大概念統整下的高中物理單元逆向教學設計

傳統以課時為單位、碎片化推進知識點的教學模式，已難以滿足“核心素養導向”的育人需求—學生雖能掌握具體規律，卻難以形成對學科本質的整體認知，更無法靈活運用概念解決復雜問題。單元逆向教學設計作為一種“以終為始”的規劃方法，通過目標先行、評價嵌入與任務驅動，為大概念的統整提供了結構化實施路徑。逆向教學設計是“以終為始”的設計模式，有助于高中物理單元復習課教學整體化、結構化、系統化和有序化[1]。因此，探討如何通過設計優化促進學生物理觀念、科學思維等核心素養的發展，可為一線教師提供可參考的設計模板，推動新課標理念在課堂中的有效落地。

大概念作為學科知識體系中最具本質性與統攝力的核心觀念，其內涵在物理學科中體現為對物質、運動、相互作用及能量等基本問題的深度凝練，既反映物理學科探索自然規律的本質特征，又具備跨越具體知識點的解釋與遷移功能。大概念教學是一種以概念為核心的教學方法，通過引導學生理解物理概念的本質和相互關系，培養學生的綜合思考能力和問題解決能力[2]。基于大概念的高中物理教學強化各個概念之間的聯系，有利于提升學生對物理知識體系的認知[3]。從育人維度審視，物理大概念的價值超越了知識本身—通過理解其內涵，學生能逐步形成穩定的物理觀念，發展從復雜現象中提煉本質的科學思維，最終實現從掌握知識到形成素養的躍升。這種統攝性的觀念建構，既是物理學科育人的核心目標，也是學生終身學習與解決真實問題的底層能力支撐。

一、大概念統整下高中物理單元逆向教學的設計原則

（一）目標統整性

逆向教學設計強調大概念和單元教學，把預期學習結果當作設計起點，評價先于學習活動，有利于促進學生的理解和遷移應用[4]。目標統整性是大概念統整下單元逆向教學設計的基礎原則。目標的覆蓋性要求單元目標必須超越單一知識點的掌握，轉而關注核心素養的整體發展一物理觀念的形成需要大概念作為載體，科學思維的培養需通過大概念的建構過程實現，科學探究與科學態度的發展亦需圍繞大概念的學習展開，這種多維度的覆蓋避免了目標的片面化。

（二）任務進階性

任務進階性的核心在于通過任務難度的梯度設置，引導學生沿著符合認知規律的路徑逐步建構大概念。其一，現象觀察任務作為起點，通過呈現與大概念相關的典型物理現象，激活學生的直觀經驗，為后續抽象思維提供感性材料；其二，模型建構任務承接觀察階段，引導學生從現象中提取關鍵要素、忽略次要因素，逐步形成反映大概念本質的物理模型，完成從現象描述到規律提煉的思維躍升。

二、大概念統整下高中物理單元逆向教學的設計策略

（一）課前準備：錨定大概念，規劃逆向框架

在高中階段，物理是一門重要的課程，高中物理知識難度比較大，特別是在解題過程中，不僅需要學生掌握基礎知識，還需要學生能夠靈活運用解題方法[5]。因此，課前準備是大概念統整下單元逆向教學設計的起點，其核心在于通過系統性分析與規劃，為后續課堂實施搭建“目標一評價一任務”的逆向框架。在該階段，教師需立足單元整體，從知識脈絡、課標要求與學生學情出發，明確大概念的核心地位，界定預期學習結果，并設計與之匹配的評價工具，確保教學始終圍繞核心素養有序推進。

以魯教版高中物理必修第一冊“牛頓運動定律”這一單元為例，課前準備需完成以下關鍵步驟：教師需先分析單元知識脈絡，確定核心概念。該單元內容涵蓋牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律、力學單位制及超重失重現象，表面看是多個定律的集合，實則貫穿“力與運動的關系”這一核心概念一牛頓第一定律揭示力是改變運動狀態的原因，第二定律定量描述力與運動狀態變化的關系，第三定律則補充說明力的相互作用本質，三者共同構建了“力如何影響運動”的完整邏輯鏈，因此“力與運動的關系”被確定為統攝本單元的核心大概念。

隨后，基于課標與學情明確預期學習結果。教師可依據《普通高中物理課程標準》（2017年版2020年修訂）中“運動與相互作用”主題的要求，結合高一學生已掌握勻變速直線運動規律但對“力為何能改變運動狀態”存在概念偏差的學情，預期學習結果可界定為：知識層面，理解牛頓三大定律的內涵及內在關聯，掌握力學單位制的基本規則；能力層面，能運用“力與運動的關系”分析實際問題；素養層面，發展科學推理能力與科學態度。

