本科毕业设计（论文）

外文翻译

使用科幻电影的场景来培养对科学的批判性思维

作者：艾伦·卡夫卡和迈克尔·巴内特

国籍：美国

出处：《大学科学教学杂志》

中文译文:

培养具有科学文化素养的公民是科学教育最广为人知的目标之一。最近，科学教育史专家乔治bull;德波尔（George DeBoer）确定了科学教学的九个主要目标，这些目标能推动个体科学文化素养的发展。他指出，科学教育的主要目标之一是帮助公民理解主流媒体中出现的涉及科学知识的报导和讨论（DeBoer 2000，p.592）。不幸的是，对普通公民来说，在高度发展的视觉化社会中将真实与虚幻区分开来变得越来越困难。根据美国国家科学基金会（2000）的观点，视觉媒体中真实和虚幻的混淆已经干扰了公众批判性思维的能力，并阻碍了公民科学素养的发展。欧洲研究咨询委员会主席赫尔加bull;诺沃特尼（Helga Nowotny，2005）进一步阐述了对这一问题的担忧。他指出，在过去几年中，为了满足公众对科学的想象，由高科技驱动的媒体娱乐设计出了许多的科学图像和模型，但这些图像往往会使公众对科学的本质产生误解，并导致观众分不清事实与虚构。

为了提高学生正确评判影视中的科学的真伪的能力（如媒体所述），我们一直在为非科学专业的学生设计和开放跨学科课程，尤其强调要针对未来的小学教师进行跨学科教育。作为本课程的一部分，我们通过培养学生评判、分析影视作品中所展现的科学形象、科学观点的能力，来提高学生的科学素养。本文主要讲述了我们在教学过程中使用的帮助学生将事实和虚拟区分开的教学策略。

背景：电影的教学潜力与挑战

专门研究公众对科学的认识的研究人员认为，虚构的影视作品特别容易干扰并混淆观众对真实和虚幻的判断 (frank，2003年)。尤其是当观众遇到那些从未直接目睹过的自然现象(例如侏罗纪公园的恐龙)，这种干扰尤为明显。电影学者认为，视觉媒体之所以能对干扰观众对科学的认识，是因为虽然现今的电影和电视中有关科学的视觉图像、虚构画面并不只是为了娱乐，还十分关注作品中所呈现的科学影像是否逼真，但大部分影视作品并不管它的内容是否符合真正的科学(Kirby，2003年)。鉴于美国学生(10-22岁)平均每周要花3个小时看电影、8个小时看电视节目(Roberts等人，1999年)，所以基础教育、高等教育中的科学课程要致力于发展学生对视觉媒体的批判性分析的能力，这点十分重要。考虑到这一目标，一些教育工作者一直在探索利用电影教授科学教学策略。

科幻电影应用于教育并不是一个新兴的概念。事实上，20多年来，科学和物理的教学者一直承认利用科学电影在高中、本科阶段教授基本原理的内在价值 (Freedman and Little，1980年)。最近，有教育工作者认为，电影可以在观众脑中创造持久的心理形象，这与其潜在的科学理论有关。这可以帮助学生更好地理解科学中涉及的许多抽象概念，特别是物理和化学概念(Liberko，2004年)。在课堂上使用电影的另一个优点是，它是可视化概念和实际应用之间有趣的结合，可以帮助学生避免在学习概念时经常发生的理论与应用的脱节。(Dubeck、Moshier和Boss,2004)。也有人认为，使用电影片段教授科学能提高学生对科学的兴趣，因为电影经常将科学与社会中的重要问题联系起来，这使得科学与学生的关系更紧密。例如，Dubeck、Moshier和Boss (2004年)坚持认为，使用电影片段探索科学是一种更有效的教学方式。通过识别插图和违反科学原则的电影片段，可以培养学生对科学的兴趣、对真正科学的认识和学生对科学原理的理解。同样的，Efthimiou和Llewellyn(2004年)开发了“电影中的物理”这门课程，学生在课程中使用他们在物理课上学习的科学原理分析电影片段。Efthimiou、Llewellyn像Dubeck、Moshier和Boss一样，认为通过严格区别电影片段中的真科学和伪科学，学生在媒体中“相信伪科学”的可能性会变小，因此电影和电视中的科学形象和科学观点对观影者而言至关重要(Dubeck、Moshier和Boss1995，第47页)。

