高中生物学必修教材中“黑箱方法”的教学

杨兴富

许多教师可能对“黑箱法”感到陌生，在生物学教学中也忽视了该方法的教育价值。然而“黑箱法”不仅能激发学生学习的浓厚兴趣，培养学生分析、解决问题的能力，而且对于落实课程标准倡导的“提高每个高中学生的生物科学素养”的理念有着明显的独特作用。因此，本文从“黑箱法”的含义、必修教材中适用“黑箱法”的教学素材、“黑箱法”在典型案例中的运用举例等方面谈些粗浅的认识，以期与广大生物教师进行交流。

一、黑箱方法

从事科学研究时，有一些内部结构一时不能够（或不允许）被直接观测到，只能通过外部的观察和试验，才能揭示其构造和功能的系统，控制论创始人维纳和艾什比称之为“黑箱”。如人的大脑、医生面前的病人、生态学家面对的某野生种群等都可以看作是一个“黑箱”。“黑箱方法”是信息分析方法和模型方法相结合产生的一种方法：当面对一个未知其结构和功能的系统时，我们可以向其输入某种信息X，并设法考查该系统的输出信息Y。反复多次的进行，就可以取得多组输入和输出信息的数据（见表1）。经研究者的分析比较，就能建立起“黑箱”内部结构或功能的模型。

二、“黑箱法”的教学素材

此外，促胰液素（体液调节）的发现、生态系统抵抗力稳定性的研究等生命科学研究也都体现了“黑箱法”原理的应用。通过这些素材的分析不难发现，“黑箱法”的运用有助于揭示生命系统的组成和结构，有助于揭示生命系统的功能。

三、典型案例分析

案例1：俄国生理学家巴甫洛夫对狗进行了观察研究，实验分两组进行：甲组给狗反复看不同颜色和食物作为输入信息；乙组给狗反复看不同亮度和食物作为输入信息。然后研究两种信息输入后，狗的唾液分泌情况。实验表明：甲组狗没有建立不同颜色与唾液分泌间的条件反射，乙组狗建立了不同亮度与唾液分泌间的条件反射。该实验表明了狗的视觉对_____无分辨能力，对_____有分辨能力。

案例2：在用脊蛙进行反射弧分析的实验中，破坏缩腿反射弧在左后肢的部分结构，观察双侧后肢对刺激的收缩反应，结果如下表：上述结果表明，反射弧被破坏的部分是（ ）

A.感受器

B.感受器和传入神经

C.传入神经和效应器

D.效应器

解析：这里的脊髓内部结构就是“黑箱”，刺激就是输入信息，后肢的收缩状况就是输出信息。破坏前，刺激左后肢，左、右后肢均收缩，说明脊髓结构如图1所示（与双重交互调节有差异，但这种模型更简明，在这里并不影响说明问题）；刺激右后肢，左右后肢均收缩，说明脊髓结构如图2所示。再依据模型和破坏后得到的信息，可以判断正确选项为C。

（作者单位：安徽省合肥市肥东县第一中学）