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[摘 要]
基于PCK理论引领，遵循“明确教学目标→厘清学科核心价值→选择合理教学手段”的设计思路，以“离子晶体”的教学设计为例，很好地诠释了如何在教学设计中体现化学学科核心素养，取得了良好的教学效果。
[关键词]
PCK理论；核心素养；离子晶体
一、关于PCK理论
PCK这一术语最早出现于20世纪80年代，舒尔曼教授和他的同事在《教育研究者》发表的一份研究报告中提出：教师应具有专业的学科知识及专业的教学知识，除此之外更需要掌握学科教学知识，即：用专业的学科知识与教育学内容的融合去理解、组织特定单元的教学，按照学生易于理解的方式表达出来。此后国内外很多专家对这一概念的外延和内涵进行了拓展研究，其中尤以罗斯曼（Grossman）为代表在2005年把PCK定义为四个要素：“关于学科教学目标的认识、学生对某一主题的已有知识、课程和教材的知识、教学策略和呈现知识”。教师在实施课堂教学前需要仔细研究课程标准和教材，明确本主题在教材中的地位，根据学生的学习兴趣和学习水平制定不同的教学策略，设置不同的教学情境在辅助化学课堂教学（图1），PCK位于金字塔的塔尖。笔者在此基础之上以PCK理论建构、以“离子晶体”的教学设计为例，谈谈如何进行有效地教学设计，体现化学学科核心素养。
二、基于PCK理论视野下的课堂教学设计
（一）明确教学目标
1.课标和教材解读
高中化学选修3模块《物质结构与性质》具有较强的抽象性，属于较难理解的理论知识，但从微观的角度去认识物质结构有助于我们认识化学科学的本质，因此物质结构在整个高中化学中处于统领地位，而且物质结构知识是化学核心素养中“宏观辨识与微观探析”和“证据推理与模型认识”形成的重要体现。《离子晶体》位于《晶体结构与性质》的最后一个版块，是学生在学习了晶体常识，对常见的分子晶体、原子晶体和金属晶体的结构和性质进行了学习和探究之后，已经具备以下知识和技能（见图2），有一定的迁移能力。
2.确定教学目标
（1）了解离子晶体的概念，能识别典型离子晶体的结构。
（2）了解离子晶体的一般特点并能确定离子的配位数。
（3）了解影响晶格能大小的因素，离子晶体的性质与晶格能的关系。
（4）了解人类探索物质微观世界的重要意义，掌握物质“宏—微”之间的关系。
（二）厘清学科核心价值
1.明确学科核心素养
化学是一门基础性、创造性和实用性的学科，是一门研究物质组成、结构性质和变化规律的科学，是研制新物质的科学，是信息科学、材料科学、能源科学、环境科学、海洋科学、生命科学和空间技术等研究的重要基础。2014年3月在教育部印发的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中，提出研制不同教育阶段学生核心素养的结构模型，充分发挥课程在人才培养中的核心作用，基于此高中化学课程标准修订组根据“中国学生发展核心素养（征求意见稿）”和高中化学课程特点，提出包含“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认识”“实验探究与创新意识”“科学精神和社会责任”五个要素的高中化学核心素养（简称“化学核心素养”）。因此发展学生核心素养的主阵地在课堂，教师在整合教材内容，依据学生知识发展下足功夫，着力培养学生与化学学科知识相关的关键能力和必备品格。
2.明确本课时核心价值
离子晶体是高中阶段典型的四大晶体类型之一，由于离子晶体相对于其他三种晶体类型的微观结构影响因素多，导致了微观结构种类繁多，这一问题的解决，强调运用模型、借助多媒体辅助教学等方法，从粒子的微观层面揭示物质性质的本质，凸显微观表征，这无疑要求学生具有更高的分析问题的能力。本节课有意识地强化从微观角度解释宏观物质的性质，引导学生关注物质结构与性质的学科价值，能从结构决定性质的视角解决实际问题，比如：碳酸盐的热分解规律的科学解释和地质学中的岩浆析出规则。
（三）选择合理教学手段
1.创设情境，导入课题
