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摘要：笔者从皮亚杰认知发展理论出发，遵循中学生身心发展规律特点，结合高中生物学知识，充分尊重学生的主体性，践行教师的引导性，设计了一堂高中一年级生物学活动课——解锁树叶的“指纹”密码。活动课是发展学生核心素养的良好途径，希望以此活动课培养学生科学精神、学会学习和实践创新等各项核心素养，并为一线教师设计中学生物学活动课提供参考。
关键词：认知发展 核心素养 高中生物学活动课
中图分类号：G40-056 文献标识码：A
引言
2016年，“中国学生发展核心素养总体框架”发布，这表明，我国的基础教育正从“知识本位”时代向“核心素养”时代迈进[1]。核心素养的发展要以认知发展为基础。认知发展是指个体自出生后，在适应环境的活动中，对事物的认知及面对问题情境时的思维方式与能力表现，随年龄增长而改变的历程[2]。生物学活动课以生物学知识为背景，以活动为载体，培养学生的综合能力，是发展学生核心素养的重要途径[3]。笔者着眼于高中阶段，以“解锁树叶的‘指纹’密码”为主题，进行活动方案的设计，希望本设计能为今后的生物学活动课设计提供一些思路，为一线教师改革教学方式提供一些参考。
一、活动设计
1.活动名称
解锁树叶的“指纹”密码。
2.学生已有认知基础和经验
高中阶段的学生处于皮亚杰认知发展四阶段中的形式运算阶段，属于形式运算阶段的后期。这一阶段的学生已经具备了一定的推理能力和逻辑能力，并能解决一些复杂问题，认知结构日渐成熟，具备了能够像成人一样去思维的认知结构[3]。除此之外，笔者了解到高中阶段的学生有强烈的动手操作的愿望，希望通过自己的实验操作学到知识。对于刚进入高一年级的学生，他们在人教版初中生物学七年级上册第二单元《生物和细胞》和第三单元《生物圈中的绿色植物》中已经学习了植物体的结构层次、水分进入植物体内的途径和绿色植物通过光合作用制造有机物，但他们的动手操作能力、收集信息能力和语言表达能力还有待提高，而此活动课——解锁树叶的“指纹”密码就可以给他们这样一个发展自我的机会。
3.活动目标
在发展学生核心素养的过程中，为了充分体现以学生为活动主体，遵循皮亚杰认知发展理论中的活动教学观和建构主义教学观，此活动确立了以下几个具体而多样的目标：
（1）进一步认识树叶的结构。
（2）学会利用网络获取有效的学习资源，培养信息意识。
（3）学会整理自己收集到的信息，分享自己收集到的信息，锻炼表达交流的能力。
（4）学会提出问题，做出假设，并设计实验验证，在实验过程中发展理性思维和批判质疑能力。
（5）学会实验操作方法，培养实际操作能力。
（6）进行创意叶脉书签制作，培养审美情趣。
二、活动开展
1.问题情境导入
教师通过创设问题情境启发学生积极思考。德国哲学家莱布尼茨说：“世界上没有两片一样的树叶。”学生根据已有知识经验知道是因为叶形不同，叶脉不同。教师进一步以树叶的叶脉和人的指纹都是独一无二的来启发学生。在回忆叶片由叶肉和叶脉组成后，教师要求学生脱下树叶的“绿色外衣”，分离叶肉和叶脉，得到一张完整的叶脉。
设计意图：哲学家的话蕴含生物学知识，引发学生思考，为之后的情感升华做铺垫，赋予此次活动课以人文温度，培养学生的人文情怀。基于人的指纹的独特性这一已有图式，即已有认知结构[4]，引入树叶叶脉的独特性这一有关图式，使之同化到已有图式中，这个过程可以很好地锻炼学生发现命题之间的关系这一能力。最后提出“得到一张完整的叶脉”，点明了此次活动课的主要任务，使学生在此次活动中与环境交互作用，积极主动地建构认知结构，并锻炼实践创新能力，同时也暗示了此次活动评价的指标之一即是“得到一张完整的叶脉”。
2.教师展示
