探究如何使用“黑箱法”優(yōu)化高中生物概念教學(xué)

摘?要：在研究系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)我們只了解輸入輸出的信息，而不了解系統(tǒng)內(nèi)部具體的運(yùn)作流程時(shí)，系統(tǒng)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)就是一個(gè)“黑箱”，所謂“黑箱法”是指通過(guò)對(duì)輸入、輸出信息的動(dòng)態(tài)研究，來(lái)逆推出系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)作流程。高中階段的生物知識(shí)內(nèi)容眾多，各種生物學(xué)概念的理解難度較大，應(yīng)用“黑箱法”可以輔助學(xué)生對(duì)概念的理解，并且可以激發(fā)學(xué)生對(duì)生物學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，因此“黑箱法”的應(yīng)用具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。文章分析了“黑箱法”教學(xué)在生物概念教學(xué)中應(yīng)用的意義，并且結(jié)合實(shí)例探討了“黑箱法”的應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：黑箱法;概念教學(xué);高中生物;生物教學(xué)

“黑箱”的概念最早來(lái)源于美國(guó)哲學(xué)家維納，是其在探討科學(xué)哲學(xué)問(wèn)題時(shí)提出的。他認(rèn)為所有的科學(xué)研究都從“黑箱”開(kāi)始，并且所有的研究之中都會(huì)使用到“黑箱法”。一般來(lái)說(shuō)“黑箱法”的使用會(huì)包括兩大過(guò)程，一是模型的建構(gòu)過(guò)程，二則是通過(guò)控制輸入信息，來(lái)研究輸出信息的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)于“黑箱模型”的檢驗(yàn)與選擇。

概念教學(xué)是新課標(biāo)中生物教學(xué)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(guī)律等。應(yīng)用“黑箱法”可以很好地輔助學(xué)生對(duì)于核心概念的理解。

一、 “黑箱法”在生物概念教學(xué)中使用的意義

（一）使得生物教學(xué)與科學(xué)史之間的聯(lián)系更加密切

翻開(kāi)生物學(xué)史不難發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樯餀C(jī)體自身的復(fù)雜性，很多影響深遠(yuǎn)的研究都是借助于“黑箱法”來(lái)完成，包括生物課本上涉及的對(duì)于基因和染色體的認(rèn)識(shí)、對(duì)于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)等等。開(kāi)展“黑箱法”教學(xué)使得學(xué)生有機(jī)會(huì)真正的模擬體會(huì)科學(xué)史發(fā)展的實(shí)際過(guò)程，對(duì)于學(xué)生科學(xué)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(xué)模式

之前的高中生物教學(xué)往往以教師的“單向灌輸”為主，學(xué)生的積極性不高，課堂參與感不足，無(wú)法從生物教學(xué)之中感受到生物學(xué)科的魅力?！昂谙浞ā痹谏锝虒W(xué)之中的應(yīng)用給了學(xué)生更多地參與與探究的機(jī)會(huì)，生物知識(shí)的理解不再完全由教師的講述完成。

（三）可以很好地培育學(xué)生的探究能力

在“黑箱法”教學(xué)之中，教師負(fù)責(zé)建“黑箱”和信息輸入，學(xué)生參與建“黑箱”和負(fù)責(zé)解“黑箱”、建構(gòu)概念模型，這樣可以很好地鍛煉學(xué)生的探究能力。

二、 “黑箱法”在高中生物概念教學(xué)中的應(yīng)用探析

（一）通過(guò)對(duì)輸入信息的調(diào)整完成模型篩選的“黑箱法”概念教學(xué)

在減數(shù)分裂這一生物學(xué)概念的教學(xué)中，減數(shù)分裂不同時(shí)期染色體的變化一直以來(lái)是教學(xué)的難點(diǎn)。通過(guò)應(yīng)用“黑箱法”進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生沉浸在解黑箱和建黑箱之中，逐步建立“減數(shù)分裂”這一生物學(xué)概念。對(duì)于沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)這減數(shù)分裂的學(xué)生來(lái)說(shuō)，從原始生殖細(xì)胞到成熟生殖細(xì)胞染色體的具體變化過(guò)程就是一個(gè)“黑箱”。

