摘 要：大概念是統(tǒng)領(lǐng)各知識的持久觀念，具備意義性、核心性、相對性、多樣性、持續(xù)性、遷移性六個基本特征，是解決當(dāng)前教學(xué)“散”“淺”“固”問題的有效措施.高中物理教材“必修一模塊”，以大概念為核心，以主題為引領(lǐng)，重視知識體系的構(gòu)建，做到“模塊主題化，主題單元化，單元課時化，課時細微化”.大概念在主題單元變化、課時劃分變化、課時細節(jié)變化三處均有體現(xiàn)，教師應(yīng)該用正確的方式引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建大概念.

關(guān)鍵詞：大概念;物理觀念;高中物理新教材;必修一模塊

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）23-0023-06

物理觀念是核心素養(yǎng)的重要組成部分，主要包括“物質(zhì)觀”“運動與相互作用觀”“能量觀”，是對大量事實、經(jīng)驗、概念、規(guī)律、定理的提煉與抽象，在學(xué)習(xí)者的腦海中形成自覺意識和思維活動，支配學(xué)習(xí)行為乃至生活行為.用物理觀念統(tǒng)一課程知識與教育界的熱點研究問題——大概念，不謀而合.

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出：“進一步精選了學(xué)科內(nèi)容，重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實[1].”短短數(shù)語蘊含了新時代高中物理課程的三大要素，即大概念、主題、情境，最終目的在于讓核心素養(yǎng)的培育落到實處.

在課程標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)下，普通高中物理教科書2019年版應(yīng)運而生，并從2021年開始在江西省全面使用.相比2004年版普通高中物理教科書的課程結(jié)構(gòu)和知識編排有哪些變化？這些變化如何體現(xiàn)大概念？如何構(gòu)建大概念？我們有必要剖析這些問題，探尋教學(xué)新思路.

1 大概念概述

1.1 何為大概念

國內(nèi)外不同學(xué)者基于研究提出了自己對大概念的理解.美國科學(xué)促進學(xué)會把大概念界定為“能將眾多的科學(xué)知識聯(lián)結(jié)為一個整體的科學(xué)學(xué)習(xí)的核心[2]”.克拉克等人認(rèn)為，大概念本身就是有組織、有結(jié)構(gòu)的知識和模型，而且還能為學(xué)習(xí)者提供一個認(rèn)知框架和結(jié)構(gòu)[3].東北師范大學(xué)李剛、呂立杰等提出大概念指向的是具體知識背后的核心內(nèi)容[4].

結(jié)合各文獻與自身思考，筆者認(rèn)為大概念是統(tǒng)領(lǐng)各知識的持久觀念，發(fā)揮著“提綱挈領(lǐng)”的功能.大概念具備意義性、核心性、相對性、多樣性、持續(xù)性、遷移性六個基本特征，彼此聯(lián)系為一個整體.

意義性：大概念是一種內(nèi)涵豐富的意義模式，其意義在于它將認(rèn)識論、方法論、價值論三者有機融合.在大概念的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者能夠觸及學(xué)科的核心概念和背后的本質(zhì)，使認(rèn)識更加深入;通過搭建認(rèn)知框架聯(lián)系相關(guān)概念、事實，形成整體性知識，這是科學(xué)高效的學(xué)習(xí)方法;這種認(rèn)識和方法不僅對學(xué)科內(nèi)知識的統(tǒng)領(lǐng)具有重要價值，而且蘊含著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)觀、價值觀與人生觀.

核心性：大概念處于知識的中心位置，縱向統(tǒng)攝學(xué)科內(nèi)知識，讓大量的事實、經(jīng)驗、概念、規(guī)律合理“歸檔”，形成有序連貫的知識網(wǎng)絡(luò);橫向聯(lián)系不同學(xué)科知識，模糊學(xué)科邊界，打破學(xué)科壁壘.

