课题名称

黑箱法建模在高中生物新授课中的研究 

课题研究的背景、目的及意义

   黑箱法：控制论创始人维纳在《模型在科学中的作用》中指出“所有科学问题都是作为‵闭盒（Closed box）′问题开始的，若干可供选择的结构被密闭在‵闭盒′中，研究它的唯一途径是利用闭盒的输入和输出”。这里的“闭盒”即为黑箱。黑箱即不知的区域或系统，人们把全知的系统和区域称为“白箱”，介于黑箱和白箱之间或部分可察黑箱称为“灰箱”。 我们只能在不直接影响原有客体黑箱内部结构、 要素和机制的前提下通过观察黑箱中“输入”、“输出”的变量，得出关于黑箱内部情况的推理，寻找、发现其内部规律，实现对黑箱的控制。这种研究方法叫做黑箱法，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。

黑箱法建模：本课题研究中涉及的中学阶段的许多生物模型，学生在学习之前并不了解其内部结构或机制，因此可以将之视为“黑箱”，在教学中教师引导学生在分析相应的控制条件和结果的基础上，探究构建合理的生物学模型，形成严谨的思维方式。利用黑想法建模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。利用黑箱法建立模型，还能为学生提供感知和体验科学方法的平台，有效促进学生对生物学模型的认知，是学生学习科学概念、完善认知结构的有效途径。

在高中生物教学领域，黑箱法建模的应用具有承前启后的重要作用，不论是从理论层面还是实践教学过程层面，在高中生物教学中使用黑箱法建模都有不容忽视的意义。

建构主义认为学生是信息加工的主体，是意义的主动建构者，而不是外界刺激的被动接受者和被灌输的对象。教师是学生意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者。新课程所倡导的学习方式是自主、合作、探究。利用黑箱建模是建构主义学习理论在教学中的应用途径之一，它给了学生主动构建知识的机会，实现了学习中的自主、合作、探究。

课程改革已经推行了不少年，但是高中课堂的变化仍然较小，注重知识传授的倾向广泛存在，学生很难形成积极主动地学习态度；而且目前过于强调接受学习，死记硬背，机械训练的现状变化不大，而倡导学生主动参与，乐于探究，勤于动手，培养学生搜集处理信息的能力，获取新知识的能力、分析解决问题的能力以及交流与合作的能力的培养上举步维艰。因此运用黑箱法建模可以引导学生进行分析和探究，不仅有助于发挥学生学习的主动性，使他们积极参与到知识的建构过程中，同时也有利于学生加深对生物学知识和原理的理解和认识，对培养其逻辑思维能力与问题分析能力具有十分积极的影响。高中生物旨在培养学生的生物科学素养，促进学生科学思维水平的发展也是教学的重要任务。

真正的感悟均来源于实践，学生在认真研究模型制作的过程中，不断遭遇困难，不断反思，不断改进，产生对科学方法的深层次的体会，对知识的高层次的把握，也有效提升了自身的知识发展。

黑箱法建模在实施过程中有很大的灵活性，可以根据实际的需要开展。如针对高中生物不少试题分析，我们可以把问题转化为一个黑箱，根据题干中的输入信息，和所给出的输出信息反复比对，建立起黑箱内部结构或功能的模型，从而化解问题。实际教学中更是可以灵活利用课本教材形成黑箱素材，培养学生的思维能力，揭示生命系统的组成和结构、功能。

这方面的研究对于教师来说也是个挑战，中小学老师都还没有进行过该方面研究的。通过研究教师可以积累一批对于指导探究性教学很有意义的案例，如密码子中碱基数目的推断过程的研究、细胞成份与结果的研究过程、DNA复制过程的研究、DNA结构的研究、植物光合作用过程的研究、胃的消化过程的研究等。通过归纳，我们发现，构建黑箱进行探究性教学，可以从科学史教学、联系生活、实验设计、学生实验等方面进行。

序号

研究步骤（起止时间）

进　　程

承  担 　人

教师发展处审核意见

   负责人签名：

                                    2016  年 9 月 10 日