劉瑞　王惠霖　袁緒富　鄭長(zhǎng)龍

摘要： 在新時(shí)代背景下，創(chuàng)新是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的特質(zhì)。開展基于學(xué)術(shù)性情境的大概念教學(xué)，是促進(jìn)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要方式。以選擇性必修“原子結(jié)構(gòu)”主題為例，在“激光與晶體”學(xué)術(shù)性情境中，以跨學(xué)科大概念“能量”和學(xué)科大概念“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”為統(tǒng)領(lǐng)，圍繞激光光源的發(fā)光原理和晶體的光學(xué)性質(zhì)兩個(gè)板塊設(shè)計(jì)系列問(wèn)題。學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中理解和掌握“原子結(jié)構(gòu)”主題的基本概念，形成化學(xué)思維，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 原子結(jié)構(gòu)； 學(xué)術(shù)性情境； 大概念

文章編號(hào)： 10056629（2023）08003307中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

在新時(shí)代背景下，創(chuàng)新是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的特質(zhì)［1］。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“高中新課標(biāo)”）指出：“真實(shí)、具體的問(wèn)題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái)，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì)。［2］”本文為“真實(shí)問(wèn)題情境”賦予了新內(nèi)涵：“學(xué)術(shù)性情境”在繼承真實(shí)問(wèn)題情境的素養(yǎng)功能的同時(shí)，適應(yīng)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目的。創(chuàng)新意味著“舉一反三”“舉一反十”［3］，這里的“一”與大概念具有內(nèi)在的一致性，通過(guò)具有概括性和統(tǒng)攝性的大概念實(shí)現(xiàn)“一到多”的目的。因此，大概念教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的重要途徑。

“原子結(jié)構(gòu)”是高中化學(xué)的核心內(nèi)容，是解釋和預(yù)測(cè)元素性質(zhì)的重要理論，對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)微觀世界的特殊性具有重要意義。同時(shí)，微觀世界抽象性較強(qiáng)，其認(rèn)識(shí)思路與學(xué)生已有的宏觀思維方式具有顯著差異，是化學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)。目前，較少有研究在新時(shí)代拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的背景下，探索“原子結(jié)構(gòu)”主題的教學(xué)設(shè)計(jì)［4］。本研究以高中化學(xué)選擇性必修“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊“原子結(jié)構(gòu)”主題為例，探討基于學(xué)術(shù)性情境的大概念教學(xué)，為指向創(chuàng)新的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐提供參考。

1 學(xué)術(shù)性情境

教學(xué)需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)那榫?，以促進(jìn)學(xué)生的自主建構(gòu)，情境是一切認(rèn)知活動(dòng)的基礎(chǔ)［5］。真實(shí)問(wèn)題情境能夠促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)地建構(gòu)理解，整合和發(fā)展知識(shí)結(jié)構(gòu)，同時(shí)有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

