1 黑箱及黑箱的作用
1．1什么是黑箱
古往今来，人类在探索物质世界的过程中，总会遇到一些内部结构尚不清楚的系统，在控制论中，把这样的系统叫做黑箱。对某一未知系统（即黑箱）通过实验和推理来研究其内部结构的问题，一般称之为黑箱问题。
1．2黑箱的作用
在物理教学中，黑箱及黑箱问题不仅能激发学生对物理学习的浓厚兴趣，而且黑箱问题的分析和解决还能培养学生的逻辑判断能力。推理能力、创造能力和应用物理知识解决实际问题的能力，所以在中学物理教学中应广泛推广这种黑箱及黑箱方法。
1．3黑箱的分类
黑箱的分类，从物理学内容的角度来看，一般可以把黑箱分为力学黑箱、光学黑箱和电学黑箱、声学黑箱等几种，其中又以光学黑箱和电学黑箱较为常见；从教学功能上来说，黑箱又可以分为导入新课类黑箱、帮助建立概念、规律类黑箱、巩固复习类黑箱及实验训练类黑箱等。黑箱的分类不是绝对的，从不同的角度去看有着不同的分类方法。
1．4黑箱问题的解决方法
黑箱是一种未知系统，在探索其内部结构时往往不能将其打开而成为“白箱”，因此，通常采用这样的方法来解决：给黑箱输人某一或某几个信号（如光学信号、电学信号、力学信号等），观察其输出信号，然后进行推理，最终得出黑箱的内部结构。由于是通过逻辑推理的，所以最终结果有可能并不是唯一的，这就可以大大促进学生进行发散性思维，使思维得到发展。
2 黑箱方法在物理教学中的运用
本文将就黑箱及黑箱方法在物理教学中的运用做些初步探讨：
2．1黑箱在“引入新课”中的运用
教师在“引入新课”的时候，往往力求在与教材紧密联系的基础上，兼具趣味性和启发性，要能够充分引起学生的注意，激发学生的兴趣。这时可以用导人新课类黑箱进行演示，这类黑箱其结果往往出乎学生的意料之外，学生观察产生于黑箱上的现象而百思不得其解，从而对能揭开谜底的课堂内容产生浓厚的学习兴趣，接受教师所授的新课更为积极主动。
例如有这样一个力学黑箱：在一只黑色的箱子的表面上有两个显眼的字“魔箱”。顾名思义，这不是一般的箱子。有一根绳子从箱子的左侧穿进去，又从箱子右侧孔中穿出。左侧的线上栓一只玩具坦克。右侧的线上栓一只玩具汽车（如图一所示），用手拉右侧的玩具，左侧的玩具向前也动了一动，说明左右两侧的线确有关系。但当你继续把玩具汽车向前拉时，奇怪的事情发生了：怎么右侧的玩具汽车才走出约10cm，而左侧的玩具坦克已经前进了20cm。难道黑箱里有什么神秘的东西使玩具坦克走的比玩具汽车快吗？这样一个装置的内部结构究竟是什么？学生马上就会对这样一个装运产生浓厚的兴趣，这样一个小小的装三为何能产生这种现象呢？带着这些问题，充满兴趣的去听教师授课，学习效果可想而知。
这个黑箱内部实际是一个轮轴（如图2所示），判断过程实际上是输入一个力学量一长度，然后根据输出量来判断黑箱的内部结构的，由这个例子可以看出，在“引入新课”这一环节中使用设疑类黑箱应满足以下两个条件：
1．结构相对简单，在学生学习过相应知识后，能对产生这个演示现象的装置在一定程度上作出解释。
2．富有趣味性、激发学生的求知欲。学习兴趣是学习动机的一个重要组成部分，有浓厚学习兴趣的学生学习比较积极主动，教师能更好的实现教学目标。
2．2黑箱在物理实验教学中的运用
实验是一种有目的的操作行为，在物理实验教学中，我们要时刻注意发展学生的各方面能力，并使学生得到科学方法训练，注意培养学生对每一个实验现象，每一种实验仪器及每一个实验结果都实事求是对待的严谨态度。
在物理实验教学中，可以制造一些特殊的黑箱问题，促使学生手、眼、脑并用，使之达到全面发展的目的。
比如有这样一个实验问题：在某一电学实验中，发现灵敏电流计的指针不偏转。怀疑灵敏电流计的线圈有断线故障。而现在只有一根导线，且又不许打开灵敏电流计，如何来验证一下猜测是否正确呢？这个问题似乎不是什么黑箱问题，但由于不许打开灵敏电流计。就使这个问题转化为一个黑箱问题。
