教师的学科素养高度决定着课堂教学的深度和广度。义务教育《化学课程标准》（2022年版）指出：“充分发挥化学课程的育人功能，构建大概念统领的化学课程内容体系。”大概念是指具体知识背后的更为本质、更为核心的思想或看法，是对事物的性质、特征以及事物间的内在关系及规律的高度概括。即大概念是反应专家思维方式的概念、观念或论题，它具有生活价值。能成长为专家型教师应该是每位老师的追求。

真正的专家在知识数量和质量上一定有大量积累，同时具备较高水平的思维能力，能够透过现象看到本质，形成概念并进行有效的判断和推理，而后得出结论，并最终解决问题。关于专家思维、专家知识的原则，约翰•迪•布兰思福特在《人是如何学习的》一书做了解读：

专家就是指在特定领域中具有专业知识的人。他能够有效的思考该领域的问题，能够使人们洞察思维与问题解决的本质。专家获得了宽厚的知识，这些知识会影响到他们所关注的事物，影响到他们在环境中如何组织在线和理解信息，又会影响到他们记忆推理和解决问题的能力。专家知识的六条原则：

1.专家能识别新手注意不到的信息特征和有意义的信息模式。

2.专家获得大量的内容知识，这些知识的组织方式反映专家对学科的理解深度。

3.专家的知识不能简化为一些孤立的事实或命题，而应反映应用的情境，也就是说这些知识受一系列环境的制约。

4.专家能够毫不费力地从自己的知识中灵活地提取重要内容。

5.尽管专家谙熟自己的学科，但这不能保证他们会教导他人。

6.专家应付新情景的方法灵活多样。

有意义的信息模式：

专家的推理和解决问题能力取决于良好组织的知识,这些知识影响他们所关注的事物和问题再现的方式。专家比新手更有可能识别有意义的信息模式,这在所有领域都适用。无论是国际象棋、电子学、数学还是课堂教学。

作者列举了国际象棋大师的例子：

背景资料：专家看到的

在一项研究中,给一位国际象棋大师,一位A级棋手(优秀但并非大师级)和一名新手5秒时间观看一盘中局对弈国际象棋棋盘布局。5秒后,把棋盘盖上,要求每位参加者尝试在另一棋盘上复现棋子位置。这一过程尝试多次直到每个人都得到满意的效果为止。第一次试验中,大师级棋手复位棋子的数目比A级棋手多,而A级棋手比新手多,分别是16,8和 4。

然而,产生这些结果的条件是棋子的布局与有意义的国际象棋比赛相符。当棋子布局随机打乱后呈现5秒时,象棋大师和A级棋手的回忆能力与新手的能力是一样的--只能复位2至3步棋。

国际象棋大师相对非职业棋手而言，国际象棋大师对每一步棋的可能性的思考在质量上要高于没有多少经验的棋手。经过数万小时对弈而获得的知识使国际象棋大师能够击败助手，原因就在于，专家能识别使他们能够想出高于对手的可能招数，专家已具备这些有意义的模式。例如，国际象棋大师更有可能在走一步棋之前先认真思考各种各样的可能性，即更广的搜索面；在决定下一步起之前，先考虑对手可能的应招，即更深的搜索面。国际象棋大师的确展示了他们思考问题的深度和广度。

在某一具体领域(如国际象棋)不断获取的经验和知识,使那些在前期必须经过抽象或推导出的东西(特征等)在后期更容易被迅速知觉，就更大的范围来说抽象被知觉取代。一个"给定”的问题情境并不是真正的“给定”，因为能够识别有意义的信息模式,专家可以在“更高的层面”上开始解决问题。

强调专家所超觉的模式表明，模式识别是帮助学生增强信心及能力的重要策略，这些模式为提取与任务有关的知识提供启动条件。

知识的组织：

专家的知识是围绕核心概念和大观点组织的。而不是对该领域的事实和公式的简单罗列。

如在物理学方面要求专家和具有潜能的初学者口头描述他们用以解决物理问题的方法。专家常常提到能够用来解决问题的主要原理或定律，连同为什么这些定律用在这个问题上和如何应用这些定义的根据。反之，具有潜能的初学者极少用到物理学上的主要原理和定律，而是非常典型的描述他们所应用的等式和等式运算的方法。

