“黑箱法”在動物生理學教學中的運用

吳旭聰， 鄭曉蕙

(華東師范大學生命科學學院， 上海 200241)

控制論創始人維納在《模型在科學中的作用》中指出“所有科學問題都是作為‘閉盒((Closed box)’問題開始的，…… 若干可供選擇的結構被密閉在‘閉盒’中，研究它們的唯一途徑是利用閉盒的輸入和輸出”。這里的“閉盒”即為“黑箱”，它是指科學研究中一類內部結構無法打開或無法清楚展示和認識的系統[1]，在動物生理學研究中廣泛存在。

1動物生理學中的“黑箱”

以往的動物生理學研究傾向于在觀察研究對象內部結構的基礎上研究其功能特征，遵循結構與功能相適應的原則。這固然有其價值所在，卻也隱含了人們認識的局限性——無法認識內部結構無法觀察或無法展示的事物。例如研究神經系統時，無法直接觀察其相應的結構，也無法通過解剖確定哪些結構與我們所想要了解的功能有關[2]。類似的問題可以運用黑箱方法進行研究和解決，即研究時不直接對研究對象的內部結構進行觀察，而是通過控制輸入信息(X)，觀察和分析輸出結果(Y)來認識黑箱(S)的內部結構或功能機制(如圖1)。

“黑箱”反映的是人們對于客觀事物的不同認知程度，若對事物或系統的內部結構全部認識，稱之為白箱；若僅為部分認識，則稱為灰箱。但實際上對于客觀存在的事物，并沒有所謂的黑箱、灰箱和白箱之分。此外，是否為黑箱還與人的知識水平、經驗閱歷等相關。例如動物的激素、分泌和調控對于教師以及已經掌握這部分知識的學生是白箱，對于尚未學習的學生則為黑箱。