学科大概念视域下“力学”课程教学的研究

 摘要

学科大概念是落实物理学科核心素养的重要抓手，是连接具体知识学习与学科本质理解的桥梁。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出，“大概念”对落实学科核心素养有推动作用。力学作为高中物理教学的基础性内容，涵盖“运动与相互作用”“能量与守恒”等核心大概念。然而，当前力学教学中仍普遍存在内容碎片化、学生缺乏深度思考、教学评价方式单一等问题。本文在梳理学科大概念内涵的基础上，系统分析了力学课程中大概念的提取路径与层级结构，从教学目标、内容整合、活动设计与评价方式等维度探讨了基于大概念的力学单元教学策略，并结合“牛顿运动定律”和“相互作用——力”等典型单元的教学设计实践，验证了该模式在促进学生知识结构化与能力迁移方面的有效性。研究表明，以大概念为统领重构力学课程教学，有助于学生从“碎片化记忆”走向“结构化理解”，从“解题训练”走向“素养发展”。

关键词：学科大概念；力学教学；单元教学；核心素养；知识结构化

 1 引言

力学是高中物理课程的基础性内容，也是学生建立物理观念、发展科学思维的核心载体。从牛顿运动定律到动量守恒、机械能守恒，力学知识体系贯穿着“运动与相互作用”“能量与守恒”等贯穿始终的核心大概念。然而，在实际教学中，力学课程长期面临一个结构性困境：知识点的教学往往是“点状”的——学生学完牛顿第一定律，再学牛顿第二定律，再学牛顿第三定律，各定律之间缺乏有机的联系；学生能解单点知识对应的习题，却难以在复杂情境中综合运用力学知识进行分析与推理。

这一困境的根源在于教学的“碎片化”取向。正如有学者所指出的，当前高中物理教学存在内容碎片化、学生缺乏深度思考、实验教学落实不足、教学评价方式单一等问题。针对这一现状，《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出“大概念”对落实学科核心素养有推动作用。大概念具有广泛的适用性，在课堂教学中具有很高的持久价值和迁移价值，构建大概念是提高学生问题解决能力、培养学生学科核心素养的必要条件。

从国际教育视野看，大概念教学（Big Ideas）已成为全球科学教育改革的共同方向。以大概念为统领进行单元教学，不仅回应了课程标准的要求，更是对“如何让学生像专家一样思考”这一教育根本问题的实践回答。海外英语等学术平台对国际教育理念的译介与传播表明，大概念教学的理论根基源于对学科本质的深刻追问——不是教给学生“更多的知识”，而是教给学生“更有力量的知识”。考试周刊刊载的相关研究亦指出，学科大概念教学旨在促进学生的知识结构化和能力迁移。将这一理念系统应用于力学课程教学，正是从“解题训练”走向“素养发展”的关键路径。

 2 学科大概念的内涵及其对力学教学的指导意义

 2.1 学科大概念的基本内涵

学科大概念（Big Ideas）是学科的“核心”，处在课程学习的中心位置，可以将多种知识有意义地结合起来，是学科领域最有价值的核心内容。具体而言，学科大概念的表现为：学科核心概念、学科思维方法、学科重要规律和学科结构网络。它是促进深度学习的方向指引、动力源泉和价值体现。

从结构上看，学科大概念具有如下基本特征。一是中心性——大概念处在学科的中心位置，能够对众多具体概念进行统领和融合。二是可迁移性——大概念具有广泛的适用性，在课堂教学中具有很高的持久价值和迁移价值。三是持久性——大概念不是暂时保存的记忆，是经验和事实消失之后仍存留的核心概念。围绕大概念组织的教学内容无法在一节课内完成，需要以“单元”的形式对教学内容进行整合。

 2.2 大概念教学对力学课程的方法论意义

大概念教学为力学课程改革提供了根本的方法论指引。

在知识组织层面，大概念教学要求教师以“力是改变物体运动状态的原因”等核心大概念为统领，将零散的力学知识点整合为具有内在逻辑关联的结构化单元。正如有学者指出的，以大概念为骨骼，以其他一般概念为肌肉，学生可以建构起知识框架。对于力学课程而言，这意味着“牛顿第一定律”“牛顿第二定律”“牛顿第三定律”不再是三个孤立的知识点，而是围绕“力与运动的关系”这一大概念形成的一个有机整体。

在思维发展层面，大概念教学引导学生从具体概念走向一般概念，从事实性知识走向学科思想方法。大概念是大脑的“思”，能构造出思维的“主干道”。在力学教学中，学生不仅要知道“牛顿第二定律的公式是什么”，更要理解“力与运动之间到底存在怎样的因果关联”，这种理解才是可迁移的。

在素养培育层面，大概念教学是落实核心素养的有效路径。大概念教学渗透在教学方法、课程内容、课程评价三个维度。这意味着，围绕大概念组织的力学教学，不是对知识点的“重新排列”，而是对教学理念、内容组织、活动设计与评价方式的系统性重构。