創(chuàng)新是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的特質(zhì)［6］。因此，有必要探索指向創(chuàng)新的真實(shí)問(wèn)題情境的新內(nèi)涵。高中新課標(biāo)將高中化學(xué)課程劃分為必修、選擇性必修和選修三類［7］。其中，必修階段面向所有學(xué)生，旨在發(fā)展全體學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，因此課標(biāo)中必修階段的教學(xué)情境素材多與日常生活及社會(huì)相關(guān)［8］，整體而言具有基礎(chǔ)性；而選擇性必修階段面向的是未來(lái)將要從事化學(xué)相關(guān)職業(yè)的學(xué)生，承載著探索化學(xué)、深入認(rèn)識(shí)化學(xué)的功能。因此，為更好地適應(yīng)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求，選擇性必修階段的教學(xué)應(yīng)注重學(xué)術(shù)性情境的創(chuàng)設(shè)，學(xué)術(shù)性情境拓展了真實(shí)問(wèn)題情境的內(nèi)涵。所謂學(xué)術(shù)性情境，指的是與純化學(xué)研究或應(yīng)用化學(xué)研究相關(guān)的情境，這類情境往往取材于學(xué)術(shù)前沿，能夠引發(fā)真實(shí)的學(xué)術(shù)問(wèn)題。其中既涵蓋了相關(guān)化學(xué)知識(shí)、方法，又能體現(xiàn)化學(xué)研究的思維和化學(xué)的本質(zhì)，是創(chuàng)新的重要載體。將學(xué)術(shù)性情境融入常規(guī)教學(xué)內(nèi)容，賦予了內(nèi)容創(chuàng)新的屬性，內(nèi)容不再是表面化、散點(diǎn)的靜態(tài)知識(shí)，而是被學(xué)術(shù)性情境“激活”的“活知識(shí)”，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的素養(yǎng)化和功能化。只有具備活知識(shí)的人，才能具備解決真實(shí)問(wèn)題的素養(yǎng)和創(chuàng)新的能力。學(xué)術(shù)性情境既繼承了真實(shí)問(wèn)題情境的素養(yǎng)功能與價(jià)值，又是站在拔尖創(chuàng)新人才的需求下對(duì)真實(shí)問(wèn)題情境的豐富與發(fā)展。

2 大概念及大概念教學(xué)

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“義務(wù)教育新課標(biāo)”）將“構(gòu)建大概念統(tǒng)領(lǐng)的化學(xué)課程內(nèi)容體系”確立為課程理念之一［9］，這意味著對(duì)大概念的理解及運(yùn)用大概念開展教學(xué)是亟待研究的重要議題。

當(dāng)前，大概念作為課程的核心和錨點(diǎn)，除了在理論層面從多個(gè)維度解析其內(nèi)涵，其在教育教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用，即探討大概念教學(xué)的實(shí)施，具有更為重要的現(xiàn)實(shí)意義。大概念教學(xué)追求認(rèn)知的結(jié)構(gòu)化，使之成為一種反映專家思維的活知識(shí)，在新的情境中可以被激活和運(yùn)用［10］，這就與關(guān)注專家結(jié)論的傳統(tǒng)式教學(xué)區(qū)別開來(lái)。創(chuàng)新是專家思維的核心特征［11］，學(xué)生運(yùn)用專家思維解決問(wèn)題，符合素養(yǎng)導(dǎo)向的課程的總體要求。大概念教學(xué)指向培養(yǎng)解決真實(shí)性問(wèn)題的素養(yǎng)，這與學(xué)術(shù)性情境的素養(yǎng)功能具有內(nèi)在一致性，因此，大概念教學(xué)應(yīng)注重直接指向?qū)W科本原性問(wèn)題解決的學(xué)術(shù)性情境的創(chuàng)設(shè)［12］。根據(jù)大概念的屬性，可以推導(dǎo)出圍繞大概念教學(xué)需要：（1）基于化學(xué)學(xué)科本質(zhì)深入理解所教主題的內(nèi)容體系，提煉出具有統(tǒng)攝性的大概念，結(jié)構(gòu)化地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容；（2）基于學(xué)生的發(fā)展需求準(zhǔn)確把握大概念的素養(yǎng)功能，發(fā)揮大概念在課程知識(shí)與核心素養(yǎng)之間的橋梁作用；（3）重視設(shè)計(jì)遷移性問(wèn)題，大概念的生成經(jīng)歷“具體→抽象→具體”的循環(huán)過(guò)程，不僅從真實(shí)情境中來(lái)，還要回到真實(shí)中去。通過(guò)將大概念遷移應(yīng)用于新的情境，促進(jìn)學(xué)生對(duì)大概念的深度理解，并在此過(guò)程中提升創(chuàng)新能力。

3 “原子結(jié)構(gòu)”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 教學(xué)設(shè)計(jì)基本理念與思路

