創設情境課堂 以物理的眼光看武俠世界

余自鋒

摘 ? 要：創設教學情境對物理課堂的教學以及培養學生的物理核心素養起到了關鍵作用。利用武俠世界的繽紛色彩，從兵器、外家功夫、內家功法等角度出發，創設一套有特色的物理情境模式，講述物理知識，打開傳統武術的大門，從實際中講述物理規律，體驗式教學，培養學生的理性思維、批判質疑和勇于探究的科學精神。

關鍵詞：核心素養;科學精神;體驗式教學;傳統武術

《普通高中物理課程標準》指出，創設教學情境對物理課堂的教學以及培養學生的物理核心素養起到了關鍵作用，教師有目的地創設形象生動的情景，激發學生積極的情感，引導學生主動去思考、去探究、去應用的態度體驗和行為體驗，指導學生提煉和加工情境與物理知識的聯系，寓教學內容于具體形象的情景之中，進而構成輕松愉快的學生建構知識的環境[ 1 ]。

在物理學科核心素養背景下，對蘊含在知識背后的思維方式和價值取向的培養，如學習興趣、真實體驗、思維方式及科學精神等尤為關鍵[ 2 ]。我們的物理課堂不再是普通的按本宣科、枯燥無味、讓學生筋疲力盡的課堂，課堂內容、方法應結合生活以及學生的興趣切合學生的心理需要，激發學生的學習動力。2020年召開的全國政協十三屆三次會議上，鑒于青少年的身體素質偏低，由吳志明等108名全國政協委員共同聯名提交的《關于落實健康第一的教育理念，為中小學生松綁減負的提案》，會議提出要將體育納入中考評價體系中，與體育相關又最能提升青少年身體素質的運動，當屬我們的“國術”——武術。因此，本文將從武俠世界出發，創設情境課堂，引出其包含的物理知識，讓學生學會用物理的眼光看世界。

1 ?內家功法篇

內家功法俗稱“內功”，武俠世界里極為推崇的功法有“易筋經”“洗髓經”“九陽神功”等。其實，內功的修煉強調的是調身、調息和調心三要素，再通過身形、呼吸和神意進行配合，在一呼一吸之間鍛煉身體內部的各個器官，最終使得身體氣力漸增、充養全身各處的經絡以及臟腑，達到強身健體的效果。“內力”實際指的就是長期修煉提升的腰腹之力（就是我們常說的核心力量），在高手過招時，內力強勁的高手瞬間發力往往就能破開對手的防守，予以痛擊。在傳授摩擦力的知識時，播放內功深厚的高人對拼掌力后退為輸的視頻，并以這個為教學情境，與學生討論獲勝的因素。得出對掌不僅需要自身的“內力”及身體的承受力，還需增大自身與地面間的最大摩擦力，最大靜摩擦力f=μN，誰接觸的地面更粗糙，體重更重，誰就會是最終的勝者。日常生活中經常會看到山羊或者公牛對頂的畫面如圖1所示，由牛頓第三定律可知，兩個力等大反向，因為左邊的牛受到的力有向下的分力，對地面的壓力變大，而右邊的牛受到的力有向上的分力，對地面的壓力減小了，所以左邊的牛摩擦力增大占優勢。

上文提到，內功修為高的高手內力深厚，他們在對敵時越戰越勇，氣力悠長，幾乎可以立于不敗之地，但武林中有修煉奇異功法的人士利用人和樂器的聲音克制著內力深厚的高手，如謝遜的“獅吼功”、黃藥師的“碧海潮生曲”、六指琴魔的“天魔琴”等，獅吼聲、簫聲、琴聲皆暗藏殺機，對內力深厚的高手殺傷力極大，有時肝臟心腦血管會因承受不了而破裂導致死亡。在傳授受迫振動的知識時，可創設該玄幻的教學情境，吸引學生的注意。然后在班級演示“海豚音”震碎玻璃杯的實驗，驗證理論分析的正確性。還可舉“奇妙的笛聲”（一對外國夫婦在自己的莊園上吹笛子，樹上的蟲子紛紛墜落而死）的例子。