情境与知识提取：

专家知识的另一个重要的特征是以相对“不费力”的方式提取相关知识的能力。专家具备与其该领域或学科相关的巨大知识库，但是只有自己知识才与具体问题关联。专家能熟练提取与具体任务相关的知识，用认知科学家的话来说，专家的知识是条件化的知识，它包括对有用的情景的具体要求。非条件化的知识，常常只惰性知识尽管关联，但未被激活。

为了能在需要时提取，知识必须“条件化”，否则知识便是惰性的。但在日常教学中，往往忽视条件化知识的重要性。例如,课文常常呈现事实和公式,很少关注到如何帮助学生掌握对他们适用的条件。许多评估仅测量命题性(事实性)知识。从不考虑学生是否知道何时、何地以及为什么运用这些知识。例如，那些认为自己的作业做得很好，且相信自己是在学习的学生，但在面对测试中的那些随机呈现的无具体出处，而是从这门课中提取的问题时感到十分惊讶

帮助学生掌握适用条件的方法之一就是让学生解决应用题，这需要用到恰当的概念和规则，如果设计恰当这些问题，有助于学生学会何时何地和为什么，使用他们所学过的知识。

顺畅提取

顺畅提取和自动化是专家知识的重要特征。顺畅提取并不是意味着专家总是比新手更快的完成一项任务。专家更多专注于理解问题，而非立即跳到解决问题的策略上，他们有时会花费比新手多的时间充分了解问题。

专家是从解决问题的角度来看待问题的，而新手则是从认识问题的角度来看待问题的。专家经历过刻意练习，能够从问题的表面现象看到问题的实质，即解决问题的基本原理。新手由于缺少足够的刻意练习的时间，因此，只能观察到问题的表面现象，还需要花更多的时间和精力去分析问题、理解问题，才能找到解决问题的思路。

以物理学为例，专家常常提到能够用来解决问题的主要原理和定律，连同为什么这些定律用在这个问题上和如何应用这些问题的理论依据。新手极少用到物理学的主要原理和定律，而是非常典型的描述他们所应用的等式或等式的运算方法。专家倾向于围绕物理学的大问题/大观点思考问题，如牛顿第二定律及其应用，而新手则倾向于把物理问题的解决理解为记忆、回忆和求解的公式运算。专家常常是根据解决问题的原理对问题进行分类，而新手则按照表面特征对问题进行分类。

但是在解问题解决的过程中，对专家来说还包含一些子过程，即从顺畅到自动化的过程。学开车便是顺畅和自动化的一个例子，初雪开车时新手不可能做到边看车边谈话，有了经验之后就很容易做到这一点。同样的词语理解，有困难的新手读者，很难把注意力集中到阅读内容上。

专家与教学。

专家教师不但掌握了内容知识，而且还习得了教育教学知识。在某一特定领域具有专业知识的人，不能保证他就能教会别人学习。事实上专业知识有时对教学是有害的，因为许多专家忘却了学生学习的难易。专家教师了解学生可能面对的困难类型，知道如何挖掘学生已有知识与新的信息更好联结，怎样评价学生们的进步。

但在教育教学知识缺失的情况下，个别教师的教育教学常常依赖教科书。 但教科书的出版者对于每一位教师课堂上的每个独特学生的情况一无所知。要使教学更为有效，教师必须掌握教育教学知识，不断提升自己的专业素养。

 总之，专业知识的六条原则是相互联系的,这种相互联系具有重要的教育意义。例如,对促进顺畅提取知识的观点(原则4),要求必须腾出一只手去帮助学生提高其对主题的理解力(原则2)学会何时、何地和为什么使用信息(原则3),学会辨认有意义的信息模式(原则1)。此外,所有这些都要从帮学生发展适应性专业知识的角度来考虑(原则6),包括帮助学生发展元认知能力,这样他们便能评估自己的进步,并不断确定和追求新的学习目标。数学上的例子是让学生确认何时需要举证。元认知能帮助学生发展与个人相关的教育教学知识,类似于优秀教师的教育教学知识(原则5)。简而言之,学生需要发展自己教育自己的能力。