黑箱研究法在高中生物教學(xué)中的運(yùn)用

邱功發(fā)

【摘要】在高中生物教學(xué)中，針對一些較為抽象的知識，教師難以借助一般的教學(xué)方式進(jìn)行展示，從而影響了學(xué)生對這類知識的理解程度，不利于教學(xué)質(zhì)量的提升。針對這類知識，教師在教學(xué)中可以使用黑箱法進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生在課上通過自主分析完成對教學(xué)內(nèi)容的深入理解，優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量?；诖耍P者介紹了黑箱法在教學(xué)中的應(yīng)用策略，希望可以推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】高中生物;實(shí)驗(yàn)教學(xué);方法運(yùn)用

【基金項(xiàng)目】本文系福建省教育科學(xué)規(guī)劃科研基地專項(xiàng)課題“黑箱法理論在高中生物概念建模教學(xué)中應(yīng)用研究”（ 批準(zhǔn)號：Fjjgzx18-105）的研究成果。

高中生物比較抽象，學(xué)生對有關(guān)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(guān)系構(gòu)成的原理、規(guī)律、理論，學(xué)生更是感到不知所措。將黑箱法運(yùn)用于高中生物教學(xué)過程中，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和邏輯思維能力，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力，提升學(xué)習(xí)興趣。

一、黑箱研究法在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，教師首先應(yīng)當(dāng)理解黑箱法的含義。黑箱一般是指內(nèi)部結(jié)構(gòu)不明的系統(tǒng)，在對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解的過程中，人們通常會(huì)借助于實(shí)驗(yàn)和對信息的分析，這種探索研究技術(shù)也被稱作黑箱研究法。在這類問題的研究中，人們一般會(huì)對系統(tǒng)進(jìn)行一定信息的輸入，借助對輸出信息的分析，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行推理。黑箱法在生物教學(xué)中使用的本質(zhì)是借助對信息的分析來構(gòu)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(yīng)用黑箱法，在教學(xué)中模擬研究過程，通過給學(xué)生提供合理的輸入和輸出信息，幫助學(xué)生對黑箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，借助探究過程來完成授課，進(jìn)而提升學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生思維的成熟和發(fā)展。本文以細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)教學(xué)為例，分析黑箱法在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用。

細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的教學(xué)是高中生物教學(xué)中的重要內(nèi)容，由于其內(nèi)容抽象性強(qiáng)，且高中教學(xué)中的資源存在限制，教師無法借助實(shí)驗(yàn)等手段來直觀地對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行展示，導(dǎo)致學(xué)生無法直觀地認(rèn)識細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)在教學(xué)中屬于典型的黑箱系統(tǒng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中可以借助對細(xì)胞膜的性質(zhì)及功能的分析來完成對結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，優(yōu)化學(xué)習(xí)質(zhì)量。

在教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師可以將細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)作為黑箱，在教學(xué)中通過分步探索分析的方式，逐步對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)成分等進(jìn)行分析。首先，教師可以針對細(xì)胞膜的成分進(jìn)行教學(xué)。在實(shí)際教學(xué)過程中，教師可以將細(xì)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(xué)家對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)成分的探索分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為信息基礎(chǔ)，方便學(xué)生的分析學(xué)習(xí)。在這些研究中，科學(xué)家通過觀察細(xì)胞膜對脂溶性物質(zhì)和水溶性物質(zhì)的通過性對細(xì)胞膜的成分進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，細(xì)胞膜對脂溶性物質(zhì)的通過性強(qiáng)，對水溶性物質(zhì)的通過性較弱。結(jié)合這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生可以對細(xì)胞膜的成分進(jìn)行分析，結(jié)合相似相溶原則，學(xué)生容易得出細(xì)胞膜的主要成分是脂類分子的結(jié)論。同時(shí)，科學(xué)研究也顯示，當(dāng)細(xì)胞膜吸附蛋白質(zhì)分子時(shí)，其表面的張力會(huì)降低，結(jié)合這一現(xiàn)象，學(xué)生可以得出細(xì)胞膜成分中包含蛋白質(zhì)分子的結(jié)論。其次，完成對細(xì)胞膜成分的教學(xué)后，教師可以將細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)作為黑箱，探索其實(shí)際結(jié)構(gòu)。在參考資料的選擇上，教師可以選擇科學(xué)家使用電子顯微鏡觀察細(xì)胞膜時(shí)的圖片，圖片顯示細(xì)胞膜呈現(xiàn)為暗、亮、暗三層結(jié)構(gòu)，且在成分分析中，細(xì)胞膜包含脂類分子和蛋白質(zhì)分子，由此，學(xué)生可以得出細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)是脂類分子包圍蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)。最后，教師要針對細(xì)胞膜表面是否具備流動(dòng)性進(jìn)行探究?？茖W(xué)家使用經(jīng)過放射性標(biāo)記的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，通過細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)來觀察細(xì)胞膜是否具備流動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，融合細(xì)胞表面受標(biāo)記的蛋白質(zhì)分布均勻，這說明蛋白質(zhì)分子可以在細(xì)胞膜上進(jìn)行流動(dòng)，證明了細(xì)胞膜具備流動(dòng)性結(jié)構(gòu)的結(jié)論。通過上述的黑箱法教學(xué)方式，學(xué)生不僅可以加深對生物學(xué)發(fā)展史的認(rèn)識，學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方式，提升自身的邏輯分析能力，還能高質(zhì)量地掌握細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的內(nèi)容。