教学片段1：认识离子晶体
[师]展示两组图片（图片1是常见的离子晶体图片，图片2是氯化钠的宏观图片到微观结构）
设计意图：千姿百态的物质世界蕴藏着无穷的秘密，通过多媒体展示美丽的晶体世界过渡到NaCl的微观结构，揭示了宏观世界“多样”的背后隐含的规律所在，体现了化学核心素养中的“宏观辨识与微观探析”。
[师]什么是离子键？形成离子键的基本条件是什么？什么是离子化合物？
下列物质中属于离子化合物的有哪些？指出下列物质中所含的化学键类型？
①Na2O2 ②SiO2 ③NaCl ④CaF2 ⑤H2O
⑥Cu ⑦Si ⑧C60 ⑨Na2CO3 ⑩CsCl
[生]……
设计意图：通过回顾化学键的类型、离子键和离子化合物的相关概念引出新知识，有助于帮助学生设置台阶迅速进入离子晶体的学习。
2.核心教学，引导探究
教学片断2：常见离子晶体的空间结构及影响因素
[师]展示氯化钠晶胞，思考以下问题
①钠离子和氯离子的位置？
②每个晶胞含钠离子、氯离子的个数？
③与Na+等距离且最近的Cl─有几个？（即Na+的配位数为多少？）它们形成的空间几何构型是什么形状？Cl─等距离且最近的Na+有几个？
④每个Na+等距紧邻的Na+共有几个？每个Cl-等距紧邻的Cl-共有几个？
设计意图：展示食盐晶体的空间球棍模型，结合多媒体课件展示，让学生直观地观察到NaCl晶胞的結构特点，并让学生进行交流研讨，自己得出结论，充分调动学生的兴趣，发挥学生的想象能力，培养学生观察晶胞分析相关问题的能力。 [生]合作探究1：探究CsCl和CaF2的空间结构
（1）探究CsCl的空间结构
①铯离子和氯离子的位置？
②每个晶胞含铯离子、氯离子的个数？
③与Cs+等距离且最近的Cl─有几个？它们形成的空间几何构型是什么形状？与Cl─等距离且最近的Cs+有几个？
④每个Cs+等距紧邻的Cs+共有几个？每个Cl-等距紧邻的Cl-共有几个？
（2）探究CaF2的空间结构
①Ca2+和F-的位置？
②每个晶胞含钙离子、氟离子的个数？
③Ca2+和F-的配位数分别为多少？
设计意图：有了讨论氯化钠的晶胞的基础，再来合作探究CsCl和CaF2的晶胞，凸显知识教学的环环相扣，化学知识的学习并不是知识的叠加，而是学会从学科的视角去审视知识，从而学会科学的方法去解决问题。
[师]通过刚才的探讨我们发现NaCl和CsCl都是AB型化合物，但是配位数不相同，CaF2晶胞中阴阳离子的配位数也不相同，你认为是什么原因造成的呢？
探究资料1：
设计意图：学生通过猜想，通过提供相关探究资料和数据，让学生得出相关规律，知道晶体中正负离子的半径比可近似理解为“大离子堆积，小离子填空”，堆积类型不同，形成的空隙种类及数目也不同，只有阴阳离子的半径比适当，晶体才稳定，这是知识的升华。配位数与阴阳离子半径比的关系也可以利用图像进行计算，当然这对学生的数学知识（学科交叉）提出了一定的要求，但有助于学生对该问题的理解。
[师]离子晶体的结构类型还取决于离子键的纯粹程度。共价键与离子键之间没有严格的界限，离子键可以看作共价键的一种极限，当离子半径大受相反电荷离子的电场的影响不再维持原来的球形而变成椭球形，离子键就向共价键过渡。通常可以认为，两元素电负性差值远大于1.7时，成离子键；远小于1.7时，成共价键；如果两元素电负性差值在1.7附近，则它们的成键具有离子键和共价键的双重特性。
设计意图：键性因素课本中并不作要求，事实上学生在学习了电负性的应用之后，不难理解离子键和共价键的相对性，同时也为学生进入大学以后的学习埋下伏笔。
3.抓住关键，深入理解
教学片断3：探究晶格能与离子晶体物理性质的关系
[生]合作探究2：试根据已有知识概括离子晶体的物理性质（提示：从①熔、沸点②硬度③导电性④溶解性等角度考虑）
设计意图：学生已经掌握了一些典型的离子晶体的物理性质，比如：氯化钠、碳酸钙等的物理性质，从已有的知识出发归纳总结离子晶体的物理性质，符合学生的认知发展，同时也培养学生对知识的整合能力。
[生]合作探究3：分析下表中的数据，回答有关问题。
