趣說“觀察”（下）

□文·圖/張軍

觀察在日常生活中的應(yīng)用也很廣泛。上街買肉，我們會看看顏色、聞聞氣味；挑選西瓜，我們不但看色澤，還會用手彈一彈，聽聽聲音；要是買瓜子，我們還會嘗幾個。學習物理的過程中，如果你能有意識地不斷訓練、提升觀察能力（圖1），你的思維能力、生活品質(zhì)也一定會跟著提升。

圖1 供圖/視覺中國

不易“觀察”的現(xiàn)象，可以進行轉(zhuǎn)化

有些現(xiàn)象不太明顯，或者難以量化，我們需要對其進行轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)換）。比如音叉的振動難以觀察，但音叉激起水花的現(xiàn)象可以被看到，這是視覺轉(zhuǎn)化；繃緊的紙面接觸到音叉會發(fā)出聲音，可以被聽到，這是聽覺轉(zhuǎn)化；手指甲觸碰振動的叉股會有麻麻的感覺，可以被肢體感受，這是觸覺轉(zhuǎn)化。

初中物理學習中經(jīng)常用到轉(zhuǎn)化的方法。隨著液體密度的增大、深度的增大，液體內(nèi)部的壓強也會增大，但是這種壓強變化是看不見的，我們就通過壓強計將其轉(zhuǎn)化為U 形管兩側(cè)液面的高度差的變化。力是看不見的，但是我們可以通過力的作用效果來“觀察”它。電流是看不見的，但是我們可以通過電流的效應(yīng)來“觀察”它。探究影響動能大小的因素、探究影響重力勢能大小的因素、探究橡皮筋的彈性勢能大小等，我們都可以使用轉(zhuǎn)化法。

圖2

圖3

如果兩個物體的固有頻率一致，當其中一個物體振動時，另一個物體也會隨之振動，這就是共振。準備幾個差不多大小的紅酒杯，取其中一個，用手蘸水摩擦杯口，讓其振動發(fā)聲。另外幾個杯子中，與發(fā)聲杯子固有頻率一致的杯子也將振動，但是我們的感官難以察覺?？梢栽谀菐讉€杯子的杯沿上各放一小截吸管，當杯子共振時，吸管就會動起來（圖2）。張老師的實驗室里有兩個金屬做成的敲擊樂器，找到兩個標記同樣音調(diào)的金屬片，敲擊其中一個，用手指可以感受到另一個金屬片也同時在振動（圖3）。

觀察者的背景知識不同，所見內(nèi)容也有差別

能觀察到什么，還與觀察者的成長經(jīng)歷有關(guān)。

看過電影《唐人街探案3》的同學想必還有印象，秦風剛到日本成田機場，觀察周邊環(huán)境時作出了一番判斷：“9 點鐘方向的男子手拿的報紙是3 天前的；10 點鐘方向的清潔工衣服明顯不合體；2 點鐘方向的那兩個人看似在等人，注意力卻一直在我們……”這是一個訓練有素的偵探所應(yīng)該具備的觀察能力。

人的大腦是基因和后天環(huán)境共同塑造的，有什么樣的經(jīng)歷就有什么樣的大腦，有什么樣的大腦就有什么樣的思維特征。同樣是欣賞名畫《蒙娜麗莎》，有人看到西方經(jīng)典繪畫崇尚寫實的特點；有人關(guān)注神秘的微笑；也有人認為畫中的模特是一位“三高”女士，因為她雙眼內(nèi)眥有黃斑瘤，雙手上有一些皮下脂肪瘤的痕跡。

唐朝時，洛陽某寺廟有一幅色彩鮮艷的壁畫，畫上一群樂工正在聚精會神地演奏樂曲。有一次王維看到了，說：“哎呀，這演奏的是《霓裳羽衣曲》第三節(jié)的第一拍啊。”很快，有人請一隊樂工來演奏《霓裳羽衣曲》，當演奏到第三節(jié)第一拍時，讓樂工停止演奏，保持姿勢別動，然后對照。樂工們的手和口在樂器上的方位、動作姿勢，果然和壁畫上畫的完全一樣。這就是“王維觀畫”的故事，足見王維在音樂和繪畫方面均有豐富的背景知識。

