高中生物學必修教材中“黑箱方法”的教學

楊興富

許多教師可能對“黑箱法”感到陌生，在生物學教學中也忽視了該方法的教育價值。然而“黑箱法”不僅能激發學生學習的濃厚興趣，培養學生分析、解決問題的能力，而且對于落實課程標準倡導的“提高每個高中學生的生物科學素養”的理念有著明顯的獨特作用。因此，本文從“黑箱法”的含義、必修教材中適用“黑箱法”的教學素材、“黑箱法”在典型案例中的運用舉例等方面談些粗淺的認識，以期與廣大生物教師進行交流。

一、黑箱方法

從事科學研究時，有一些內部結構一時不能夠（或不允許）被直接觀測到，只能通過外部的觀察和試驗，才能揭示其構造和功能的系統，控制論創始人維納和艾什比稱之為“黑箱”。如人的大腦、醫生面前的病人、生態學家面對的某野生種群等都可以看作是一個“黑箱”。“黑箱方法”是信息分析方法和模型方法相結合產生的一種方法：當面對一個未知其結構和功能的系統時，我們可以向其輸入某種信息X，并設法考查該系統的輸出信息Y。反復多次的進行，就可以取得多組輸入和輸出信息的數據（見表1）。經研究者的分析比較，就能建立起“黑箱”內部結構或功能的模型。

二、“黑箱法”的教學素材

此外，促胰液素（體液調節）的發現、生態系統抵抗力穩定性的研究等生命科學研究也都體現了“黑箱法”原理的應用。通過這些素材的分析不難發現，“黑箱法”的運用有助于揭示生命系統的組成和結構，有助于揭示生命系統的功能。

三、典型案例分析

案例1：俄國生理學家巴甫洛夫對狗進行了觀察研究，實驗分兩組進行：甲組給狗反復看不同顏色和食物作為輸入信息；乙組給狗反復看不同亮度和食物作為輸入信息。然后研究兩種信息輸入后，狗的唾液分泌情況。實驗表明：甲組狗沒有建立不同顏色與唾液分泌間的條件反射，乙組狗建立了不同亮度與唾液分泌間的條件反射。該實驗表明了狗的視覺對_____無分辨能力，對_____有分辨能力。

案例2：在用脊蛙進行反射弧分析的實驗中，破壞縮腿反射弧在左后肢的部分結構，觀察雙側后肢對刺激的收縮反應，結果如下表：上述結果表明，反射弧被破壞的部分是（ ）

A.感受器

B.感受器和傳入神經

C.傳入神經和效應器

D.效應器

解析：這里的脊髓內部結構就是“黑箱”，刺激就是輸入信息，后肢的收縮狀況就是輸出信息。破壞前，刺激左后肢，左、右后肢均收縮，說明脊髓結構如圖1所示（與雙重交互調節有差異，但這種模型更簡明，在這里并不影響說明問題）；刺激右后肢，左右后肢均收縮，說明脊髓結構如圖2所示。再依據模型和破壞后得到的信息，可以判斷正確選項為C。

（作者單位：安徽省合肥市肥東縣第一中學）