（1）从数据可以看出，影响晶格能大小的因素有哪些？这些因素对晶格能产生怎样的影响？
（2）试说出晶格能与晶体物理性质有什么关系？
（3）工业上如何冶炼金属镁、铝？为什么选用这种化合物？
设计意图：利用表格中的信息数据分析影响离子晶体结构的因素，培养学生利用资料探索新问题的能力。镁和铝的冶炼是学生已知的事实，但学生对原料的选择只是单纯地依靠老师的灌输，通过本节课的学习可以从理论的角度来解决原料的选择问题。
4.解决问题，拓展延伸
①碳酸盐的热分解的一般规律。
②晶格能与岩浆析出规则的关系
③为什么食盐的化学式用“NaCl”表示？（试从配位数思想和均摊法的思想两个角度思考）
设计意图：通过学生对核心问题的讨论、探究，进一步提高学生对离子晶体结构和性质的认识，培养了学生勤于思索、学以致用、积极实践的科学态度和社会责任。
三、基于PCK理论视野下的教学设计反思
本课时通过结合模型教学和多媒体课件展示，让学生直观地观察到各种晶胞的结构特点，并给学生提出了一系列的问题，促使学生去动眼看、动手做、动口说、动脑想，自己得出结论，充分调动学生的兴趣，发挥学生的想象能力，不仅让学生学到了知识，还培养了学生的观察能力和想象能力，使学生的学习过程与认识过程统一为有机整体。
研究表明，PCK的实质是教师运用自己的教学智慧将学科知识转化成有助于学生理解的认知方式，通过分析教学知识，教师对化学学科知识、学科核心素养的理解会更加深刻，教师不再关注知识本身的讲授，而是关注学生的已有知识，关注教学情境的设计，关注知识的整合，为此寻找更加有效的教学手段来帮助学生理解知识，从单纯的知识教学转变成培养学生核心素养的过程。可见，运用PCK理论指导教师进行教学设计，是发展学生核心素养的有效途径之一。
[参 考 文 献]
[1]谢鸿雁.化学教师的PCK模型建构[J].教育理论与实践，2016（10）.
[2]杨薇，郭玉英.PCK对美国科学教师教育的影响及启示[J].当代教师教育，2008（1）.
[3]林小駒，李跃，沈晓红.高中化学学科核心素养体系的构成和特点[J].教育导刊，2015（5）.
基于PCK理论引领，遵循“明确教学目标→厘清学科核心价值→选择合理教学手段”的设计思路，以“离子晶体”的教学设计为例，很好地诠释了如何在教学设计中体现化学学科核心素养，取得了良好的教学效果。
[关键词]
PCK理论；核心素养；离子晶体
一、关于PCK理论
PCK这一术语最早出现于20世纪80年代，舒尔曼教授和他的同事在《教育研究者》发表的一份研究报告中提出：教师应具有专业的学科知识及专业的教学知识，除此之外更需要掌握学科教学知识，即：用专业的学科知识与教育学内容的融合去理解、组织特定单元的教学，按照学生易于理解的方式表达出来。此后国内外很多专家对这一概念的外延和内涵进行了拓展研究，其中尤以罗斯曼（Grossman）为代表在2005年把PCK定义为四个要素：“关于学科教学目标的认识、学生对某一主题的已有知识、课程和教材的知识、教学策略和呈现知识”。教师在实施课堂教学前需要仔细研究课程标准和教材，明确本主题在教材中的地位，根据学生的学习兴趣和学习水平制定不同的教学策略，设置不同的教学情境在辅助化学课堂教学（图1），PCK位于金字塔的塔尖。笔者在此基础之上以PCK理论建构、以“离子晶体”的教学设计为例，谈谈如何进行有效地教学设计，体现化学学科核心素养。
二、基于PCK理论视野下的课堂教学设计
（一）明确教学目标
1.课标和教材解读
高中化学选修3模块《物质结构与性质》具有较强的抽象性，属于较难理解的理论知识，但从微观的角度去认识物质结构有助于我们认识化学科学的本质，因此物质结构在整个高中化学中处于统领地位，而且物质结构知识是化学核心素养中“宏观辨识与微观探析”和“证据推理与模型认识”形成的重要体现。《离子晶体》位于《晶体结构与性质》的最后一个版块，是学生在学习了晶体常识，对常见的分子晶体、原子晶体和金属晶体的结构和性质进行了学习和探究之后，已经具备以下知识和技能（见图2），有一定的迁移能力。
2.确定教学目标
