高中生物學(xué)必修教材中“黑箱方法”的教學(xué)

楊興富

許多教師可能對(duì)“黑箱法”感到陌生，在生物學(xué)教學(xué)中也忽視了該方法的教育價(jià)值。然而“黑箱法”不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的濃厚興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，而且對(duì)于落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的“提高每個(gè)高中學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)”的理念有著明顯的獨(dú)特作用。因此，本文從“黑箱法”的含義、必修教材中適用“黑箱法”的教學(xué)素材、“黑箱法”在典型案例中的運(yùn)用舉例等方面談些粗淺的認(rèn)識(shí)，以期與廣大生物教師進(jìn)行交流。

一、黑箱方法

從事科學(xué)研究時(shí)，有一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)一時(shí)不能夠（或不允許）被直接觀測到，只能通過外部的觀察和試驗(yàn)，才能揭示其構(gòu)造和功能的系統(tǒng)，控制論創(chuàng)始人維納和艾什比稱之為“黑箱”。如人的大腦、醫(yī)生面前的病人、生態(tài)學(xué)家面對(duì)的某野生種群等都可以看作是一個(gè)“黑箱”。“黑箱方法”是信息分析方法和模型方法相結(jié)合產(chǎn)生的一種方法：當(dāng)面對(duì)一個(gè)未知其結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng)時(shí)，我們可以向其輸入某種信息X，并設(shè)法考查該系統(tǒng)的輸出信息Y。反復(fù)多次的進(jìn)行，就可以取得多組輸入和輸出信息的數(shù)據(jù)（見表1）。經(jīng)研究者的分析比較，就能建立起“黑箱”內(nèi)部結(jié)構(gòu)或功能的模型。

二、“黑箱法”的教學(xué)素材

此外，促胰液素（體液調(diào)節(jié)）的發(fā)現(xiàn)、生態(tài)系統(tǒng)抵抗力穩(wěn)定性的研究等生命科學(xué)研究也都體現(xiàn)了“黑箱法”原理的應(yīng)用。通過這些素材的分析不難發(fā)現(xiàn)，“黑箱法”的運(yùn)用有助于揭示生命系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，有助于揭示生命系統(tǒng)的功能。

三、典型案例分析

案例1：俄國生理學(xué)家巴甫洛夫?qū)愤M(jìn)行了觀察研究，實(shí)驗(yàn)分兩組進(jìn)行：甲組給狗反復(fù)看不同顏色和食物作為輸入信息；乙組給狗反復(fù)看不同亮度和食物作為輸入信息。然后研究兩種信息輸入后，狗的唾液分泌情況。實(shí)驗(yàn)表明：甲組狗沒有建立不同顏色與唾液分泌間的條件反射，乙組狗建立了不同亮度與唾液分泌間的條件反射。該實(shí)驗(yàn)表明了狗的視覺對(duì)_____無分辨能力，對(duì)_____有分辨能力。

案例2：在用脊蛙進(jìn)行反射弧分析的實(shí)驗(yàn)中，破壞縮腿反射弧在左后肢的部分結(jié)構(gòu)，觀察雙側(cè)后肢對(duì)刺激的收縮反應(yīng)，結(jié)果如下表：上述結(jié)果表明，反射弧被破壞的部分是（ ）

A.感受器

B.感受器和傳入神經(jīng)

C.傳入神經(jīng)和效應(yīng)器

D.效應(yīng)器

解析：這里的脊髓內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是“黑箱”，刺激就是輸入信息，后肢的收縮狀況就是輸出信息。破壞前，刺激左后肢，左、右后肢均收縮，說明脊髓結(jié)構(gòu)如圖1所示（與雙重交互調(diào)節(jié)有差異，但這種模型更簡明，在這里并不影響說明問題）；刺激右后肢，左右后肢均收縮，說明脊髓結(jié)構(gòu)如圖2所示。再依據(jù)模型和破壞后得到的信息，可以判斷正確選項(xiàng)為C。

（作者單位：安徽省合肥市肥東縣第一中學(xué)）