教师在幻灯片上展示不同脉序的叶片，说明叶脉有叉状脉、网状脉和平行脉这几种类型。讲解叶脉的组成结构和作用，叶脉是叶片上分布的粗细不同的维管束，分布在叶肉组织中起输导和支持作用，它一方面为叶提供水分和无机盐、输出光合产物，另一方面又支撑着叶片，使之能伸展于空间，保证叶的生理功能顺利进行。教师再分发给不同小组不同脉序类型的叶片，并要求学生分组查阅记录对应脉序类型的叶脉的分离方法及其原理。
设计意图：先以不同类型脉序的叶片引起学生的兴趣，让学生们大致了解叶片脉序有哪几种类型，然后让学生们知道叶脉的结构和作用，对叶脉有一个较为全面的认识。这个步骤使学生对于叶脉形成更为直观的认识，仍然是同化的过程，丰富叶脉这一图式的内涵，为后续分离叶脉的环节打下基础。在带领学生认识叶脉类型、叶脉结构和叶脉功能的过程中，教师通过采用层层递进的教学方式，使学生以科学的方法认识事物，发展学生的理性思维。
3.学生收集信息并交流展示
学生可以分组通过学习平板在百度、知网、万方等网络平台查找资料，了解分离叶肉和叶脉的方法。各小组分别归纳总结各自收集到的方法，并讨论筛选出本组所用的方法及所用方法涉及到的实验器材，然后各小组派代表向全班展示本组所收集到的方法，说明自己组选定的方法及选择原因，再讲解这种方法的实验原理及注意事项。学生可能会收集到如下几种方法：
（1）自然发酵法。在塑料瓶中放入植物叶片，加入自来水或池塘水，叶片被水完全淹没，拧紧瓶盖，放在温暖的室内，使叶片自然发酵。夏季5—6天，秋季7—10天后，水发臭，水面有白色膜状漂浮物，叶表皮与叶之间有气泡产生[5]。这时将叶片取出，用软毛刷将叶片正反面叶肉刷洗干净。
（2）家庭便捷煮叶法。取铁锅（不宜使用铝锅），加1L清水，然后放入100g碳酸钠（俗称“大苏打”，也可用洗衣粉代替），加热煮沸，随后马上放入叶片，再保持沸腾状态15min左右，待叶片变成褐色、叶肉腐烂时即可取出，并用清水将叶片清洗干净，直至洗掉全部叶肉组织为止。
（3）碱解法。取烧杯，配置质量浓度为5%—10%的氢氧化钠溶液，将叶片全部浸在溶液里，将烧杯置于石棉网上，用酒精灯加热，加热时用玻璃棒轻轻搅动，使叶片分离，均匀受热，煮沸约10min，待叶背开始起小泡，变成褐色、叶肉腐烂时即可取出，在清水中反复漂洗干净[6]。氢氧化钠具有较强的腐蚀性，操作时避免直接接触皮肤。
（4）酶解法。取烧杯，加入果胶酶和适量清水，然后放入叶片。果胶酶使细胞壁间的原果胶分解，叶肉细胞相互离散。一段时间后，取出叶片，用流水冲洗或用刷子刷洗叶片，即可得到叶脉。
设计意图：让学生通过各种网络平台收集资料，在实际操作中，学会运用现代信息技术收集整理信息，培养乐学善学、勤于反思的能力和信息意识。在此过程中，学生不断接收到有关分离叶脉方法的新知识，同化已经不能满足已有认知结构的发展，原有图式必将发生改变，此时同化和顺应不断发生，在同化和顺应的交替作用下，学生的归纳和概括能力可以得到迅速提升。学生以小组为单位自主选择分离叶脉的方法，在选择的过程中，学生就可以联系所学知识判断各种方法的优缺点，加强对实验步骤和原理的熟悉程度，由此培养学生的理性思维和批判质疑的能力。学生小组间展示自己小组收集到的方法及讲解该组选定的方法的原理这一环节，又可以很好地锻炼学生的表达能力。
4.进行实验
学生先根据本组选定的分离叶脉的方法进行实验操作，然后小组讨论哪些因素可能影响叶脉的制作，并选择其中一个因素，设计实验方案来验证该组的猜想。
设计意图：各小组根据选定的分离叶脉的方法进行操作，锻炼了学生的动手操作能力。在影响因素方面，学生根据自己的知识经验可做出猜想：如树叶的不同类型、煮的时间长短、清除叶肉的不同方式等，由此培养学生勇于探究、勤于反思的科学精神。
学生选定影响因素并设计实验验证猜想的过程需要遵循控制变量原则，是对学生实验思维的培养。为了设计出最理想的实验方案，学生小组成员之间讨论，开动脑筋思考实验条件是否合理，不断改进实验方案。在这个过程中，小组成员间互相质疑，再共同商讨实验方案验证各自的猜想，则学生的形式推理能力和逻辑能力以及社会学习能力不断得到提高。