（1）了解离子晶体的概念，能识别典型离子晶体的结构。
（2）了解离子晶体的一般特点并能确定离子的配位数。
（3）了解影响晶格能大小的因素，离子晶体的性质与晶格能的关系。
（4）了解人类探索物质微观世界的重要意义，掌握物质“宏—微”之间的关系。
（二）厘清学科核心价值
1.明确学科核心素养
化学是一门基础性、创造性和实用性的学科，是一门研究物质组成、结构性质和变化规律的科学，是研制新物质的科学，是信息科学、材料科学、能源科学、环境科学、海洋科学、生命科学和空间技术等研究的重要基础。2014年3月在教育部印发的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中，提出研制不同教育阶段学生核心素养的结构模型，充分发挥课程在人才培养中的核心作用，基于此高中化学课程标准修订组根据“中国学生发展核心素养（征求意见稿）”和高中化学课程特点，提出包含“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认识”“实验探究与创新意识”“科学精神和社会责任”五个要素的高中化学核心素养（简称“化学核心素养”）。因此发展学生核心素养的主阵地在课堂，教师在整合教材内容，依据学生知识发展下足功夫，着力培养学生与化学学科知识相关的关键能力和必备品格。
2.明确本课时核心价值
离子晶体是高中阶段典型的四大晶体类型之一，由于离子晶体相对于其他三种晶体类型的微观结构影响因素多，导致了微观结构种类繁多，这一问题的解决，强调运用模型、借助多媒体辅助教学等方法，从粒子的微观层面揭示物质性质的本质，凸显微观表征，这无疑要求学生具有更高的分析问题的能力。本节课有意识地强化从微观角度解释宏观物质的性质，引导学生关注物质结构与性质的学科价值，能从结构决定性质的视角解决实际问题，比如：碳酸盐的热分解规律的科学解释和地质学中的岩浆析出规则。
（三）选择合理教学手段
1.创设情境，导入课题
教学片段1：认识离子晶体
[师]展示两组图片（图片1是常见的离子晶体图片，图片2是氯化钠的宏观图片到微观结构）
设计意图：千姿百态的物质世界蕴藏着无穷的秘密，通过多媒体展示美丽的晶体世界过渡到NaCl的微观结构，揭示了宏观世界“多样”的背后隐含的规律所在，体现了化学核心素养中的“宏观辨识与微观探析”。
[师]什么是离子键？形成离子键的基本条件是什么？什么是离子化合物？
下列物质中属于离子化合物的有哪些？指出下列物质中所含的化学键类型？
①Na2O2 ②SiO2 ③NaCl ④CaF2 ⑤H2O
⑥Cu ⑦Si ⑧C60 ⑨Na2CO3 ⑩CsCl
[生]……
设计意图：通过回顾化学键的类型、离子键和离子化合物的相关概念引出新知识，有助于帮助学生设置台阶迅速进入离子晶体的学习。
2.核心教学，引导探究
教学片断2：常见离子晶体的空间结构及影响因素
[师]展示氯化钠晶胞，思考以下问题
①钠离子和氯离子的位置？
②每个晶胞含钠离子、氯离子的个数？
③与Na+等距离且最近的Cl─有几个？（即Na+的配位数为多少？）它们形成的空间几何构型是什么形状？Cl─等距离且最近的Na+有几个？
④每个Na+等距紧邻的Na+共有几个？每个Cl-等距紧邻的Cl-共有几个？
设计意图：展示食盐晶体的空间球棍模型，结合多媒体课件展示，让学生直观地观察到NaCl晶胞的結构特点，并让学生进行交流研讨，自己得出结论，充分调动学生的兴趣，发挥学生的想象能力，培养学生观察晶胞分析相关问题的能力。 [生]合作探究1：探究CsCl和CaF2的空间结构
（1）探究CsCl的空间结构
①铯离子和氯离子的位置？
②每个晶胞含铯离子、氯离子的个数？
③与Cs+等距离且最近的Cl─有几个？它们形成的空间几何构型是什么形状？与Cl─等距离且最近的Cs+有几个？
④每个Cs+等距紧邻的Cs+共有几个？每个Cl-等距紧邻的Cl-共有几个？
（2）探究CaF2的空间结构
①Ca2+和F-的位置？
②每个晶胞含钙离子、氟离子的个数？
③Ca2+和F-的配位数分别为多少？
