(南京师范大学教师教育学院,江苏 南京 210023)

1 引言

高中物理由于其课程难度大,思维抽象性强,会使学生对物理学习产生畏难情绪，但物理作为一门重要的自然学科,对学生核心素养的培养有至关重要的作用。因此,在物理课堂上如何激发学生的学习兴趣，将物理知识生动化、形象化、具体化？这是一个亟待解决的问题。

电子游戏作为信息时代的产物,已经深入人们娱乐生活的方方面面，仅仅2018年1月到5月,网络游戏的业务收入就高达743亿元,而玩家群体中超过60%都是青少年。这也不难看出,从青少年热衷的电子游戏入手,将其作为物理课程资源的一部分,不失为一种吸引学生学习物理的手段。

有教育工作者对结合电子游戏与物理教学这一课题进行了研究,但大多局限于理论探讨或分析某一游戏中蕴含的物理知识点,这也导致了除了少部分内容,很难在大多数物理课程上应用这种方法。本文以3款经典游戏为例,将电子游戏资源与课程内容拓展到运动、相互作用和电磁等领域,为教学中应用电子游戏资源提供新的开发与应用思路,同时展望电子游戏与物理教学在更多领域的结合与创新。

2 电子游戏分析

2.1 绝地求生

“绝地求生”是一款第三人称射击游戏，在游戏中,100名玩家跳伞到一个小岛上,然后依据地图开发资源,并在不断缩小的安全区域内对抗其他玩家,使自己生存到最后，很多青少年都对这款游戏有一定的了解,游戏中含有大量可用于教学的内容,覆盖了运动和相互作用等主题。

图1

首先是游戏开始时跳伞的场景,如图1所示,玩家开始做自由落体运动,下降到一定高度后开伞,最后降落到地面，这个情景可以应用于高中物理必修1“自由落体运动”一节的教学。在向学生举例说明质量不会影响物体的下落速度时,教师常常使用伽利略的比萨斜塔实验,且不论该实验的真实与否,就实验本身而言,与生活联系不紧密,难以引起学生共鸣。相较之下,以学生游戏体验中所观察到的现象为例,更容易使学生产生认知冲突,从而建构起新的知识,了解到质量不会影响物体的下落快慢。同时通过对开伞前后玩家下落速度的分析,也可以引发学生对影响物体下落速度的相关因素的思考。

游戏中还有不同类型的载具,玩家通过载具来快速移动，这也是高中物理必修1“运动的描述”这一章所关注的。通过游戏地图上从一个地方转移到另一个地方,可以明确地向学生介绍位移与路程的概念,同时引出速度与速率,并引导学生思考和理解车辆速度计的读数实际上对应的是物理中的速率。由于游戏还显示实时的车辆速度,所以也可以通过截取片段,让学生记录不同载具的最大速度,并计算各自的加速度,从而探究加速度和最大速度之间是否存在联系。

游戏还包含各种枪械,不同类型的枪械杀伤力也不同。关于枪械可以关联高中物理中相当多的知识,例如射击过程就涉及选修3-5中“反冲”的内容，相同口径下手动上膛的枪械威力大于自动上膛的枪械。该游戏涉及必修2中的“能量守恒定律”，射击远处敌人时将枪口略微抬高则与“曲线运动”有关，因此通过截选不同的片段可以对应不同的教学内容。

2.2 愤怒的小鸟

“愤怒的小鸟”作为一款经典且广受欢迎的手机游戏,其情节是小鸟为了报复偷蛋的肥猪,将自己作为炮弹,用弹弓射向肥猪的堡垒。在游戏中,玩家通过调整弹弓弹射的方向与力度,使射出的小鸟可以命中肥猪堡垒的关键部位,让其崩塌，整个游戏体现了抛体运动的特征。