圖6

事實上，一些特殊的職業(yè)，如特工人員、刑偵人員、安保人員，對觀察力也是有嚴苛要求的。他們對周邊人員的著裝、言語、行為特征與職業(yè)的匹配度、與環(huán)境的匹配度，需要有敏銳的感知并進行快速判斷、決策。在影視作品中，與此相關(guān)的情節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)。所以說，物理是一門基礎(chǔ)學科，其訓練出的觀察能力會成為很多職業(yè)的基本素養(yǎng)，比如考古、繪畫、文創(chuàng)設(shè)計，等等。

動手試一試，感受一下自己的觀察力

我們從江蘇鳳凰科學技術(shù)出版社出版的八年級上冊物理教材的引言中，挑出兩個實驗，簡單拓展一下，同學們可以在家動手做實驗，感受一下自己的觀察力。

第一個實驗，哪支蠟燭先滅（圖4）？

實驗之前，我們可以先猜一下結(jié)果。物理學科中的“猜想”可不是胡思亂想，必須基于一定的證據(jù)——理論推測或者經(jīng)驗支持。有的同學猜測是短蠟燭先滅，因為燃燒產(chǎn)生的二氧化碳體積越來越多，把蠟燭火焰“淹沒”了；也有的同學猜測是長蠟燭先滅，因為上面的氧氣用完了。

在這個實驗中，你能觀察到幾個變量？容器的高度、容器的橫截面積、容器的形狀、蠟燭的高度、火焰的大小、玻璃罩與底板的密封程度都是變量，理論上可以產(chǎn)生無數(shù)個變量組合。告訴大家，在不同的條件下，會出現(xiàn)長蠟燭先熄滅、短蠟燭先熄滅、長短蠟燭一起熄滅3 種情況。我們可以取幾只長短不一的蠟燭同時點燃，扣在玻璃鐘罩下，觀察一下它們熄滅的先后順序（圖5）。

第二個實驗，透過盛水的玻璃杯看書本上的字（圖6）。

圖7

這個“看”字的學問可多了。可以讓字離水杯近一些或遠一些，改變距離觀察；可以讓水杯在左、右方向移動，在動態(tài)中觀察；可以將視線往下移或者移到水面上方，換不同角度觀察；可以在水中加些鹽或糖，改變了材料再觀察。你能分辨出觀察的現(xiàn)象發(fā)生了哪些變化嗎？

我們還可以讓實驗現(xiàn)象更豐富一些。找一只球形魚缸裝上水，與裝水的玻璃杯放在一起對比。將容器后面的皮尺拉直，透過玻璃杯和魚缸觀察到的現(xiàn)象有何不同？讓皮尺靠近一些或遠一些，看到的現(xiàn)象有何變化？你還可以做哪些變化（圖7）？

訓練觀察能力不復雜，折紙飛機就可以。紙飛機的形狀、重心分布、初始飛行狀態(tài)、空氣流動情況等，只要有一個變量發(fā)生微小變化，紙飛機的飛行狀態(tài)就會發(fā)生難以想象的變化（圖8）。你很難發(fā)現(xiàn)兩只飛行軌跡完全相同的紙飛機，是不是？同一只紙飛機也飛不出兩次完全相同的軌跡。

隨著學習的深入，我們將發(fā)現(xiàn)，科學探究中的觀察需要對被研究對象進行積極的干預，處理好主要因素、次要因素、偶然因素的關(guān)系，采用控制變量、等效替代、轉(zhuǎn)化、理想實驗、建立模型等多種科學方法，進行聯(lián)想、問題轉(zhuǎn)換、概括、歸納等分析手段，從而更好地形成概念、發(fā)現(xiàn)新事物、總結(jié)規(guī)律、檢驗理論、揭示本質(zhì)。

巴甫洛夫在研究院門口的石碑上刻下了“觀察、觀察、再觀察”的名句，以此來強調(diào)觀察對于研究工作的重要性。達爾文也曾經(jīng)說過：“我沒有突出的理解力，也沒有過人的機智，只是在覺察那些稍縱即逝的事物并對它們進行精細觀察的能力上，我可能是中上之人?！?/p>

隨著技術(shù)條件的不斷進步，人類觀察的廣度、深度、精度還會不斷推進，收集的數(shù)據(jù)會更翔實，處理數(shù)據(jù)的手段會更豐富，得出結(jié)論的能力也會更高。

像科學家一樣觀察，像心理學家一樣觀察，像數(shù)學家一樣觀察，像美學家一樣觀察……成為一個好的探究者，從做一個好的觀察者開始。