另外，学生在实验过程中还会遇到各种各样的问题，教师要鼓励学生积极思考，小组合作，寻找解决问题的办法，并在活动记录手册上将发现问题、解决问题的过程记录下来。这个过程中，学生把发展动手操作能力与发展演绎推理能力结合起来，主动地建构知识经验，可以很好地锻炼学生发现问题解决问题的能力，并使学生学会总结、善于总结。
5.评价交流
学生自评：学生分组展示自己小组分离的叶脉，分享实验中遇到的问题，交流解决办法。分析自己小组实验的优缺点，思考讨论哪些方法或步骤可取，哪些又该进行改进。
教师点评：教师根据各个小组的综合表现，如小组内分工是否明确，实验设计是否合理，实验操作是否规范，给予学生适当的评价。
设计意图：小组间进行交流，学生借鉴别的小组的经验，可多方面提升解决问题的能力。教师点评可以纠正学生不正确的思维方式。学生自评和教师点评都是促使学生认知结构平衡化的过程，学生自评更是促进学生自我审视认知方式的一种重要途径，这也是学生自主建构知识经验中的重要一环。
6.迁移拓展
这次活动不只是停留在分离出一张完整的叶脉，学生还可以查阅资料，选择合适的颜料给叶脉上色，尽可能发挥想象力，将叶脉制作成形态各异的艺术品。
设计意图：学生再次运用现代信息技术查阅资料，自主选择颜料和染色方法，将之前学到的技能与方法尽快投入使用，加强社会学习能力的提升。这个过程促使学生再次主动探索外物，感受美创造美。
7.情感升华
最后，教师展示出自己制作的叶脉书签，然后以幻灯片的形式展示一些濒临灭绝的植物和植物叶片，告诫学生叶脉书签虽美，但是也不能随意摘取树叶，要爱护花草树木。
设计意图：要让学生在此次活动课中除了感受到生命之美，也要学会敬畏生命、热爱自然，自觉担当起保护环境，保护生物多样性的责任。
结语
活动课能够从多方面发展学生的能力，而此活动课设计从皮亚杰认知发展理论出发，着眼于高中生物学的学习，希望能以此活动课培养学生的信息意识、锻炼学生的表达能力和实际操作能力以及培养学生发现问题、解决问题的能力。
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关键词：认知发展 核心素养 高中生物学活动课
中图分类号：G40-056 文献标识码：A
引言
2016年，“中国学生发展核心素养总体框架”发布，这表明，我国的基础教育正从“知识本位”时代向“核心素养”时代迈进[1]。核心素养的发展要以认知发展为基础。认知发展是指个体自出生后，在适应环境的活动中，对事物的认知及面对问题情境时的思维方式与能力表现，随年龄增长而改变的历程[2]。生物学活动课以生物学知识为背景，以活动为载体，培养学生的综合能力，是发展学生核心素养的重要途径[3]。笔者着眼于高中阶段，以“解锁树叶的‘指纹’密码”为主题，进行活动方案的设计，希望本设计能为今后的生物学活动课设计提供一些思路，为一线教师改革教学方式提供一些参考。
一、活动设计
1.活动名称
解锁树叶的“指纹”密码。
2.学生已有认知基础和经验
高中阶段的学生处于皮亚杰认知发展四阶段中的形式运算阶段，属于形式运算阶段的后期。这一阶段的学生已经具备了一定的推理能力和逻辑能力，并能解决一些复杂问题，认知结构日渐成熟，具备了能够像成人一样去思维的认知结构[3]。除此之外，笔者了解到高中阶段的学生有强烈的动手操作的愿望，希望通过自己的实验操作学到知识。对于刚进入高一年级的学生，他们在人教版初中生物学七年级上册第二单元《生物和细胞》和第三单元《生物圈中的绿色植物》中已经学习了植物体的结构层次、水分进入植物体内的途径和绿色植物通过光合作用制造有机物，但他们的动手操作能力、收集信息能力和语言表达能力还有待提高，而此活动课——解锁树叶的“指纹”密码就可以给他们这样一个发展自我的机会。
3.活动目标
