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除了自己的无知， －苏格拉底 |
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本文发表于《科学画报》 2012 年第 1 期 (上海科学技术出版社出版)。 |
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喜欢本人文字的读者 “愤怒的小鸟” 飞进课堂 本文是替《科学画报》撰写的专栏短文， 本站版本在若干人名和术语初次出现时注有英文。
自 2009 年底起， 一款名为 “愤怒的小鸟” (Angry Birds) 的手机游戏以极快的速度风靡了起来， 在不到两年的时间里就被下载了超过 5 亿次， 还出现了大量的 “山寨版”， 每天耗费世界各地玩家们的时间累计超过了几百万小时。 在如今的地铁和巴士上， 倘若听到几声怪怪的鸟叫， 你不必诧异， 那只不过是有人在玩 “愤怒的小鸟”。 “愤怒的小鸟” 是一款极易上手的游戏， 它的玩法很简单， 就是用弹弓 (slingshot) 发射小鸟， 去攻击靶子——几只胖得象肉球似的小猪。 那些小猪大都躲在 “掩体” 里， 有的还带着 “安全帽”， 不过小鸟们也不含糊， 很多都有绝活， 有的会 “分身术”， 有的会扔炸弹 (鸟蛋？)。 据说 “愤怒的小鸟” 研发之初， 恰好是 “猪流感” (swine flu) 肆虐之时， 于是可怜的小猪被选为了靶子， 遭到数亿玩家的 “痛扁”。 “愤怒的小鸟” 给商人带来了滚滚利润， 给玩家带来了休闲快乐， 却也让一些学生家长感到忧虑， 甚至变成 “愤怒的家长”。 不过， 美国东南路易斯安娜大学 (Southeastern Louisiana University) 物理系的副教授阿兰 (Rhett Allain) 却独辟蹊径， 撰写了一系列文章， 对 “愤怒的小鸟” 背后的物理学展开了研究， 将这款游戏引向了益智。 就象真正的科学研究一样， 阿兰的研究是从收集数据入手的。 他不仅从互联网上找来了一些游戏录像， 也亲自记录了一些 “小鸟” 的飞行数据， 以及目标遭撞后的情形。 经过对数据的分析， 他有了一些有趣的发现。 比如他发现小鸟的飞行是恒定重力场中的自由抛体运动 (当然， 这正是玩家所预期的， 因为这样才可以把小时候扔石头的经验用到这款游戏上)； 如果假定那重力场就是地球表面的重力场， 那么游戏中的各种长度也可以被确定下来， 比如那弹弓的高度约为 5 米， 红色小鸟的高度约为 70 厘米 (是小鸟还是鸵鸟？ 难怪能把猪砸死)， 而该游戏 “情人节版” (Valentine's Day Edition) 中那只在空中飘动的小猪其实是悬挂在一根长约 30 米的透明丝线下自由摆动着。 除这些标准的物理学外， 阿兰还发现了一些非现实的 “物理学”， 比如游戏中那种能在空中一分为三的蓝色小鸟在分裂后的总质量是原先的 30 倍！ 阿兰的研究十分简单， 而且很接近中学物理实验课的做法。 受他启发， 美国亚特兰大 (Atlanta) 市某私立中学的一位名叫伯克 (John Burk) 的物理教师干脆将 “愤怒的小鸟” 引进了课堂， 让学生们研究 “愤怒的小鸟” 世界里的物理学。 对于学生来说， 那样的研究除了有趣之外， 还有一个很有魅力的特点， 那就是有一种探索未知的感觉。 普通的中学物理实验大都是重复无数前人早就做过的东西， 结果也是已知的， 而 “愤怒的小鸟” 世界里的物理学对绝大多数人来说却是未知的。 那样的研究也因此有一种普通实验课上找不到的探索未知的感觉。 用伯克的话说， 那样的研究使他的学生 “获得一次当科学家的机会， 成为最早发现答案的人之一”。 而更重要的是， 无论 “愤怒的小鸟” 世界里的具体规律是怎样的， 探索的方法都是科学方法， 而且那些规律越是未知， 就越能引导学生采用科学方法， 因为在那样的规律面前， 连凑答案的便利都不存在了。 中国有句古话， 叫做 “授人以鱼不如授人以渔”， 课堂也是如此， 向学生传授科学知识固然要紧， 让他们掌握科学方法却更重要。 正是这一点， 是阿兰与伯克让 “愤怒的小鸟” 飞进课堂、 寓教于乐的最大价值。 其实， 除了阿兰与伯克的做法外， 还有一条思路可以引导一部分玩家从 “愤怒的小鸟” 中得到物理教育方面的启示， 那就是编写那样一款游戏本身也离不开物理。 事实上， 游戏中小鸟的飞行以及各种各样的撞击， 都是由一个物理模拟程序决定的。 在这个程序所模拟的规律之中， 就有阿兰他们所发现的那些。 而这个程序的开发者对使用者的忠告则是： “你应该有一些关于刚体、 力、 力矩和冲量的基础知识”。 因此， 读者诸君若也想有朝一日编写像 “愤怒的小鸟” 那样的游戏 (这可不是白日梦， 很多游戏开发者的职业生涯正是从玩家开始的)， 也得多学学小鸟背后的物理。 二零一一年十一月二十三日写于纽约 站长近期发表的作品
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