（二）課堂實施：創設真實情境，激活概念聯結

課堂實施中“創設真實情境，激活概念聯結”的核心在于通過貼近學生生活的物理現象，打破其固有認知偏差，建立“力與運動的關系”大概念的初步關聯。這一階段的實施過程中，教師需以情境為載體，以問題為驅動，引導學生從“觀察現象”轉向“追問本質”，為后續概念建構埋下思維伏筆。

在“牛頓運動定律”的單元教學中，課堂實施的情境創設環節可圍繞以下步驟展開：首先，教師可選取學生日常接觸的兩類典型情境作為導入，其一是水平地面推箱子：用力推箱子時，箱子由靜止開始運動；停止用力后，箱子逐漸減速直至靜止；其二是公交車急剎車：車輛勻速行駛時，乘客身體與車同速，急剎車瞬間，乘客身體會向前傾，待車停穩后又恢復靜止。這兩類情境均涉及“力的作用”與“運動狀態變化”的直觀表現，能有效激活學生的生活經驗。隨后，教師可引導學生觀察并描述情境中的關鍵現象：在“推箱子”情境中，學生注意到“推力存在時箱子運動，推力消失后箱子停止”；在“急剎車”情境中，學生觀察到“剎車時乘客身體前傾，停車后身體靜止”。此時，教師需進一步要求學生用物理語言提煉現象中的變量關系—“力的有無”與“運動狀態的變化”。這一過程不僅訓練了學生的觀察與描述能力，更將注意力聚焦于“力”與“運動”的關聯點。

最后，教師可針對現象提出遞進式問題鏈，引導學生初步關聯大概念。首先，針對“推箱子停止后箱子為何會停下”，學生可能基于前概念回答“因為沒有推力了，力是維持運動的原因”；針對“急剎車前傾”，學生可能解釋“因為車停了但人還想動”。教師抓住這一認知沖突，追問：“如果力是維持運動的原因，那么急剎車時車已經停止，乘客為何還會繼續向前運動？”“箱子停止運動時，是否真的不受力？”通過問題引導學生意識到：箱子停止運動是因為受到地面摩擦力的作用改變了其運動狀態，而乘客身體前傾是因為身體具有保持原有運動狀態的趨勢。

（三）課堂實施：開展探究活動，深化概念理解

課堂實施中“開展探究活動，深化概念理解”的核心在于通過實驗探究與推理論證的雙向互動，引導學生從現象觀察深入到規律提煉，借助科學方法逐步建構“力與運動的關系”大概念的科學內涵。這一階段需以學生為主體，設計結構化探究任務，讓概念在“操作一觀察一分析一歸納”的過程中自然生成，實現從感性認知到理性理解的躍升。

仍以“牛頓運動定律”的單元教學為例，課堂實施的探究活動可按以下步驟展開：首先，教師可圍繞牛頓第二定律設計分組實驗，引導學生探究加速度與力、質量的定量關系。學生4一5人為一組，使用小車、打點計時器、一端帶滑輪的長木板、砝碼及砝碼盤等器材，按照控制變量法展開實驗：第一階段保持小車質量不變，通過增減砝碼改變拉力，利用打點計時器記錄不同拉力下小車的加速度；第二階段保持拉力不變，通過在小車上添加砝碼改變質量，再次測量加速度。實驗過程中，學生需分工完成器材組裝、數據記錄、圖像繪制等任務，并觀察到“拉力越大，加速度越大；質量越大，加速度越小”的現象。

隨后，教師可引導學生分析實驗數據，歸納牛頓第二定律的數學表達式。學生通過觀察a-F圖的線性關系得出“加速度與合外力成正比”，通過a-1/m 圖的線性關系得出“加速度與質量成反比”，推導出： ，最終在教師提示下引入比例系數k，完成牛頓第二定律的定量建構。這一過程不僅讓學生體驗了“實驗探究一數據歸納—規律總結”的科學研究路徑，更通過變量控制與圖像分析，深化了對“力是改變運動狀態的原因”這一大概念的定量理解。

