用科幻輔助科學教育

美國人為什么能創作出那么多高質量的科幻小說、科幻電影？難道他們真的是外星人變的嗎？最近，一份由美國著名出版商蘭登書屋（Random House）出版的《2015年科幻輔助科學教育》的教師參考手冊，以電子文檔的形式在國內科幻圈流傳 —— 這份僅二十頁的小冊子足以為我們部分揭開美國人的腦洞謎底，也讓我們思索，以這樣的教育理念來指導國民，又豈止是對制造科幻產品有一點點益處而已呢？

該手冊的前言介紹說，社會科學的教育很早就已開始使用故事，自然科學的教育也同樣可以用故事來激發學生的興趣和想象力。“這份指導手冊的目的就是為中學的科學教師提供一些具體的實例，幫助他們在課堂上使用具有科學依據的幻想小說。”“閱讀科幻小說使學生有機會在創造性的語境里探索科學概念，并想象科學將把我們帶向何方。比起僅僅誘使學生學習科學知識而言，激發他們的好奇心可以使他們具有更大的潛力，這是點燃他們探尋之旅的火花，是推進大發現所需要的燃料。”

在美國教育的中學階段，自然科學并不分列學科，教材只有漂漂亮亮的厚厚一大本，物理、化學、生物甚至天文學、地質學、基因技術等只是分列在“科學”名目下的不同單元，只有最后到十一、十二年級才根據學生的選擇，學習進階程度教授甚至是大學預科的物理、化學、生物等專門課程。

在手冊邊欄的顯著位置上，是一句流傳甚廣的愛因斯坦的話，或許能為此手冊作下絕佳的注腳：“想象力比知識更為重要。因為知識只是局限于我們眼前已知的、能理解的世界，而想象力卻能擁抱整個宇宙，包括將會存在的、將能被人類了解和理解的一切的一切。”

該手冊將推薦的科幻作品按討論問題的復雜性和難易程度分別歸到不同年級，在簡要介紹作品之后，設計了一系列與作品相關的科學問題，然后是一份簡要書單，把涉及類似科學概念的其他科幻作品也一一列出，作為深化或分化學習之用。此外，手冊還注明了每個系列問題與對應的美國國家教學標準、教學大綱之間的對應關系。從中可以看到，不但有對各類知識點、關鍵概念的要求，還有對結構與工藝流程的理解、知識綜合、科學寫作規范、調研與積累知識的能力、表達和傳播知識的方式與途徑、對科學術語的使用、合作與溝通技巧等等全面的知識能力對應。

手冊在前言中還介紹了科幻小說的一些基本常識。比如作者所創造的世界必須具有內在一致性，也就是說，雖然不必是科學意義上可以實現的現實，但故事的世界必須符合其內在的一系列規則，這些規則通常是符合我們對已有的物理、化學、生物等學科的理解的，所以學生在閱讀科幻作品時，應該能辨別其中的科學原理。手冊舉例說，美國公共電視臺（PBS）有個叫 《聰明不是問題》 （It's OK to Be Smart）的節目，把時下最流行的科幻劇集《權力的游戲》里面涉及的科學道理拿出來一一檢驗討論，甚為妙趣橫生。

值得一提的是，該手冊還列出了幾個基本的科幻定義，把反烏托邦、蒸汽朋克、賽博朋克等概念都一一作了簡要介紹。下面我們就節選手冊中的部分內容，以饗讀者。

作者：恩斯特·克萊恩

應用年級：11年級～ 12年級

這是一部時代背景設定在近未來的小說。故事發生在2044年。它令人神往地描繪了高級虛擬現實的巨大潛力。作者恩斯特·克萊恩不久前在接受《福布斯》雜志的采訪時，曾談到當前技術的突破和它們可能把我們帶往何處（閱讀鏈接：http：//tinyurl.com/ForbesRP1）。本故事講述一個少年為了在虛擬現實中贏得“復活節彩蛋”而走上的求索之路，小說情節緊湊，頗具閱讀快感，是本教學指南中唯一涉及計算機科學的小說，這個領域對當今的高中學生而言可謂獨具吸引力。

討論問題及課外活動

1.請說明小說中描寫的全球氣候變化帶來的沖擊及其影響范圍。是什么導致了全球能源危機？它如何沖擊了社會？你認為到2044年人類可能會真的遇到如此深重的能源危機嗎？請以數據支持你的觀點。

2.在第26頁，韋德沃特解釋他發明了一種裝置可以給他的設備充電，“連在一起的舊汽車電瓶和動感單車”。請用物理學原理解釋此種裝置如何運行。

3.沃特描述他是如何準備玩OASIS的（第26頁），并在60頁給出了系統的細節。請解釋該系統涉及的技術是如何發生作用的（比如：觸覺技術，視網膜掃描）。當前有多少此類技術存在？

4.英文縮寫OASIS代表的是“實質人類中心感官浸入式仿真”（Ontologically Anthropocentric Sensory Immersive Simulation）。請辨析這個系統全名中每個詞的詞源。關于這個系統的功能，這個詞告訴你了些什么？分析其他科學領域里面的名稱由來。科學術語是如何產生的？科學名稱的詞源學研究能揭示有機體或者物體的哪些特點？

5.請說明制造代理化身的編碼原理。是什么使它們可以互動？

6. 由于OASIS可以自由接入，小說中的虛擬世界是如何實現盈利的？你認為這種模式可行嗎？請說明理由。 瑞貝卡·史克魯特（Rebecca Skloot）在其小說《海拉細胞的不死傳奇》（The Immortal Life of Henrietta Lacks）中，提出了生物材料的所有權問題。對于虛擬商品，是否可以提出同樣的問題來？請就這些問題作課堂辯論。

7.在計算機編程中，“復活節彩蛋”是什么意思？要在游戲、應用、程序或者網站編入“復活節彩蛋”，會涉及些什么問題？

8.沃特在線上彩蛋狩獵中獲得進展之后，他也獲得了更高級的裝備，可以在OASIS里面使用。閱讀小說第191-193頁的描寫內容，這種技術在目前以這樣那樣的形式存在多少類型？請說明它們的生效機制。

9.要制造OASIS那樣廣泛的浸入式系統，最大的困難是什么？你認為這種系統究竟能否被制造出來？人們愿意拿真實經歷來置換虛擬經歷嗎？闡述你的見解。

10.OASIS除了提供娛樂，也提供教育機會。虛擬現實技術或其他類似的技術將可能對課堂體驗帶來什么樣的革命？在推行“虛擬課堂”或者遠程教學方面，我們已經走出了哪些步驟？你認為這種學習模式將最終替代傳統的課堂嗎？

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