腦洞大開 Google帶《星際穿越》走進初高中,原來數學物理還能這麼學

2021-02-15 第一教育

還記得前陣子火了一把的燒腦電影《星際穿越》嗎?Google通過教師眾包的形式,讓他們從這部燒成年人腦子的電影中提取出很多細小的知識點,開發出一套符合初高中學生的教學計劃,科目涵蓋數學、科學和人文歷史等。

在官網Interstellar.withGoogle.com上,for educators頁面就是為經過認證的老師們準備的,目前共提交了21份課程計劃,每份計劃都是電影中一個很小的點的延伸,如為重力、二進位碼、維度、凍雲存在嗎,標註有適合的年級,美國制6-8年級相當於我們的初中,9-12是高中。

今天,小編就帶你來看看其中的幾個課程計劃——是的,物理課、數學課還可以這麼上!

No.1Biosphere Bottle Experiment with a Twist


生態圈的改變

電影《星際穿越》在生態變化這個問題上引發了許多有趣的話題。在NASA的其中一次談話裡提到了某些氣體在大氣層中的濃度以及它對地球上生命的影響。因此,我們提出的問題是:如果我們改變了目前大氣層中主要氣體的濃度,這將會對整個地球生態系統產生怎樣的影響?

第一部分:預測

大多數環境或生態學的教科書都有如何使用2升的瓶子和其他規定的材料來建立一個封閉的生態圈的指導。

這項實驗的目的,是為了觀察在這個封閉的生態系統中改變氮氣和氧氣濃度所產生的結果。

同學們可以在建立生態圈的同時,對不斷增加的氮氣和/或氧氣對其產生的影響進行大膽地預測。他們的預測將會被記錄在Google Doc中,並且通過Google Slides 展示給其他同學。

第二部分:生態圈的建立

搜索關鍵詞cK-12獲取有關大氣成分的相關話題。如果需要更多有關大氣中氮氣和氧氣濃度及其對地球生命影響的信息,可以通過Google Search繼續查找。

同學們須在教師的指導下完成生態圈的建立,並確保它是一個封閉的系統。

當三個生態圈都已建立完成並處於可封閉狀態時,同學們可以在第一個生態圈中輸入大量的氮氣並封閉它,在第二個生態圈中輸入大量的氧氣,而第三個生態圈則作為參照物。

由於熱量會對生態系統中的動植物產生不利影響,同學們應避免將它直接曝露於光照下。觀察大約一周的時間,記錄數據,並定期拍照作為支持調查結果的證據。

總結/評價:


學生們需要通過WeVideo或其它視頻編輯軟體設計完成一個定時拍攝視頻,並配以解說,最好能以創造性的方式展示研究成果,並結合講故事的形式進行匯報演說。


No. 2Can Frozen Clouds Exist


凍雲真的可以存在嗎?

電影中有這樣一個場景,一名太空人駕駛著一架飛船穿過了行星的大氣層後,和一朵「凍雲」相撞了。看到這裡,讓我們不禁想到一些問題:

• 漂浮在行星大氣層中的雲真的可以凍結嘛?

• 如果可以,雲的密度是怎樣的?

• 如果可以,大氣的密度是怎樣的?

• 如果可以,大氣的溫度又該是怎樣的?

(進一步探索:大氣壓力應該達到什麼程度才能滿足這種可能性?要回答這個問題,需要從化學和物理的相位圖的知識入手討論)。

• 如果根據實驗和數學分析,這個場景是不可能發生的,劇本應該如何改寫?

第一部分


在Ted Ed上觀看視頻:冰為何會浮在水上?通過課程後的問題來確保理解這一內容。

第二部分:實驗測定冰的密度

使用提供的原材料,測量出(相對)規則正方體冰塊的體積及質量。通過天平或稱來測量冰塊的質量。

通過密度公式:密度=質量/體積 算出冰塊的密度大約為0.1克/立方米。

記錄所得的數據並對其他冰塊重複該實驗。

將所得的觀察結果及計算數據上傳至Google Doc供教師/其他學生參考並比較。

第三部分:設想凍雲漂浮在行星大氣層中是可行的

通過WolframAlpha(安卓應用)或科學文獻研究冰塊在標準溫度和壓力下的密度。這個數值與你在第二部門所計算出的是否一致?為什麼?

現在思考以下場景:

凍雲周圍的大氣密度應該是怎樣的才能使它懸浮其中?

在相同的壓力和溫度下,凍雲周圍的大氣密度應該大於還是小於冰塊周圍的大氣密度?密度值又該是多少才能讓凍雲保持懸浮在空中的狀態?將你的計算結果上傳到Google Doc中,並說明理由。

總結/評價:


根據觀察分析、計算、研究和總結,決定電影中這個場景是否應該重寫。如果這個場景與水在常態下的表現一致,請通過詳細的數據和運算來證明;如果不一致,那麼根據你對密度及物體在不同形態下密度變化(尤其是水)的理解,解釋說明這個場景應該如何被重寫、重拍或展開想像。


No. 3Design a planet


設計一個星球


在電影《星際穿越》中,Coop和全體太空人共同尋找探索適宜人類居住的星球。在本次活動中,學生們將會探討生命存活的條件,並設計一個屬於他們自己的能夠維持生命的星球。

前期準備:


在課程正式開始前,學生們需要在YouTube上觀看視頻「了解Goldilocks行星」。

維持生命的條件是什麼?地球真的是唯一一個適宜生存的星球嗎?是否還有其他行星適宜生存?生存的必要條件是什麼?Goldilocks Zone描述了行星和其恆星之間適宜生命生存的距離。

如果兩者之間太近,則溫度會過高,如果太遠,則溫度太低。所以這個距離必須「剛剛好」才能保證生命的存活。你認為一顆行星還需具備什麼條件才適合人類居住?