相對性：大概念是相對瑣碎知識而言的，只要是具備關(guān)聯(lián)性的知識均可以尋找到統(tǒng)領(lǐng)它們的大概念，即便是相同的知識，從不同角度出發(fā)可以獲得不同的大概念，從這些大概念中可能尋找到更大的概念.因此，大概念究竟多“大”？這取決于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)程度和教學(xué)實際，而不是一個具體的“大小”.每一課時，每一單元，每一主題，每一門學(xué)科，不同學(xué)科之間均存在相應(yīng)的大概念，其層級關(guān)系呈現(xiàn)階梯式特點（如圖1）.

多樣性：大概念的呈現(xiàn)形式多種多樣，促進知識整合與建構(gòu)的學(xué)習(xí)行為均可作為大概念的載體，可以整合具體概念（如功能關(guān)系、勻變速運動、相互作用），也可以舉行主題活動（如近代物理學(xué)發(fā)展歷史、能源與可持續(xù)發(fā)展研究報告），也可以開展問題討論（例如，說法合理嗎？測量電阻有哪些方案？）.

持續(xù)性：大概念不是短暫的記憶，而是循序漸進的持續(xù)推進過程，不僅發(fā)生在學(xué)校教育階段，而且會繼續(xù)在未來的生活中去體會、去應(yīng)用、去完善.當(dāng)學(xué)生離開學(xué)校后，學(xué)生不記得，也沒必要記得所有的課堂知識，畢竟在互聯(lián)網(wǎng)如此發(fā)達的時代，獲取知識不是一件難事.但當(dāng)具體事實和概念均淡忘后，還是會留下某些本能意識，不知不覺地在生活中發(fā)揮作用，留下的就是大概念.如在“戶外漂流活動”中，雖然參與者不記得“牛頓第三定律”“力改變運動狀態(tài)”等專業(yè)術(shù)語和具體內(nèi)容，但依然能夠根據(jù)水流方向不斷調(diào)整劃槳的角度和力量，使自己達到目的地.其原因是在情境中激活了“運動與相互作用”觀念，解決了實際問題.

遷移性：大概念具備極大的遷移價值.學(xué)習(xí)是一個由淺入深的過程，前面的學(xué)習(xí)往往是后面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ).大概念可以統(tǒng)領(lǐng)相關(guān)知識，新知識只不過是大概念下的一個特例，只需要從舊知識進行遷移即可，降低了學(xué)習(xí)難度.學(xué)習(xí)者也可以主動將大概念應(yīng)用于學(xué)科內(nèi)情境、跨學(xué)科情境甚至學(xué)科外情境，促進遷移能力的提升.

1.2 大概念可以解決哪些問題

當(dāng)前在高中物理教學(xué)實踐中普遍存在三個典型問題.

（1）散：學(xué)生被動地接受大量零散、碎片化知識，不同概念和規(guī)律之間彼此割裂，無法形成體系化的知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，只見樹木不見森林.

（2）淺：當(dāng)前常見的教學(xué)模式是傳授知識—應(yīng)用舉例—學(xué)生模仿—鞏固訓(xùn)練，這種教學(xué)的本質(zhì)是不斷地重復(fù)淺層教學(xué)行為，學(xué)生學(xué)習(xí)到大量的形式化知識，對知識的理解停留在表面，很少能夠認(rèn)識概念的形成過程、邏輯規(guī)律、思想方法與價值意義，一旦遇到深入本質(zhì)的問題情境就容易困惑.

（3）固：課堂教學(xué)的實踐探索情境固化，習(xí)題訓(xùn)練中問題情境單一，同一情境反復(fù)使用不更新，無法應(yīng)對時代發(fā)展的需要.這種行為固然能在設(shè)定好的熟悉情境中完成教學(xué)內(nèi)容，但長期處在舒適區(qū)的教學(xué)必然遮蔽學(xué)生的視野，固化思維模式，弱化遷移能力，削弱創(chuàng)新意識，對學(xué)生核心素養(yǎng)的培育和終身發(fā)展起到負面效果.