 3 当前力学课程教学的主要问题

尽管新课标已明确将大概念作为落实核心素养的重要路径，但在实际力学教学中，仍存在若干亟待破解的结构性困境。

内容碎片化与知识结构缺失是首要问题。力学知识体系内部具有高度的逻辑关联性——牛顿运动定律、动量定理、动能定理之间存在深刻的内在一致性。然而，在传统分课时教学中，这些知识往往被切割为独立的知识点。学生学了牛顿第二定律，却未必理解它与动量定理之间的联系；学了机械能守恒，却未必理解它与动能定理之间的等价关系。正如有学者指出的，有限的课时与不断增加的知识间存在矛盾。

思维浅表化与深度探究不足是另一突出问题。部分力学课堂仍以公式推导与习题训练为主，学生虽然能完成标准化的计算题，却缺乏对物理概念本质的理解和对物理思想方法的把握。学生对牛顿第一定律的表述倒背如流，却可能仍然停留在亚里士多德“力是维持运动的原因”的前概念水平。实验教学落实不足，学生缺乏通过实验探究建构概念的深度体验。

评价方式单一与素养导向缺失同样值得关注。传统力学教学评价以纸笔测试为主，侧重对公式记忆和计算技能的考查，对学生是否真正形成了“运动与相互作用”等物理观念缺乏有效的评价手段。过程性评价的缺失，使教师难以及时发现学生在概念理解上的偏差。

教学设计的“课时本位”局限是深层制约因素。大概念的掌握是一个长期的发展过程。传统的以课时为单位的设计模式，容易导致教师“只见树木不见森林”——关注每一节课的细节，却忽略了整个单元的核心目标。正如有研究指出的，需要通过搭建大概念统摄下的若干一般概念来支撑物理知识的学习，从基本事实、知识、技能到学科一般概念，进而凝练为学科大概念。

 4 基于学科大概念的力学课程教学策略

针对上述问题，基于学科大概念的力学教学可从以下四个维度系统推进。

 4.1 大概念的提取与层级建构

大概念的提取是教学的起点。结合力学课程的内容特点，大概念的提取可从以下路径展开。

从课程标准中提取。课标是教学的基本依据，力学部分的大概念应从课标的“课程内容”和“学业要求”中提炼。大概念背景下高中物理力学部分可以“运动与相互作用”“能量与守恒”等为核心大概念。

从知识进阶中提取。通过对力学知识体系的分析，识别贯穿始终的核心思想。例如，从受力分析到牛顿定律，从功与能到守恒律，可以逐步概括出“力与运动的关系”“能量转化与守恒”等大概念。

在此基础上，构建“学科大概念—核心概念—一般概念—具体知识”的层级结构。以“力与运动”主题为例，学科大概念为“力是改变物体运动状态的原因”；核心概念包括“牛顿第一定律”“牛顿第二定律”“牛顿第三定律”；一般概念包括“惯性”“加速度”“作用力与反作用力”；具体知识则涵盖“质量是惯性大小的量度”“加速度与力的关系”等。这一层级结构使教师和学生都能清晰地看到知识之间的逻辑关联。

 4.2 单元教学的整体设计

围绕大概念组织的教学内容无法在一节课内完成，需要以“单元”的形式对教学内容进行整合。基于大概念的力学单元教学设计，强调教学内容的整体性、学科记忆的持久性和教学评价的全面性。

以“相互作用——力”单元为例，教学设计应以“力是物体间相互作用的一种表现形式”为大概念统领，整合重力、弹力、摩擦力等具体知识点，构建“力的概念—力的分类—力的合成与分解—力的平衡”的学习路径。教学目标应指向“形成关于力的系统的物理观念”，而非仅仅“掌握三种力的计算”。

在大单元框架下，再落实课时教学。每一个课时都是单元整体设计中的一个环节，既完成本课时的具体目标，又服务于单元的整体目标。这种“单元统领、课时落实”的设计模式，有效避免了传统教学中“课时本位”的局限。

 4.3 指向深度学习的情境与任务设计

基于大概念的力学教学需要以深度学习为指向。指向深度学习的高中物理学科大概念教学，遵循“从上到下，从下到上”的原则。具体而言，教学应从大概念出发设计真实情境与核心任务，再通过课时教学引导学生从具体问题的解决中逐步建构对大概念的理解。

在情境创设层面，应以真实、复杂的问题情境替代“理想化”的习题情境。有教师以航空工业AG600M“鲲龙”为真实情境载体设计大单元复习课，实现了从“知识梳理”到“素养落地”的课堂重构。这类情境的价值在于：学生需要运用力学知识去解释真实世界中的现象，而非仅仅在抽象的物理模型中进行计算。

在任务设计层面，应围绕大概念设计具有挑战性的核心任务。例如，在“牛顿运动定律”单元，可设计“设计一个能测量汽车加速度的简易装置”这样的项目任务。任务的完成需要学生综合运用牛顿第二定律、受力分析、运动学知识，并在解决实际问题的过程中深化对“力与运动关系”这一大概念的理解。

