4、黑箱方法第一课时评课稿

《黑箱方法》的教学设计

嘉兴一中

潘路希

一、教材分析

（一）．教材内容及其地位

本节课黑箱方法是《技术与设计2》第四章第三节最后一块内容，在教材中的篇幅并不大，但作为控制论中的一种重要方法，它广泛应用于生产生活中，同时也是接下去学习电子控制技术的基础，可以说本节内容在整个教学模块中起着承上启下的作用。

（二）．教学目标

1.知识与技能

（1）认识黑箱方法，了解其在生产生活中的应用 （2）掌握黑箱方法的步骤，并进行简单应用

2.过程与方法

（1）通过活动探究，熟悉利用黑箱方法的技巧 （2）参与讨论和分析，学会利用黑箱思想简化复杂问题

3.情感态度与价值观 （1）学生技术素养得到提高，探索未知世界的勇气和信心有所增强

（2）体会团队合作的价值和乐趣

（三）．教学重点和难点

1. 重点：黑箱方法的认识与应用 2. 难点：体会黑箱方法在探究中的作用与价值

二、学情分析

本节课授课对象是高二学生，经过一年的通用技术学科的学习，学生对生产生活中碰到的技术问题掌握了一定的认知手段，也产生了浓厚的认知冲动。因此，在此时学习黑箱方法，无论从主观需求上，还是客观能力上都已经有一定的基础。同时，我校学生已学习电路知识，也为电路黑箱进行实验探究提供了条件。

三、教法和学法：

1. 案例教学法

为了突破本节教学的重难点，引导学生分析黑箱法的应用，在此本人引入案例教学的方法，即引导学生分析“中医望闻问切；斯坦门茨的9999美元；卢瑟福散射实验”三个案例，通过对案例的分析、讨论、交流等活动，从而让学生认识黑箱、学会应用黑箱，进而提高学

1

生分析及解决问题的能力。

本课主要通过大量的生活案例，让学生在分析案例的过程中逐步掌握黑箱的思想方法,本节课所选择的案例都是学生比较熟悉的,这样可以降低理解的难度。

2.

动手实践法

为了让学生掌握黑箱研究的方法，在此我们引入“电学黑箱”的探究活动，让学生在实践中体会探测黑箱的基本思路，从而设计出电学黑箱内的电路结构图。从学生的动手实践的效果来看，他们参与的热情非常的高，这样的动手实践活动，有利于提升他们的知识应用能力和迁移能力。

3.

问题教学法

我在教学中改变以往口头讲解的方式，采用了问题式的教学方法，有意地创设问题情境，组织学生的探索活动，让学生在动手实践的过程中，主动的提出问题、解决问题。这种教学法引导学会思考、学会学习，促进学生创造思维的发展。

四、教学过程：

（一）认识黑箱方法

1.

新课的导入

今天这节课我们先请同学们完成一个任务，一个什么任务呢？关于鸡蛋的任务。平时课间餐的时候，很多同学总是一个鸡蛋、一杯牛奶。为了给同学们补充蛋白质，家长也是花尽心思，家里相信也放了不少鸡蛋吧。特别是同学们放学回家，肚子已经很饿了，看到家里鸡蛋就想要充饥，那么桌上的鸡蛋是生的，还是熟的呢？下面就来考考大家。

2.创设情景：我们现在桌面上有两个鸡蛋1和2，那么哪个生、哪个熟呢？在不打开鸡蛋的前提下，同学们有什么判断的好办法。下面先请同学们进行分组讨论，老师再请代表进行回答。引导班级同学讨论判断的方法——摇、转、看。（1）看: 生蛋和熟蛋从外观上看，不容易区别。不过，仔细看，生蛋比较光滑。（2）摇:拿起来摇一摇，有晃动感是生的。（3）转：平放的蛋加以旋转，能转得起来的是熟鸡蛋，

转不起来的是生鸡蛋；得出结论：1号是生鸡蛋、2号是熟鸡蛋；那么大家的判断是不是正确的呢？可能不同的小组还会有不同的意见，那么下面就请同学们打碎鸡蛋来作验证，看看你们的判断到底对不对。

3.概念引入：有多少小组的判断是正确的？请举个手。我们没有特殊功能，也没有透视眼，但可以通过几种方式判断鸡蛋的生或熟。因此在我们的身边存在着一种方法，在没有打开鸡蛋的前提下，就可以对鸡蛋的生、熟进行判断——黑箱的方法。