大概念可以從整體上認(rèn)識和理解概念，促進學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化知識體系，做到“見林見木”，有效解決“散”的問題;大概念不是無關(guān)事實的堆積，而是對大量存在內(nèi)在邏輯聯(lián)系事實的抽象概括.在建構(gòu)大概念的過程中，需要調(diào)動學(xué)生的信息提取能力、邏輯推理能力、歸納總結(jié)能力，必然需要透過現(xiàn)象看本質(zhì)，掌握概念背后的思想和價值觀念，做到深度學(xué)習(xí)，有效解決“淺”的問題;大概念強調(diào)學(xué)科與生活實踐的聯(lián)系，跨學(xué)科知識整合，有助于實現(xiàn)不同情境的遷移，對創(chuàng)新思維的提升大有裨益，有效解決“固”的問題.可見，大概念教學(xué)是解決“散”“淺”“固”問題的有效措施.

2 從教材變化剖析大概念

2.1 內(nèi)容框架的變化

以往的教材習(xí)慣把物理知識劃分為力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、原子物理等不同版塊.這種以知識邏輯體系編排的方式使整個內(nèi)容顯得分散、零碎[5]，容易讓學(xué)生產(chǎn)生每塊內(nèi)容相互獨立的錯覺.事實上各版塊之間有密切的關(guān)聯(lián)，如在力學(xué)版塊中，機械能守恒定律揭示了重力勢能和動能之間可以相互轉(zhuǎn)化;在電磁學(xué)版塊中，楞次定律揭示了其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能;焦耳定律揭示了電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;原子物理版塊中，光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0揭示了光子能量轉(zhuǎn)化為電子的動能.這告訴我們，“能量”將不同版塊聯(lián)系起來，“能量”正是大概念.

2019年版教材打破了知識邏輯體系，改為按照大概念劃分不同模塊，并采用主題的形式進行學(xué)習(xí)，每個主題進一步細分為單元，做到“模塊主題化、主題單元化、單元課時化、課時細微化”，這樣的設(shè)計有助于宏觀把握課程內(nèi)容，微觀把握知識本質(zhì).必修一模塊圍繞大概念“運動與相互作用”展開，2019年版和2004年版必修一模塊框架對比見表1.

2.2 從主題單元剖析大概念

2019年版教材依舊劃分為四個主題，第一個主題“認(rèn)識描述運動的物理量”;第二個主題是“研究特殊的運動：勻變速直線運動”，通過這兩個主題的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠初步形成“運動觀念”;第三個主題是“平衡力”，讓學(xué)生初步形成“相互作用觀念”;第四個主題是“牛頓運動定律”，重在建立運動和力的聯(lián)系.與2004年版教材有所不同的是，第三個主題由“相互作用”改為“相互作用——力”，第四個主題由“牛頓運動定律”改為“運動和力的關(guān)系”，使主題名更貼合必修一模塊的大概念，即“運動和相互作用”.

2.3 從課時劃分剖析大概念

第一個主題內(nèi)，坐標(biāo)系從第1課時移出，移入到第2課時（課時名稱未體現(xiàn)）.原因是坐標(biāo)系是定量描述物體空間位置的工具，而位移反映位置的變化，將兩者放在一課時體現(xiàn)了大概念——“空間觀念”.第3課時名稱改為“位置變化快慢的描述——速度”，與第4課時構(gòu)成一個整體，共同體現(xiàn)出“變化率”這一大概念.值得注意的是，用打點計時器測速度在2004年版教材中作為1課時單獨出現(xiàn)，但2019年版教材則拆為兩部分放入第2課時和第3課時.第2課時內(nèi)容為“認(rèn)識打點計時器并測量位移和時間”，強調(diào)打點計時器的核心功能，與課時大概念“時空觀念”融為一個整體，而測量速度則歸入第3課時，與課時大概念“位置變化率”融為一個整體.