大概念與其說(shuō)是概念，不如說(shuō)是一種觀念，一種思維方式，是經(jīng)歷一定學(xué)習(xí)歷程后所形成的對(duì)自然與社會(huì)更加抽象的一般看法［13］，即大概念是一種認(rèn)識(shí)視角或透鏡。教師無(wú)法把所有知識(shí)教給學(xué)生，但可以幫助學(xué)生建立看待世界的透鏡，尤其是在知識(shí)激增的信息化時(shí)代，將大概念作為認(rèn)識(shí)視角的設(shè)計(jì)理念顯得更具價(jià)值。

“能量”和“結(jié)構(gòu)與功能”是跨學(xué)科大概念［14， 15］，其中“結(jié)構(gòu)與功能”包含了“結(jié)構(gòu)”和“功能”兩個(gè)要素，“結(jié)構(gòu)”這一要素在化學(xué)中常具體表述為“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”，是“宏觀辨識(shí)與微觀探析”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的具體體現(xiàn)［16］。本節(jié)內(nèi)容基于原子的核外電子排布預(yù)測(cè)和解釋元素性質(zhì)，承載著深化理解“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”大概念的功能與價(jià)值。本研究采用自上而下的方式，顯性化地將跨學(xué)科大概念“能量”及學(xué)科大概念“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”作為組織原子結(jié)構(gòu)主題內(nèi)容的線索，為學(xué)生提供認(rèn)識(shí)主題基本概念的視角，引導(dǎo)學(xué)生基于大概念解決學(xué)術(shù)性情境中產(chǎn)生的問(wèn)題，從而學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)主題下的基態(tài)、激發(fā)態(tài)、能層、能級(jí)等基本概念（如圖1所示）。同時(shí)，原子結(jié)構(gòu)主題的基本概念成為深入理解跨學(xué)科大概念和學(xué)科大概念的重要支撐。主題基本概念與大概念之間相互作用，相互促進(jìn)。所以厘清概念之間的關(guān)系，識(shí)別主題的基本概念、跨學(xué)科大概念與學(xué)科大概念，對(duì)加強(qiáng)大概念的統(tǒng)攝性，促進(jìn)以大概念為統(tǒng)領(lǐng)的結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)具有重要的方法論意義。

本課例的“激光與晶體”學(xué)術(shù)性情境是在與“非線性光學(xué)晶體”科研人員（致謝中提及）討論過(guò)程中產(chǎn)生的。這一領(lǐng)域?qū)儆趯W(xué)術(shù)前沿，且具有重要的應(yīng)用價(jià)值，我國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平?；凇凹す馀c晶體”學(xué)術(shù)性情境，圍繞激光光源的發(fā)光原理和晶體的光學(xué)性質(zhì)兩個(gè)板塊設(shè)計(jì)系列問(wèn)題，學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中建構(gòu)“能量”和“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的大概念，發(fā)展宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)，教學(xué)設(shè)計(jì)框架如圖2所示。

3.2 教學(xué)目標(biāo)

（1） 基于學(xué)術(shù)性情境“激光與晶體”，在解決問(wèn)題的過(guò)程中理解跨學(xué)科大概念“能量”和學(xué)科大概念“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”，形成認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的基本視角。

（2） 通過(guò)探討激光光源的發(fā)光原理及光譜學(xué)事實(shí)對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型的挑戰(zhàn)，理解基態(tài)、激發(fā)態(tài)、量子化、能層、能級(jí)等主題基本概念；體會(huì)模型對(duì)認(rèn)識(shí)微觀世界的重要作用，理解化學(xué)模型建構(gòu)和修正是基于證據(jù)的推理；發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

（3） 通過(guò)探討不同晶體光學(xué)性質(zhì)差異的原因，掌握原子核外電子排布的構(gòu)造原理，能夠書寫核外電子排布式；深化對(duì)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”學(xué)科大概念的理解并遷移；發(fā)展宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng)。

