《科幻电影中的物理学》课程教学研究与实践

【摘要】物理类通识教育课程的开设对当代大学生的科学精神的培养和科学素养的提高有不可估量的作用。目前，许多高校都为文科生和部分非物理专业大学生开设物理类素质教育通识课程（通称“文科物理”）。但是，该类课程的教育教学效果普遍不佳。我们面向全校文科学生和部分非物理专业学生，开设了一门物理类通识教育课程：《科幻电影中的物理学》，从课程设置、教学内容和教学手段等方面进行了一些创新尝试，取得了较好教学效果。

【关键词】通识课程;教学改革;科幻电影

一、引言

《给未来总统的物理课》（Physics for Future Presidents）是美国加州柏克莱大学为文科生开设的一门课程，在全球产生了非常深远的影响[1]。作为现代公民，即使未来从事的工作并非与科学直接相关，基本的科学常识和素养也是必须的。当然我们多半不会成为总统或者国家主席，然而即使作为公民身份参与国家未来发展的重要决策时，或者在日常工作和生活中，恐怕都得具备基本的科学知识，才能在工作和生活中保持客观理性和从容[2]。

物理类通识教育课程（一般通称“文科物理”）在素质教育中的作用引起了许多高校的重视。目前，我国许多高校为文科生和部分非物理专业大学生都开设了类似的通识教育课程。但是，该类课程的教育教学效果普遍不佳。由于学科背景和知识结构的差异，普遍的感觉是学生难学教师难教，面临教学两难的困境。如何改革当前物理类通识教育课程教学，发挥文科物理课程应有的巨大作用，我们在这方面进行了一些积极有效的探索。

二、课程的开设缘由

虽然素质教育的口号提了很多年，但是目前我国的初等教育尚未摆脱应试教育的桎梏，很多学生过早失去了对科学的兴趣。由于高中阶段实行了过早的文理分科，很多文科大学生在高中阶段对物理课程的学习就很不系统，在大学阶段再让这些学生学习物理课程，其实有点勉为其难。他们对物理课程普遍存在着强烈的畏难和抵触情绪。他们感到物理学习内容枯燥，平淡无味，无从下手。

如何唤回文科学生对科学的热忱和好奇心，激发学生学习科学的兴趣，这是关键之所在。科幻电影是以建立在科学上的幻想性情景或假设为背景，在此基础上展开叙事的电影，往往在跌宕起伏的电影情节中有着丰富的物理内涵。从电影的角度引出物理问题，再深入探讨，这显然有利于激发文科学生学习物理学的学习兴趣，从而达到提升文科学生的科学素养的目的。因此，我们开设了一门新的通识教育课程：《科幻电影中的物理学》。

该课程以科幻电影为载体，进行物理学基本原理、基本概念和物理学相关应用的教学。教学中，以激发大学生对物理学的兴趣作为课程的首要目标，让文科学生不再是在被迫、被动的情境下学习科学，而是因为体悟科学与生活的关联和趣味，感受物理学的力量和震撼，发自内心享受学习的过程和乐趣。

三、课程教学内容和教学手段

每一次课堂教学，都选择一部经典的科幻电影作为素材。教学中可以预先布置课外观看有关科幻电影，或者在课堂上先观看科幻电影片段，然后在课堂中讲解和讨论相关物理现象。

例如，从《阿凡达》中潘多拉星球的奇妙悬浮山引出超导，然后讲述超导的基本原理和应用，以及目前超导的研究进展和未来畅想，《阿凡达》中潘多拉星球的悬浮山其实就是人类梦寐以求的常规超导体;从《星球大战》中的光剑引出光学和激光武器，然后讲述从光学的基本概念到现代光学的发展和应用，激光打诞生和前沿进展;从《蜘蛛侠》中的“壁虎脚”引出纳米科学与技术及新材料，讲述纳米的基本概念，纳米材料的基本特性，纳米材料和若干其它新材料与器件的设计和应用;从《星际迷航》中星际旅行需要的能量引出能源技术，然后讲述人类正面临能源危机和环境污染两大世界性的难题，从传统化石能源的使用，到太阳能、风能和生物质能等新能源和技术的开发，也讲解有关宇宙空间开发需要的前沿能源技术，例如传统的固体和用液体化学燃料火箭推进技术、离子推进火箭发动机技术、 核脉冲推进技术、核聚变动力推进技术、星际冲压发动机技术、太阳帆推进技术、磁帆推进技术、能量束推进技术、反物质推进技术、曲速引擎以及虫洞旅行和超太空折叠等创新概念;从《地心引力》中的太空灾难引出太空探索，讲述空间飞行的基本物理知识;从《绝世天劫》中的星体碰撞引出力学知识的学习，然后重点讲述和电影有关的动量守恒定律及其在日常生活中的应用;从《超人》引出核能和核安全，讲到辐射与身体健康，放射性与死亡，核电的发展与忧思课程的教学内容完全颠覆传统物理学教科书的体系架构，注重引导学生从被动的学习转变为主动的追求知识，培养学生对物理的浓厚兴趣，着力开发学生的求知欲。另一方面，在课程的教学中有意识地探讨电影中合乎与违反物理规律之处，因为有很多科幻电影不属于“硬科幻”，电影中情节其实多半偏离了基本的物理规律。这样的训练有利于让学生养成随时思考、逻辑推理的能力与习惯，对日常生活以及娱乐活动所常见的现象与原理能有更深的思考与领悟。每一次课堂教学，学生们普遍兴致较高，意犹未尽，教学效果良好。

课程的考核结合平时学习情况，重点考查完成一篇课程论文。我们在教学中出了两个题目任选：想象力比知识更重要、如何打造中国的科幻电影。从学生的课程论文来看，很多同学能够独立思考一些东西，从科学和社会等多角度探讨问题，这有利于培养大学生的科学精神。

四、结语

我们面向大学文科专业和部分非物理专业学生开设了通识教育课程《科幻电影中的物理学》，以科幻电影为载体，讲解物理学的基本原理和应用，克服大学生对物理课程的畏难和抵触情绪，激发学习兴趣，了解学科前沿;提高思辨能力，启迪创新思维。这对培养大学生的科学精神、增进科学素养有重要的作用。

参考文献

[1][美]R·A·穆勒著.李泳译.未来总统的物理课[M].湖南科学技术出版社，2009.

[2]张酣.远看物理之美[J].物理，2011，40（9）：610.

基金项目：本文获重庆理工大学高等教育研究项目资助（2013YB38）。

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