第二個主題內(nèi)，“速度與位移的關(guān)系”不再作為單獨課時，歸入第3課時“位移與時間的關(guān)系”，進一步體現(xiàn)大概念——“時空觀念”，“伽利略對自由落體運動的研究”則作為第4課時中“科學(xué)漫步”內(nèi)容呈現(xiàn)，原因在于研究自由落體運動經(jīng)歷了對大量現(xiàn)象的觀察總結(jié)，運用了實驗和邏輯推理的結(jié)合，是培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的良好素材，將其融入“自由落體運動”整體呈現(xiàn)，讓學(xué)生經(jīng)歷一次科學(xué)之旅.

第三個主題內(nèi)，“基本相互作用”移除，考慮到學(xué)生經(jīng)過初中階段的學(xué)習(xí)，對重力和彈性形變有了初步認(rèn)識，故將兩者作為一個課時呈現(xiàn)，精簡了課程內(nèi)容.在2004年版教材中，“牛頓第三定律”和“共點力的平衡”放在第四個主題，作為牛頓定律的內(nèi)容和一個特殊應(yīng)用呈現(xiàn)，但是理解第三個主題中靜摩擦力時又需要用到力的平衡，這樣就讓“平衡力”這一大概念被割裂到兩個不同單元，學(xué)生無法形成完整的知識體系.2019年版教材進行了改進，將兩者全部移入第三個主題，有效解決了這一問題.另外，“力的合成”與“力的分解”合并為一個課時，強調(diào)了合成分解的“工具性”，突出“等效替代思想”.

第四個主題整體變化不大，“牛頓第三定律”移出，“超重失重”作為一個課時單獨呈現(xiàn)，結(jié)構(gòu)更加清晰.

2.4 從課時細節(jié)剖析大概念

課時內(nèi)知識點也做了適當(dāng)調(diào)整，重新排列組合.如“時間 位移”課時中，2004年版教材介紹了“時刻和時間間隔”“路程和位移”“矢量和標(biāo)量”共3個知識點.2019年版教材介紹了“時刻和時間間隔”“路程和位移”“坐標(biāo)系”“用坐標(biāo)差表示位移”“位移—時間圖像”“打點計時器測位移和時間”共6個知識點，知識容量明顯增加.但這些知識具備共同的大概念，即“時空觀念”.運動就是研究物體空間位置與時間的變化規(guī)律，正確認(rèn)識“時空觀念”是形成“運動觀念”的基礎(chǔ).

教材對“力的合成與分解”內(nèi)容也進行了精簡和調(diào)整.在以往的教學(xué)中，很多教師喜歡用“按效果分解”的邏輯來求解某個力的大小.比如重物放在斜面上，重力產(chǎn)生了下滑效果和壓斜面的效果，故重力分解為沿斜面向下的分力和垂直斜面向下的分力，而垂直分力在數(shù)值上等于壓力.這種教學(xué)不可取，因為它很容易給學(xué)生造成一種錯覺：“力的分解可以直接求力”，導(dǎo)致的現(xiàn)象是學(xué)生按照自己“想象的效果”隨意分解力，使思維混亂.規(guī)范思路如圖2所示.

黃恕伯指出：“實際上，力的合成和分解不是用來直接求解物體受力的，它僅僅是本章用共點力平衡條件解決問題的一個計算步驟，只是運用等效替換的思想，用一個假想的力替換掉問題中的兩個實際的力（力的合成），或者用兩個假想的力替換問題中的一個實際的力（力的分解），以達到便于計算的目的[6].”

教材的變化告訴我們不能過度拔高教學(xué)要求，“力的合成與分解”只是一個求解受力的工具，要重視滲透“等效替代”的思維，這正是本課時的大概念.

基于大概念的相對性，“必修一模塊”的大概念層級如圖3所示.

3 建構(gòu)大概念

教師經(jīng)歷多年的學(xué)習(xí)與教學(xué)，已經(jīng)形成較為完整的學(xué)科知識體系，可以通過課程標(biāo)準(zhǔn)中的高頻詞匯和深入挖掘教材來探尋大概念的蹤跡.但學(xué)生作為初學(xué)者難以具備主動建立大概念的能力和意識.因此教師需要合理引導(dǎo)學(xué)生幫助其構(gòu)建大概念.

