探究如何使用“黑箱法”优化高中生物概念教学

摘 要：在研究系统时，当我们只了解输入输出的信息，而不了解系统内部具体的运作流程时，系统对于我们来说就是一个“黑箱”，所谓“黑箱法”是指通过对输入、输出信息的动态研究，来逆推出系统的内部运作流程。高中阶段的生物知识内容众多，各种生物学概念的理解难度较大，应用“黑箱法”可以辅助学生对概念的理解，并且可以激发学生对生物学学习的兴趣，因此“黑箱法”的应用具有很强的现实意义。文章分析了“黑箱法”教学在生物概念教学中应用的意义，并且结合实例探讨了“黑箱法”的应用策略。

关键词：黑箱法;概念教学;高中生物;生物教学

“黑箱”的概念最早来源于美国哲学家维纳，是其在探讨科学哲学问题时提出的。他认为所有的科学研究都从“黑箱”开始，并且所有的研究之中都会使用到“黑箱法”。一般来说“黑箱法”的使用会包括两大过程，一是模型的建构过程，二则是通过控制输入信息，来研究输出信息的变化，实现对于“黑箱模型”的检验与选择。

概念教学是新课标中生物教学的重要组成部分，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、理论、规律等。应用“黑箱法”可以很好地辅助学生对于核心概念的理解。

一、 “黑箱法”在生物概念教学中使用的意义

（一）使得生物教学与科学史之间的联系更加密切

翻开生物学史不难发现，因为生物机体自身的复杂性，很多影响深远的研究都是借助于“黑箱法”来完成，包括生物课本上涉及的对于基因和染色体的认识、对于细胞膜结构的认识等等。开展“黑箱法”教学使得学生有机会真正的模拟体会科学史发展的实际过程，对于学生科学思维的培育具有重要的意义。

（二）有效地改变了之前“单向灌输”的教学模式

之前的高中生物教学往往以教师的“单向灌输”为主，学生的积极性不高，课堂参与感不足，无法从生物教学之中感受到生物学科的魅力。“黑箱法”在生物教学之中的应用给了学生更多地参与与探究的机会，生物知识的理解不再完全由教师的讲述完成。

（三）可以很好地培育学生的探究能力

在“黑箱法”教学之中，教师负责建“黑箱”和信息输入，学生参与建“黑箱”和负责解“黑箱”、建构概念模型，这样可以很好地锻炼学生的探究能力。

二、 “黑箱法”在高中生物概念教学中的应用探析

（一）通过对输入信息的调整完成模型筛选的“黑箱法”概念教学

在减数分裂这一生物学概念的教学中，减数分裂不同时期染色体的变化一直以来是教学的难点。通过应用“黑箱法”进行教学，使学生沉浸在解黑箱和建黑箱之中，逐步建立“减数分裂”这一生物学概念。对于没有学习过这减数分裂的学生来说，从原始生殖细胞到成熟生殖细胞染色体的具体变化过程就是一个“黑箱”。

教师可以引导学生建立“黑箱”模型，在实际的教学之中可以通过小组合作的形式展开，布置学生课后完成人体精子形成过程的模型，提示学生用橡皮泥等工具用以模仿染色体，上课时提交作品。学生的作品主要有以下两个方案，方案一认为减数分裂同有丝分裂一样，都是从着丝点分裂开始，姐妹染色单体分别进入到两个子细胞中，最后将子细胞中的染色体均分，进入到四个细胞中;方案二则认为首先进行的是同源染色体的分离，而后再进行着丝点分裂，染色单体分别进入子细胞，最终形成四个只有23条染色体的细胞。

这两种“黑箱”模型形成后，教师可以给学生输入新的信息，让学生逐步解开“黑箱”，确定正确的模型，建构减数分裂概念模型。在授课时教师可以结合学生给出的模型，给出科学研究过程中的史料进行参考。卢克特在19世纪末观察发现，减数分裂中，配对染色体等长，并且配对的染色体相互分离。亨金在研究红蝽的减数分裂过程之中，发现在一个特殊的时期，红蝽染色体成现环状，并且每个环状物都由两条染色体配对构成。通过信息的再次输入，学生可以通过研究发现，后一种说法是正确的，原本困难的“黑箱”也就此被学生逐步打开。这种教学方法打破了传统教学之中由教师主导的课堂，也给了学生更多的参与机会。

（二）基于科学史的历程构建“黑箱”辅助学生完成进阶理解

在实际的生物学史之中，对于细胞膜结构的探索是一个漫长的过程，其认识过程伴随着技术的进步，由众多的科学家们共同完成。其中科学家们的探索过程可以被教师改编为输入输出信息，建构出一个个生物学“黑箱”，辅助学生对于细胞膜组成这一生物学重要概念的进阶性理解。首先可以构建关于细胞膜物质成分的“黑箱”，教师可以给出细胞膜对脂溶性物质的通透性强于水溶性物质、含有蛋白质的油滴其表面张力会下降以及20世纪30年代哈维发现细胞膜的表面张力低于油—水界面这三条信息。学生则根据这些资料，构建出“黑箱”的解决模型：细胞膜的主要成分油脂，并且还附着有蛋白质。知道了细胞膜的成分，细胞膜具体的结构分布是怎样的，自然就成了新的“黑箱”，教师可以给出课本上介绍的罗伯特森的经典“暗一亮一暗”条带实验供学生自主探究，学生进而构建出“两层的磷脂之外分布着蛋白质”这一“黑箱”解决模型。教师可以进一步引领学生构建新的“黑箱”：细胞膜会是静止的吗。之后可以借助于多媒体设备展示注明的荧光抗体免疫标记实验，帮助学生深入理解细胞膜的流动性，通过进阶的“黑箱教学”学生很好的参与到了生物课堂之中，感受了实际的生物学式发展历程，深入理解了生物膜的流动镶嵌模型。

三、 结语

“黑箱法”综合了信息分析与模型构建两大过程，对于生物学教学有着重要的帮助。不过在当下的生物学教学之中，很多一线教师缺乏对于“黑箱教学法”的理解和研究，文章通过对于“黑箱法”概念的释疑和应用的初探，希望能在一定程度上辅助高中生物教师对于这一新型学习方法的理解与应用。

参考文献：

[1]葛祥国，肖桃华.浅析黑箱理论[J].中国教育技术装备，2011（18）：93-94.

[2]吴旭聰，郑晓蕙.“黑箱法”在动物生理学教学中的运用[J].生物学杂志，2013，30（1）：109-110.

[3]吴旭聪，韩雁.例析“黑箱方法”在高中生物学教学中的应用[J].生物学教学，2013，38（4）：22-23.

作者简介：

田日量，福建省三明市，福建省大田县第一中学。