在国内外对技术型人才和创新型人才需求日益激增的时代背景下,教育已然成为培养学生综合素质,促进学生全面发展的重要手段。物理实验教学作为物理教学中最具特色的一环,通过观察现象与实验探究、物理模型建构与科学推理论证的过程,可以显著提升学生的物理实验素养,尤其是对学生创新思维、创新技能和实践能力的提升有着不可替代的作用。物理实验素养的提升对学生的学习、工作和生活有着十分重要的现实意义,同时也为培养航空航天、高端制造和人工智能等领域紧缺的创新人才有着十分重要的战略意义。本文首先回顾了国内外对物理实验的相关研究,进而对支撑本文的相关基础理论进行了阐述,对创新教育理念和中学生物理实验素养进行了简要的概括,并介绍了实验教学的发展阶段和物理实验在中学的地位与作用。其次,为了充分发挥物理实验教学的作用,笔者从四个方面对汉台区及其周边区域当前的中学物理实验教学现状进行了调查,并对问卷结果进行了统计分析,发现所调查区域的物理实验教学存在课时分配不足、物理实验教师人员不足、部分教师教育观念落后、实验室建设不满足要求等问题,并对这些问题进行了分析。在分析调查结果的基础上分别从教师和学生的角度提出了提高中学生物理实验素养和创新能力的建议与策略,指出了学生和教师应该注重哪些能力的培养,教师在物理实验中应该转变的观念以及采取的措施。最后,根据提出的建议、策略及调查区域实际的教学现状,建构了创新教育理念下的中学物理实验教学模式,运用所建构的教学模式于探究落体运动的教学案例设计,并根据中学物理教学评价设计中的相关理论,从教学方案设计的科学性、有效性、创新性和可操作性对设计的教学案例进行了质量评价,发现基于创新教育理念设计的物理实验教学,可以有效提升学生的物理实验素养,培养学生的创造性思维。