2 ?外家身法篇

2.1 ?輕功

每個人都幻想過自己能“飛檐走壁”，而這項功夫經常在夢中具備了，有研究表明人在夢中是感受不到自身的重力，這也是在夢中身輕如燕的原因。其實，輕功的修習關鍵在腰部以下部位，是在長期鍛煉以及控制腿部的力量中自然而成的，當然也有速成之法，就是去重力加速度比地球小的星球，在那里我們就會是超人的存在。在講述動量定理的內容時，亦可創設武俠情境，播放武當道士跳下二十幾 m高的山坡，與學生一起分析該道士的危險動作，發現他跳落時在空中雙臂展開揮動增加了空氣阻力，落地瞬間彎膝下蹲翻滾增加了地面與人的作用時間，由動量定理（F-G）Δt=mΔυ可知，動量變化量相同，作用時間越長，地面對人的沖力越小，很大程度將傷害降至最低，最終順利完成二十幾米的跳躍。通過演示雞蛋掉落棉花上不破的實驗驗證觀點。

在講述受力分析的整體法和隔離法時，可以舉武當的絕頂輕功“梯云縱”為例，此功法在空中用左腳踩右腳的方式完成二段跳，與學生探討人在空中是一個整體，左右腳都是人體的一部分，它們之間的力是相互作用力等大反向，以人為研究對象時，它們是相互抵消無影響的，就和一個臂力千斤的高手無法將自身提起的原因相類似，所以在絕情谷底，李莫愁在空中也是踩在她徒兒身上，想借力跳出情花叢，而不是左右腳互踩。不過，喜歡打籃球的人會發現有些人跳的高度一樣在空中的時間比其他人久，這是由于這些人在空中憑借著強悍的腰腹力量，一收一張（與貓在空中上下半身反向旋轉相似，角動量守恒）延長滯空時間躲開防守將球打進。

2.2 ?硬功

說到硬功，“金鐘罩”“鐵布衫”“天罡童子功”“金剛不壞之身”“鐵砂掌”“少林十八銅人”等等立馬出現腦海中。要想練就一身刀槍不入的硬功需常年累月的抗擊打訓練，通過棍棒的敲打，有時還需借助外部條件，比如“銅人”在抗擊打后會在皮膚上涂抹銅粉等，形成肌肉記憶，由于過了冷兵器時代，訓練又極苦，漸漸失傳了。傳授壓力壓強的知識時，通過播放“滾釘板”“滾玻璃渣”等表演的視頻，分析發現人受到的力不變，接觸面積越大，壓強越小，即釘板釘子越密集，玻璃碎渣越碎，越不需要擔心。“胸口碎大石”劉德華出道時在某一個綜藝節目上就表演過，它利用了壓強和動量的知識，躺著的人會受到石頭靜態時的壓力和動態時的沖擊力，在人能承受的范圍內，石頭越厚，與人接觸的表面積越大，砸的時候對人傷害越小[ 3 ]。

2.3 ?身法

武俠世界里輕功好的高手，對敵時他靈活多變的身法會給人眼花繚亂的感覺，“凌波微步”就是典型的例子，通過邁出讓人捉摸不透不可思議的步法躲避對手的攻擊。在重力與重心的這節課中，節選幾張“凌波微步”的圖片，讓學生感悟姿勢的飄逸，講述完重心與穩度的關系后，再進行分析，發現重心必須落在雙腳之間，否則就會人仰馬翻。所以摔跤、柔道的防身術、太極拳等對敵時的訣竅就在于如何將對手的重心帶偏，摔跤和柔道靠得是絆腿、抓、抱腰以下的部位將其摔倒，太極拳通過“粘”“引”等延長接觸的時間，化解對手的勢頭后瞬間發力讓對手重心偏離后立即摔倒，而為了不讓自身摔倒，我們必須將重心降低，因為重心越低越穩定！

3 ?兵器譜

3.1 ?暗器

暗器在火器盛行之前多為武林人士推崇，具備體積小，重量輕，方便攜帶等特點，攻擊距離可以有十幾 m乃至幾十 m之遠，速度快，隱蔽性強，令多數人頭痛，防不勝防，威力較大。暗器的使用講究發力手法，要想飛得遠有威力，需甩動手臂帶動小臂使暗器加速時間增加，后經過指縫的方向校正，完成發射。在武俠世界里，以“小李飛刀”“子母龍鳳環”“暴雨梨花針”等較為出名。傳授磁場對磁性物體的作用力時，可與學生觀看小李飛刀與上官金虹決戰，分析“龍鳳環”和飛刀的特點，“龍鳳環”是磁性材料制成，鐵制的飛刀受到磁力的吸引吸附在環上，后被李尋歡的玉刀所破。生活中雜技的飛刀表演，除了真功夫外也有在靶上做手腳。

