高中生物应用黑箱法提高概念教学有效性研究

张皮凤

摘 要：在高中生物课程教学中，教师可以借助黑箱法来完成对一些抽象概念的教学，为提高教学有效性探寻捷径。实际教学中，使用黑箱法来完成对一些生物概念知识的建模，有助于直观的向学生展示生物概念知识的内容，加深学生对生物概念的理解质量，促进学生思维的发展。文章以黑箱法教学模式助力《基因在染色体上》一课教学为例，探讨切实提高生物概念教学法有效性的策略，教无定法，以期抛砖引玉。

关键词：黑箱法;生物学历史;基因;染色体

生物学知识中存在许多较为抽象的概念，其特征难以在课堂上进行直观的展示，影响了学生的学习热情，也降低了课程的教学质量。为此，本课题组申请并获得了福建省省级立项课题《黑箱法理论在高中生物概念建模教学中应用研究》。教师可以借助黑箱法来完成对课程的教学，引入黑箱法构建合适的教学模型，帮助学生在谈论和探究中掌握生物学概念，促进学生探究能力和思维能力的发展。

一、黑箱法建模的概述

黑箱是指一个封闭系统，其内部结构不明，在研究中，研究者只能借助信号的输入和输出来分析内部结构，这种研究方式也被称作黑箱法。黑箱法建模的基础是信息分析方式和模型架构方式，技术人员可以对系统输出信号进行分析，以此来完成对黑箱结构的认识。黑箱法建模适合在当前高中生物教学中使用，有助于培养学生的探索精神和自主分析能力。在实际教学中，黑箱法建模的流程包括确认黑箱、输入条件和输出结果分析、模型构建以及模型的修正。经过师生共同多次对黑箱进行信息的输入，并通过对比不同的输出结果来修正模型的结构。这种教学方式在高中生物教学中的应用可以锻炼学生的探究能力，对学生的深度思考能力的提升有着重要的作用。

黑箱法建模教学主要围绕对生物系统这个黑箱的研究，以此作为课程的重点，培养学生的发散思维和逻辑思维。在实际教学中，教师会提出黑箱系统结构方面的问题，并创设一定的信息输入和输出条件，便于学生的分析。学生通过对系统信息的收集分析完成对系统结构的架构理解，优化了自身的探索能力。黑箱法建模教学可以在一个课时中完成系统分析，教师可以结合课程时间以及教学内容来合理设计黑箱系统的规模，优化教学质量，提升课堂效率，保证学生参与探索的积极性。

二、黑箱法在“基因在染色体上”课程教学中的应用

（一）教材内容分析

“基因在染色体上”是高中生物课程的重要组成部分，其内容包括“萨顿假说”以及实验证明等部分。在以往的生物教学中，学生已经基本掌握孟德尔遗传规律，并了解了基因在生物的遗传中的重要作用。但是，学生对于基因和染色体的关系不明确，因此，在教学中，教师可以结合生物学的发展史，根据历史上许多生物学家的假说和实验来开展课堂教学过程，提升课堂的趣味性。教学的重点是通过实验表达基因在染色体上的证据。教师可以结合生物学发展历史，使用黑箱法来构建实验模型，提升学生在课堂学习中的主动性，强化学生对生物知识的理解，提升课堂教学质量。

（二）教学目标

这一课程的教学目的主要是完成对基因位于染色体上实验过程的教学，保证学生理解实验证据，掌握基因在染色体上这一概念的内涵与外延。教师为了强化学生的理解质量，提升课堂教学效果，在课程中使用了黑箱法，构建生物实验模型，更为直观的向学生展示历史上生物学家探究基因位置的过程，培养学生的生物实验观念以及逻辑思维能力。

三、黑箱法的教学实践

（一）实验材料准备

在生物学历史上，生物学家使用果蝇来探究遗传学的规律。因此，在现代高中生物教学中，教师也可以使用果蝇来构建黑箱，完成课堂教学。在课程开始之前，教师可以引导学生进行果蝇的采集。在采集过程中学生要注意气温，并为果蝇准备食物，确保果蝇的存活。借助课前的准备，学生的学习兴趣得到了提升，且可以更为深入的理解这一生物学实验材料的优点，对学生实验思维的发展有着重要的作用。

