张正严）