教師可以引導(dǎo)學(xué)生建立“黑箱”模型，在實(shí)際的教學(xué)之中可以通過(guò)小組合作的形式展開(kāi)，布置學(xué)生課后完成人體精子形成過(guò)程的模型，提示學(xué)生用橡皮泥等工具用以模仿染色體，上課時(shí)提交作品。學(xué)生的作品主要有以下兩個(gè)方案，方案一認(rèn)為減數(shù)分裂同有絲分裂一樣，都是從著絲點(diǎn)分裂開(kāi)始，姐妹染色單體分別進(jìn)入到兩個(gè)子細(xì)胞中，最后將子細(xì)胞中的染色體均分，進(jìn)入到四個(gè)細(xì)胞中;方案二則認(rèn)為首先進(jìn)行的是同源染色體的分離，而后再進(jìn)行著絲點(diǎn)分裂，染色單體分別進(jìn)入子細(xì)胞，最終形成四個(gè)只有23條染色體的細(xì)胞。

這兩種“黑箱”模型形成后，教師可以給學(xué)生輸入新的信息，讓學(xué)生逐步解開(kāi)“黑箱”，確定正確的模型，建構(gòu)減數(shù)分裂概念模型。在授課時(shí)教師可以結(jié)合學(xué)生給出的模型，給出科學(xué)研究過(guò)程中的史料進(jìn)行參考。盧克特在19世紀(jì)末觀察發(fā)現(xiàn)，減數(shù)分裂中，配對(duì)染色體等長(zhǎng)，并且配對(duì)的染色體相互分離。亨金在研究紅蝽的減數(shù)分裂過(guò)程之中，發(fā)現(xiàn)在一個(gè)特殊的時(shí)期，紅蝽染色體成現(xiàn)環(huán)狀，并且每個(gè)環(huán)狀物都由兩條染色體配對(duì)構(gòu)成。通過(guò)信息的再次輸入，學(xué)生可以通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，后一種說(shuō)法是正確的，原本困難的“黑箱”也就此被學(xué)生逐步打開(kāi)。這種教學(xué)方法打破了傳統(tǒng)教學(xué)之中由教師主導(dǎo)的課堂，也給了學(xué)生更多的參與機(jī)會(huì)。

（二）基于科學(xué)史的歷程構(gòu)建“黑箱”輔助學(xué)生完成進(jìn)階理解

在實(shí)際的生物學(xué)史之中，對(duì)于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，其認(rèn)識(shí)過(guò)程伴隨著技術(shù)的進(jìn)步，由眾多的科學(xué)家們共同完成。其中科學(xué)家們的探索過(guò)程可以被教師改編為輸入輸出信息，建構(gòu)出一個(gè)個(gè)生物學(xué)“黑箱”，輔助學(xué)生對(duì)于細(xì)胞膜組成這一生物學(xué)重要概念的進(jìn)階性理解。首先可以構(gòu)建關(guān)于細(xì)胞膜物質(zhì)成分的“黑箱”，教師可以給出細(xì)胞膜對(duì)脂溶性物質(zhì)的通透性強(qiáng)于水溶性物質(zhì)、含有蛋白質(zhì)的油滴其表面張力會(huì)下降以及20世紀(jì)30年代哈維發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜的表面張力低于油—水界面這三條信息。學(xué)生則根據(jù)這些資料，構(gòu)建出“黑箱”的解決模型：細(xì)胞膜的主要成分油脂，并且還附著有蛋白質(zhì)。知道了細(xì)胞膜的成分，細(xì)胞膜具體的結(jié)構(gòu)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(jīng)典“暗一亮一暗”條帶實(shí)驗(yàn)供學(xué)生自主探究，學(xué)生進(jìn)而構(gòu)建出“兩層的磷脂之外分布著蛋白質(zhì)”這一“黑箱”解決模型。教師可以進(jìn)一步引領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建新的“黑箱”：細(xì)胞膜會(huì)是靜止的嗎。之后可以借助于多媒體設(shè)備展示注明的熒光抗體免疫標(biāo)記實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生深入理解細(xì)胞膜的流動(dòng)性，通過(guò)進(jìn)階的“黑箱教學(xué)”學(xué)生很好的參與到了生物課堂之中，感受了實(shí)際的生物學(xué)式發(fā)展歷程，深入理解了生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型。

三、 結(jié)語(yǔ)

“黑箱法”綜合了信息分析與模型構(gòu)建兩大過(guò)程，對(duì)于生物學(xué)教學(xué)有著重要的幫助。不過(guò)在當(dāng)下的生物學(xué)教學(xué)之中，很多一線教師缺乏對(duì)于“黑箱教學(xué)法”的理解和研究，文章通過(guò)對(duì)于“黑箱法”概念的釋疑和應(yīng)用的初探，希望能在一定程度上輔助高中生物教師對(duì)于這一新型學(xué)習(xí)方法的理解與應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：

田日量，福建省三明市，福建省大田縣第一中學(xué)。