黑箱研究法在高中生物教學中的運用

邱功發

【摘要】在高中生物教學中，針對一些較為抽象的知識，教師難以借助一般的教學方式進行展示，從而影響了學生對這類知識的理解程度，不利于教學質量的提升。針對這類知識，教師在教學中可以使用黑箱法進行教學，引導學生在課上通過自主分析完成對教學內容的深入理解，優化教學質量。基于此，筆者介紹了黑箱法在教學中的應用策略，希望可以推動教學質量的發展。

【關鍵詞】高中生物;實驗教學;方法運用

【基金項目】本文系福建省教育科學規劃科研基地專項課題“黑箱法理論在高中生物概念建模教學中應用研究”（ 批準號：Fjjgzx18-105）的研究成果。

高中生物比較抽象，學生對有關概念的深入理解總是感到畏難，而對于若干概念以一定的關系構成的原理、規律、理論，學生更是感到不知所措。將黑箱法運用于高中生物教學過程中，不僅可以培養學生的分析能力和邏輯思維能力，而且有助于培養學生的發散思維能力，提升學習興趣。

一、黑箱研究法在實際教學中的應用

在實際應用中，教師首先應當理解黑箱法的含義。黑箱一般是指內部結構不明的系統，在對其內部結構進行了解的過程中，人們通常會借助于實驗和對信息的分析，這種探索研究技術也被稱作黑箱研究法。在這類問題的研究中，人們一般會對系統進行一定信息的輸入，借助對輸出信息的分析，對其內部結構進行推理。黑箱法在生物教學中使用的本質是借助對信息的分析來構建生物知識模型。高中生物課程許多知識不夠直觀，教師可以應用黑箱法，在教學中模擬研究過程，通過給學生提供合理的輸入和輸出信息，幫助學生對黑箱結構進行分析，借助探究過程來完成授課，進而提升學生對課程內容的掌握質量，促進學生思維的成熟和發展。本文以細胞膜的結構教學為例，分析黑箱法在實際教學中的應用。

細胞膜結構的教學是高中生物教學中的重要內容，由于其內容抽象性強，且高中教學中的資源存在限制，教師無法借助實驗等手段來直觀地對細胞膜結構性質進行展示，導致學生無法直觀地認識細胞膜結構。細胞膜結構在教學中屬于典型的黑箱系統，學生在學習中可以借助對細胞膜的性質及功能的分析來完成對結構模型的構建，優化學習質量。

在教學設計中，教師可以將細胞膜結構作為黑箱，在教學中通過分步探索分析的方式，逐步對細胞膜結構成分等進行分析。首先，教師可以針對細胞膜的成分進行教學。在實際教學過程中，教師可以將細胞膜成分作為黑箱。在資料信息的選擇上，教師可以將歷史上科學家對細胞膜結構成分的探索分析實驗結果作為信息基礎，方便學生的分析學習。在這些研究中，科學家通過觀察細胞膜對脂溶性物質和水溶性物質的通過性對細胞膜的成分進行分析，實驗結果顯示，細胞膜對脂溶性物質的通過性強，對水溶性物質的通過性較弱。結合這一實驗結果，學生可以對細胞膜的成分進行分析，結合相似相溶原則，學生容易得出細胞膜的主要成分是脂類分子的結論。同時，科學研究也顯示，當細胞膜吸附蛋白質分子時，其表面的張力會降低，結合這一現象，學生可以得出細胞膜成分中包含蛋白質分子的結論。其次，完成對細胞膜成分的教學后，教師可以將細胞膜的結構作為黑箱，探索其實際結構。在參考資料的選擇上，教師可以選擇科學家使用電子顯微鏡觀察細胞膜時的圖片，圖片顯示細胞膜呈現為暗、亮、暗三層結構，且在成分分析中，細胞膜包含脂類分子和蛋白質分子，由此，學生可以得出細胞膜的結構是脂類分子包圍蛋白質分子的結構。最后，教師要針對細胞膜表面是否具備流動性進行探究。科學家使用經過放射性標記的蛋白質進行分析，通過細胞融合實驗來觀察細胞膜是否具備流動性。實驗結果顯示，融合細胞表面受標記的蛋白質分布均勻，這說明蛋白質分子可以在細胞膜上進行流動，證明了細胞膜具備流動性結構的結論。通過上述的黑箱法教學方式，學生不僅可以加深對生物學發展史的認識，學習科學實驗方式，提升自身的邏輯分析能力，還能高質量地掌握細胞膜結構的內容。

二、黑箱研究法在生物實驗教學中的應用

在生物課程的教學過程中，教師要注意對學生能力的全面培養，通過科學的手段來鍛煉學生的實驗操作技能，幫助學生養成重視實驗過程、注意實驗現象的態度，不斷提升實驗能力。在實驗教學過程中，教師也能借助黑箱法來培養學生的能力，促進學生實驗操作能力和實驗操作思維的發展。

例如，在顯微鏡的使用教學過程中，常見的問題是觀察中發現視野中存在的黑點等干擾，這時學生需要判斷黑點的位置以及出現的原因，以便判斷是否是灰塵等。顯微鏡是精密的實驗設備，在實驗中學生無法對顯微鏡內部進行檢查，因此，這個判斷過程成了一個典型的黑箱系統。學生要結合觀察到的其他信息進行分析，以得出顯微鏡內部結構是否存在問題。首先，學生要了解可能出現黑點的位置，如目鏡、物鏡或裝片。其次，學生可以移動裝片、更換目鏡或是轉動物鏡等方式來調整顯微鏡，并觀察黑點是否移動，以此來判斷黑點的位置。黑箱法在實驗教學中也有著較高的使用價值，有助于學生分析能力和實驗能力的提升。黑箱法也是一些實驗中常用的思想，教師借助這種教學方式，能培養學生的實驗思維，促進學生發散性思維和邏輯思維的成熟，同時也對學生未來的學習和研究工作有著重要的影響。

三、黑箱研究法對學生思維能力培養的應用

在生物教學中，教師還要對學生的邏輯思維能力進行培養，幫助學生在學習中養成靈活使用所學知識的能力。在學生能力的培養過程中，黑箱法可以發揮較為突出的作用。在一些題目的分析中，教師可以使用黑箱法對題目進行解答。

例如，將青蛙大腦破壞保留脊髓，并在脊柱下部打開脊椎骨，剝離脊髓一側的一對脊神經根，之后對背根和腹根使用電刺激，這時青蛙后肢發生運動。已知背根和腹根包含傳出神經，請設計實驗來證明背根和腹根的功能。解答這個題目我們可以使用黑箱法來進行分析，通過設置合適的輸入來獲取輸出信息，對輸出信息進行分析之后，可以獲得背根和腹根的正確功能。這類題目的設計主要是為了考查學生對生物知識的靈活應用能力，也考查了學生的實驗思想，對學生的能力有著較高的要求。學生可以利用題目的條件或是數據等來對問題的機制進行分析，以此來選擇合適的實驗方式，完成題目的要求。

總之，在生物教學中，教師靈活地使用黑箱法可以極大地提升教學效率。黑箱法提升了學生學習中的自主性，引導學生自行對生物知識內容進行探究，極大地推動了學生邏輯思維能力的發展，有助于優化學生對生物知識的掌握質量，為學生的全面發展和未來的深入學習奠定了基礎。

【參考文獻】

江訓光.高中生物幾個實驗中常見的問題與對策[J].中學生物學，2009（05）：89.