在发展学生核心素养的过程中，为了充分体现以学生为活动主体，遵循皮亚杰认知发展理论中的活动教学观和建构主义教学观，此活动确立了以下几个具体而多样的目标：
（1）进一步认识树叶的结构。
（2）学会利用网络获取有效的学习资源，培养信息意识。
（3）学会整理自己收集到的信息，分享自己收集到的信息，锻炼表达交流的能力。
（4）学会提出问题，做出假设，并设计实验验证，在实验过程中发展理性思维和批判质疑能力。
（5）学会实验操作方法，培养实际操作能力。
（6）进行创意叶脉书签制作，培养审美情趣。
二、活动开展
1.问题情境导入
教师通过创设问题情境启发学生积极思考。德国哲学家莱布尼茨说：“世界上没有两片一样的树叶。”学生根据已有知识经验知道是因为叶形不同，叶脉不同。教师进一步以树叶的叶脉和人的指纹都是独一无二的来启发学生。在回忆叶片由叶肉和叶脉组成后，教师要求学生脱下树叶的“绿色外衣”，分离叶肉和叶脉，得到一张完整的叶脉。
设计意图：哲学家的话蕴含生物学知识，引发学生思考，为之后的情感升华做铺垫，赋予此次活动课以人文温度，培养学生的人文情怀。基于人的指纹的独特性这一已有图式，即已有认知结构[4]，引入树叶叶脉的独特性这一有关图式，使之同化到已有图式中，这个过程可以很好地锻炼学生发现命题之间的关系这一能力。最后提出“得到一张完整的叶脉”，点明了此次活动课的主要任务，使学生在此次活动中与环境交互作用，积极主动地建构认知结构，并锻炼实践创新能力，同时也暗示了此次活动评价的指标之一即是“得到一张完整的叶脉”。
2.教师展示
教师在幻灯片上展示不同脉序的叶片，说明叶脉有叉状脉、网状脉和平行脉这几种类型。讲解叶脉的组成结构和作用，叶脉是叶片上分布的粗细不同的维管束，分布在叶肉组织中起输导和支持作用，它一方面为叶提供水分和无机盐、输出光合产物，另一方面又支撑着叶片，使之能伸展于空间，保证叶的生理功能顺利进行。教师再分发给不同小组不同脉序类型的叶片，并要求学生分组查阅记录对应脉序类型的叶脉的分离方法及其原理。
设计意图：先以不同类型脉序的叶片引起学生的兴趣，让学生们大致了解叶片脉序有哪几种类型，然后让学生们知道叶脉的结构和作用，对叶脉有一个较为全面的认识。这个步骤使学生对于叶脉形成更为直观的认识，仍然是同化的过程，丰富叶脉这一图式的内涵，为后续分离叶脉的环节打下基础。在带领学生认识叶脉类型、叶脉结构和叶脉功能的过程中，教师通过采用层层递进的教学方式，使学生以科学的方法认识事物，发展学生的理性思维。
3.学生收集信息并交流展示
学生可以分组通过学习平板在百度、知网、万方等网络平台查找资料，了解分离叶肉和叶脉的方法。各小组分别归纳总结各自收集到的方法，并讨论筛选出本组所用的方法及所用方法涉及到的实验器材，然后各小组派代表向全班展示本组所收集到的方法，说明自己组选定的方法及选择原因，再讲解这种方法的实验原理及注意事项。学生可能会收集到如下几种方法：
（1）自然发酵法。在塑料瓶中放入植物叶片，加入自来水或池塘水，叶片被水完全淹没，拧紧瓶盖，放在温暖的室内，使叶片自然发酵。夏季5—6天，秋季7—10天后，水发臭，水面有白色膜状漂浮物，叶表皮与叶之间有气泡产生[5]。这时将叶片取出，用软毛刷将叶片正反面叶肉刷洗干净。
（2）家庭便捷煮叶法。取铁锅（不宜使用铝锅），加1L清水，然后放入100g碳酸钠（俗称“大苏打”，也可用洗衣粉代替），加热煮沸，随后马上放入叶片，再保持沸腾状态15min左右，待叶片变成褐色、叶肉腐烂时即可取出，并用清水将叶片清洗干净，直至洗掉全部叶肉组织为止。
（3）碱解法。取烧杯，配置质量浓度为5%—10%的氢氧化钠溶液，将叶片全部浸在溶液里，将烧杯置于石棉网上，用酒精灯加热，加热时用玻璃棒轻轻搅动，使叶片分离，均匀受热，煮沸约10min，待叶背开始起小泡，变成褐色、叶肉腐烂时即可取出，在清水中反复漂洗干净[6]。氢氧化钠具有较强的腐蚀性，操作时避免直接接触皮肤。