我们不应忽视Dubeck对学生被“骗”的担忧。因为通过对电影的研究可以发现， 观看电影和电视获得的经验往往会改变人们对科学的看法。例如，将近20年前，Gerbner(1987年)对电视节目进行了普遍的分析，他发现在1973年至1983年期间，电视上每10个节目中有7个含有科学和技术的片段。更重要的是，Gerbner发现，经常看电视的人比不常看电视的人更容易对科学缺乏信心。他们会认为科学是危险的，不信任科学家，并认为在科学领域工作是不可取的。最近对观众认知的研究表明，影视中对超自然现象的正面描述有利于观众对超自然现象产生积极的态度(Sparks 1998；Sparks、Nelson和Campbell 1997年)。研究人员还发现，当今的视觉媒体中描绘的女科学家会强化男性科学形象。部分原因是电影中的大多数女性要么被刻画为男性科学家的附庸，要么被视为独行侠，要么被认为是不符合主流文化的局外人。(Steinke，1999年)。

最近，教育研究人员发现，学生观看科幻作品可以改变他们对科学概念的理解。例如，Barnett和其他人(2006) 发现，看过科幻电影《地心抢险记》的学生对地球结构会有很多误解，这主要是因为他们看了电影里关于地球结构的解释。这些结果表明，作为科学教育工作者，我们应该更多地关注如何帮助学生学习和解释现代科幻电影中所蕴含的科学概念。

课程：活的地球2

课程的内容和背景

在这里，“活的地球2”这门课是学时一年的科学课程的第二学期，并且它符合波士顿学院有关科学的核心要求，是专门为初级教师设计的课程。该课程是一个三学分的跨学科综合课程，主题涵盖了天文学、生态学、环境科学和物理学等。课程的一半内容专门用于讲解天文学和物理学知识，包括轨道、恒星、行星形成和牛顿定律；另一半侧重于学习地球上的生命、城市生态、气候变化和人类对地球生态系统的影响。在结构上，课程由两个部分组成。第一个组成部分是传统的讲座形式，每周举行大约一个半小时。课程的第二个组成部分是每周举行一个半小时的实验教学。通常有100名学生参加该课程，全课程有四个实验部分。考虑到课程规模相对较大，我们会在电子回复系统上提出问题，并收集学生的反馈与意见。

电影场景在课堂上的使用

在课程中，我们运用电影或电视的场景来说明一个特定的概念，或者在课堂上让学生参与讨论如何判断特定场景的科学准确性。讨论的时间长短不一，这取决于所选电影场景中的科学丰富程度。我们所用的电影场景主要来源于：《红色星球》、《明日之后》、《星际旅行：下一代》、《星际旅行：银河前哨》、《天地大冲撞》、《地心抢险记》、《10.5》、《火星任务》和《太空牛仔》等电影。在下面，我们描述了两个使用《地心抢险记》和《红色星球》的电影场景来进行教学的教学情景。

《地心抢险记》：地球的磁场是什么？它有什么作用？

在课堂上，我们讨论了能量、地球磁场和产生地球磁场的原因等话题。在讨论了这些主题后，我们向学生们展示了《地心抢险记》中描述地球磁场的场景。在这一幕中，地球物理学家凯斯博士正在向另一位科学家 (齐姆斯基博士)和一群军事领导人描述如果地球的磁场消失将发生什么。凯斯博士(表现得相当令人信服)说，如果没有磁场，地球将被微波辐射烧成煤渣。他的独白正确地解释了地球的内部结构以及地球磁场是如何产生的。在本次讲解之后，为了演示在没有磁场的情况下太阳的微波对地球的影响，凯斯将喷雾器（模拟太阳）喷到打火机的火焰上，形成一个小型火焰喷射器，将一个桃子（模拟地球）烧得干干净净。

在展示了电影片段后，我们在电子教学装置上向学生询问了一系列有关电影场景的问题。这些问题包括：地球的结构是什么？是什么原因产生了地球的磁场？磁场是如何保护地球的？在接下来的讨论中，大多数学生能正确的回答前两个问题。接着我们更具体地讨论了旋转的液态金属为什么会产生磁场这一物理问题，然后又回到对第三个问题的回答，有70%的学生回答说：是地球磁场保护地球不受微波的影响。接着我们探讨出磁场也是像微波一样的电磁场，它们之间没有相互作用。最后，我们与全班同学讨论了太阳的能量输出，并指出太阳在电磁波谱的微波区域产生的能量很少。由此得出来自太阳的微波对地球的影响不大的结论。

我们要求学生们回想他们为什么相信《地心抢险记》中的描述是科学的。结果显示， 40%的人是因为这部电影对地心结构的描述是正确的；30%的人认为这部电影是有意义的；20%的人觉得电影中桃子被烧黑的一幕是错误的，但没有一个更好的解释来替代；10%的人知道这一幕是错误的。有趣的是，在观看了电影片段后，70%的学生在不同程度上觉得电影中的这种讲解是科学的。然后我们要求学生填写一张索引卡，说明为什么他们觉得电影错了、为什么觉得电影在科学上是准确的。那些认为电影场景无科学性错误的学生的典型反应如下：

