身边的伯努利原理

李雪梅 朱峤 蔡敏琪 黄灵丽 裘颖莹

摘 要 近年来，我国科普场馆越来越重视科学实验的创作，涌现了众多优秀的原创作品，成为面向公众进行知识传播的重要方式。以上海自然博物馆的“风来告诉你”为例，具體谈谈科学实验的背景设定以及创作技巧。

关键词 科学实验 背景设定 创作技巧

1 创作缘起

科学实验“风来告诉你”以学校科学课堂为背景，赴山西太原参加“第六届全国辅导员大赛总决赛”，荣获科学实验赛一等奖，总分第一名。实验立足流体力学中的常见现象，创作过程共耗时10个月，前后历经了三次大的调整。

（1）首次创作基于马格努斯效应、伯努利原理，从土拨鼠的洞穴构造，延伸到地下城的通风设计，并结合时事热点，阐释了仿生学在建筑工程中的运用。

（2）第二次调整，作品进行了道具设计、舞台走位设计，在舞美上有了很大提升。同时把原来的未来科幻背景，调整为中国古代背景，并在伯努利原理的基础上引入了康达效应，诠释了这些原理在建筑结构上的应用。

（3）第三次调整，融合了前两次表演的科学原理与实验道具等优点，除了通过实验演示伯努利原理、康达效应的原理，作品的主题进行了升华，从自然界的风联系到“中国风”。

2 背景设定

清晰的背景设定，能够有利于观众在短暂的表演时间内，快速厘清角色之间的关系，并且更好地吸引观众的注意力。在“风来告诉你”项目的创作过程中，先后设计了三个不同的背景设定，体现了创作的三种不同时间维度，最终我们确定了现代背景设定。

（1）加入科幻元素。在科学实验表演中，加入科幻元素，能够让科学实验表演更有未来感。剧本在创作过程中，紧跟时事热点，能够更好地抓取观众的注意力。联系到地下城，也是由于上海自然博物馆是自然类科普场馆，希望从自然界中汲取科学原理，以仿生学角度阐释科学原理，更能体现自然博物馆的特色。

（2）融合传统故事。传统文化故事，观众耳熟能详，故事的背景设定非常固定，能省却很多笔墨去介绍角色设定和人物关系，让观众快速地进入剧情，理解剧情。并且在后续的实验中，能够让观众形成心理期待。不过，固定的背景设定，也会给后续创新以及实验衔接带来难度。我们在创新背景设定时，既需要继承人们对传统的刻板认知，但同时也需要在传统设定上对人物角色及观众认知上进行创新。

（3）结合现代背景。“风来告诉你”最终的设定为呈现学校科学课堂的现代背景。故事主角朵朵是一个学生，因为家里面有垃圾的臭味更愿意去学校上课。在科学课上她对于“纸张能飞行”产生了浓厚的兴趣。菜鸟实习老师是一个辅助角色，她了解一些知识，但又无法全部解答。科学老师则是清晰透彻地解答问题的角色。

现代背景设定能拉近与观众距离，且更具生活感，观众接受度大。“风来告诉你”采用科学课堂的形式，是科学实验表演常用的背景设定。其优点在于能够以情景化的方式，快速进入实验阶段，而且有非常好的情境感。

我们在实践中也发现，从科学实验表演的比赛角度来看，背景设定上的适用度为：现代>古代>未来。现当代背景为普遍选择，古代背景容易使科学实验的展开受到时代限制，未来背景受技术表达手段限制，容易使表演的科技感受到影响。当然如果在好剧本的前提下，古代和未来背景也能使人耳目一新。

3 科学实验表演的科学性

科学实验表演需要传达丰富的科学内涵。科学性是科学实验表演区别于其他表演的核心特点。科学实验表演的科学性，可从学科范围选择、实验设计、原理的阐释与应用等方面进行完善。

3.1 学科范围

对于科学实验表演来说，我们在选择科学原理前，先要研究比赛规则。从目前的比赛来看，多数要求实验范围为物理、化学、生物等领域。如《2019年全国科学实验展演汇演活动实施方案》提到，“实验限定在物理、化学、生物学科等”“实验表演具体形式不限，但内容核心要传播科学思想、科学知识或传授科学方法”。

