一、研究背景
全球新一轮科技革命和产业变革的新形势下，国务院出台的《中国制造2025》，将创新摆在制造业发展全局的核心位置。随着信息化和智能化的深入发展，创新人才培养的重要性和紧迫性日益凸显。高中阶段是学生自主发展的重要时期，对于我国国民素质的提升，创新型人才的培养具有重要的意义。物理学科的性质决定了它是其他自然科学学科的研究基础，物理教学在创新型人才的培养中有着不可或缺的地位。
而综合实践活动是国家义务教育和普通高中课程方案规定的必修课程，综合实践活动课程兼顾学生的兴趣、需求和能力的统合共生，侧重引导学生在现实中进行探究式学习，主动获得知识，解决问题，发展能力。综合实践活动对学生创新精神和实践能力的培养具有重要意义。
二、基于项目式学习开展物理综合实践活动的可行性分析
项目式学习与综合实践活动存在诸多相似之处。例如，二者都是以生活问题为出发点，在真实情境中，学生主动探究，并在实践中解决问题，提高综合素质；二者都注重与真实世界的紧密结合、重视学生的实践体验、强调学生的自主性和主体性。若能在综合实践活动中结合学科教学内容，以项目的形式开展，则能将两者的优势同时发挥出来，不仅能保证综合实践活动的有效开展，而且还可以促进项目式学习的普及，还能结合具体的课堂教学内容，三者兼顾。
综上所述，开展基于项目式学习的高中物理综合实践活动是可行和必要的。
三、基于项目式学习的高中物理综合实践活动设计
基于项目式学习的高中物理综合实践活动是将物理学科核心知识在情境中进行建构及应用。
1.确定选题
（1）社会需求
温度计是测量温度的仪表，在日常生活中处处都能用到温度计,而常见的温度计都是水银或者传感器类型的。本文中希望学生利用已有知识，制造一个气体温度计。而温度计的制作过程，是综合实践和物理知识结合的过程。
（2）课程标准需求
本节课的教学要求是通过演示实验或学生分组实验探究气体等温变化和等压变化的规律，这是课程目标中尝试用科学探究的方法研究物理问题的一个具体
实施过程。要求学生学会用查理定律和盖吕萨克定律解释一些简单的自然现象和
解决实际问题。 课标也要求利用两个定律解决实际问题。
2.具体课程
本次综合实践活动分为2 个课时，第一课时是教师引导学生探究气体等压变化及等容变化的具体内容，帮助学生构建气体实验定律的内容，第二个课时是学生应用气体实验定律制作简易温度计，并进行作品展示。由于文章篇幅问题，本文重点探讨第二课时内容，第一课时内容简略带过。
项目主体活动引入：温度计是测量温度的仪表，能不能利用气体随温度的变化，制作一个气体温度计。
任务一、探究气体的等容变化和等压变化的定性关系
任务二、探究气体的等容变化和等压变化的定量关系
以上内容为第一课时的两个任务，旨在让学生通过定性和定量两组实验，得出等容变化和等压变化的规律，为第二节课学生的综合实践内容打下基础。
任务三、制作原理
本任务模块采用师生问答的形式展开探讨
师：能否利用气体实验定律，将测量温度大小的变化转化为测量气体体积或压强的大小，进而制作出气体温度计呢？
生：根据查理定律可知，当一定量的气体体积不变时，温度和压强成正比。我们选定一定量的气体。保证系统不和外界交换气体，利用温度和压强成正比的特色，只要能测出压强就能测出温度。
师：你有什么方式测量气压吗？
生：气压计。找个容器，加上橡皮塞，将气压计测量气体的一段，通过橡皮塞与气体联通。创建一个密闭的气体。这个容器的容积要固定不变，这样就可以创建一个等容变化的环境。
师：那你打算如何把它转化为温度计呢？
生：气压计是指针式的，只要在对应的气压位置写上对应的温度即可，可以利用标准温度计测量实际温度，再把此时的温度写在气压计对应的指针位置。然后改变容器所处的环境温度，然后同样测量对应的标准温度，写在对应的指针位置即可。
师：那你要测量多少个标准温度才行？这个温度计的示数，是均匀的吗？
生：根据查理定律可以知道，在等容变化的时候，气压和温度是成正比例的，虽然我们标注的是摄氏度，但是示数应该也是等间距均匀的，只要测定两个标准温度，等分即可。
师：请问其他同学还有其他想法吗？
生：根据盖-吕萨克定律可知当一定量的气体，保证压强不变时，温度改变，气体体积等比例变化。只要能够测出气体体积的变化，就可以得出温度的变化。可以用此关系，来测定温度。
生：找一个容器，找一根玻璃管，用橡皮塞塞住，玻璃管插在橡皮塞中间。在玻璃管中注入一定量的红色墨水。同样，只要和标准温度对比，记录下对应的温度时刻，红色墨水的对应高度，标注几个温度，然后等比例划线即可用来测定温度。
师：请大家利用身边的仪器或者实验室提供的仪器，制作并完成自己的设计，请大家记录在制作过程中遇到的困难以及问题，并说出解决问题的有效办法。
