趣说“观察”（下）

张军

观察在日常生活中的应用也很广泛。上街买肉，我们会看看颜色、闻闻气味；挑选西瓜，我们不但看色泽，还会用手弹一弹，听听声音；要是买瓜子，我们还会尝几个。学习物理的过程中，如果你能有意识地不断训练、提升观察能力（图1），你的思维能力、生活品质也一定会跟着提升。

不易“观察”的现象，可以进行转化

有些现象不太明显，或者难以量化，我们需要对其进行转化（转换）。比如音叉的振动难以观察，但音叉激起水花的现象可以被看到，这是视觉转化；绷紧的纸面接触到音叉会发出声音，可以被听到，这是听觉转化；手指甲触碰振动的叉股会有麻麻的感觉，可以被肢体感受，这是触觉转化。

初中物理学习中经常用到转化的方法。随着液体密度的增大、深度的增大，液体内部的压强也会增大，但是这种压强变化是看不见的，我们就通过压强计将其转化为U 形管两侧液面的高度差的变化。力是看不见的，但是我们可以通过力的作用效果来“观察”它。电流是看不见的，但是我们可以通过电流的效应来“观察”它。探究影响动能大小的因素、探究影响重力势能大小的因素、探究橡皮筋的弹性势能大小等，我们都可以使用转化法。

如果两个物体的固有频率一致，当其中一个物体振动时，另一个物体也会随之振动，这就是共振。准备几个差不多大小的红酒杯，取其中一个，用手蘸水摩擦杯口，让其振动发声。另外幾个杯子中，与发声杯子固有频率一致的杯子也将振动，但是我们的感官难以察觉。可以在那几个杯子的杯沿上各放一小截吸管，当杯子共振时，吸管就会动起来（图2）。张老师的实验室里有两个金属做成的敲击乐器，找到两个标记同样音调的金属片，敲击其中一个，用手指可以感受到另一个金属片也同时在振动（图3）。

观察者的背景知识不同，所见内容也有差别

能观察到什么，还与观察者的成长经历有关。

看过电影《唐人街探案3》的同学想必还有印象，秦风刚到日本成田机场，观察周边环境时作出了一番判断：“9 点钟方向的男子手拿的报纸是3 天前的；10 点钟方向的清洁工衣服明显不合体；2 点钟方向的那两个人看似在等人，注意力却一直在我们……”这是一个训练有素的侦探所应该具备的观察能力。

人的大脑是基因和后天环境共同塑造的，有什么样的经历就有什么样的大脑，有什么样的大脑就有什么样的思维特征。同样是欣赏名画《蒙娜丽莎》，有人看到西方经典绘画崇尚写实的特点；有人关注神秘的微笑；也有人认为画中的模特是一位“三高”女士，因为她双眼内眦有黄斑瘤，双手上有一些皮下脂肪瘤的痕迹。

唐朝时，洛阳某寺庙有一幅色彩鲜艳的壁画，画上一群乐工正在聚精会神地演奏乐曲。有一次王维看到了，说：“哎呀，这演奏的是《霓裳羽衣曲》第三节的第一拍啊。”很快，有人请一队乐工来演奏《霓裳羽衣曲》，当演奏到第三节第一拍时，让乐工停止演奏，保持姿势别动，然后对照。乐工们的手和口在乐器上的方位、动作姿势，果然和壁画上画的完全一样。这就是“王维观画”的故事，足见王维在音乐和绘画方面均有丰富的背景知识。

事实上，一些特殊的职业，如特工人员、刑侦人员、安保人员，对观察力也是有严苛要求的。他们对周边人员的着装、言语、行为特征与职业的匹配度、与环境的匹配度，需要有敏锐的感知并进行快速判断、决策。在影视作品中，与此相关的情节经常出现。所以说，物理是一门基础学科，其训练出的观察能力会成为很多职业的基本素养，比如考古、绘画、文创设计，等等。

动手试一试，感受一下自己的观察力

我们从江苏凤凰科学技术出版社出版的八年级上册物理教材的引言中，挑出两个实验，简单拓展一下，同学们可以在家动手做实验，感受一下自己的观察力。

第一个实验，哪支蜡烛先灭（图4）？

实验之前，我们可以先猜一下结果。物理学科中的“猜想”可不是胡思乱想，必须基于一定的证据——理论推测或者经验支持。有的同学猜测是短蜡烛先灭，因为燃烧产生的二氧化碳体积越来越多，把蜡烛火焰“淹没”了；也有的同学猜测是长蜡烛先灭，因为上面的氧气用完了。

在这个实验中，你能观察到几个变量？容器的高度、容器的横截面积、容器的形状、蜡烛的高度、火焰的大小、玻璃罩与底板的密封程度都是变量，理论上可以产生无数个变量组合。告诉大家，在不同的条件下，会出现长蜡烛先熄灭、短蜡烛先熄灭、长短蜡烛一起熄灭3 种情况。我们可以取几只长短不一的蜡烛同时点燃，扣在玻璃钟罩下，观察一下它们熄灭的先后顺序（图5）。

第二个实验，透过盛水的玻璃杯看书本上的字（图6）。

这个“看”字的学问可多了。可以让字离水杯近一些或远一些，改变距离观察；可以让水杯在左、右方向移动，在动态中观察；可以将视线往下移或者移到水面上方，换不同角度观察；可以在水中加些盐或糖，改变了材料再观察。你能分辨出观察的现象发生了哪些变化吗？

我们还可以让实验现象更丰富一些。找一只球形鱼缸装上水，与装水的玻璃杯放在一起对比。将容器后面的皮尺拉直，透过玻璃杯和鱼缸观察到的现象有何不同？让皮尺靠近一些或远一些，看到的现象有何变化？你还可以做哪些变化（图7）？

训练观察能力不复杂，折纸飞机就可以。纸飞机的形状、重心分布、初始飞行状态、空气流动情况等，只要有一个变量发生微小变化，纸飞机的飞行状态就会发生难以想象的变化（图8）。你很难发现两只飞行轨迹完全相同的纸飞机，是不是？同一只纸飞机也飞不出两次完全相同的轨迹。

随着学习的深入，我们将发现，科学探究中的观察需要对被研究对象进行积极的干预，处理好主要因素、次要因素、偶然因素的关系，采用控制变量、等效替代、转化、理想实验、建立模型等多种科学方法，进行联想、问题转换、概括、归纳等分析手段，从而更好地形成概念、发现新事物、总结规律、检验理论、揭示本质。

巴甫洛夫在研究院门口的石碑上刻下了“观察、观察、再观察”的名句，以此来强调观察对于研究工作的重要性。达尔文也曾经说过：“我没有突出的理解力，也没有过人的机智，只是在觉察那些稍纵即逝的事物并对它们进行精细观察的能力上，我可能是中上之人。”

随着技术条件的不断进步，人类观察的广度、深度、精度还会不断推进，收集的数据会更翔实，处理数据的手段会更丰富，得出结论的能力也会更高。

像科学家一样观察，像心理学家一样观察，像数学家一样观察，像美学家一样观察……成为一个好的探究者，从做一个好的观察者开始。

（责任编辑：白玉磊）