（1）什么是黑箱？在刚才的任务中，鸡蛋就是一个“黑箱”，比如像鸡蛋一样，既不能打

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开，也不能直接观察内部状态的系统。

（2）什么是黑箱方法？比如刚才鸡蛋的判断时，我们通过摇、转等方式来进行判断。

1）摇——拿起来摇一摇，有晃动感是生的，没有晃动感的是熟的。输入：摇动的信号

输出：内部是否晃动。

2）转——能转得起来的是熟鸡蛋，

转不起来的是生鸡蛋。输入：转动的信号

输出：转动的难易程度。这实际上就是物理中的惯性原理,因为生鸡蛋和熟鸡蛋不同，生鸡蛋的内部是粘稠的胶体，所以转动时运动状态就较难改变；

为什么有的同学能判断对，有的同学判断错了呢？因为经验的原因，或者有的同学没有明白其中的科学道理；只要我们有生活经验，明白其中的原理，那么此时抓住“输入”“输出”间的关系进行研究，就能推导出鸡蛋内部的结构和功能——黑箱的方法。

通过共同讨论、动手参与的方式，得出鸡蛋的生或熟的判断，最后通过打碎鸡蛋来验证学生的判断，引导学生共同得到黑箱及黑箱方法的概念；本节课从生活中最普通、最习以为常的事物出发，用最直接的手段，让学生参与其中，更好的理解黑箱方法的概念和价值，活跃课堂气氛，激发进一步学习的兴趣。

4.生活举例：黑箱的方法还有其它的实例

黑箱法应用的实例

判断生熟鸡蛋

输入

摇、转、看

输出

生或熟

需要了解的情况

晃动感

旋转速度

光滑度

判断门是否上锁

判断酒和水

转、推

闻

门开或关

是否有刺激性气味

门是否转动

气味

（二）黑箱方法的应用

1. 案例分析

师生共同合作：讲解三个案例“中医望闻问切；斯坦门茨的9999美元；卢瑟福散射实验”。

三个案例分别说明黑箱方法在生产、生活和科学研究中有巨大的价值，由此引导学生不仅要认识黑箱、更要学会应用黑箱的方法。

黑箱方法很重要，它不仅存在在身边这些实例中，它还涉及到我们的生活、生产以及科研等等方面。下面我们就来看看这些领域中，黑箱法的具体案例。

（1）生活方面（看病）——中医望闻问切：望：看气色。闻：听气息，是否呼吸急促。问：

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咨询病史以及饮食的情况。切：中医把脉。中医将人体看成一个黑箱，中医看病是黑箱法的实践运用，它是科学的，也是祖辈留给我们的财富。

（2）生产方面（电机修理）——斯坦门茨的故事：20世纪初，高速发展的福特公司电机坏了，机修工不断的拆装，也找不到问题的来源。于是福特公司请来了斯坦门茨，斯坦门茨在电机旁睡了两天两夜，之后就将机修工叫了过来，它在电机的一个部位画了一道线，“从这里打开，里面的电机多绕了16圈线”，按斯坦门茨的方法去做，于是电机的故障排除了，经理问斯坦门茨多少酬金，斯坦门茨说:“1万美元。”1万美元? 只简简单单画了一条线! 斯坦门茨看大家很迷惑，开了个账单:画线，1美元;知道在哪儿画，9999美元。

这个故事谁是黑箱？斯坦门茨利用黑箱的方法研究电机的内部结构，为什么只有他知道问题出有哪里，而别人却不知道呢？因为知识和经验。所以黑箱法也是建立在知识和经验的基础上的。

（3）科研方面——卢瑟福散射实验：卢瑟福利用粒子散射实验来研究原子结构。原子本身是不能打开的，它也是一个“黑箱”。

输入：粒子（粒子撞击金箔）

输出：实验现象——大部分粒子没有发生反射，小部分粒子发生较大的偏转或直接反弹回来。

大部分粒子没有发生反射，说明什么问题？原因是原子内部大部分是空的。

小部分粒子发生较大的偏转或直接反弹回来，说明什么问题？原子内部有一个质量较大的原子核——原子的核式结构。

上述三个都是我们在学习过程中遇到的案例，分别从生产、生活、科研三个角度入手运用黑箱方法。黑箱法是非常重要的，我们要去了解它、学会运用它，它是控制论中的重要方法，特别是在电子控制技术中有广泛的应用。下面我们就尝试利用黑箱的方法，来探究电学中的“黑箱”，现在我们每个小组拿到一个“电学黑箱”，首先我们先来了解下这个研究的器材。

2. 实验探究

探究活动——电学黑箱

（1）电学黑箱器材：电阻、二极管

（2）电学黑箱说明：每个黑箱有3个抽屉式的探测单元，各单元的面板上有A、B、C三个呈三角形分布的测试点，各测试点之间连接有上述电学元件，已知每个探测单元只装2个元件，检测时可依据各种元件的不同特性，用多用表来判断各点间的元件，连接方式以及元件的规格，如电阻的大小等。