3.1 始于情境，抽離情境，回歸情境

概念是對大量事實“共同屬性”的抽象，大概念在概念體系中又起著“提綱挈領(lǐng)”的作用，因此大概念的建構(gòu)要經(jīng)歷情境感知—思維加工—用于實踐的過程，先從情境出發(fā)，再抽象出情境進行加工，最后回歸情境應(yīng)用于實踐.

以大概念“變化率”的構(gòu)建為例，首先呈現(xiàn)生活情境.情境一：汽車1小時運動了40km，高鐵1小時運動了300km，誰運動得快？情境二：2021年東京奧運會100m項目中，尼日利亞選手阿德格科成績?yōu)?0.00s，中國選手蘇炳添成績?yōu)?.83s，誰運動得快？學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗很容易得出答案，隨即再引入情境三：老虎奔跑30s運動了600m，獅子奔跑20s運動了500m，這時候時間和空間位置的變化均不同，如何比較運動的快慢呢？通過情境抽象出速度的本質(zhì)，即空間位置隨時間的變化率v=Δx/Δt.

描述物體的運動只靠速度足夠嗎？再次呈現(xiàn)情境，汽車速度在10s內(nèi)從0加到10km/h，火車速度在200s內(nèi)從0加到70km/h，哪個運動快？哪個啟動快？火車雖然運動得快，但單位時間內(nèi)速度的變化卻比汽車小，火車的啟動反而更慢.通過情境發(fā)現(xiàn)，單位時間內(nèi)速度的變化具有一定的物理意義，從而抽象出速度隨時間的變化率，即加速度a=Δv/Δt.為了深刻理解“變化率”概念，再次創(chuàng)設(shè)生活情境“小明同學(xué)的父親第1天給小明20元零花錢，第2天給16元零花錢，第3天給10元零花錢，第4天給8元零花錢，小明的零花錢總額逐漸增加，但增加得越來越慢了.”用該情境類比速度和加速度，深度理解“加速度反映的不是速度變化的多少，而是速度變化的快慢”，是“加速——度”而非“加——速度”.

最后，讓“變化率”回歸情境：我國的人口生育量呈現(xiàn)減緩趨勢;長江水位隨四季不斷變化;樹木成長過程中高度和直徑隨時間不斷變化.讓學(xué)生充分體會到“變化率”的普適性.隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生意識到不僅存在“時間變化率”，而且存在“空間變化率”，如重力勢能隨高度的變化率，電勢隨電場線位移的變化率，這樣大概念“變化率”就逐漸構(gòu)建起來了.必修一“變化率”大概念如圖4所示.

3.2 挖掘錯誤，追根溯源

物理中經(jīng)常存在一些看似正確的直覺，卻把人帶進“錯誤陷阱”，錯誤的背后是大概念體系的缺失.如果能善用典型的錯誤資源，刨根問底，有利于構(gòu)建大概念.

如圖5所示，A、B、C均靜止在地面上，畫出C木塊的受力示意圖.容易產(chǎn)生的錯覺是，A和B均作用于C，所以C受到兩個壓力.事實上，壓力屬于彈力的范疇，必須接觸才能產(chǎn)生，學(xué)生對“接觸力”認(rèn)識模糊.同樣，在分析摩擦力時，很容易遺漏B對C 的摩擦力，其根源也在于不熟悉“接觸力”，沒有形成“圍繞物體一周分析”的規(guī)范思路.

如圖6所示，物體緊靠粗糙墻壁靜止釋放（不計空氣阻力），則物體下落過程中受幾個力？很多學(xué)生誤認(rèn)為受到重力和摩擦力，其根源在于只關(guān)注了相對運動，忽略了“彈力是產(chǎn)生摩擦力的先決條件”，沒有厘清兩個接觸力之間的因果關(guān)系.

通過對迷思問題的追根溯源，可以構(gòu)建出“力”的大概念體系，如圖7所示.

