为了实现新课程标准和新课改关于“教育过程重实践,注重培养学生核心素养”等的要求,提升高中生的实验技能和掌握科学研究方法,提升学生对生物学问题的探究兴趣和学科核心素养,在高中生物学探究性实验教学中改进传统的探究性实验教学方法,以新的思路设计、编制相应教学案例具有重要现实意义。本研究基于2017年版《普通高中生物学课程标准》,参考关于发展学生科学探究素养的相关研究文献,了解国内外通过生物探究性实验教学培养学生科学探究素养的现状与发展趋势,以建构主义教学理论和杜威实用主义理论及自我效能感理论为指导,并通过前期问卷调查统计了解学生科学探究素养现状及对于探究性实验的学习情况等,选取人教版高中生物教材中的探究实验内容,设计、编制了“探究植物细胞吸水和失水”、“探究影响酶活性的因素”、“探究酵母细胞呼吸的方式”、“探究环境因素对光合作用强度的影响”等教学案例。选择西安电子科技大学附属中学高一学生作为实践对象,并进行了科学探究素养问卷调查(前测)。前测统计结果显示:学生对于探究性实验具有较高的学习兴趣且目前学生的科学探究素养水平一般。教学实践中其高一1班为实验班,对其实施了4例案例设计教学,高一3班为对照班,对其实施传统的实验教学。实践完成后对实验班和对照班学生进行科学探究素养调查问卷(后测)和学生期末成绩等多维度的对比分析,问卷结果显示:实验班学生科学探究素养的平均水平显著提升,其中收集、分析和解释实验现象与反思与评价这两个维度在实践前后差异极显著,在观察提出问题、猜想与假设、制定方案、实施探究方案、得出实验结论这五个维度在实践前后差异显著;学生期末成绩分析显示:实验班学生学业平均成绩明显高于对照班,其中科学探究试题的平均得分差异尤为明显。研究表明本研究设计、编制的关于高中探究性实验教学四个教学案例对于培养学生科学探究素养有效、可行,为高中生物探究性实验教学正向促进学生科学探究素养和学业成绩提供了参考依据和新思路。