探究如何使用“黑箱法”優化高中生物概念教學

摘?要：在研究系統時，當我們只了解輸入輸出的信息，而不了解系統內部具體的運作流程時，系統對于我們來說就是一個“黑箱”，所謂“黑箱法”是指通過對輸入、輸出信息的動態研究，來逆推出系統的內部運作流程。高中階段的生物知識內容眾多，各種生物學概念的理解難度較大，應用“黑箱法”可以輔助學生對概念的理解，并且可以激發學生對生物學學習的興趣，因此“黑箱法”的應用具有很強的現實意義。文章分析了“黑箱法”教學在生物概念教學中應用的意義，并且結合實例探討了“黑箱法”的應用策略。

關鍵詞：黑箱法;概念教學;高中生物;生物教學

“黑箱”的概念最早來源于美國哲學家維納，是其在探討科學哲學問題時提出的。他認為所有的科學研究都從“黑箱”開始，并且所有的研究之中都會使用到“黑箱法”。一般來說“黑箱法”的使用會包括兩大過程，一是模型的建構過程，二則是通過控制輸入信息，來研究輸出信息的變化，實現對于“黑箱模型”的檢驗與選擇。

概念教學是新課標中生物教學的重要組成部分，概念包括一般概念和核心概念，核心概念往往比一般概念更加的概括，更加的抽象，其既可以是概念，也可以是原理、理論、規律等。應用“黑箱法”可以很好地輔助學生對于核心概念的理解。

一、 “黑箱法”在生物概念教學中使用的意義

（一）使得生物教學與科學史之間的聯系更加密切

翻開生物學史不難發現，因為生物機體自身的復雜性，很多影響深遠的研究都是借助于“黑箱法”來完成，包括生物課本上涉及的對于基因和染色體的認識、對于細胞膜結構的認識等等。開展“黑箱法”教學使得學生有機會真正的模擬體會科學史發展的實際過程，對于學生科學思維的培育具有重要的意義。

（二）有效地改變了之前“單向灌輸”的教學模式

之前的高中生物教學往往以教師的“單向灌輸”為主，學生的積極性不高，課堂參與感不足，無法從生物教學之中感受到生物學科的魅力。“黑箱法”在生物教學之中的應用給了學生更多地參與與探究的機會，生物知識的理解不再完全由教師的講述完成。

（三）可以很好地培育學生的探究能力

在“黑箱法”教學之中，教師負責建“黑箱”和信息輸入，學生參與建“黑箱”和負責解“黑箱”、建構概念模型，這樣可以很好地鍛煉學生的探究能力。

二、 “黑箱法”在高中生物概念教學中的應用探析

（一）通過對輸入信息的調整完成模型篩選的“黑箱法”概念教學

在減數分裂這一生物學概念的教學中，減數分裂不同時期染色體的變化一直以來是教學的難點。通過應用“黑箱法”進行教學，使學生沉浸在解黑箱和建黑箱之中，逐步建立“減數分裂”這一生物學概念。對于沒有學習過這減數分裂的學生來說，從原始生殖細胞到成熟生殖細胞染色體的具體變化過程就是一個“黑箱”。

教師可以引導學生建立“黑箱”模型，在實際的教學之中可以通過小組合作的形式展開，布置學生課后完成人體精子形成過程的模型，提示學生用橡皮泥等工具用以模仿染色體，上課時提交作品。學生的作品主要有以下兩個方案，方案一認為減數分裂同有絲分裂一樣，都是從著絲點分裂開始，姐妹染色單體分別進入到兩個子細胞中，最后將子細胞中的染色體均分，進入到四個細胞中;方案二則認為首先進行的是同源染色體的分離，而后再進行著絲點分裂，染色單體分別進入子細胞，最終形成四個只有23條染色體的細胞。

這兩種“黑箱”模型形成后，教師可以給學生輸入新的信息，讓學生逐步解開“黑箱”，確定正確的模型，建構減數分裂概念模型。在授課時教師可以結合學生給出的模型，給出科學研究過程中的史料進行參考。盧克特在19世紀末觀察發現，減數分裂中，配對染色體等長，并且配對的染色體相互分離。亨金在研究紅蝽的減數分裂過程之中，發現在一個特殊的時期，紅蝽染色體成現環狀，并且每個環狀物都由兩條染色體配對構成。通過信息的再次輸入，學生可以通過研究發現，后一種說法是正確的，原本困難的“黑箱”也就此被學生逐步打開。這種教學方法打破了傳統教學之中由教師主導的課堂，也給了學生更多的參與機會。

（二）基于科學史的歷程構建“黑箱”輔助學生完成進階理解

在實際的生物學史之中，對于細胞膜結構的探索是一個漫長的過程，其認識過程伴隨著技術的進步，由眾多的科學家們共同完成。其中科學家們的探索過程可以被教師改編為輸入輸出信息，建構出一個個生物學“黑箱”，輔助學生對于細胞膜組成這一生物學重要概念的進階性理解。首先可以構建關于細胞膜物質成分的“黑箱”，教師可以給出細胞膜對脂溶性物質的通透性強于水溶性物質、含有蛋白質的油滴其表面張力會下降以及20世紀30年代哈維發現細胞膜的表面張力低于油—水界面這三條信息。學生則根據這些資料，構建出“黑箱”的解決模型：細胞膜的主要成分油脂，并且還附著有蛋白質。知道了細胞膜的成分，細胞膜具體的結構分布是怎樣的，自然就成了新的“黑箱”，教師可以給出課本上介紹的羅伯特森的經典“暗一亮一暗”條帶實驗供學生自主探究，學生進而構建出“兩層的磷脂之外分布著蛋白質”這一“黑箱”解決模型。教師可以進一步引領學生構建新的“黑箱”：細胞膜會是靜止的嗎。之后可以借助于多媒體設備展示注明的熒光抗體免疫標記實驗，幫助學生深入理解細胞膜的流動性，通過進階的“黑箱教學”學生很好的參與到了生物課堂之中，感受了實際的生物學式發展歷程，深入理解了生物膜的流動鑲嵌模型。

三、 結語

“黑箱法”綜合了信息分析與模型構建兩大過程，對于生物學教學有著重要的幫助。不過在當下的生物學教學之中，很多一線教師缺乏對于“黑箱教學法”的理解和研究，文章通過對于“黑箱法”概念的釋疑和應用的初探，希望能在一定程度上輔助高中生物教師對于這一新型學習方法的理解與應用。

參考文獻：

[1]葛祥國，肖桃華.淺析黑箱理論[J].中國教育技術裝備，2011（18）：93-94.

[2]吳旭聰，鄭曉蕙.“黑箱法”在動物生理學教學中的運用[J].生物學雜志，2013，30（1）：109-110.

[3]吳旭聰，韓雁.例析“黑箱方法”在高中生物學教學中的應用[J].生物學教學，2013，38（4）：22-23.

作者簡介：

田日量，福建省三明市，福建省大田縣第一中學。