3.3 合縱連橫，思路化一

大概念不一定是具體概念，可能是方法、思想甚至價值觀.大概念的形成并非一蹴而就，是一個滲透的過程，這就需要教師抓住教材的“暗線”，將知識縱向整合，橫向聯(lián)結(jié)，幫助學(xué)生構(gòu)建大概念，隨后用大概念解決實際問題，做到思路化一.

“圖像”是不同學(xué)科領(lǐng)域中的重要工具，教材逐漸“滲透”該方法.第一章第2節(jié)首次引入“x-t圖像”，反映物體空間位置隨時間的變化，第3節(jié)引入“v-t圖像”，反映速度隨時間的變化，第4節(jié)再次提出“通過v-t圖像理解加速度”，引入“斜率”的意義;第二章對“v-t圖像”進一步分析，通過微元法的思想，告訴學(xué)生“面積”的意義;第三章借助“F-x圖像”探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系，其斜率表示勁度系數(shù)，再次滲透“斜率”;第四章連續(xù)借助“a-m圖像”“a-1m圖像”“a-F圖像”探究“加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”，在“超重失重”一節(jié)中，利用人在傳感器上下蹲站起的“F-t圖像”分析超重失重現(xiàn)象.

在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生逐步認(rèn)識到圖像的橫軸、縱軸可以表示不同的物理量，圖線的形狀各有差異，斜率和面積也可能具有對應(yīng)的物理意義，從而建構(gòu)“圖像”大概念，如圖8所示.

大概念構(gòu)建的目的在于幫助學(xué)生用統(tǒng)一的思想解決問題，如果學(xué)生還是沉浸于瑣碎知識和混亂思路，那就喪失了構(gòu)建的意義.

案例 如圖9所示，傳送帶的傾角θ=37°，從A到B長度為14m，傳送帶以8m/s的速度逆時針轉(zhuǎn)動.在傳送帶上端無初速度地放一個質(zhì)量為m=0.2kg的黑色煤塊，它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為μ=0.25.煤塊在傳送帶上經(jīng)過會留下黑色劃痕，取g=10m/s2，不計空氣阻力，求煤塊從A到B的過程中傳送帶上留下劃痕的長度.

該題中，物體經(jīng)歷了兩次運動，先做勻加速直線運動，再以更小的加速度做勻加速直線運動.很多教師的教法是：第1段過程中，物體相對皮帶向上運動，皮帶位移減去物體位移是第1次相對位移;第2段過程中，物體相對皮帶向下運動，把物體位移減去皮帶位移是第2次相對位移，由于第1次相對位移覆蓋了第2次相對位移，所以劃痕長度即第一次相對位移.

該教法的弊端在于，先計算出物體相對地面的位移，再辨析相對關(guān)系，顯得晦澀難懂，而且很容易計算失誤.只要作出皮帶和物體運動的v-t圖像，如圖10所示，兩圖像圍成的面積即表示相對位移，不僅形象，而且便于操作.這種思路對各種傳送帶問題、木板滑塊問題，甚至任何涉及到兩個物體間相對運動的問題，均有化繁為簡的作用.

4 結(jié)束語

大概念已經(jīng)滲透到新教材的單元結(jié)構(gòu)、課時規(guī)劃、知識分布等各方面，以大概念理念進行教學(xué)既是時代的發(fā)展要求，也是培育核心素養(yǎng)的推進器.教師應(yīng)該積極采用各種手段幫助學(xué)生構(gòu)建大概念，形成體系化的知識結(jié)構(gòu)，以便于學(xué)生更好地解決實際問題.

參考文獻：

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[6]黃恕伯.人教版《第三章 相互作用——力》編寫說明[J].中學(xué)物理，2019，37（17）：2-6.

（收稿日期：2021-09-21）

基金項目：江西省中小學(xué)教育教學(xué)課題“基于生活情景的試題命制研究”（項目編號：JJWL2019-242）.

作者簡介：呂俊君（1991-），男，江西贛州人，本科，中學(xué)一級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)策略.