“电影中的其他场景都是科学正确的。我以前看过这部电影，并且在课堂上放映出的电影片段也表明这部电影中的科学原理都是对的，至少我是这么认为的。这部电影很好地解释了产生磁场的原因以及鸟类是如何飞行的。它已经在我这建立了足够的信誉，所以我愿意相信它是正确的。” (大二，教育专业)

这位学生的发言很典型。因为我们发现，如果电影中先呈现的是他们知道并理解的科学观点，那么学生往往会倾向于相信后一个不科学的观念。

《红色星球》：登陆火星和挑战失重

总体而言，电影《红色星球》是一部很好的科幻电影。电影中有几个出色的场景，可以展示特定的概念，所以我们把它作为讲课的一部分。例如，在一个场景中，主角试图在失重环境中使用灭火器扑灭大火。这一幕是体现动量守恒的一个很好的例子。后一画面是在同一场景中，主角打开了气闸，看到火焰从气闸里冲了出来。后一个剪辑画面提供了一个很好的体现气压差异的视觉演示。在观看了电影场景后，我们对全班同学进行了调查，了解他们觉得火是被“吸走”了，还是被“推出”了飞船，以及为什么在使用灭火器后，主角向后方移动。学生回答的结果有正确的也有不正确的。这为我们提供了一个机会，可以引导学生批判性地思考电影中的画面是否正确地代表了会发生的事情。对于那些回答正确的学生来说，这次思考的过程中正好可以对相关的两个概念进行回顾。

在之后的课程中，我们讨论了航天飞船该怎么降落在火星上。为了帮助学生了解这一问题，我们展示了《红色星球》中的另一个场景。在这个新的场景中，学生看到一个航天器进入火星大气层，目标是降落在火星表面。在展示这部分场景之前，我们已经讨论过物体会受到空气阻力，并进行了相关演示来帮助学生了解空气阻力的影响。我们扔下不同大小和质量的物体，让学生预测哪些物体会首先撞到地面，哪些物体会形成相同的形状，并观察相应事实结果。

在展示电影场景之前，我们要求学生们思考如何在大气层稀薄的火星上使这艘正以每小时几千英里的速度航行的飞船安全登陆。然后我们要求学生把他们的方案写在索引卡的一侧。我们给了学生几分钟的时间来思考他们的方案，然后给他们看电影场景。在电影中，飞船使用了降落伞和大型充气袋，以保护飞船不被撞坏。在观看了这一幕之后，我们要求学生重新判断这一幕的可信度，写在他们的索引卡上，并写出场景与他们最初的想法是否符合。然后，我们提出了美国宇航局登陆其他行星的计划。他们的策略之一与“红色星球”中所用的登陆方法接近。这就带来了对关于这种登陆方法可行度的物理学上的讨论。我们通过一个鸡蛋实验证实这种登陆方法是可行的。在这个实验里，学生们建造“飞船”，成功将他们的货物(一个鸡蛋)运送到行星(地面)的表面。

结论和教学意义

我们没有准备单独的课程，而是在现有的课程结构中使用电影片段引导学生应用他们所学到的知识来批判地分析某个特定的剪辑场景。电影片段不仅能吸引学生的兴趣，也是打破课堂局限、调动学生参与课堂积极性的一种方式。课程结束后，学生们意识到电影片段在维持他们的学习兴趣以及帮助他们更好地理解课堂上所教的内容的重要性。因为这是我们开设这一课程的第一年，我们无法将学生成绩与以前的学生进行比较，来真正确定电影场景的应用对学生成绩的影响。

我们还了解到，可以用电影场景来帮助学生认识其已有的认知结构，通过提供一种更新颖的知识探索的方式来促进课堂上的讨论，同时回顾或建立特定的科学理念或概念。在放映电影场景时，重要的是让学生接触到代表“真科学”和“伪科学”的各种片段，特别是那些试图体现科学现实却与目前公认的科学信仰相违背的场景， (Dubeck、Moshier和Boss 1995)。通过对各种电影场景的研究，我们发现，学生评判电影情节的科学性的能力得以提高。最后，我们发现，关键是要在播放电影片段前后用问题来框定影视片段，方便我们将学生的注意力集中在影视片段所体现的科学概念上。

最后，重要的是研究学生理解科学概念的方式。概念转变模型 (见Posner等1982年更详细的讨论)是一种被广泛接受的来解释学习者如何对现象有新的理解的方式。概念转变模型（CCM）有两个主要组成部分。其中之一是一个人的需要得到满足后，他才会产生新的理解。根据CCM，学习者在采用新的理解 (即概念)之前，必须满足三个条件，学习者必须：(1)对他们现有的概念感到不满； (2)发现新的概念是可以理解的；(3)发现新的概念是合理的和富有成效的。CCM的另一个内

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