设计意图：有了讨论氯化钠的晶胞的基础，再来合作探究CsCl和CaF2的晶胞，凸显知识教学的环环相扣，化学知识的学习并不是知识的叠加，而是学会从学科的视角去审视知识，从而学会科学的方法去解决问题。
[师]通过刚才的探讨我们发现NaCl和CsCl都是AB型化合物，但是配位数不相同，CaF2晶胞中阴阳离子的配位数也不相同，你认为是什么原因造成的呢？
探究资料1：
设计意图：学生通过猜想，通过提供相关探究资料和数据，让学生得出相关规律，知道晶体中正负离子的半径比可近似理解为“大离子堆积，小离子填空”，堆积类型不同，形成的空隙种类及数目也不同，只有阴阳离子的半径比适当，晶体才稳定，这是知识的升华。配位数与阴阳离子半径比的关系也可以利用图像进行计算，当然这对学生的数学知识（学科交叉）提出了一定的要求，但有助于学生对该问题的理解。
[师]离子晶体的结构类型还取决于离子键的纯粹程度。共价键与离子键之间没有严格的界限，离子键可以看作共价键的一种极限，当离子半径大受相反电荷离子的电场的影响不再维持原来的球形而变成椭球形，离子键就向共价键过渡。通常可以认为，两元素电负性差值远大于1.7时，成离子键；远小于1.7时，成共价键；如果两元素电负性差值在1.7附近，则它们的成键具有离子键和共价键的双重特性。
设计意图：键性因素课本中并不作要求，事实上学生在学习了电负性的应用之后，不难理解离子键和共价键的相对性，同时也为学生进入大学以后的学习埋下伏笔。
3.抓住关键，深入理解
教学片断3：探究晶格能与离子晶体物理性质的关系
[生]合作探究2：试根据已有知识概括离子晶体的物理性质（提示：从①熔、沸点②硬度③导电性④溶解性等角度考虑）
设计意图：学生已经掌握了一些典型的离子晶体的物理性质，比如：氯化钠、碳酸钙等的物理性质，从已有的知识出发归纳总结离子晶体的物理性质，符合学生的认知发展，同时也培养学生对知识的整合能力。
[生]合作探究3：分析下表中的数据，回答有关问题。
（1）从数据可以看出，影响晶格能大小的因素有哪些？这些因素对晶格能产生怎样的影响？
（2）试说出晶格能与晶体物理性质有什么关系？
（3）工业上如何冶炼金属镁、铝？为什么选用这种化合物？
设计意图：利用表格中的信息数据分析影响离子晶体结构的因素，培养学生利用资料探索新问题的能力。镁和铝的冶炼是学生已知的事实，但学生对原料的选择只是单纯地依靠老师的灌输，通过本节课的学习可以从理论的角度来解决原料的选择问题。
4.解决问题，拓展延伸
①碳酸盐的热分解的一般规律。
②晶格能与岩浆析出规则的关系
③为什么食盐的化学式用“NaCl”表示？（试从配位数思想和均摊法的思想两个角度思考）
设计意图：通过学生对核心问题的讨论、探究，进一步提高学生对离子晶体结构和性质的认识，培养了学生勤于思索、学以致用、积极实践的科学态度和社会责任。
三、基于PCK理论视野下的教学设计反思
本课时通过结合模型教学和多媒体课件展示，让学生直观地观察到各种晶胞的结构特点，并给学生提出了一系列的问题，促使学生去动眼看、动手做、动口说、动脑想，自己得出结论，充分调动学生的兴趣，发挥学生的想象能力，不仅让学生学到了知识，还培养了学生的观察能力和想象能力，使学生的学习过程与认识过程统一为有机整体。
研究表明，PCK的实质是教师运用自己的教学智慧将学科知识转化成有助于学生理解的认知方式，通过分析教学知识，教师对化学学科知识、学科核心素养的理解会更加深刻，教师不再关注知识本身的讲授，而是关注学生的已有知识，关注教学情境的设计，关注知识的整合，为此寻找更加有效的教学手段来帮助学生理解知识，从单纯的知识教学转变成培养学生核心素养的过程。可见，运用PCK理论指导教师进行教学设计，是发展学生核心素养的有效途径之一。
[参 考 文 献]
[1]谢鸿雁.化学教师的PCK模型建构[J].教育理论与实践，2016（10）.
[2]杨薇，郭玉英.PCK对美国科学教师教育的影响及启示[J].当代教师教育，2008（1）.
[3]林小駒，李跃，沈晓红.高中化学学科核心素养体系的构成和特点[J].教育导刊，2015（5）.