進行探究教學的課程中，有一個很典型的活動叫做黑盒（black box)
讓我引用維基百科對黑盒的說法
黑箱，指一個只知道輸入輸出關係而不知道內部結構的系統或設備。與之相反的是白箱。 例子有：
- 物理學/電子工業中,指未知內部結構，只露出若干接頭的電路，如二埠網絡；
- 計算機科學中，指內部工作方法不清楚的程序。（也許是閉源軟體）
- 系統工程學中指一個系統只能根據其外部表征來推測其系統功能，而不能了解其內部詳細構造。例如中醫就是一個黑箱系統，尤其是經絡結構。
你要叫black box為黑箱也是可以，可是不要把這名詞跟政治、選舉的「黑箱」混為一談。舉個例子，這黑盒的課程通常是這樣設計的，老師先製作一個實體的箱子，箱子內部有特別的機關，如果是電學的，它可能就是露出一些接頭作為輸入端，然後有輸出端，也許是些燈泡。學生拿到這箱子，不可以把它打開來看裡頭的祕密，但是他可以利用科學方法去研究街頭和燈泡的關係，比方說試試看哪些接頭接來接去，燈泡就會亮，哪些不會亮。
學生做完了實驗，就要用他做實驗的結果去推論，到底箱子裡頭的機關長得什麼樣。課程的重點是探究的歷程，倒不會放在學生是不是真的猜對了。
真實世界的探究就是這樣，科學有其真相、事實，但是我們永遠無法得知那個真相是什麼，我們能做的就是盡可能往真相多靠近一些，得到一些比較接近真相的答案。
而這個連結的教案，也是很有意思的黑箱。他設計出一個箱子，有三個倒水的入口，四個出水的管子，叫做Magic Water Box 。
Magic Water©: A Black Box Activity
Magic Water©: A Black Box Activity
1.從入口一倒水，就會從出口一出水，一切就跟預期的一樣，這就是控制組（對照組）
2.從入口二倒水，過了一陣子，出口二才會流出水，而且還是紅色的
3.這是最詭異的，從入口三倒水進去，它會從兩個出口流出來。水倒得少，它從出口三出來，水得倒多一些，才會從出口四流出來。而出口三流出的是黃色水、出口四卻是藍色水。而當你慢慢倒水的時候，會看到承裝出來水的杯子裡，底層是黃色水，而上層是清水，接下來才會從出口四流出藍色的水。而如果你倒得快一點，出口四則是流出綠色的水。
而除了上述現象外，三個不同的入口還用了跟出口不同的顏色（純粹是讓狀況更混淆）
學生根據這些現象，就要用以下幾點去思考
1.你要研究的問題是什麼？
2.擬出你的假說（可以用畫圖的去猜測黑盒子內部長什麼樣）
3.更細部的去討論你的實驗設計
4.得到結論
非常棒的探究課程吧！不過在生物單元裡很難岔出去使用。
那生物課程裡就沒有「黑盒活動」了嗎？其實有的
最近我上孟德爾遺傳，搭配了「美人尖遺傳」的活動，就是兩人一組，每個人都拿A和a的紙牌，隨機出牌組合出子代的基因型，最後再看看跟理論值的3:1有沒有一樣。不過我用的是積木，就是我拿來做排序、看年輪、競賽活動的籌碼，是超好用的積木。（請搜尋「一元積木」）
有次上課的時候，我看到學生做出來的結果，居然20個子代都是aa。心想怎麼一回事，問了之後，才知道那擔任親代的兩個學生，居然拿的都是aa的。
一開始我還很火，想說他們亂做活動，這樣就沒有3:1的答案啦。但過會突然想到，他們這樣的實驗，反倒讓我想到可以設計出很棒的探究活動，為什麼一定要Aa x Aa？為什麼要把所有的基因型都攤出來，再去看表現型是什麼？真實的世界裡才不是這樣呢！（這是在傲嬌什麼啦）