二、黑箱研究法在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在生物課程的教學(xué)過程中，教師要注意對學(xué)生能力的全面培養(yǎng)，通過科學(xué)的手段來鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，幫助學(xué)生養(yǎng)成重視實(shí)驗(yàn)過程、注意實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的態(tài)度，不斷提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。在?shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師也能借助黑箱法來培養(yǎng)學(xué)生的能力，促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和實(shí)驗(yàn)操作思維的發(fā)展。

例如，在顯微鏡的使用教學(xué)過程中，常見的問題是觀察中發(fā)現(xiàn)視野中存在的黑點(diǎn)等干擾，這時(shí)學(xué)生需要判斷黑點(diǎn)的位置以及出現(xiàn)的原因，以便判斷是否是灰塵等。顯微鏡是精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生無法對顯微鏡內(nèi)部進(jìn)行檢查，因此，這個(gè)判斷過程成了一個(gè)典型的黑箱系統(tǒng)。學(xué)生要結(jié)合觀察到的其他信息進(jìn)行分析，以得出顯微鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在問題。首先，學(xué)生要了解可能出現(xiàn)黑點(diǎn)的位置，如目鏡、物鏡或裝片。其次，學(xué)生可以移動(dòng)裝片、更換目鏡或是轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡等方式來調(diào)整顯微鏡，并觀察黑點(diǎn)是否移動(dòng)，以此來判斷黑點(diǎn)的位置。黑箱法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也有著較高的使用價(jià)值，有助于學(xué)生分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶嵘?。黑箱法也是一些?shí)驗(yàn)中常用的思想，教師借助這種教學(xué)方式，能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維，促進(jìn)學(xué)生發(fā)散性思維和邏輯思維的成熟，同時(shí)也對學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和研究工作有著重要的影響。

三、黑箱研究法對學(xué)生思維能力培養(yǎng)的應(yīng)用

在生物教學(xué)中，教師還要對學(xué)生的邏輯思維能力進(jìn)行培養(yǎng)，幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)中養(yǎng)成靈活使用所學(xué)知識的能力。在學(xué)生能力的培養(yǎng)過程中，黑箱法可以發(fā)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(jìn)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(cè)的一對脊神經(jīng)根，之后對背根和腹根使用電刺激，這時(shí)青蛙后肢發(fā)生運(yùn)動(dòng)。已知背根和腹根包含傳出神經(jīng)，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明背根和腹根的功能。解答這個(gè)題目我們可以使用黑箱法來進(jìn)行分析，通過設(shè)置合適的輸入來獲取輸出信息，對輸出信息進(jìn)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(shè)計(jì)主要是為了考查學(xué)生對生物知識的靈活應(yīng)用能力，也考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思想，對學(xué)生的能力有著較高的要求。學(xué)生可以利用題目的條件或是數(shù)據(jù)等來對問題的機(jī)制進(jìn)行分析，以此來選擇合適的實(shí)驗(yàn)方式，完成題目的要求。

總之，在生物教學(xué)中，教師靈活地使用黑箱法可以極大地提升教學(xué)效率。黑箱法提升了學(xué)生學(xué)習(xí)中的自主性，引導(dǎo)學(xué)生自行對生物知識內(nèi)容進(jìn)行探究，極大地推動(dòng)了學(xué)生邏輯思維能力的發(fā)展，有助于優(yōu)化學(xué)生對生物知識的掌握質(zhì)量，為學(xué)生的全面發(fā)展和未來的深入學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

江訓(xùn)光.高中生物幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中常見的問題與對策[J].中學(xué)生物學(xué)，2009（05）：89.