高中生物應用黑箱法提高概念教學有效性研究

張皮鳳

摘 要：在高中生物課程教學中，教師可以借助黑箱法來完成對一些抽象概念的教學，為提高教學有效性探尋捷徑。實際教學中，使用黑箱法來完成對一些生物概念知識的建模，有助于直觀的向學生展示生物概念知識的內容，加深學生對生物概念的理解質量，促進學生思維的發展。文章以黑箱法教學模式助力《基因在染色體上》一課教學為例，探討切實提高生物概念教學法有效性的策略，教無定法，以期拋磚引玉。

關鍵詞：黑箱法;生物學歷史;基因;染色體

生物學知識中存在許多較為抽象的概念，其特征難以在課堂上進行直觀的展示，影響了學生的學習熱情，也降低了課程的教學質量。為此，本課題組申請并獲得了福建省省級立項課題《黑箱法理論在高中生物概念建模教學中應用研究》。教師可以借助黑箱法來完成對課程的教學，引入黑箱法構建合適的教學模型，幫助學生在談論和探究中掌握生物學概念，促進學生探究能力和思維能力的發展。

一、黑箱法建模的概述

黑箱是指一個封閉系統，其內部結構不明，在研究中，研究者只能借助信號的輸入和輸出來分析內部結構，這種研究方式也被稱作黑箱法。黑箱法建模的基礎是信息分析方式和模型架構方式，技術人員可以對系統輸出信號進行分析，以此來完成對黑箱結構的認識。黑箱法建模適合在當前高中生物教學中使用，有助于培養學生的探索精神和自主分析能力。在實際教學中，黑箱法建模的流程包括確認黑箱、輸入條件和輸出結果分析、模型構建以及模型的修正。經過師生共同多次對黑箱進行信息的輸入，并通過對比不同的輸出結果來修正模型的結構。這種教學方式在高中生物教學中的應用可以鍛煉學生的探究能力，對學生的深度思考能力的提升有著重要的作用。

黑箱法建模教學主要圍繞對生物系統這個黑箱的研究，以此作為課程的重點，培養學生的發散思維和邏輯思維。在實際教學中，教師會提出黑箱系統結構方面的問題，并創設一定的信息輸入和輸出條件，便于學生的分析。學生通過對系統信息的收集分析完成對系統結構的架構理解，優化了自身的探索能力。黑箱法建模教學可以在一個課時中完成系統分析，教師可以結合課程時間以及教學內容來合理設計黑箱系統的規模，優化教學質量，提升課堂效率，保證學生參與探索的積極性。

二、黑箱法在“基因在染色體上”課程教學中的應用

（一）教材內容分析

“基因在染色體上”是高中生物課程的重要組成部分，其內容包括“薩頓假說”以及實驗證明等部分。在以往的生物教學中，學生已經基本掌握孟德爾遺傳規律，并了解了基因在生物的遺傳中的重要作用。但是，學生對于基因和染色體的關系不明確，因此，在教學中，教師可以結合生物學的發展史，根據歷史上許多生物學家的假說和實驗來開展課堂教學過程，提升課堂的趣味性。教學的重點是通過實驗表達基因在染色體上的證據。教師可以結合生物學發展歷史，使用黑箱法來構建實驗模型，提升學生在課堂學習中的主動性，強化學生對生物知識的理解，提升課堂教學質量。

（二）教學目標

這一課程的教學目的主要是完成對基因位于染色體上實驗過程的教學，保證學生理解實驗證據，掌握基因在染色體上這一概念的內涵與外延。教師為了強化學生的理解質量，提升課堂教學效果，在課程中使用了黑箱法，構建生物實驗模型，更為直觀的向學生展示歷史上生物學家探究基因位置的過程，培養學生的生物實驗觀念以及邏輯思維能力。

三、黑箱法的教學實踐

（一）實驗材料準備

在生物學歷史上，生物學家使用果蠅來探究遺傳學的規律。因此，在現代高中生物教學中，教師也可以使用果蠅來構建黑箱，完成課堂教學。在課程開始之前，教師可以引導學生進行果蠅的采集。在采集過程中學生要注意氣溫，并為果蠅準備食物，確保果蠅的存活。借助課前的準備，學生的學習興趣得到了提升，且可以更為深入的理解這一生物學實驗材料的優點，對學生實驗思維的發展有著重要的作用。