你需要探索並發現至少一個生命存活的可能的場景。

第一部分:


學生們以小組形式瀏覽NASA Astroventure Design a Planet網站,通過閱讀行星的各種特性來設計一個能維持生命的星球。(10-15分鐘)

第二部分:


利用共享的Google Slides演示,學生要重現幻燈片內的場景,並在全班同學面前展示。展示中應包括各項具體細節,不僅包括他們選擇了何種類型的星球,還應給出行星的大小、距離等相關細節。學生們應概述他們選擇的星球與地球的明顯區別以及人類居住於此所必須適應及克服的挑戰。(10-15分鐘)

第三部分:


學生們將他們設計的場景展示呈現給其他同學。(15-20分鐘)

No. 4Manifest Destiny


天命論


在電影《星際穿越》中,美國人決定尋找一個新的行星來居住。考慮到歐美的殖民背景,有朝一日,我們到達其他星球後會產生怎樣的影響?如果這些星球上有其他形式的生命,我們應當如何應對?我們又是否有在那生活的權力?

第一步


回顧「天命論」 (Manifest Destiny)的概念以及它在以下方面對美國本土產生的影響:種族多樣性及原著民的生計、自然資源的利用、自然環境因工業化的引入產生的變化。

第二步


4個學生組成一個團隊,根據教師分配的立場,提出一系列支持或反對《星際穿越》中「天定命運論」的論點。學生們將寫下的論點通過Google Docs與教師共享。

第三步


每個團隊都將在課堂上表述呈現他們的論點。

總結/評價


學生們評估以上論點,並討論星球殖民政策的優劣。


No. 5Mapping The Solar System


繪製太陽系地圖

在觀看電影《星際穿越》後,下述活動可以作為一個比率和/或太陽系知識的後續課程。

在電影《星際穿越》中,太空人們穿越了太陽系。在本次活動中,學生們將會探索各大行星與太陽之間的距離,並且按一定比例繪製在繪圖紙上,最後用粉筆將它們刻畫在地上。

學生們將以小組為單位找出行星的比例並繪製圖表,然後小組們將合併成為大組,最終將太陽系圖等比例地刻畫在學校的地面上。

步驟:


1、學生們將被兩兩分組,並瀏覽講解地球和其他行星大小比例的網站資源。

2、小組成員通過圖片上的信息計算出在8.5×11的繪圖紙上繪製太陽系對應的比例,該比例必須正確對應每個行星的真實尺寸及行星間的距離。

3、計算完成後,2個小組將會組成為一個4人大組並比較、驗證他們各自的圖表和計算,並達成統一。

4、每組成員將帶著一包標記粉筆和一把捲尺劃分出一個10』x10』平方米的工作區域。

5、每組將在他們10』x10』平方米的工作區域完成計算及太陽系比例圖的重新繪製等工作,圖例中應包括行星的標籤、距太陽的距離及比例尺等。

6、組員們可以將成果拍照並稍後在課堂中分享。(可選)

7、學生可以通過Google Presentation與其他同學分享他們所繪製的太陽系。

總結/評估:


最後,老師會對每個小組做出評價並對他們計算出的比例和繪製圖做出修改。每個大組都將在課堂上進行口頭演講,來說說他們的模型,說說他們在這次設計中認為最後挑戰性的部分以及他們從中學到的知識。


No. 6You Are What You Eat


如果一生只能吃一樣東西

調查學生們最喜愛的食物,統計出受最多學生喜愛的食物。請同學們想像一下,如果在他們的餘生都只剩下這一種食物可供食用,那將受怎樣的場景。

告訴學生們,他們將會面臨和電影《星際穿越》中一樣的情形:我們居住的地球只能生長一種農作物。學生們將參與某種多用途的農作物的研究並決定最終選擇哪種。

(時間-5分鐘)

第一部分


學生們將會被分為3個大組,每個大組將會被分成3-4個小組。

3個大組將會分別研究一種農作物(土豆、玉米和大豆),而每個小組則分別研究指定農作物的多樣用途、營養價值以及生存能力。

然後,每個小組與其他小組就他們共同研究的農作物(土豆、玉米和大豆)的各方面性質進行整合,並給出應當選擇該農作物的論點。

所有已知的研究結果將會記錄並共享在Google Doc上供學生們參考,他們可以用網頁上所列出的研究作為出發點,但不必局限於此。

(時間-15-20分鐘)

第二部分


而後,學生們將恢復成為3大組,相互分享他們的探索發現,並通過演講來吸引其他組的成員加入自己的隊伍。

學生們應從為何這種農作物是最好的以及選擇它的原因來論證加固自己論點,同時,也應指出它的缺陷。

在演講的過程中需配合通過收集來的信息所製作的Google Slides。

(時間-15-20分鐘)

第三部分


每個大組論述他們選擇這種農作物的論點,而其他組的每個成員都有選擇任何一種農作物的權力,獲得最多成員支持的團隊將會被宣布成為「食物大戰」的獲勝方。

(時間-20-25分鐘)

總結/評價:


所有的學生將使用Google Drawing合作完成一張信息圖表,列舉勝出的農作物的所有可能產物,不論其是好是壞。

(時間-20-25分鐘)

後續活動:


觀摩電影《星際穿越》後,學生們可以在YouTube上觀看視頻《你了解玉米嗎?》並討論為何電影作者會選擇玉米作為地球上唯一存活的農作物。

本文選自《上海教育-第一教育時訊》5月刊,更多內容,請見雜誌。

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