学生刚拿到这个问题可能一筹莫展，根本不知从哪里下手。从黑箱的解决方法可知，在本问题中，灵敏电流计的接线就是信息输入端，由于只有一根导线，因此无法输入其他信息，只能将导线短接试一试；灵敏电流计的表头指针就是信息输出端，看看表头指针摆动情况如何。具体解决方法如下：
1．晃动灵敏电流计，观察指针由摆动到静止的振动过程。
2．用导线连接灵敏电流计的两个接线柱，然后晃动灵敏电流计。若观察到指针的摆动情况与1不同，有阻尼振动现象，指针很快恢复静止，则证明线圈没有断线。反之可判断线圈断线。
这个黑箱问题的解决方法比较特殊，但很简单又很巧妙，学生要解决这一问题除了对灵敏电流计的构造要了解外，还要对电磁感应、阻尼振动等物理知识有深刻了解。
黑箱问题还可以训练学生的实验技能，如图3所示，在一个黑箱中AB、CD间各有一个电学元器件，给你一个万用电表，要求测出是什么电学元器件，大小是多少？
甲学生测出元器件一个是电阻，RAB＝10欧姆，另一个则是断路，RCD=∞；
乙学生测出一个元器件是电阻，RCD＝100k欧姆，另一个则是短路，RAB=0；
实际上RAB、RCD均是电阻，RAB=10欧姆，RCD＝100k欧姆；
原来在判断出元器件是电阻后，甲学生在测量电阻值时，将万用电表电阻挡放在1档，调零后，测出 RAB＝10欧姆、RCD＝∞的结果；而乙学生在测量时，将万用表电阻档放在。10k档，调零后，测出 RAB＝0、RCD＝100k欧姆的结果。我们知道在实际测量中，对不同数量级的电阻应放在不同的电阻档上测量，而且在换档后必须重新调零，这个黑箱问题很好的暴露出了学生在实验操作中不规范的问题，这比我们在实际教学中反复告诉学生万用表测量规则要好得多，学生也记忆深刻。
由此可以看出，实验类黑箱除了可对一般应掌握的实验仪器进行考查外，还可以对与该仪器有关的很多其他知识的掌握程度和灵活运用程度进行综合考查，从而促进并培养学生的发散性思维及探索精神。
2．3黑箱可以促进学生思维的发展，使学生灵活应用所学知识
培养学生思维方法、培养学生灵活应用所学知识的能力，是物理教学的一大任务，利用黑箱则是一个很好的途径。
比如有这样一个黑箱问题：三个黑箱，每个箱的盖上都有一小窗口，其上嵌有一片眼镜片如图4。只在你所处的教室环境，不再提供其它的器材，请你判断是平光镜，还是近视镜或远视镜？这个黑箱问题在我们实测过程中，只有极少数学生能够得出答案。
用眼睛直接通过镜片向箱内看时，看到的是一片黑暗，因此不能用透视的方法来判定它的种类（而透视的方法恰恰是我们实际教学中经常使用的方法）。从镜片外观观察，可以看到三个黑箱的镜片中有一个其前表面是平面的，另两个镜片的前表面都是凸面，有学生因此就判断出第一个镜片是平光镜来，事实上因为无法看出其后表面的形状及弯曲程度，所以也无法直接判断平光镜，更无法判断哪一个是近视镜哪一个是远视镜了。
通过仔细观察可以发现镜片上有若干反射像（如教室窗户、开着的日光灯灯管的像），此像即为黑箱的输出信号。再仔细观察，发现有的镜片上成的是一个像，有的是两个像且是两个大小不同的像；成一个像的镜片就是平光镜片，（若平光镜片较厚则应有两个大小相同的像，其中一个应该是眼镜片前表面反射成的像，另一个是眼镜片后表面成的像，两个像的亮度不同，从能量的角度不难分析出，两个像中比较亮的是镜片前表面所成而较暗的像是后表面所成。）
通过分析光路图也可以分析出哪一个是近视镜片哪一个是远视镜片，但是过程比较复杂；如果你自己近视戴眼镜，你能想出更简单的方法吗？实际上只要你搞下眼镜，比较一下其他物体的反射像，就可以很快得出答案，这种比较的方法也是解决实际问题的有效方法之一。
3 总结
黑箱题目灵活多变，能多方面培养学生的综合能力。在教学各个环节中运用黑箱问题，有利于巩固物理概念规律，训练学生的实验技能，还能拓宽学生思路，培养学生灵活的思维方式。但所谓教无定法，具体运用还要根据实际情况灵活运用，才能收到良好的教学效果。
摘自物理教学