3.3 教學(xué)實(shí)施受篇幅所限，教學(xué)實(shí)施過(guò)程做了簡(jiǎn)化處理，師生互動(dòng)中的語(yǔ)言做了適當(dāng)修飾。

3.3.1 創(chuàng)設(shè)學(xué)術(shù)性情境

［學(xué)術(shù)性情境］激光是20世紀(jì)以來(lái)繼核能、信息技術(shù)、生物技術(shù)等之后人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”。

我國(guó)在激光領(lǐng)域的研究處于世界前沿，是世界上少數(shù)能夠制造實(shí)用深紫外全固態(tài)激光器的國(guó)家。深紫外光屬于不可見光，波長(zhǎng)比200nm還小，能量高，非常難取得。

這就需要依靠一類特殊的晶體，當(dāng)激光光源打入這類晶體后，波長(zhǎng)會(huì)顯著減小。

其中，能輸出深紫外光的典型晶體是氟代硼鈹酸鉀（KBe2BO3F2，簡(jiǎn)稱KBBF），我國(guó)的陳創(chuàng)天院士團(tuán)隊(duì)首次將該晶體生長(zhǎng)到能夠應(yīng)用的程度［17］，這一技術(shù)領(lǐng)先了美國(guó)15年［18］。

科學(xué)家們對(duì)于深紫外區(qū)域晶體的探索從未止步，如氟代硼鋅酸銫（CsZn2BO3F2，簡(jiǎn)稱CZBF）［19］，二者的性質(zhì)對(duì)比如下表所示。

［核心問(wèn)題］激光光源的發(fā)光原理是什么？為什么KBBF與CZBF的光學(xué)性質(zhì)存在差異？這些問(wèn)題的答案都離不開對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，今天我們就一起來(lái)從能量的視角學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)從而解決這些問(wèn)題。

3.3.2 板塊1：解決激光光源的發(fā)光原理

［核心問(wèn)題1］激光光源的發(fā)光原理是什么？

［教師講解］光的產(chǎn)生離不開原子中電子的能量變化，當(dāng)電子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時(shí)，會(huì)以光子的形式釋放能量。相應(yīng)地，電子從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)時(shí)，會(huì)吸收能量。我們把處于最低能量狀態(tài)的原子稱為“基態(tài)原子”，處于較高能量狀態(tài)的原子稱為“激發(fā)態(tài)原子”。

不同元素原子中的電子發(fā)生躍遷時(shí)會(huì)吸收或釋放不同的光，這些光可以用光譜儀來(lái)攝取，從而獲得原子光譜。

［討論］根據(jù)盧瑟福（E. Rutherford）的原子結(jié)構(gòu)模型，電子繞核做高速運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，輻射出的電磁波頻率應(yīng)該是連續(xù)的，因此理論上應(yīng)得到連續(xù)光譜。然而，實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明氫原子發(fā)射光譜是線狀的，這該如何解釋呢？請(qǐng)大家小組討論。

［學(xué)生］氫原子內(nèi)部的能量是不連續(xù)的。

［教師總結(jié)］線性光譜說(shuō)明能量是不連續(xù)的，我們把這種不連續(xù)性稱之為“量子化”，這正是玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的進(jìn)步之處。

［教師講解］在玻爾（N. Bohr）原子結(jié)構(gòu)模型中，核外電子按照能量的不同進(jìn)行分層排布，稱之為“能層”，用符號(hào)n來(lái)表示，每一層分別用K， L， M等來(lái)表示。

［討論］實(shí)驗(yàn)事實(shí)對(duì)玻爾原子模型也提出了挑戰(zhàn)：用高分辨率光譜儀觀察氫原子中的核外電子由n=2的狀態(tài)躍遷到n=1的狀態(tài)，得到的是兩條靠得很近的譜線；與此類似，Na原子的核外電子在n=3的層內(nèi)躍遷形成兩條雙黃線。這該怎么去解釋？