（二）黑箱的建立以及輸入輸出信息的選擇

在實際教學中，教師首先要做的就是結合課程的內容來構建合適的黑箱模型。課程的重點是基因在染色體上的實驗證明思想以及證明措施，因此課程可以將基因和染色體的位置關系作為教學中的黑箱模型，對其進行探究。其次，教師要合理設計課程中需要使用的輸入和輸出信息。在對基因位置這一黑箱模型進行分析之前，教師應當結合課程的內容來選擇合適的輸入和輸出信息，這是后續課程探究的進行基礎。課程中使用果蠅作為實驗的對象，因此，教師可以將子代果蠅的眼色作為實驗的輸出信息，將摩爾根的果蠅雜交實驗組合作為輸入信息。實驗結果表明，果蠅的眼色和性別相關，因此，果蠅的眼色基因應當位于性染色體上。實驗中，學生可以通過性別信息以及眼色信息來對基因的位置進行思考，實現對黑箱模型的研究。

（三）提出假說，構建多種輸入信息

果蠅雜交實驗結果顯示眼色基因符合孟德爾的分離定律，但是，白眼果蠅均為雄性，這顯示眼色基因和性染色體有著一定的關系。根據這一實驗結果，教師可以引導學生提出幾種眼色基因和性染色體位置的假說。假說內容包括如下的三種：第一，眼色基因位于Y染色體上，X染色體上不存在眼色等位基因。第二，眼色基因在X、Y染色體上均有存在。第三，眼色基因位于X染色體上，Y染色體上不存在等位基因。在獲得雜交實驗的輸出信息之后，學生要結合提出的假說利用遺傳圖解對實驗結果進行解釋。

通過遺傳圖解分析，發現假說二與假說三的遺傳圖解結果都和實際的果蠅雜交實驗結果一致。為了進一步探究的需要，也為了促進學生實驗思維的發展，教師可以引導學生設計合適的實驗內容來對假說進行證實。在生物學的發展中，遺傳學家在提出合適的假說之后還要預測一些實驗結果，以此來佐證假說的正確性。在這一課程的教學中，教師可以引導學生通過測交的方式對假說進行進一步的驗證，通過更為全面的輸入和輸出信息來獲知基因是否存在于染色體上。

測交是生物學研究中常用的一種實驗雜交形式，實驗人員會將子代與其顯性或是隱性親代進行雜交，以此來測定子代的基因型。根據這一實驗要求，學生可以對雜交實驗的結果進行預測。選擇測交組合為F1的紅眼雌果蠅和F2白眼雄果蠅為親本，根據遺傳圖解，假說2和假說3的測交結果一致，難以對正確的基因位置提供參考。因此，教師需要繼續引導學生思考正確的實驗驗證形式來體現基因位置對子代性狀的影響。這一步驟的難度較高，也是教學中的難點，教師需要注意引導學生的思維，幫助學生設計完善的實驗驗證手段。

課堂實驗中，雌果蠅的性狀類型包括野生紅眼雌果蠅，紅眼雌果蠅雜合子以及白眼雌果蠅。雄果蠅的性狀類型包括紅眼雄果蠅以及白眼雄果蠅。實驗中使用的雜交實驗組合包括野生紅眼果蠅和白眼雄果蠅進行雜交、雜合雌果蠅和紅眼雄果蠅進行雜交以及雜合雌果蠅和白眼雄果蠅進行雜交。在上述的雜交實驗中，假說二、三均滿足其實驗結果。通過配對分析和實驗結果的研究，引導學生反向思考，找到使用白眼雌果蠅和野生的紅眼雄果蠅進行雜交。遺傳圖解分析表明，假說二與假說三的結果不同，此時教師展示白眼雌果蠅和野生紅眼雄果蠅雜交實驗的實際結果，子代只出現白眼雄果蠅，學生自然得出假說三的正確性，學生完成了對基因位置這一黑箱模型的解析，加深了對生物知識的理解，也提高了自身對生物學實驗思想的掌握質量。

總之，黑箱法在當前的高中生物教學中有著重要的作用，教師借助模型構建、輸入輸出信息的設計以及模型分析過程，可以加深學生對知識的印象，強化學生的理解質量，有效培養了學生的實驗思想和分析能力，從而切實提升了高中生物課程的教學質量。

參考文獻

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課題項目：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）研究成果。