任务四、制作及展示（第二课时）
方案一、
生：我们组用学校提供的气压计，软管，和一个带有胶塞的瓶子，设计了一个温度计。但是没有成功。
师：能说说你们为什么没有成功吗？
生：我们在制作的过程中遇到了几个问题
首先，我们为了制作方便,采用了比较硬质的塑料瓶，在瓶盖上打孔，用热熔胶固定一根玻璃管。但是发现，虽然瓶子形变不明显，但还是有形变，用传感器测量压强和温度的关系。有明显的误差存在。然后，我们换了一个厚质的玻璃瓶，为了保证气密性，去化学实验室借了对应的橡胶塞和橡胶管。如下图所示：
安装好仪器之后，气密性非常好，玻璃瓶也不会发生形变。
师：那你们为啥没有成功呢？
生：我们将仪器安装好之后，尝试对密闭气体温度进行改变，发现一个问题，温度改变的时候，在我们日常20~40℃的范围内，气压计的变化范围太小。只有一点点微小的变化。如果细分到要测量室温的话，误差非常大。
师：那你们有什么改进的意见或建议吗？
生：换精度更高的气压计。
师：回头我们可以再进行尝试。
方案二、
生：我们组利用一个玻璃瓶和一根玻璃管，设计了一个气体温度计，可以比较准确的测量出教室内温度的变化。
这是我们的成品温度计（如下图所示）。由一个空的容量瓶、一根细的玻璃管配胶塞。还有一个自己标注刻度的长木板，木板上标注的刻度为℃。
我们首先，在玻璃管中封存一小段红色墨水，让将整个系统连接起来，然后把背板和容量瓶的相对位置固定。
随后，将容量瓶放在在冰水中，待到红色液柱稳定的时候在背板上划下0℃的刻度。之后，升高水温，保证水温维持在40℃，在背板上划下40℃的刻度。最后在背板上，均匀的分了40个格子，分别标注对应的温度。
接下来进行温度检测，将整个仪器放在室温中，等到液柱稳定的时候，用标准温度计测量室温，对比背板上的温度。发现温度基本相同。又打开空调，降低室温，待到稳定后，再次测量。经检测，温度吻合度比较高。我们的温度计，可以日常测温使用。
师：非常好，这个设计经检测，是可以完成温度测量的任务的。不过你们在制作的过程中，遇到了哪些问题？你们又是如何解决的？
生：有，刚开始，我们使用的是内径比较细的玻璃管（内径1mm），下面容量瓶的体积也比较大，结果发现，稍稍增加温度，玻璃管中的液柱就直接喷出了，我们发现，由于瓶中气体比较多，在温度变化相同的情况下，体积越大，对应的体积变化越大。而玻璃管也比较细，导致玻璃管的空间，不足以支撑容量瓶内的体积变化。所以我们换了小的容量瓶，及更粗的玻璃管（内径6mm）和对应的橡胶塞。
装上之后发现，在温度升高的时候，液柱不上升，而是不断有气泡从液柱部分窜出。我们分析，应该是截面积太大而表面张力不够导致气体从液体中漏出。
最后，我们选用了内径为3mm的玻璃管。制成了现在的成品，效果比较理想。
师：那你们现在的成品有什么问题吗？
生：由于封存的是一段红墨水，可能和玻璃管的粘滞系数比较大，管壁上留下了不少红色印记；另外，由于蒸发，第三天的时候，液柱就基本上干了。这两个问题，是和液柱的特性有关系，需要进一步改进。
师：期待你们更进一步的研究。
四、基于项目式学习的高中物理综合实践活动总结及教学建议
1.结论
（1）基于项目式学习的高中物理综合实践活动教学效果良好。学生能够通过现实的需求，主动学习相关知识，对于整个知识习得的过程中，作为学习的主题，而不是被动的接受者。
（2）基于项目式学习的高中物理综合实践活动这种教学方式有利于提升全体学生的学业成绩。在该章节的单元测试中，实验班级的学生对于气体实验定律的得分，明显高于另外一个平行班。
（3）基于项目式学习的高中物理综合实践活动也有利于提升学生的学科核心素养。对于一个具体项目的实施，学生参与整个过程，对于各方面的综合素质、包括解决问题的能力提升，都是有所帮助的。
2.不足
（1）在教学设计案例设计方面未充分考虑教学进度与时间的安排，学生探究时间较长，要想在课程标准规定的时间内完成教学内容，还存在一定的问题。
（2）课堂前期的预习和自主探究学习，包括课后的指导是实施综合实践和物理结合的必备要求，所以对于学生的主动性和教师的指导能力还是有较高要求的。实际两个课时的时间间隔相隔一周。
3.教学建议
对研究结论与存在的不足两方面有以下建议：
（1）对于基础较好的同学或班级，可以偶尔使用该策略进行教学，可以有效提升学生的核心素养，探究能力。而基础较差的班级就不建议采用此方法，可能会导致进度不能按时完成。
（2）一定要认真选择合适的主题，制作难度不能太大，制作原理不能太复杂，否则和物理课堂的联系就会变少，变成纯粹的综合实践课。
（3）本论文设计的活动类型主要是制作类，缺乏对于调查类、课题研究类等其他类型。所以作为一个综合实践的课程，也可以设计调查类、课题研究类等类型的课程。
