(南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院,江蘇 南京 210023)

1 引言

高中物理由于其課程難度大,思維抽象性強(qiáng),會(huì)使學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏難情緒，但物理作為一門重要的自然學(xué)科,對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有至關(guān)重要的作用。因此,在物理課堂上如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將物理知識(shí)生動(dòng)化、形象化、具體化？這是一個(gè)亟待解決的問題。

電子游戲作為信息時(shí)代的產(chǎn)物,已經(jīng)深入人們娛樂生活的方方面面，僅僅2018年1月到5月,網(wǎng)絡(luò)游戲的業(yè)務(wù)收入就高達(dá)743億元,而玩家群體中超過60%都是青少年。這也不難看出,從青少年熱衷的電子游戲入手,將其作為物理課程資源的一部分,不失為一種吸引學(xué)生學(xué)習(xí)物理的手段。

有教育工作者對(duì)結(jié)合電子游戲與物理教學(xué)這一課題進(jìn)行了研究,但大多局限于理論探討或分析某一游戲中蘊(yùn)含的物理知識(shí)點(diǎn),這也導(dǎo)致了除了少部分內(nèi)容,很難在大多數(shù)物理課程上應(yīng)用這種方法。本文以3款經(jīng)典游戲?yàn)槔?將電子游戲資源與課程內(nèi)容拓展到運(yùn)動(dòng)、相互作用和電磁等領(lǐng)域,為教學(xué)中應(yīng)用電子游戲資源提供新的開發(fā)與應(yīng)用思路,同時(shí)展望電子游戲與物理教學(xué)在更多領(lǐng)域的結(jié)合與創(chuàng)新。

2 電子游戲分析

2.1 絕地求生

“絕地求生”是一款第三人稱射擊游戲，在游戲中,100名玩家跳傘到一個(gè)小島上,然后依據(jù)地圖開發(fā)資源,并在不斷縮小的安全區(qū)域內(nèi)對(duì)抗其他玩家,使自己生存到最后，很多青少年都對(duì)這款游戲有一定的了解,游戲中含有大量可用于教學(xué)的內(nèi)容,覆蓋了運(yùn)動(dòng)和相互作用等主題。

圖1

首先是游戲開始時(shí)跳傘的場(chǎng)景,如圖1所示,玩家開始做自由落體運(yùn)動(dòng),下降到一定高度后開傘,最后降落到地面，這個(gè)情景可以應(yīng)用于高中物理必修1“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)的教學(xué)。在向?qū)W生舉例說明質(zhì)量不會(huì)影響物體的下落速度時(shí),教師常常使用伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn),且不論該實(shí)驗(yàn)的真實(shí)與否,就實(shí)驗(yàn)本身而言,與生活聯(lián)系不緊密,難以引起學(xué)生共鳴。相較之下,以學(xué)生游戲體驗(yàn)中所觀察到的現(xiàn)象為例,更容易使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突,從而建構(gòu)起新的知識(shí),了解到質(zhì)量不會(huì)影響物體的下落快慢。同時(shí)通過對(duì)開傘前后玩家下落速度的分析,也可以引發(fā)學(xué)生對(duì)影響物體下落速度的相關(guān)因素的思考。

游戲中還有不同類型的載具,玩家通過載具來(lái)快速移動(dòng)，這也是高中物理必修1“運(yùn)動(dòng)的描述”這一章所關(guān)注的。通過游戲地圖上從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方,可以明確地向?qū)W生介紹位移與路程的概念,同時(shí)引出速度與速率,并引導(dǎo)學(xué)生思考和理解車輛速度計(jì)的讀數(shù)實(shí)際上對(duì)應(yīng)的是物理中的速率。由于游戲還顯示實(shí)時(shí)的車輛速度,所以也可以通過截取片段,讓學(xué)生記錄不同載具的最大速度,并計(jì)算各自的加速度,從而探究加速度和最大速度之間是否存在聯(lián)系。

游戲還包含各種槍械,不同類型的槍械殺傷力也不同。關(guān)于槍械可以關(guān)聯(lián)高中物理中相當(dāng)多的知識(shí),例如射擊過程就涉及選修3-5中“反沖”的內(nèi)容，相同口徑下手動(dòng)上膛的槍械威力大于自動(dòng)上膛的槍械。該游戲涉及必修2中的“能量守恒定律”，射擊遠(yuǎn)處敵人時(shí)將槍口略微抬高則與“曲線運(yùn)動(dòng)”有關(guān)，因此通過截選不同的片段可以對(duì)應(yīng)不同的教學(xué)內(nèi)容。

2.2 憤怒的小鳥

“憤怒的小鳥”作為一款經(jīng)典且廣受歡迎的手機(jī)游戲,其情節(jié)是小鳥為了報(bào)復(fù)偷蛋的肥豬,將自己作為炮彈,用彈弓射向肥豬的堡壘。在游戲中,玩家通過調(diào)整彈弓彈射的方向與力度,使射出的小鳥可以命中肥豬堡壘的關(guān)鍵部位,讓其崩塌，整個(gè)游戲體現(xiàn)了拋體運(yùn)動(dòng)的特征。