以下简要介绍将这款游戏应用于“抛体运动”教学的思路，如图2所示,在玩家调整弹弓弹射的方向与力度时,游戏可以实时给出抛体运动的弹道。根据这一特点,教师可以在课堂上向学生展示初始速度与方向对于抛体运动轨迹的影响。截取游戏片段,并导入Tracker等分析软件,还可以在截图上直接给出坐标轴,导出相应的轨迹方程,让学生思考方程各参数的物理意义,从整体上理解抛体运动。除此之外,利用弹弓的弹力与伸长长度成正比可以用于“胡克定律”的教学，小鸟命中目标后,两者运动的解释可应用“动量守恒定律”,肥猪堡垒在被轰击后的平衡与倒塌情景则可以用于“重心”内容的拓展。

图2

除了作为教学过程中的情景模拟,鉴于游戏画面的简约、形象性,还可以将其设计为课后习题。例如告诉学生肥猪和弹弓的垂直高度,两者的水平距离,小鸟射出的角度,就可以让学生计算小鸟击中肥猪所需要的速度。

2.3 星际争霸2

“星际争霸2”作为一款即时战略游戏,广受策略类玩家青睐。玩家通过建造活动进行升级战斗，游戏中所蕴含的物理知识大多在于建造的单位与建筑中，由于部分物理知识涉及大学物理内容,以下暂且介绍可用于高中教学的相关情景。

游戏中机枪兵使用以电磁加速来发射金属子弹的高斯步枪，这种高斯步枪实际上就是电磁炮的微缩版。如图3所示,电磁炮由两条平行的长直导轨组成,导轨之间放置导电滑块作为弹丸。当轨道接入电源时,强大的电流从一根导轨流入,经导电滑块从另一根导轨流出,两根导轨之间会产生强磁场,通电滑块在安培力的作用下高速射出,这就是电磁炮的发射原理。在这样一个物理情景中,涉及通电导线产生磁场、安培力、安培力方向的判断等知识点,综合了右手螺旋定则、左手定则和安培力的计算。由于弹丸在炮管中受到的推力是电磁力,这种力是非常稳定的,所以在给出相关系数后,可以让学生应用动量定理计算出弹丸的出膛速度。结合该游戏中的武器,不仅可以加深学生对相关知识的综合应用,同时也联系了生活,指明了安培力在军事中的应用和电磁武器的发展方向。

图3

3 具体应用

3.1 课前准备

在物理教学中,为了使学生掌握抽象的物理知识,需要创设形象生动的物理情景来帮助学生理解。例如为了使学生理解质量不影响物体的下落速度,跳伞就是一个非常不错的例子。但同样是以跳伞为例,使用游戏中的跳伞截图显然比一张真人图片更容易激发学生的学习兴趣。学生结合自身的游戏体验产生认知冲突,从而建构起新的物理知识。在课前开发教学资源时,从电子游戏中寻找相似的物理情景是一个可行的方法。

受限于电子游戏的容量和部分游戏场景的不确定性,除了少部分游戏外,教师需要在课前截取所需的图片和视频。课堂展示电子游戏并不是鼓励学生去玩,更多地是联系学生生活,拉近师生关系,创设学生有一定体验、容易理解的物理情境。

3.2 课堂教学

在具体的教学中,教师需要考虑课程内容和所选游戏的特点。除了将电子游戏资源运用于课程导入,教师还可以替换原先教学中枯燥抽象的部分和脱离生活的例子。比如之前所提到的“斜抛运动”教学中,单纯的文字讲解对于学生来说不直观、不形象，引入游戏实时的抛体运动轨迹,就可以形象地解释这一过程,并进行进一步分析。

3.3 课后拓展

对于物理教学而言,深入挖掘课程资源的潜在价值十分重要,电子游戏资源也是如此。以这些游戏片段为出发点,可以很好地进行相关知识的拓展。例如在引入游戏中“高斯步枪”,可以让学生在课后进一步查找与“电磁武器”相关的资料,了解电磁武器的分类、工作原理和特点,在这一过程中加深对电磁学知识的理解。

4 总结与展望

通过分析电子游戏和相应的教学过程可以看出,电子游戏丰富的内容可以为物理教学提供生动的情景。电子游戏作为一项新兴的物理课程资源,有相当广阔的开发前景,这需要物理教育工作者树立正确的观念,促进教学与游戏的融合,拉近学生与课堂的距离,使学生真正可以在学中玩,在玩中学。