基于大概念的单元整合策略和教学设计 ——以人教版初中物理“力”为例

摘要：单元教学是实现课程结构化的主要策略，大概念将位于不同课时的知识链接在一起，使教材变为有机的整体。因此基于大概念的单元教学设计是课程结构优化的策略之一，而整合是单元教学设计的关键。笔者以初中物理力学板块为例，通过对力学板块教材的整合、主题单元的教学设计等方面的研究，提出基于大概念的单元整合策略，并以此为基础进行大概念的单元设计，引导学生构建结构化的知识，促进学生核心素养的提升。

关键词：大概念；力；单元整合；单元设计

一、前言

《义务教育物理课程标准（2022年版）》提出了“以主题为线索，建构课程结构”的新理念，通过建构主题间的相互关联，达到知行合一，学以致用的目的[1]。因此，学生要通过物理课程学习认识物理知识结构、形成物理观念，进而解决生活实际问题或推动科技进步，这也是中学生适应社会的必备能力，更是物理学科核心素养的关键维度。

作为初中物理重要知识板块之一，“力”学是很多知识的基础。人教版初中物理教材将“力”学板块安排在初二，然而由于力学的抽象性以及思维过程的复杂性，首次接触力学知识的学生，很难建立起相关概念。同时初中物理教材中又涉及到不同种类的力，且分布在四个单元。因此，按常规的课时教学会导致学生产生碎片化的理解和记忆，不利于物理观念的形成。如果在学习过程中能通过核心大概念将相关的力学知识加以贯穿，就会让学习结构化、系统化。因此，基于大概念实施单元整合和教学设计，是一条值得探索的途径[2]。笔者以人教版初中物理“力”为例，通过对力学板块教材的整合、主题单元的教学设计等方面的研究，尝试引导学生构建结构化的知识，促进学生核心素养的提升。

二、基于大概念的单元整合策略

2.1 课标的内容要求

教材单元整合必须基于新课标的目标理念，将课程内容和学业质量贯穿到具体的单元规划之中。新课标设置物质、运动和相互作用、能量、实验探究以及跨学科实践5个一级主题，每个一级主题中与“力”相关的内容见表1。

表1 新课标的内容要求

2.2 课标的质量要求

在物质观念层面，新课标要求了解重力、弹力、摩擦力，通过牛顿第一定律和力的作用效果，认识机械运动和力的关系;能用这些知识解释自然界的有关现象，解决日常生活中的有关问题，形成初步的运动和相互作用观念。

在科学思维层面，新课标要求能运用物质的弹性等知识，对一些说法进行质疑，发表自己的见解。知道匀速直线运动等物理模型;能运用运动和力的一些规律分析简单问题，并获得结论;能在解释自然现象和解决实际问题时引用证据，具有使用科学证据的意识;能根据运动和相互作用的知识，指出交流中有关说法的不当之处，并能提出自己的见解。

在科学探究层面，新课标要求能基于观察和实验，提出与运动和力等现象有关的科学探究问题，并做出有依据的猜想与假设;能正确使用弹簧测力计等相关器材获取实验数据;能通过对数据的比较与分析，发现数据的特点，进行初步的因果判断，得出实验结论;能表述实验过程和结果，撰写实验报告。

在科学态度与责任层面，新课标要求知道物理学是对相关自然现象的描述与解释，物理学研究需要观察、实验和推理，体会物理学对人类生活和社会发展的影响;具有对运动和力等知识的学习兴趣和严谨认真、实事求是的科学态度;关心我国古代和现代科技成就，为中华民族的科技成就感到自豪，逐步养成实现中华民族伟大复兴的责任感与使命感。

从核心素养的学业质量要求看，作用是力的核心观念，贯穿整个力学知识始终；“作用”统领下的科学思维推动整个力学板块教学的开展，是力学板块的中枢；实验探究和情境占据教学的主题地位，对衔接单元教学有着极大的支撑作用。