 4.4 多元化的过程性评价

大概念教学要求评价从“结果判断”走向“过程诊断”。大概念下单元教学评价是根据大概念相关内容进行整体的评价，借助多种任务情境，获取不同场合、时间和形式的学生行为表现的信息。

在评价内容上，应关注学生是否形成了相关的物理观念，是否能够进行科学的思维，是否具有探究和解决实际问题的能力。在评价方式上，应综合运用课堂观察、实验报告、项目作品、概念图绘制、反思日志等多元评价工具。在评价功能上，应发挥评价的诊断和导向作用——及时发现学生在概念理解上的偏差，并为教学调整提供依据。

 5 典型教学案例与实践验证

 5.1 “牛顿运动定律”单元教学案例

以“牛顿运动定律”单元为例，其大概念可被精准提炼为：“力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因”。围绕这一大概念，教学设计呈现以下特点。

起始课从学生的前概念出发——从亚里士多德“力是维持运动的原因”这一符合日常直觉但错误的观点入手。这种设计本身就是对大概念教学理念的落实：学生不是被动接受“牛顿说得对”，而是在认知冲突中主动建构对“力与运动关系”的理解。

在后续课时中，牛顿第一定律解决“力与运动有无关系”的问题，牛顿第二定律解决“力如何改变运动状态”的问题，牛顿第三定律解决“力的来源”的问题——三节课分别从不同侧面回答了同一大概念。这样的设计使三节课不再是三个孤立的知识点，而是从不同维度共同指向“力与运动的关系”这一核心大概念。

 5.2 “相互作用——力”单元教学实践

以新人教版“相互作用——力”单元为例，基于大概念的单元教学设计遵循“确定大概念—建构层级结构—设计单元目标—整合教学内容—实施多元评价”的路径。在教学实施中，以大概念为统领，将“重力”“弹力”“摩擦力”等课时内容整合为一个具有内在逻辑的整体。

实践表明，这种教学模式有效促进了学生对力学知识的系统理解和迁移应用。学生在单元学习结束后能够自主绘制“力”的概念图，清晰地展示不同力的概念之间的关系，能够在新情境中运用“力的观念”进行分析推理，而非仅仅套用公式。

 5.3 教学效果的初步验证

基于大概念的力学教学改革已在多地得到实践验证。有研究表明，以大概念为核心进行高中物理实验教学设计，可引导学生像专家一样思考。大单元教学有助于提升学生的物理核心素养，促进知识的迁移与应用，具备在高中物理教学中进一步推广的实践价值。

在概念理解层面，学生在基于大概念的教学后，能够用“力是改变物体运动状态的原因”这一大概念解释不同情境下的物理现象，而非仅仅复述牛顿定律的条文。在问题解决层面，学生能够将不同章节的知识进行贯通运用，综合解决涉及运动、受力与能量转化的问题。在学科观念层面，学生初步形成了“运动与相互作用”的整体物理观念，而非碎片化的知识记忆。

 6 结论

学科大概念是连接具体知识学习与学科本质理解的桥梁，是落实物理学科核心素养的重要抓手。本文从大概念的内涵出发，系统分析了力学课程教学中存在的问题，提出了基于大概念的教学策略，并结合典型案例验证了其有效性。研究表明，以大概念为统领重构力学课程教学，能够有效促进知识的结构化、思维的深度化和素养的持续发展。

力学作为高中物理的基础性内容，其大概念教学的价值尤为突出。以“运动与相互作用”“能量与守恒”等大概念统摄力学教学，有助于学生建立“力与运动之间到底存在怎样的因果关联”的深层理解，而非停留在“牛顿第二定律的公式是什么”的浅层记忆。当学生能够用“力是改变物体运动状态的原因”这一大概念解释不同情境下的物理现象，当学生能够在“运动与相互作用”的整体观念中理解力学知识的逻辑结构，力学教学便完成了从“知识传授”向“素养培育”的跨越。

面向未来，基于学科大概念的力学课程教学还需在以下方向持续深化：一是进一步探索大概念教学与实验教学的融合路径，让学生在探究中建构大概念；二是加强大概念教学的实证研究，积累更多关于学生概念转变和素养发展的数据支撑；三是推动大概念教学与信息技术、跨学科主题学习的有机融合，拓展大概念教学的实践空间。唯有如此，大概念教学才能真正从“理念倡导”走向“课堂落地”，从“点状探索”走向“系统实施”。


 参考文献

[1] 大概念视角下高中物理单元教学研究——以力学部分为例[D]. 2024.

[2] 谢岗. 大概念统摄下的初中物理单元教学设计研究——以“运动和力”单元为例[J]. 物理通报, 2025(2).

[3] 基于大概念的高中物理单元教学设计与实践研究——以新人教版“相互作用——力”单元为例[D]. 2024.