結合牛頓第一定律開展推理論證活動，強化概念間的邏輯關聯。教師提出問題：“當合外力F=0 時，牛頓第二定律 a=F/m 會得出什么結論？”學生通過代入推導發現 a=0 ，即物體保持勻速直線運動或靜止狀態，與牛頓第一定律的表述完全一致。這一推理過程揭示了兩大定律的內在聯系一牛頓第一定律是牛頓第二定律在 F=0 時的特殊情形，二者共同構成“力與運動關系”的完整解釋框架，幫助學生突破“兩大定律相互獨立”的認知誤區，建立大概念統攝下的知識網絡。這一階段通過“實驗探究一定律推導一關聯論證”的遞進式活動，讓學生在主動參與中完成從現象到規律、從孤立知識到概念體系的跨越，為后續“遷移應用”階段的深度實踐奠定了堅實的理論基礎。

（四）課堂實施：組織遷移應用，強化概念統攝

課堂實施中“組織遷移應用，強化概念統攝”的核心在于通過跨情境問題的解決，推動學生將“力與運動的關系”大概念從知識建構轉向實際應用，檢驗其對復雜現象的解釋力與對未知情境的預測力。在具體實踐中，教師需設計與生活、科技緊密關聯的真實問題，引導學生調用牛頓運動定律分析“受力一運動”的動態關系，實現從“理解概念”到“用概念解決問題”的能力躍升。

在“牛頓運動定律”的單元教學結束后，教師可選取學生熟悉的“電梯運行”與“汽車加速”兩類跨情境問題進行遷移應用，要求學生運用“力與運動的關系”大概念分析現象本質。例如，問題一：“電梯從1樓啟動加速到10樓，再勻速上升，最后減速停靠時，人對電梯地板的壓力如何變化？”問題二：“汽車在平直路面上由靜止開始加速，速度達到 60km/h 后勻速行駛，急剎車時乘客身體為何會前傾？”

針對上述問題，教師可組織學生進行分組探究。具體而言，針對問題一，學生需經歷“確定研究對象一分析受力一明確加速度方向一應用牛頓定律”的完整推理過程：以電梯中的人為研究對象，當電梯加速上升時，人受重力mg與地板支持力N，加速度a向上，根據牛頓第二定律 N-mg=ma 可得 N=mg+ma ；由牛頓第三定律，人對地板的壓力N’與支持力N等大反向，故 N^*Π^-mg+ma>mg ，此時人處于超重狀態。當電梯勻速上升時，加速度a=0 ， N=mg ，壓力 ΔN^′Σ=mg ，處于正常狀態。當電梯減速上升時，加速度a向下，牛頓第二定律變為mg-N=ma ，N=mg-ma，壓力 N^′Π⁼mg-ma

針對問題二，學生需結合牛頓第一定律與牛頓第二定律綜合分析：汽車靜止時，乘客與車同速；汽車加速時，車受牽引力作用產生向前的加速度，但乘客由于慣性仍保持原有靜止狀態，因此身體會向后仰，這是“力改變車的運動狀態而乘客因慣性保持原狀態”的典型表現。當汽車勻速行駛時，牽引力與阻力平衡，乘客與車保持相同速度，無明顯后仰或前傾。急剎車時，車受阻力作用產生向后的加速度，乘客因慣性仍保持原有速度向前運動，因此身體會前傾，這一過程既體現了“力是改變運動狀態的原因”，又驗證了“物體具有保持原有運動狀態的屬性”。最終通過兩類問題的深入探究與討論，學生可成功將理論知識轉化為解決實際問題的能力，由此實現了知識的遷移與應用，提升了運用物理知識分析和解決問題的綜合素養。

結束語

本研究揭示了大概念統整與單元逆向設計的協同機制。在實際應用中，該設計模式可幫助教師跳出“知識點羅列”的慣性，引導學生通過真實情境探究與跨情境遷移，逐步形成穩定的物理觀念與科學思維，符合新課標“素養為本”的教學要求。相較于已有研究對大概念理論的宏觀探討，本研究進一步細化了其在物理單元設計中的具體實施步驟，并結合教材案例驗證了策略的可行性。未來可進一步拓展跨學科大概念的整合設計，并通過更多一線案例的積累，完善設計框架的普適性，為高中物理教學改革提供更豐富的實踐支撐。

參考文獻

[1]任虎虎，汪明.基于逆向教學設計的高中物理單元復習課教學[].課程教學研究，2025(2):80-85，104.

[2]沈金賢.基于高中物理大概念教學下的解題能力思考[].數理化解題研究，2024(9):94-96.

[3]王淑媛.大概念理論下高中物理教學探索數理天地（高中版)，2024(24):77-79.

[4]石美，陳閣，許林.UbD理論指導下的高中物理單元逆向教學設計[].中學理科園地，2024，20(2):29-32.

[5]吳新豹.巧用微元法解答高中物理題[].數理天地（高中版)，2025(2):60-61.