［學(xué)生］說(shuō)明即使是同一能層的電子，能量可能不一樣。

［教師講解］說(shuō)明同一能層的電子，還存在不同的能量狀態(tài)，稱之為“能級(jí)”。

［討論］能級(jí)符號(hào)與所能容納的最多電子數(shù)如下表所示。從這張表中，你們發(fā)現(xiàn)了哪些規(guī)律呢？大家小組交流討論一下吧。

［學(xué)生］每個(gè)能層中的能級(jí)數(shù)等于其能層序數(shù)；每一能層最多可容納的電子數(shù)為2n2；s， p， d， f能級(jí)最多可容納的電子數(shù)分別是2， 6， 10， 14。

［教師總結(jié)］通過(guò)剛才的一系列活動(dòng)，我們總結(jié)了許多規(guī)律。原子結(jié)構(gòu)屬于微觀層面，無(wú)法直接觀察到，因此需要借助模型來(lái)使其可視化。而模型的構(gòu)建與優(yōu)化離不開實(shí)驗(yàn)的證據(jù)以及基于證據(jù)的推理。同學(xué)們以后在從事與化學(xué)相關(guān)的活動(dòng)時(shí)，也要重視模型的思想以及基于證據(jù)進(jìn)行推理。

3.3.3 板塊2：探討晶體光學(xué)性質(zhì)的差異

［核心問(wèn)題2］在解決了光源的問(wèn)題之后，我們來(lái)探討晶體的問(wèn)題。為什么KBBF與CZBF的光學(xué)性質(zhì)存在差異？

［學(xué)生］可能是二者的結(jié)構(gòu)不同。

［教師引導(dǎo)］同學(xué)們提到了結(jié)構(gòu)，很好，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)！

這兩種晶體都是層狀結(jié)構(gòu)，其中K與Cs起到的是連接層與層之間的作用，并不會(huì)對(duì)物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生決定性的影響，那它們最大的差別在哪呢？

［學(xué)生］一個(gè)是Be，一個(gè)是Zn。

［教師講解］那Be與Zn又有什么不同呢？這就需要了解Be和Zn的核外電子排布情況。根據(jù)能量最低原理，核外電子應(yīng)該首先排布到能量較低的能級(jí)中，以使整個(gè)原子處于能量最低的狀態(tài)，這樣的原子才更穩(wěn)定。

核外電子排入能級(jí)中的順序遵循“構(gòu)造原理”，也就是能量最低原理。這是科學(xué)家們基于光譜學(xué)事實(shí)，得出的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。如下圖所示，小圓圈表示一個(gè)能級(jí)，每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)能層，箭頭引導(dǎo)的曲線顯示新增電子填入能級(jí)的順序。

根據(jù)構(gòu)造原理，我們可以寫出各元素基態(tài)原子的電子排布式，在電子排布式中，能級(jí)上排布的電子數(shù)寫在該能級(jí)符號(hào)的右上角。例如，基態(tài)C原子含有6個(gè)電子，它的核外電子排布式為1s22s22p2。

［教師引導(dǎo)］基態(tài)Be含有4個(gè)電子，基態(tài)Zn含有30個(gè)電子，現(xiàn)在大家能寫出它們的電子排布式了嗎？試試看，我們請(qǐng)一位同學(xué)上來(lái)寫。

［練習(xí)］Be：1s²2s²Zn：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²

［討論］大家寫好了之后交流討論一下，如何利用電子躍遷和電子排布的相關(guān)知識(shí)來(lái)解釋晶體光學(xué)性質(zhì)的差異？

［學(xué)生］為了使輸出的光波長(zhǎng)更短、能量更高，晶體中的電子應(yīng)盡量減少躍遷的機(jī)會(huì)，從而減少對(duì)光子能量的吸收。