我们从实践中发现，在学科范围的选择上，物理、化学、生物这三个学科从视觉、听觉、嗅觉等感官上有更好的表演效果，是选择频率更高的学科。“风来告诉你”选择的是物理学科范围内的伯努利原理。此前已有许多实验涉及伯努利原理，因此表现形式的创新成为该节目取胜的关键。

另外，由于国内目前各类科学实验比赛历史较长，有的每年举办，赛场上科学原理及实验的重复率较高，如果缺少新意，很容易在赛场上“撞题”。因此，选择结合各类学科的综合型实验或者选择更小众的地理、数学等学科，可能是今后比赛出彩的新方向。

3.2 实验设计

在一个科学实验表演中，通常包含多个科学实验，最好能找一条主线把实验串联起来，实验的相关性及层次性强，能够在短暂的时间内，带来更好的表演效果。如表1所示，“风来告诉你”总共有三组实验。

全部实验以“风”来作为主线，飞行器实验以“风”引出伯努利原理，吹蜡烛实验以“风”解释康达效应，吹烟实验再次强化伯努利原理。三组实验以“风”进行串联，前面是两组小实验，后面是一组大实验，并且同一组实验中还设计了对照实验，展现不同条件下的实验效果。整个作品的实验相关性较强，而且层次分明。

3.3 原理阐释与应用

（1）从简单、熟悉的概念引入。科普的难点在于用观众听得懂的语言，来阐释科学现象原理。让观众在短时间内能看得懂实验、听得懂原理，也是科学实验表演的难点。在科学实验表演的开始部分，如果要引入科学概念，最好是能够从日常生活中人们熟悉的、相对简单的概念入手。例如：

朵朵：风？不就是空气的流动吗？

科学老师：流体有个非常重要的性质，叫做伯努利原理，它说的是流速越大，压强越小，流速越小，压强越大。

“风来告诉你”在引入原理时，选择从“风”的简单概念入手，解释为“空气的流动”，进而过渡到“伯努利原理”。

（2）而在引入相对复杂的科学概念时，需要进行二次解释，如表2所示。

这里在演示吹烟实验后，科学老师进行了原理解释，地面上的风无论是从平地通风口吹向山顶通风口，还是从山顶通风口吹向平地通风口，地下管道的风都会从山顶通风口出来。为了进一步方便观众理解，科学老师还进行了二次解释，引入了“楼顶风大、楼底风小”这个生活中的案例。

（3）选择普及型、典型性案例。

科学老师：是的，通过观察和实践，人类不断探索着风的性格，中国工程师们运用这些原理，让京津冀的大兴机场拔地而起。

菜鸟老师：长三角的C919大飞机展翅高飞。

朵朵：珠三角的港珠澳大桥跨越大海。

在阐释科学原理的应用时，选择普及性、典型性案例，对现场观众而言，更有共鸣。例如，在“风来告诉你”中，阐释伯努利原理的应用时，把风的应用与中国工程联系起来，更好地体现了中国的科技发展在建设国之重器时的具体应用。

4 科学实验表演的表演性

参赛选手有许多都是非专业演员，或者没有表演经验。如何快速实现科学表演能力的突破，我们认为可以从以下几个方面着手。

4.1 道具制作

“风来告诉你”总计有数十件道具。根据实验内容分为以下几个部分：

（1） 飞行器实验。演示“伯努利原理”，采用的道具如表3所示。

其中由于设计了与评委及观众的互动环节，演员使用的翻滚翼为2个，其余为互动道具。在互动的翻滚翼上，标明使用方法，配合台词提示评委和观众。

（2） 吹蜡烛实验.演示“康达效应”，采用的道具如表4所示。

（3）吹烟实验，采用道具如表5所示。

其中，吹烟模型是整个实验中最核心也是最大的道具，设计灵感来源于泰国科技馆引入展“大自然母亲”。“大自然母亲”是仿生展，吹烟模型设计我们参考了其中的展项“土拨鼠洞穴”。土拨鼠的地下洞穴利用伯努利原理，保证风一直从地势较高的出风口出来。项目组最开始计划把道具的设计和制作均进行外包。当供应商提供道具成品后，项目组成员发现道具无法满足实验需求，最终成员们通过测量“土拨鼠洞穴”的尺寸，再测算比例，利用瓦楞纸板手工制作了同比例模型。