（4）酶解法。取烧杯，加入果胶酶和适量清水，然后放入叶片。果胶酶使细胞壁间的原果胶分解，叶肉细胞相互离散。一段时间后，取出叶片，用流水冲洗或用刷子刷洗叶片，即可得到叶脉。
设计意图：让学生通过各种网络平台收集资料，在实际操作中，学会运用现代信息技术收集整理信息，培养乐学善学、勤于反思的能力和信息意识。在此过程中，学生不断接收到有关分离叶脉方法的新知识，同化已经不能满足已有认知结构的发展，原有图式必将发生改变，此时同化和顺应不断发生，在同化和顺应的交替作用下，学生的归纳和概括能力可以得到迅速提升。学生以小组为单位自主选择分离叶脉的方法，在选择的过程中，学生就可以联系所学知识判断各种方法的优缺点，加强对实验步骤和原理的熟悉程度，由此培养学生的理性思维和批判质疑的能力。学生小组间展示自己小组收集到的方法及讲解该组选定的方法的原理这一环节，又可以很好地锻炼学生的表达能力。
4.进行实验
学生先根据本组选定的分离叶脉的方法进行实验操作，然后小组讨论哪些因素可能影响叶脉的制作，并选择其中一个因素，设计实验方案来验证该组的猜想。
设计意图：各小组根据选定的分离叶脉的方法进行操作，锻炼了学生的动手操作能力。在影响因素方面，学生根据自己的知识经验可做出猜想：如树叶的不同类型、煮的时间长短、清除叶肉的不同方式等，由此培养学生勇于探究、勤于反思的科学精神。
学生选定影响因素并设计实验验证猜想的过程需要遵循控制变量原则，是对学生实验思维的培养。为了设计出最理想的实验方案，学生小组成员之间讨论，开动脑筋思考实验条件是否合理，不断改进实验方案。在这个过程中，小组成员间互相质疑，再共同商讨实验方案验证各自的猜想，则学生的形式推理能力和逻辑能力以及社会学习能力不断得到提高。
另外，学生在实验过程中还会遇到各种各样的问题，教师要鼓励学生积极思考，小组合作，寻找解决问题的办法，并在活动记录手册上将发现问题、解决问题的过程记录下来。这个过程中，学生把发展动手操作能力与发展演绎推理能力结合起来，主动地建构知识经验，可以很好地锻炼学生发现问题解决问题的能力，并使学生学会总结、善于总结。
5.评价交流
学生自评：学生分组展示自己小组分离的叶脉，分享实验中遇到的问题，交流解决办法。分析自己小组实验的优缺点，思考讨论哪些方法或步骤可取，哪些又该进行改进。
教师点评：教师根据各个小组的综合表现，如小组内分工是否明确，实验设计是否合理，实验操作是否规范，给予学生适当的评价。
设计意图：小组间进行交流，学生借鉴别的小组的经验，可多方面提升解决问题的能力。教师点评可以纠正学生不正确的思维方式。学生自评和教师点评都是促使学生认知结构平衡化的过程，学生自评更是促进学生自我审视认知方式的一种重要途径，这也是学生自主建构知识经验中的重要一环。
6.迁移拓展
这次活动不只是停留在分离出一张完整的叶脉，学生还可以查阅资料，选择合适的颜料给叶脉上色，尽可能发挥想象力，将叶脉制作成形态各异的艺术品。
设计意图：学生再次运用现代信息技术查阅资料，自主选择颜料和染色方法，将之前学到的技能与方法尽快投入使用，加强社会学习能力的提升。这个过程促使学生再次主动探索外物，感受美创造美。
7.情感升华
最后，教师展示出自己制作的叶脉书签，然后以幻灯片的形式展示一些濒临灭绝的植物和植物叶片，告诫学生叶脉书签虽美，但是也不能随意摘取树叶，要爱护花草树木。
设计意图：要让学生在此次活动课中除了感受到生命之美，也要学会敬畏生命、热爱自然，自觉担当起保护环境，保护生物多样性的责任。
结语
活动课能够从多方面发展学生的能力，而此活动课设计从皮亚杰认知发展理论出发，着眼于高中生物学的学习，希望能以此活动课培养学生的信息意识、锻炼学生的表达能力和实际操作能力以及培养学生发现问题、解决问题的能力。
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