CZBF中Zn含有d軌道的電子，當(dāng)電子的能量越高，它所能被容許躍遷到的狀態(tài)也越多，因此更容易躍遷，所以CZBF比KBBF輸出的光的波長(zhǎng)更長(zhǎng)。

3.3.4 遷移應(yīng)用

［遷移應(yīng)用］看來(lái)大家已經(jīng)理解了我們今天所學(xué)的內(nèi)容。老師這里還有一種LiHgPO4晶體，它的其他光學(xué)性質(zhì)都比較良好，但輸出的波長(zhǎng)約為250nm左右［20］，這屬于短波紫外區(qū)。大家想一想，該怎么做才有可能讓晶體輸出波長(zhǎng)小于200nm的深紫外光呢？

［學(xué)生］Hg有d軌道的電子，可以考慮用沒(méi)有d電子的元素來(lái)替代，如第ⅠA和第ⅡA族（只有s軌道的電子），減少吸收。

［展示］我國(guó)學(xué)者在2016年發(fā)表過(guò)相關(guān)的論文，運(yùn)用Cs來(lái)替代Hg從而制備出新的晶體LiCs2PO4，實(shí)現(xiàn)了輸出深紫外光，相關(guān)研究成果發(fā)表在2016年的《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》［21］。

3.3.5 總結(jié)提升

［教師］本節(jié)課，我們從跨學(xué)科大概念“能量”和學(xué)科大概念“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”出發(fā)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了基態(tài)、激發(fā)態(tài)、量子化、能層、能級(jí)等主題基本概念。其實(shí)，還可以從空間視角來(lái)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)，這就是之后我們要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

4 討論與建議

4.1 將科學(xué)研究教學(xué)化處理為學(xué)術(shù)性情境

本節(jié)課將學(xué)術(shù)性情境“激光與晶體”貫穿始終，教師為學(xué)生鋪墊背景、提供材料，學(xué)生在解決由學(xué)術(shù)性情境產(chǎn)生的問(wèn)題的活動(dòng)中自主建構(gòu)學(xué)習(xí)結(jié)果。創(chuàng)設(shè)一個(gè)有質(zhì)量、有效的學(xué)術(shù)性情境，需要教師具備一定的學(xué)術(shù)素養(yǎng)和學(xué)術(shù)交流的能力。本節(jié)課的學(xué)術(shù)性情境是在與兩位“非線性光學(xué)晶體”科研人員討論過(guò)程中產(chǎn)生的，能夠理解科學(xué)研究前沿并敏銳地捕捉到它們與中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的聯(lián)系，是創(chuàng)設(shè)學(xué)術(shù)性情境的基礎(chǔ)，此外還需要教師將科學(xué)研究經(jīng)教學(xué)化處理為學(xué)術(shù)性情境。在教學(xué)化處理的過(guò)程中應(yīng)該注意：（1）學(xué)術(shù)性情境中應(yīng)融入主題基本概念，具有一定的知識(shí)容量。例如，核心問(wèn)題“激光光源的發(fā)光原理是什么”嵌入了基態(tài)、激發(fā)態(tài)、量子化等基本概念，學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中生成了相互支持、相互關(guān)聯(lián)的概念群，這是理解并掌握知識(shí)的基礎(chǔ)；（2）在符合學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平的前提下，適當(dāng)選擇和處理學(xué)術(shù)性情境素材。本節(jié)課只選擇了深紫外倍頻晶體，并將其原理進(jìn)行簡(jiǎn)化，還設(shè)置了多次小組討論環(huán)節(jié)，降低了學(xué)生對(duì)素材的理解和解決問(wèn)題的難度；（3）顯性體現(xiàn)科學(xué)研究的思維與方法。如本節(jié)課中原子結(jié)構(gòu)理論的建立和修正與光譜學(xué)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)密切相關(guān)，由此學(xué)生理解了實(shí)驗(yàn)及證據(jù)推理與模型建構(gòu)及修正的關(guān)系。此外，深紫外倍頻晶體的素材基本來(lái)自我國(guó)研究者的科研成果，這些成果在我國(guó)高精尖領(lǐng)域的應(yīng)用有助于學(xué)生感受化學(xué)科學(xué)的發(fā)展以及正確認(rèn)識(shí)化學(xué)的學(xué)科價(jià)值。