“回旋鏢”“血滴子”運動軌跡無法捕捉，令人聞風喪膽。以“回旋鏢”（飛去來器）為例，《尋秦記》中項少龍擊殺侯府在高墻上的士兵時用過，如圖2和圖3所示[ 4 ]，原理是利用其獨特的弧形結構，飛行時弧面上方空氣流動比下方快，流速越快壓強越低，下方給回旋鏢一個升力飛起（與飛機飛行的原理相似），由于兩片葉子在前進的方向相對質心的流速不同，根據儒可夫斯基原理[ 5 ]可知，對質心的轉動力矩不同[ 6 ]，所以飛行路線為一弧形，經過一定的訓練，掌握發力特點，具有完備的殺傷力，澳大利亞的土著人至今還有用其捕獵。

2017年，少林俗家弟子們參軍，“功夫武警”誕生;2019年，練武出身的駐港新兵們，剛入伍便達到優秀士兵的水平，投彈能投五十多 m甚至更遠。功夫新兵們除了自身常年練武的身體素質，懂得如何發力之外，還用到了物理斜拋的知識，講到拋體運動時可節選投彈的姿勢分析，設初速度為v0，以相對水平面不同的夾角θ拋出，水平方向的分速度即為v0cosθ，豎直方向的分速度為v0sinθ，射程x=v0cosθ·t，時間t=，射程x=，得出理論上以相對地面45°的角度投射，射程最遠。

3.2 ?槍

槍，將利刃加在棍上，彌補了棍的直刺威力不足，綜合威力強大，被譽為“百兵之王”。“紅纓槍”的特色是槍頭下有纓穗，最初纓穗的顏色是白色，用來阻擋血液流到槍桿上，后改為紅色，稱紅纓。其實，改用紅色就是利用物理的知識，紅色的光波長較長，不論在何種天氣，都是最引入矚目的，在戰斗時，可極大程度的擾亂對手的視線，讓人措手不及。現實生活中的紅燈、還有拍照時特意的紅色衣服，都是利用該原理。

3.3 ?鞭

鞭有軟硬之分，硬鞭由銅制成，制作原理和锏相似。常見的硬鞭有“七節鞭”“九節鞭”“十三節鞭”等，軟鞭包括“馬鞭”“繩子鞭”等，鞭的制作特點與物理的“繩波”相關，在講機械波的傳播形式時，可引入“響鞭”的視頻（甩鞭子時的破空聲），讓學生思考為何會有破空聲，引出波在傳遞時會傳遞能量的知識，將鞭子上的每一小段看成一個質點，手臂揮舞時帶動鞭子后面質點舞動，質點舞動的方式滯后于手，手臂揮舞的能量通過鞭子傳遞到末端，而鞭子的設計是長且越來越細，相同能量傳遞到末端時末端的運動速度極快，所以甩鞭子時我們都能聽到破空聲，如果被它打到那必定是皮開肉綻的。

3.4 ?刀

刀，官家的象征，是一件勢猛力沉兵器，威力巨大以劈砍為主。有些武林人士根據自身力大的特點，會在刀刃上進行改良，傳授慣性的知識時，可以以“九環刀”為例，刀身沉重，在刀刃上打上九個孔，掛上九個重環，環上再掛九個小鐵球增加重量。使用時，不僅可以利用環的聲音擾亂對手，當刀被對手擋住時還可以利用球和環的慣性繼續下壓，質量越大，慣性越大，高手對決一個小小的物理細節，往往就決定了勝負。

4 ?結語

創設物理情境對物理課堂的教學以及培養學生的理性思維、批判質疑和勇于探究的科學精神極為重要。本文從全新的角度出發，以武俠世界的情境作為教學情境，對慣性、動量定理、摩擦力、斜拋、流體壓強、力矩、共振、多普勒效應、波的傳遞、重心與穩度、光的特性等物理知識進行分析，結合實例體驗式教學，培養學生的物理思維，讓學生接受武術并提升自身的身體素質。當然，武俠世界繽紛多彩，僅憑本文的描述遠遠不夠，“傳武”與物理聯系還在延續中。

參考文獻：

[1] 鈄方健.高中物理學科核心素養視域下課堂情境教學[J].物理教學，2019，41（2）：7-10，22.

[2] 徐立海.指向深度學習的物理教學路徑探索[J].物理教師，2020，41（5）：10-14.

[3] 沈金林.體驗學習在認知建構中的作用及其實施策略[J].物理教師，2007，28（10）：6-8.

[4] 馮興如，陳經剛，姜紹材等.回旋鏢的飛行原理[EB/OL].[2021-6-1]http：//www.wenku.baidu.com./view/ftzf.c6ba98271fe910efqzc.html.

[5] 孔瓏.流體力學 （二）[M].北京：高等教育出版社，2003.

[6] 郝桐生.理論力學[M].3版.北京：高等教育出版社，2003.