（二）黑箱的建立以及输入输出信息的选择

在实际教学中，教师首先要做的就是结合课程的内容来构建合适的黑箱模型。课程的重点是基因在染色体上的实验证明思想以及证明措施，因此课程可以将基因和染色体的位置关系作为教学中的黑箱模型，对其进行探究。其次，教师要合理设计课程中需要使用的输入和输出信息。在对基因位置这一黑箱模型进行分析之前，教师应当结合课程的内容来选择合适的输入和输出信息，这是后续课程探究的进行基础。课程中使用果蝇作为实验的对象，因此，教师可以将子代果蝇的眼色作为实验的输出信息，将摩尔根的果蝇杂交实验组合作为输入信息。实验结果表明，果蝇的眼色和性别相关，因此，果蝇的眼色基因应当位于性染色体上。实验中，学生可以通过性别信息以及眼色信息来对基因的位置进行思考，实现对黑箱模型的研究。

（三）提出假说，构建多种输入信息

果蝇杂交实验结果显示眼色基因符合孟德尔的分离定律，但是，白眼果蝇均为雄性，这显示眼色基因和性染色体有着一定的关系。根据这一实验结果，教师可以引导学生提出几种眼色基因和性染色体位置的假说。假说内容包括如下的三种：第一，眼色基因位于Y染色体上，X染色体上不存在眼色等位基因。第二，眼色基因在X、Y染色体上均有存在。第三，眼色基因位于X染色体上，Y染色体上不存在等位基因。在获得杂交实验的输出信息之后，学生要结合提出的假说利用遗传图解对实验结果进行解释。

通过遗传图解分析，发现假说二与假说三的遗传图解结果都和实际的果蝇杂交实验结果一致。为了进一步探究的需要，也为了促进学生实验思维的发展，教师可以引导学生设计合适的实验内容来对假说进行证实。在生物学的发展中，遗传学家在提出合适的假说之后还要预测一些实验结果，以此来佐证假说的正确性。在这一课程的教学中，教师可以引导学生通过测交的方式对假说进行进一步的验证，通过更为全面的输入和输出信息来获知基因是否存在于染色体上。

测交是生物学研究中常用的一种实验杂交形式，实验人员会将子代与其显性或是隐性亲代进行杂交，以此来测定子代的基因型。根据这一实验要求，学生可以对杂交实验的结果进行预测。选择测交组合为F1的红眼雌果蝇和F2白眼雄果蝇为亲本，根据遗传图解，假说2和假说3的测交结果一致，难以对正确的基因位置提供参考。因此，教师需要继续引导学生思考正确的实验验证形式来体现基因位置对子代性状的影响。这一步骤的难度较高，也是教学中的难点，教师需要注意引导学生的思维，帮助学生设计完善的实验验证手段。

课堂实验中，雌果蝇的性状类型包括野生红眼雌果蝇，红眼雌果蝇杂合子以及白眼雌果蝇。雄果蝇的性状类型包括红眼雄果蝇以及白眼雄果蝇。实验中使用的杂交实验组合包括野生红眼果蝇和白眼雄果蝇进行杂交、杂合雌果蝇和红眼雄果蝇进行杂交以及雜合雌果蝇和白眼雄果蝇进行杂交。在上述的杂交实验中，假说二、三均满足其实验结果。通过配对分析和实验结果的研究，引导学生反向思考，找到使用白眼雌果蝇和野生的红眼雄果蝇进行杂交。遗传图解分析表明，假说二与假说三的结果不同，此时教师展示白眼雌果蝇和野生红眼雄果蝇杂交实验的实际结果，子代只出现白眼雄果蝇，学生自然得出假说三的正确性，学生完成了对基因位置这一黑箱模型的解析，加深了对生物知识的理解，也提高了自身对生物学实验思想的掌握质量。

总之，黑箱法在当前的高中生物教学中有着重要的作用，教师借助模型构建、输入输出信息的设计以及模型分析过程，可以加深学生对知识的印象，强化学生的理解质量，有效培养了学生的实验思想和分析能力，从而切实提升了高中生物课程的教学质量。

参考文献

[1]韦梦杰，李连杰.中美高中生物教材模型构建内容的比较与分析—以“减数分裂模型的构建”为例[J].中学生物学，2016（4）：76-78.

[2]周彤.建构生物模型打造高效课堂——高中生物模型建构教学的案例分析[J].课程教育研究（新教师教学），2015（7）：263-263.

课题项目：本文系福建省教育科学规划科研基地专项课题《黑箱法理论在高中生物概念建模教学中应用研究》（批准号：Fjjgzx18-105）研究成果。