科学课程标准的制定决定了科学教育的质量。美国《下一代科学课程标准》(Next Generation Science Standards,NGSS)由核心概念、科学与工程实践以及跨学科概念三个维度的内容构成。其中科学与工程实践是NGSS实践性最直接的表现,实践实施步骤和实施细则以关键要素的形式展现,依据关键要素进行教学,增加了实践的科学性和可操作性。化学作为一门探究性极强的科学课程,科学素养无疑是化学课程标准倡导的重要方面。然而,我国化学课程标准中对科学探究部分相关内容的阐述理论性较强,在具体操作方面则缺少明确的实施细则说明。因此,在指导教师进行科学实践教学、培养学科核心素养方面,我国化学课程标准的操作性和灵活性不强。为促进科学实践的实施,实现对学生科学素养的培养,本研究聚焦于美国NGSS科学与工程实践部分,对其展开讨论与分析,总结其基本理论内容,分析实施特点,制定教学设计策略,开发教学案例并进行教学实践与评价。本文研究路径为:首先,通过对国内外NGSS的研究现状文献的梳理与分析,把握NGSS科学与工程实践的内容及理论基础;接着论述科学与工程实践的概念界定、关键要素及总体原则,在此基础上,通过案例研究分析得出NGSS科学与实践构架的实施特点。然后,基于NGSS科学与工程实践理论基础与实施特点,总结其教学设计策略并应用该策略开发化学教学设计案例。最后,通过实证研究法将基于NGSS科学与工程实践理念的教学设计案例实施于课堂教学,并通过植入性调查、测验和访谈对实践效果进行评价。研究结论与创新之处主要体现在以下几个方面:首先,梳理了NGSS科学与工程实践的层次结构。科学与工程实践的实施包括八个实践步骤,其中以“构建解释,发展和使用模型”为科学实践的目的与核心,“参与证据论证”为探究手段贯穿整个科学实践过程,而“提出问题”、“计划和实施调查”、“利用数学和计算思维”、“分析和解释数据”以及“获得、评价以及信息交流”为分析和整理证据的手段。接着,总结了NGSS科学与工程实践的实施特点。实施特点为:以构建对现象问题的模型或解释为教学目标;注重教学的循序渐进,逐步提升学生学习化学和探究的水平;灵活实施科学实践,不再模式化;明确科学与工程实践的关键要素,为教学提供具体可操作标准。然后,制定了基于NGSS科学与工程实践理念教学设计的策略。策略从实践任务的选择和设计两个方面提出。实践任务的选择策略为:选择难度递进的实践任务;选择具有融合性的实践任务;选择基于真实情景的实践任务。实践任务的设计策略为:以意义建构为实践目的;以循序渐进为实践原则;以实践构架为操作标准;以简便可行为实践前提。最后,验证了基于NGSS科学与工程实践理念教学的优势。通过教学实验,本研究从定性和定量两个角度对基于NGSS科学与工程实践理念的教学效果进行了检验,经过教学的实施和评估,得出基于NGSS科学与工程实践理念教学的优势如下:基于NGSS科学与工程实践理念的教学学生实践活动更多,参与度更高;能够更好地帮助学生建立化学观念,提高化学核心素养;能促使学生知识理解更深入,更全面。