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      趣說“觀察”(下)

      2023-10-26 09:11:28張軍
      科學大眾 2023年20期
      關(guān)鍵詞:紙飛機觀察蠟燭

      □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。

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