2.3 教材的既有编排

不同版本的教材内容编排并不相同，笔者在此处以人教版初中物理教材为例。人教版初中物理力学板块编排在八下第7-10章中。主要包括重力、弹力、摩擦力和浮力四种类型的力，重力和弹力编排在第七章，摩擦力编排在第八章，压力编排在第九章，而浮力在第十章，不同类型的力贯穿了八年级物理教材的所有章节，内容相较分散，不利于物理观念的形成。同时教材还出现了内容缺失，有些内容通常没有给学生任何解释，直接要求记忆。如《摩擦力》这一节，日常生产生活以及中考试题的中相关情景不仅仅局限于滑动摩擦力，人教版教材中并未提出静摩擦力的概念。这样的问题并不是在某一小节中出现，而是贯穿整个教学过程始终，因此教学问题已经不能从某一节进行解决，而是要着眼于大的角度，即基于大概念来进行单元整合与教学设计。

2.4 大概念的提取

基于大概念的单元整合首先需要进行核心大概念的提取[3]。从表1可以看出力的教学涉及4个一级主题，其中最重要的是运动和相互作用主题，这一主题中力的出现总是伴随“作用”，这是单元整合的认知关键。此外，从教材的编排和内容选择中也可以提取大概念。初中物理每章的章首图起到一个提纲挈领的作用。力学首章以一幅攀岩图片为章首图，“徒手攀岩”情景中的力即是抓、拉、蹬等“作用”；章尾处本章学习总结的第一句话便是，力是物体对物体的作用。因此提取了“力即为作用”这个大概念，也可以说“作用”是初中物理力学板块的核心词和纽带。

2.5 概念地图的绘制

力板块主要分为两大方面的内容，第一是力学基础知识，根据作用的方式不同分成的三种力；第二是力的作用效果，根据作用效果同分为“力可以改变物体的运动状态和力可以改变物体的形状”。所有的内容均围绕“作用”这个纽带，建构了“作用”大概念统领下的力学板块知识网络结构图，如图1。

图1 “作用”大概念统领下的力学板块知识网络结构图

2.6 基于大概念整合教材内容

针对教学中存在的困境，以新课标为基准，基于大概念重新整合物理学科课程内容[4]。从学生认知思维规律和新课标要求出发，完成了运动和力的单元整合，如表2。

表2 “运动和力”的单元整合

（1）从概念地图中可以看出虚线框中五种不同类型力的认识方式相同，依据学生认识问题解决问题的思维习惯，把这五种力安排在一章中，没有将摩擦力与重力和弹力相互割裂，易于抽象概念“力”的建构，利于力是物体对物体的作用这一重要物理观念的形成，避免学生重复性训练以及知识的碎片化，促使学生可以有目的自主学习，理解力板块的内在联系。

（2）原教材中第一节《力》调整为两节，第一节主要内容为力的基本概念、物体间力的作用是相互两部分内容。第二节命名为力的描述，包含内容力的作用效果和力的示意图。力的学习是整个力学板块的起点，对于首次接触抽象概念的学生，重点在于创设现实生活真实的问题情境，让学生体会力是物体对物体作用这一自然知识。

（3）良好的知识内容结构是学生形成良好的认知结构的前提。为突破后续压强的教学难点，需要在单元大概念视域的引领下,补全学生前认知的一些漏洞。因此，相较于原教材，将压力作为前认知在《弹力》这一节补充。由于有了对压力研究的充分准备，从单一力到压强的转换就得到顺利解决。

（4）运动和力这一单元的特点在于实验多，知识点抽象，教学中关键在于发挥学生学习的主动性，使学生完成从物理知识、物理方法的掌握到物理思想的内化理解。但这个过程中学生的知识网络不是完善的，每个学生会有自己的疑惑和易犯的错误，这就需要教师的答疑解惑。因此，二力平衡的应用这一节旨在挖掘学生问题背后的根源，在应用中深化认知结构，促进物理观念的形成。

（5）浮力这一单元也是将原来的产生原因这一内容侧重为“作用”，即物体与浸在其中的液体气体的相互作用，作为要点单独强调出来。

（6）新课标提出：“了解同一直线上的二力合成”。针对新增设知识点，在二力平衡应这一节提出合力的概念以及同一直线上二力合成的方法。同时这一节中补充重力和摩擦力测量、寻找重心、判断摩擦力方向和大小，起到巩固旧知拓展新知的作用，同时也让学生认识到物理规律在生活中的具体应用。