4.2 基于大概念結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)

本節(jié)課針對(duì)“原子結(jié)構(gòu)”主題凝練了“能量”的跨學(xué)科大概念以及“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科大概念，有助于學(xué)生深入理解主題基本概念。當(dāng)講授與“原子結(jié)構(gòu)”類似的主題時(shí)，由于其涵蓋的知識(shí)內(nèi)容細(xì)碎且抽象，假如僅僅是知識(shí)點(diǎn)記憶和反復(fù)練習(xí)，則不能真正促進(jìn)學(xué)生的深度理解和遷移應(yīng)用。因此，應(yīng)倡導(dǎo)采用大概念來(lái)統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容，關(guān)注概念的理解及認(rèn)識(shí)視角的顯性化，將教學(xué)的重心從知識(shí)的傳授轉(zhuǎn)向素養(yǎng)的發(fā)展。大概念教學(xué)是一個(gè)經(jīng)由提出、深入和活化三個(gè)階段的螺旋式上升過(guò)程。在提出階段，需要教師顯性地提出大概念，這背后需要先對(duì)主題的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)思考，剖析該主題中概念的層級(jí)結(jié)構(gòu)，從而確定具有統(tǒng)攝性的大概念。在深入階段，教師通過(guò)呈現(xiàn)恰當(dāng)?shù)那榫乘夭?，設(shè)置梯度合適的教學(xué)活動(dòng)或問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中循序漸進(jìn)地建構(gòu)和理解大概念。在活化階段，學(xué)生主動(dòng)調(diào)用頭腦中的大概念，將大概念應(yīng)用于新的情境中解決具體的問(wèn)題，這體現(xiàn)了演繹的思維，而每一次演繹都將加深對(duì)大概念的深度理解。本節(jié)課中“如何改良LiHgPO4晶體的性質(zhì)”問(wèn)題的設(shè)計(jì)，就是對(duì)學(xué)生知識(shí)的掌握程度與“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科大概念遷移應(yīng)用能力的考察，能夠作為診斷和評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的手段，同時(shí)也是學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)途徑。教與學(xué)是一個(gè)雙向的過(guò)程，運(yùn)用大概念教學(xué)，不僅使教師的教學(xué)方式發(fā)生了改變，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，學(xué)生從關(guān)注知識(shí)本身轉(zhuǎn)向關(guān)注知識(shí)背后的大概念及認(rèn)識(shí)視角的建構(gòu)，從被動(dòng)的知識(shí)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的思考者與建構(gòu)者，從而有利于達(dá)成大概念統(tǒng)領(lǐng)下的素養(yǎng)目標(biāo)。

綜上，基于學(xué)術(shù)性情境的大概念教學(xué)為探索化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)如何在課堂落地以及新時(shí)代背景下拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供了參考，但仍需要教師針對(duì)不同的主題去不斷地設(shè)計(jì)、實(shí)踐與反思。

感謝四川師范大學(xué)黃玲研究員和曹禮玲副研究員，他們的研究方向是“非線性光學(xué)晶體”，在課例的生成中兩位研究員提供了學(xué)術(shù)支持和寶貴的建議。

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*中國(guó)教育學(xué)會(huì)教育科研專項(xiàng)重點(diǎn)課題“基于CoRe的化學(xué)教師DCK與化學(xué)學(xué)科理解的‘整合性發(fā)展研究”（編號(hào)：21HX2815001ZA）；四川師范大學(xué)“虛擬教研室”建設(shè)項(xiàng)目（編號(hào)：XJ20211234）研究成果。