在道具的制作上，我们坚持了几个原则：（1）制作简单。飞行器实验中的5类飞行器，我们均是采用彩色A4纸制作。简易道具可在到达比赛城市后制作，避免了长途运输带来的损耗。另外A4纸容易获得，且成本较为低廉。不同飞行器的制作方法，可从抖音、哔哩哔哩等视频APP获得。（2）操作简便。科学实验在表演时有失败的风险。尤其在竞赛的高压力下，对演员的挑战非常大。因此竞赛类科学表演要尽量简化操作步骤，保证实验的成功性。“一键式”“傻瓜式”操作方式，带来显著的实验效果，更适合竞赛情境。（3）准备应急预案。在道具的准备上，由于赴外地参赛，长途运输过程中道具会有损耗，在打包时需要格外注意保护。为减少搬运损耗，在设计过程中尽量选择轻便型、可拆卸材料。材料数量上尽量有备份，如果不能备份，可携带道具的设计图纸或模型，以便就地制作。

4.2 表演规模与表演技巧

好的科学表演需要好的演员。尤其在剧本背景的设定上，合理控制演员数量，能够让观众直观地明确人物关系，且有助于在人物关系介绍上节省表演时间。通过三个参赛阶段，我们发现在科学表演队伍的人数上，尤其是比赛型科学实验表演，以2～4人最多，最能够适应实验表演的需要。“风来告诉你”在整个创作过程中，都把演员人数控制为3个人，能够有效控制表演的时间。

该项目表演人员在参加项目前，均未经过严格的表演训练，且没有过多的表演经验。在有限的时间内快速提升演员的表演技巧，成为竞赛类科学实验表演的关键。（1）坚持原创。该项目的研发与表演，全部由同一批人员完成。项目从“0”到“1”的过程中，表演者们保持了对过程的知晓度与熟悉度。在原创的过程中，不断加深对实验原理本身的理解。因原创而对实验的深刻理解，能让表演者们始终保持对整个项目的敏锐度。（2）专业指导。项目邀请了专业导演对演员们进行了一一指导。导演从演员肢体语言、场面调度等方面让表演有了极大的飞跃。演员上下场方位能有效衔接，在舞台上位置的变动需避免遮挡道具和其他演员。表演者的第一次露面，也尤为重要。（3）不断练习和修改。“台上一分钟，台下十年功。”表演者只有不断练习，才能不断熟悉台词和调度。确定试验和剧情后，表演不能一直固定不变，需在每一次排练中不断修改。

4.3 反转的运用

反转在表演中的运用，能不断推动故事情节发展，给观众带来惊喜。

（1）人物情绪的反转。

学生：大家好，我叫朵朵。最近我搬了新家，爸爸妈妈觉得城里空气实在太差，所以换个山清水秀的地方，可是我一点都不开心。住在里面总是闻到一股臭味，臭得我啊，夜夜睡不好，家里没法待，还不如去学校上课呢！咦，第一节是科学课。（看见纸，扔纸飞机）

节目一开始，第一个人物登台至关重要，能够定下表演基调。“朵朵”以轻松、唠家常的方式開场，告诉观众家里发生的故事，可以很快地打开局面，拉近与观众之间的距离。随后好事变坏事，由“搬家的轻松”，变成“环境差得夜不能寐”，实现了“愉快”到“沉重”的情绪反转，获得了很好的戏剧效果，也为后续剧情埋下伏笔。

（2）实验结果的反转。在科学实验表演中，为了设计对比实验，实验的反转也是很重要的表现方式。以“风来告诉你”中的吹风实验为例，先让用吹风模拟地面的风从右往左吹，那么地下管道里的臭气是从右往左吹。如果地面上的风从左往右吹，按照正常认知，地下管道里的臭气也会跟着从左往右吹。所以，当风还是从同一个出风口出来时，实验结果出现了反转，打破了观众的认知预期，吸引观众对作品保持注意力。

4.4 升华的运用