三、基于大概念的单元教学设计

3.1 撰写以“力即作用”为观念的单元教学目标

（1）素养目标——物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任各方面的发展。特别是从具体到抽象、模型建构的意识。

（2）单元大概念——通过学习理解“力即作用”，学会从力的概念、力的三要素、力的作用效果等认识力。

（3）具体单元目标——结合新课标和提炼出的大概念，细化相对应的单元目标。

学生将知道：

力是物体对物体的作用；物体间的力是相互的；力可以改变物体的形状；力可以改变物体的运动状态；重力、弹力、摩擦力大小的影响因素和方向。

学生将理解：

通过举例描述各种力产生的条件；弹簧测力计测量原理；通过实例描述力的作用效果。

学生将能做：

用常见器材和生活用品设计探究影响摩擦力的影响因素；能制作简易弹簧测力计；具体环境中运用摩擦力、重力知识解决生活中实际问题；会用力的示意图描述力；能从生活复杂问题中构件相应的物理模型。

3.2 以大概念视角进行单元教学设计

（1）评价设计

大概念教学最本质的特征是真实性，在进行单元设计时，创设真实情境，采用逆向设计，先目标后证据的策略进行设计[5]。因此评价设计先于活动设计，促进评价过程与学习过程的有机融合。

力这一章主要目标是让学生在教学活动中感知力，评价设计中要体现出对力的认识。评价主要分为课时评价和单元评价。课时评价一般采用典型习题评价。单元评价以对本章教学内容的综合掌握，能够进行概念迁移为主要目标，其次是大任务评价。本章单元评价在教学中逐渐渗透，让学生能都通过一个力的学习，自主掌握其他类型力的学习，通过“为班级拔河比赛挑选运动员，能用物理语言阐述出依据”的大任务让学生真正的认识什么是力，知道如何应用到生活中，提升学生的科学素养，大任务采用评价量表形式进行评价。采用递进法设计的评价量表如表3。

表3 设计评价量表

（2）本质问题设计

威金斯和麦克泰格将本质问题比作大概念的航标，最好的本质问题或问题链围绕着大概念来体现，通过本质问题学生可以去探究未知内容和未被理解的关键、核心概念。

例：本单元第一课时活动一设计问题如下：

活动一;感知认识力

你能用身边的物体展示一下你施力的情况吗？

你能列出生活中和力有关的现象吗？

你能从列举的实例中认识到产生力的条件吗？

你能根据所列实例说出什么是力吗？

通过自主学习你知道了什么，你还有什么疑惑？

这样问题设计让学生真正去感知力，认识到产生力的条件，认识到什么是力，在老师的帮助下抽象出力的概念。

（3）确定核心词辐射网络框架结构的单元教学设计

根据图1可以看出，虚线方框都是关于力的认识，设计成一个主题单元《形形色色的力》。在教学中要让学生形成这样的观念：认识一个力就要从力的概念，产生原因、条件、力的三要素这几方面着手。所以当学生学习并认识一个力后，自然而然就知道如何分析其他力，从而在学生头脑中形成认识力的大概念，体现出单元整体设计的优势。笔者尝试通过对“力”单元的设计提出了单元教学设计的基本流程，如表4。

表4 “力”单元教学设计的基本流程

四、结束语

综上所述，基于大概念的单元整合策略包括明确课标内容要求、课标质量要求、教材的既有编排、大概念的提取、概念地图的绘制、基于大概念整合教材内容几个环节。针对教学设计，以目标为起点进行逆向设计，评价设计先于活动过程设计，以本质问题为引导通过概念迁移提升教师和学生的学科素养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022 年版）[M]. 北京: 北京师范大学出版社, 2022.4.

[2]关亚琴.中学物理大概念研究进展述评[J].物理教师, 2021, 42(11):6.

[3]蔡千斌.物理教学中提取大概念的基本路径[J].物理教师, 2021, 42(6):5.

[4]李凯,吴刚平.为素养而教:大概念教学理论指向与教学意蕴[J].比较教育研究, 2022, 44(4):10.

[5]格兰特·威金斯. 杰伊·麦克泰格.追求理解的教学设计 [M].上海：华东师范大学出版社

【基金项目】本文系河南省基础教育教学研究项目“基于大概念的初中物理单元教学设计研究”（项目编号：JCJYC2206180009）的研究成果。