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“学术中心课程”发端于20世纪60年代的学科结构化运动，倡导通过掌握科学的基本结构和研究方法，发展受教育者的能力。学术中心课程对于应对科学技术和社会经济发展提出的挑战，满足人类文明进步、国家和民族发展的需要，以及满足学生个体发展的需要都具有重要的意义。当前各国学校课程仍以学术性的分科课程为主，我国中学理科教材的学术取向也非常明显。在我国新一轮基础教育课程的课程框架中，仍然确保了学术性模块的重要位置。
尽管学术中心课程已经成为一种基本的课程设计取向，是科学课程中的一种重要形式，但是近几十年来对学术中心课程的研究颇为有限。“学科的基本结构”作为学术中心课程的基础，但对于具体的某个学科，什么是它的基本结构，如何分析其学科结构仍然缺少深入的研究，没有很好的方法和策略；同时如何将学科的基本结构转换为课程结构也鲜为关注。本研究正是以此为切入点，建立了学科基本结构的模型；深入剖析了化学的学科结构并尝试将其转换为学生易于接受的结构形式；本研究还进行课程的比较研究，并对学科结构在课程中的具体落实以及相关教学提出建议。
本研究将学科结构划分为两种基本类型，并提出分析学科结构的思路和方法。①基于类目关系的学科结构：科学分类的过程在于发现事物之间的类似关系，并用包摄性的概念原理将看似并不相关的事物(或命题)联系起来，便形成一个类。科学是组织化的知识体系，类目是科学结构的重要形式。分类不仅是科学发展的必要途径，还是学生形成科学认识的重要工具。②基于实质性联系的学科结构：随着科学家不断探寻事物运动的更本质的规律，类内部的实质性联系被逐渐揭示，不同的类之间实质性联系也被发现。在此基础上，新的类被创立，类目结构被调整。同时也还有许多实质性联系并未转化为人们认识事物习惯的思维方式。因此，实质性联系是有别于类目关系的学科内容结构化的另一种形式。
本研究重新梳理了中学化学课程的核心内容，指出这些内容的在分类上所存在的分类破缺和分类杂糅等问题，并对中学化学课程内容的类目关系作了分析讨论。中学化学课程核心内容的实质性联系是本研究重点，本研究设立了“从原子到分子--相同与不同”、“结构判断的简单规则--分子轨道的简化”、“重建化学键模型--连续性原理”、“分子的构成--水的‘衍生’”、“化学反应的方向--熵增加与势能降”、“平衡与速率--热力学与动力学的统整”等6个论题对核心概念的本质作了深入的探讨，澄清了中学化学教学中常见的认识误区。通过对概念间实质性联系的研究，并在考虑学生认知结构特点的基础上建立包摄性的概念，为学科结构在课程中具体编制提供借鉴。本研究提出结构观、能量观、化学时间、系统观等化学的基本观念，并对基于三个维度(结构、能量和时间)和三个水平(宏观、分子、电子)的化学课程的学科结构作了简短讨论。
本研究选择了国内外不同时期的8套18册的中学化学教材作为学术中心课程的案例进行比较研究。根据已有的研究成果编制了以基于实质性联系的学科结构为主线的《化学的奥秘》讲义，并在三所中学进行了为期两年的教学实践研究。本研究从原子结构，化学键、分子与晶体，物质的类别与存在形式，氧化还原与电化学，方向、限度与速率等5个方面讨论了包摄性概念的建立、概念组的编制以及概念群的群内和群间关系。根据上述研究，本研究将学术中心课程划分为基于类目关系的学术中心课程和基于实质性联系的学术中心课程，并对课程和教学中的有关命题做了讨论。
本研究不仅对化学课程的学科结构以及课程编制进行了深入的研究，所提出的学科结构的基本类型和分析方法也可为其他理科课程的编制提供借鉴。