我想到，其實孟德爾的實驗就是在探究遺傳黑盒，他就是想弄清楚豌豆為什麼有的時候高莖和高莖配，會產生矮莖，有的時候配出來又只有高莖？而高莖和矮莖配，卻又有高有矮？這就跟前面說的Magic Water Box很像啊。
孟德爾用七年再加兩年的時間，去探究黑盒裡到底有什麼，不過我們生物課是用一節課的時間，把黑盒子的布揭開來，教你直接看裡頭的祕密，再讓你直接看從入口倒水下去，那個水是怎麼從出口流出來的。其實我們可以這樣做，把布重新蓋上（國防布？），讓學生探究一下那個黑盒子裡到底有什麼？
想法有了，那就來設計一下作法。其實跟美人尖的遺傳作法大同小異，但是改變了設計，會變成非常有意思的探究活動。（建議是在美人尖的遺傳之後，花一點時間再繼續做，因為學生會比較熟練這在幹嘛啦）
我讓學生四人一組，一個人為組長，組長領取了三個塑膠袋，發送給三個組員。每個塑膠袋裡都放了兩個積木，分別是AA、Aa和aa。
- 組長要做的事情，就是負責「看積木代表的基因型，說出表現型」，他等於是知道所有祕密的人，所以組長要慎選。
- 拿到塑膠袋的三個組員，絕對不能看塑膠袋裡的積木，即便是從袋裡隨意撈出積木為配子時，也不能看自己撈出的是什麼。
- 每組再發下一張紙，要紀錄譜系圖
各組要在「只知道親代和子代的表現型」的情況下，推論出哪種表現型是顯性？哪種是隱性？而三個塑膠袋裡放的積木又是寫著什麼？
一開始我先告訴組長，不同的基因型呈現的表現型是什麼。這裡我就沒有用高莖和矮莖，也不是「有無美人尖」，這種性狀很容易被猜測成「高的或是具有特徵的就是顯性」（實際上就不是這樣判斷的）。我用黃色和綠色，看起來沒有什麼強弱之分的特徵，AA、Aa的表現型是黃色，而aa是綠色。
當組長拎回三個塑膠袋回去時，他可以窺視袋子，然後告訴組員「你是黃色」或是「你是綠色」，但是不能告訴他們「你是Aa或是aa」
組員之間就開始進行生殖模擬，任兩個人從自己袋子裡隨機摸出一個積木，把積木秀給組長看，由組長告知生出來的是黃色還是綠色。
因為組員有三個，就暫稱是甲乙丙三人，大家就在紙上畫出譜系圖，甲乙配會生出什麼、乙丙配會生出什麼......。至於要生出幾個？要生到什麼程度？就由組內自行討論，要生到「能從譜系圖中，看出甲乙丙三人的基因型」就可以停止。最後再由各組報告譜系圖，說明那是怎麼判斷的。
或者更可以加入組間的互動，把自己組的譜系圖交給其他組，由其他組的人來依據譜系圖判斷那些親代和子代的顯隱性，並且評估是否可以明確判斷出顯隱性。
或者更可以加入組間的互動，把自己組的譜系圖交給其他組，由其他組的人來依據譜系圖判斷那些親代和子代的顯隱性，並且評估是否可以明確判斷出顯隱性。
最後老師再去反問學生「你們要怎麼判斷黃色是顯性還是隱性？」、「顯性個體的基因型有兩種可能，你們要怎麼配對才有辦法確定？」
這些流程、判斷其實都是先前有教過學生的，甚至還做過題目的，但是學生自己探究，跟老師一步一步教那學習的結果是不同的。
在這個活動中，組長的角色很重要，他知道袋子裡所有的答案，也就是幾乎是透視黑盒的人。如果有機會的話，我倒是很想試試看，用JavaScript寫寫看，讓學生用拖曳點擊的方式，來生生看，然後去判斷結果。
現在想想，其實就跟先前寫的這個文章，像是FrogPond、Geniverse差不多的意思嘛，都是在用方法探究那個遺傳黑盒子。
《科學探究軟體-FrogPond》
