学生学科核心素养的培养是当前教育改革重点关注的问题,科学探究是物理核心素养的重要组成部分,实验探究是促进学生科学探究能力发展的有效途径。然而,在实际实验教学中依然存在许多问题,比如实验条件的局限造成实验教学不能有效开展,教学方式单一造成学生对实验兴趣降低,传统应试教育理念遏制了学生创新思维发展。这些问题的存在使得实验教学的教学质量得不到保证,对学生物理学科核心素养的培养有着不利的影响。虚拟实验作为信息技术发展下的一种新型实验形式,在改革和创新实验教学方面具有独特的价值和优势,能够突破实验器材不足、课堂时空的限制,为解决上述问题提供了一种有效途径。如何设计基于虚拟实验的探究性实验教学活动以提高学生实验探究能力水平需要深入探讨。本研究在建构主义学习理论、活动理论、具身认知理论和情境学习理论的指导下,以NOBOOK虚拟实验作为技术支撑环境,结合NOBOOK虚拟实验的功能和探究性实验的特点,提出了基于虚拟实验进行探究性实验教学活动设计的六项原则,从前期分析、教学活动设计、教学评价设计三个阶段构建了探究性实验教学活动设计框架。本研究采用行动研究方法,选取高中物理必修一中两个探究性实验案例进行了两轮教学实践,迭代优化教学活动设计,通过问卷调查、学生访谈、实习报告、教师评价量表等方式对教学效果进行了分析,验证了设计框架的有效性。研究结果表明:虚拟实验为探究性实验教学活动提供了技术支撑,提升了学生对物理实验的学习兴趣和学习效果;基于虚拟实验进行探究性实验教学,教师需要具备更好的课堂把控能力和信息化教学水平;虚拟实验教学中教师要设计合适的学习资源和学习指导;合理的角色设计与分工能够有效地提升实验课堂效率;在具备真实实验条件的情况下,要遵循“能实不虚,以虚辅实”的原则。