趣說“觀察”（下）

□文·圖/張軍

觀察在日常生活中的應用也很廣泛。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、生活品質也一定會跟著提升。

圖1 供圖/視覺中國

不易“觀察”的現象，可以進行轉化

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

初中物理學習中經常用到轉化的方法。隨著液體密度的增大、深度的增大，液體內部的壓強也會增大，但是這種壓強變化是看不見的，我們就通過壓強計將其轉化為U 形管兩側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，讓其振動發聲。另外幾個杯子中，與發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。可以在那幾個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，所見內容也有差別

能觀察到什么，還與觀察者的成長經歷有關。

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該具備的觀察能力。

人的大腦是基因和后天環境共同塑造的，有什么樣的經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》，有人看到西方經典繪畫崇尚寫實的特點；有人關注神秘的微笑；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，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、行為特征與職業的匹配度、與環境的匹配度，需要有敏銳的感知并進行快速判斷、決策。在影視作品中，與此相關的情節經常出現。所以說，物理是一門基礎學科，其訓練出的觀察能力會成為很多職業的基本素養，比如考古、繪畫、文創設計，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——理論推測或者經驗支持。有的同學猜測是短蠟燭先滅，因為燃燒產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，理論上可以產生無數個變量組合。告訴大家，在不同的條件下，會出現長蠟燭先熄滅、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象發生了哪些變化嗎？

我們還可以讓實驗現象更豐富一些。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象有何不同？讓皮尺靠近一些或遠一些，看到的現象有何變化？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、空氣流動情況等，只要有一個變量發生微小變化，紙飛機的飛行狀態就會發生難以想象的變化（圖8）。你很難發現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，我們將發現，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、偶然因素的關系，采用控制變量、等效替代、轉化、理想實驗、建立模型等多種科學方法，進行聯想、問題轉換、概括、歸納等分析手段，從而更好地形成概念、發現新事物、總結規律、檢驗理論、揭示本質。

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，以此來強調觀察對于研究工作的重要性。達爾文也曾經說過：“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。”

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

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。