近日，重庆南开中学卓峻峭老师为第一作者的教研论文“Reusing Waste Plastic Caps to Build Inexpensive and Easily-Changeable Crystal Structure Models”（封面文章）发表在Journal of Chemical Education（网页链接：https://pubs.acs.org/journal/jceda8）

作者简介：卓峻峭

南开中学化学教师，北京大学理学博士，重庆市化学化工学会理事，核心期刊《化学教育》、《化学通讯》审稿专家。从教7年，已指导20多名学生通过高考和化学竞赛进入北京大学和清华大学。主要研究方向为新课程新教材背景下结构化学和有机化学融合教学、拔尖创新人才培养实践和大中衔接课程开发建设，在北京大学、青木关中学、杨家坪中学、綦江中学等校多次分享教研成果。主持一项重庆市教委课题和一项中国化学会课题，2021年以来以第一作者身份在《化学教育》和《化学教学》两大核心期刊发表9篇论文（含3篇已录用），登上《中学化学教学参考》2022年8月上旬刊封面。

Journal of Chemical Education网站上该论文网页

瓶盖—竹签模型被选为Journal of Chemical Education封面

论文首页的标题、作者、摘要和关键词

Journal of Chemical Education创办于1924年，隶属美国化学会，2021年影响因子3.208，是国际化学教学研究的旗舰SCI期刊。

Journal of Chemical Education网站

随着2017年《普通高中化学课程标准》的颁布，结构化学成为新课程中选择性必修内容和新高考化学必考内容。晶体结构是结构化学的重要组成内容，晶体结构模型可以展示晶体的微观结构，帮助学生正确地理解微粒在空间中的堆积方式，在教学中有着广泛的应用。让我们一起欣赏卓老师发明的瓶盖—竹签（或钢丝）模型：

体心立方模型

立方形式的立方最密堆积模型（蓝色和绿色瓶盖分别代表八面体空隙和四面体空隙）

六方形式的立方最密堆积模型（蓝色和绿色瓶盖分别代表八面体空隙和四面体空隙）

同学们搭建、展示和研究瓶盖—竹签模型

搭建模型步骤

如何用瓶盖和竹签搭建这些晶体结构模型呢？让我们一起看看南开同学在卓老师指导下搭建模型的过程

Step 1：根据目标晶体结构将模型中瓶盖的种类和位置标记在二维网格上

Step 2：将瓶盖按照设计的数目和顺序插在竹签上

Step 3：将插有瓶盖的竹签竖直地插在泡沫板上预设位置

Step 4：用定长的塑料管作为尺子调整竹签上瓶盖到预设位置

Step 5：向竖直的竹签中插入横向竹签，完成搭建

竹签—瓶盖模型的结构特点和教学价值

传统教学中使用的晶体结构模型主要为商业化成品，仅作为展示模型，种类单一，在课堂教学中学生参与度低；传统晶体结构模型主要为立方晶胞，市场上少有六方晶胞的结构模型。

传统晶体模型

瓶盖—竹签模型在多个方面弥补传统晶体模型的不足：

①从多个角度清楚地展示了晶体结构的多个特征，搭建模型过程有助于学生理解晶体结构中晶胞、晶格、均摊、空隙和坐标等概念。

②竹签在泡沫板上的位置（x和y）可调，瓶盖在竹签上的高度（z）可调，可用不同颜色的瓶盖代表不同的原子、离子、空隙等，这4个自由度使得该模型结构灵活多样，可用于展示各种类型的晶体结构。

③搭建模型所用材料为生活中常见的废弃物（瓶盖、竹签和泡沫板），搭建模型过程中不需要使用胶水、螺丝或铁丝等材料固定，模型可以反复拆卸，为该模型的推广提供可能。

瓶盖—竹签模型中的空间直角坐标系和原子坐标

不同视角下的立方最密堆积模型及其中四面体空隙和八面体空隙分布

不同视角下的六方最密堆积模型及其中四面体空隙和八面体空隙分布

专家点评

魏锐——北京师范大学教授，博士生导师

搭建瓶盖–竹签模型的活动材料易得，方法简单，设计和搭建晶体结构模型的活动有利于培养了学生的动手能力和团队协作精神。瓶盖–竹签模型从多个角度清晰地展现了晶体微粒的排布方式，能够帮助学生轻松突破晶体结构中配位数、空隙分布和原子坐标等难点，特别值得转化为大中衔接的项目式教学活动。

黄昕晨——深圳中学化学教师，化学竞赛金牌教练

对晶体中微粒堆积方式的多维理解和符号表示一直都是晶体结构教学的重难点。瓶盖–竹签模型中同一竹签上的瓶盖在底面上具有相同的投影，即具有相同的x和y坐标，方便学生理解和表示面心立方最密堆积（丨ABC丨）和六方最密堆积（丨AB丨）两种经典模型，并可基于这两种结构衍生出种类繁多的结构模型，激发了学生进一步探索更加复杂晶体结构的热情。

邓燕——成都市石室中学化学高级教师，成都市“微师培”先进个人，青少年科技创新大赛优秀辅导员

这项活动创造性地采用塑料瓶盖搭建晶体结构模型，不仅制作成本低、可简单快速地实现不同堆积方式之间的切换，还能让学生在制作过程中体会原子从一维直线、二维平面到三维空间的堆积，更加清晰地观察到不同晶体结构中的配位数、空隙、填隙多面体等复杂的内在结构信息。