以下簡(jiǎn)要介紹將這款游戲應(yīng)用于“拋體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)的思路，如圖2所示,在玩家調(diào)整彈弓彈射的方向與力度時(shí),游戲可以實(shí)時(shí)給出拋體運(yùn)動(dòng)的彈道。根據(jù)這一特點(diǎn),教師可以在課堂上向?qū)W生展示初始速度與方向?qū)τ趻侒w運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。截取游戲片段,并導(dǎo)入Tracker等分析軟件,還可以在截圖上直接給出坐標(biāo)軸,導(dǎo)出相應(yīng)的軌跡方程,讓學(xué)生思考方程各參數(shù)的物理意義,從整體上理解拋體運(yùn)動(dòng)。除此之外,利用彈弓的彈力與伸長(zhǎng)長(zhǎng)度成正比可以用于“胡克定律”的教學(xué)，小鳥命中目標(biāo)后,兩者運(yùn)動(dòng)的解釋可應(yīng)用“動(dòng)量守恒定律”,肥豬堡壘在被轟擊后的平衡與倒塌情景則可以用于“重心”內(nèi)容的拓展。

圖2

除了作為教學(xué)過程中的情景模擬,鑒于游戲畫面的簡(jiǎn)約、形象性,還可以將其設(shè)計(jì)為課后習(xí)題。例如告訴學(xué)生肥豬和彈弓的垂直高度,兩者的水平距離,小鳥射出的角度,就可以讓學(xué)生計(jì)算小鳥擊中肥豬所需要的速度。

2.3 星際爭(zhēng)霸2

“星際爭(zhēng)霸2”作為一款即時(shí)戰(zhàn)略游戲,廣受策略類玩家青睞。玩家通過建造活動(dòng)進(jìn)行升級(jí)戰(zhàn)斗，游戲中所蘊(yùn)含的物理知識(shí)大多在于建造的單位與建筑中，由于部分物理知識(shí)涉及大學(xué)物理內(nèi)容,以下暫且介紹可用于高中教學(xué)的相關(guān)情景。

游戲中機(jī)槍兵使用以電磁加速來(lái)發(fā)射金屬子彈的高斯步槍，這種高斯步槍實(shí)際上就是電磁炮的微縮版。如圖3所示,電磁炮由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成,導(dǎo)軌之間放置導(dǎo)電滑塊作為彈丸。當(dāng)軌道接入電源時(shí),強(qiáng)大的電流從一根導(dǎo)軌流入,經(jīng)導(dǎo)電滑塊從另一根導(dǎo)軌流出,兩根導(dǎo)軌之間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng),通電滑塊在安培力的作用下高速射出,這就是電磁炮的發(fā)射原理。在這樣一個(gè)物理情景中,涉及通電導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)、安培力、安培力方向的判斷等知識(shí)點(diǎn),綜合了右手螺旋定則、左手定則和安培力的計(jì)算。由于彈丸在炮管中受到的推力是電磁力,這種力是非常穩(wěn)定的,所以在給出相關(guān)系數(shù)后,可以讓學(xué)生應(yīng)用動(dòng)量定理計(jì)算出彈丸的出膛速度。結(jié)合該游戲中的武器,不僅可以加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的綜合應(yīng)用,同時(shí)也聯(lián)系了生活,指明了安培力在軍事中的應(yīng)用和電磁武器的發(fā)展方向。

圖3

3 具體應(yīng)用

3.1 課前準(zhǔn)備

在物理教學(xué)中,為了使學(xué)生掌握抽象的物理知識(shí),需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)形象生動(dòng)的物理情景來(lái)幫助學(xué)生理解。例如為了使學(xué)生理解質(zhì)量不影響物體的下落速度,跳傘就是一個(gè)非常不錯(cuò)的例子。但同樣是以跳傘為例,使用游戲中的跳傘截圖顯然比一張真人圖片更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生結(jié)合自身的游戲體驗(yàn)產(chǎn)生認(rèn)知沖突,從而建構(gòu)起新的物理知識(shí)。在課前開發(fā)教學(xué)資源時(shí),從電子游戲中尋找相似的物理情景是一個(gè)可行的方法。

受限于電子游戲的容量和部分游戲場(chǎng)景的不確定性,除了少部分游戲外,教師需要在課前截取所需的圖片和視頻。課堂展示電子游戲并不是鼓勵(lì)學(xué)生去玩,更多地是聯(lián)系學(xué)生生活,拉近師生關(guān)系,創(chuàng)設(shè)學(xué)生有一定體驗(yàn)、容易理解的物理情境。

3.2 課堂教學(xué)

在具體的教學(xué)中,教師需要考慮課程內(nèi)容和所選游戲的特點(diǎn)。除了將電子游戲資源運(yùn)用于課程導(dǎo)入,教師還可以替換原先教學(xué)中枯燥抽象的部分和脫離生活的例子。比如之前所提到的“斜拋運(yùn)動(dòng)”教學(xué)中,單純的文字講解對(duì)于學(xué)生來(lái)說不直觀、不形象，引入游戲?qū)崟r(shí)的拋體運(yùn)動(dòng)軌跡,就可以形象地解釋這一過程,并進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3.3 課后拓展

對(duì)于物理教學(xué)而言,深入挖掘課程資源的潛在價(jià)值十分重要,電子游戲資源也是如此。以這些游戲片段為出發(fā)點(diǎn),可以很好地進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的拓展。例如在引入游戲中“高斯步槍”,可以讓學(xué)生在課后進(jìn)一步查找與“電磁武器”相關(guān)的資料,了解電磁武器的分類、工作原理和特點(diǎn),在這一過程中加深對(duì)電磁學(xué)知識(shí)的理解。

4 總結(jié)與展望

通過分析電子游戲和相應(yīng)的教學(xué)過程可以看出,電子游戲豐富的內(nèi)容可以為物理教學(xué)提供生動(dòng)的情景。電子游戲作為一項(xiàng)新興的物理課程資源,有相當(dāng)廣闊的開發(fā)前景,這需要物理教育工作者樹立正確的觀念,促進(jìn)教學(xué)與游戲的融合,拉近學(xué)生與課堂的距離,使學(xué)生真正可以在學(xué)中玩,在玩中學(xué)。