《普通高中课程标准》（2017版）更新了教学内容,重视以学科大概念为核心,课程内容结构化。所以,如何改变单课时教学、优化课程结构是课程改革的关键,也是一线教师所面临并且亟待解决的问题。单元教学是近年来的教育研究热点,其有助于将知识整合,形成完整的知识结构,并从更高的层级审视教学目标是否达成。因此,单元教学是目前的研究趋势。在认知心理学领域,ACT-R理论是国内外比较成熟的走数学化道路的理论,本文通过ACT-R理论对单元教学进行优化,深入分析,构造出基于ACT-R理论的高中数学单元教学模型,将认知心理学广泛应用于教育学领域,提高教学效率,具有一定的研究意义。笔者通过阅读大量文献,对ACT-R理论和单元教学进行系统剖析,发现了ACT-R理论在数学教学研究中具有单元整合和完善教学流程的双重优越性。因此本文主要针对单元教学设计方面,以ACT-R理论为指导,结合布卢姆教育目标分类学以及现代教育技术手段优化常见的单元教学模式—ADDIE模式,构建出ACT-R理论下的单元教学模型并设计出相应的单元教学方案。为验证该模型的有效性和可信性,设计指对幂函数单元教学案例,并展开实验研究,设置实验班对照班,通过分析两组学生的测试成绩、纸笔检测结果和访谈结果,验证模型的有效性,最终得出实验结论:基于ACT-R理论下的高中数学单元教学模型确实有利于学生更好的迁移和理解,达到精致练习,同时也在一定程度上激发学生的学习热情,适用于高中数学单元教学。研究表明,将ACT-R理论作为指导,设计出的单元教学模型是有意义的。该研究可以帮助学生将复杂问题简单化,提高学生非认知因素,灵活解决问题的能力,但是该模型仅指导了一两个单元,在教学实践的过程中还应该继续完善。