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1）回顾万用表的操作及读数的方法；

欧姆表的使用步骤（红表笔接待测电阻的负极，黑表笔接待测电阻的正极）

①机械调0（左侧0）: 用螺丝刀进行机械调0. ②选挡: 测电阻时选择合适的倍率.以使指针指在中央1/3刻度范围 ,如估计值为200Ω就应该选×10的倍率. ③电阻调0（右侧0）: 用（电阻）调0旋钮进行调0（表笔直接接触，指针指右侧0刻度）. ④测量: 将红黑表笔接被测电阻两端进行测量. ⑤读数: 将指针示数乘以倍率得测量值. ⑥结束：将选择开关调至 off 档或交流电压最高档位置. 2）将学生分成四组，每组探究一个区域的黑箱，并上台交流探测结果，画出相应的电路图；

接线柱

正接

A

A B

B C C 电阻相同

电阻相同

电阻相同

电阻相同

电阻相同

电阻相同

定值电阻120欧

定值电阻30欧

定值电阻150欧

反接

电子元器件

可能的元件

接线柱

电子元器件

可能的元件

正接

A A B B C C 电阻相同

电阻相同

电阻相同

反接

电阻相同

电阻相同

电阻相同

定值电阻3770欧

定值电阻3300欧

定值电阻470欧

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接线柱

电子元器件

可能的元件

正接

反接

电阻无穷大

电阻相同

电阻无穷大

二极管

定值电阻

定值电阻、二极管

接线柱

A A B B C C 电阻很小

电阻相同

电阻较大

电子元器件

可能的元件

正接

反接

指针反偏

指针反偏

指针反偏

1节干电池

2节干电池

1节干电池

A A A B B C C 1.5V 3.0V 1.5V

C A

B C B 第一组 第三组

A C

B 第二组

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4)教师打开黑箱，检测学生探测的结果，并予以点评。

3.实验拓展

刚才我们利用黑箱法对较简单的电路进行研究，接下来我们再利用这种方法来研究复杂的电路，比如LM393集成电路。

展示：LM393芯片内部电路

提问：LM393芯片是否可以看成黑箱？可以

提问：LM393芯片如果坏了是需要维修的，那么维修工是否需要了解芯片的内部结构？

回答：不需要，否则维修费用将更为昂贵，事实上维修时他们不用了解芯片的内部结构，只要知道芯片各引脚的功能就可以了，这里采用的就是黑箱的方法。

结论：集成电路是一种黑箱化的过程，或者说是一种模块化的过程，它将一个复杂的电路套在黑箱里，利用黑箱方法来进行研究，也是一种简化电路的方法。

提问：如果把这个电路简化的过程适用到其他复杂问题是否可以？

回答：当我们遇到一个复杂事物时，可将它看成一个黑箱，可以将它直接装入黑箱，从而建立黑箱模型来进行解决。

结论：黑箱不仅是一个待解决的问题，更是简化复杂问题的思想方法；

（三）黑箱思想的体会

思维扩展

例题1：在一个封闭的房间里把冰箱门打开，房间的温度怎么变？注意冰箱和空调不同，空调的外机在房间外部，而冰箱则在房间的内部，温度应该如何变化呢？

回答：变高、变低、不变

提问：为什么会有这个困惑？

打开冰箱门，冷气从冰箱中出来。此外，冰箱的压缩机工作，必须要从后面进行散热。原因：不识庐山真面目只缘身在此山中。

提问：如何才能看清庐山的真面目？

结论：跳出房间，将整个房间看成一个黑箱，此时我们仅看到电路进去、电路流出，留下了什么？

回答：将整个房间看成一个黑箱，根据电流的热效应，黑箱对外散热，所以黑箱内部的温度肯定降低。

通过问题引导，思考黑箱作为一种思想和方法在简化复杂问题时的应用；

（四）总结归纳

通过总结，引导学生体会黑箱方法的价值，帮助学生形成敢于探究，善于探究的科研态

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度。

(1)

我们认识了黑箱方法，知道黑箱是可以被认知的，面对困难我们要有用于探究的勇气；

(2)

我们也尝试利用了黑箱方法解决电学黑箱，体验并掌握了一种研究手段；

(3)

在此基础把黑箱作为一种简化复杂问题的思想，告诉我们小到分子、原子，大到世界乃至整个宇宙，都可以通过装进“黑箱”进行认知的。

在未来的学习生活中，当我们碰到困难时，想想能不能把问题装进“黑箱”里进行简化，想想能都用黑箱方法进行探究。引导学生思考黑箱法都学习生活的指导作用；

四、教学反思：

本节课通过具体案例和实验探究，让学生认识黑箱方法、学会黑箱方法，并体会用黑箱简化复杂问题的思想，课堂的案例和实验能激发学生的探究欲和参与热情，但在教学中发现部分学生由于受限于生活经验和知识水平，对某些案例的认知上存在一定的困难，需要教师在课堂上更好的去引导。

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