《基础教育课程改革纲要(试行)》提出,教师应关注学生个体间的差异性,注重评价方式的多元化和评价的过程性。物理实验教学及其评价是物理课程教学的重要组成部分,然而在实际的物理实验教学中,往往采用实验报告的方式进行评价,导致教师不能准确得知学生知识掌握的真实情况,也就无法及时进行针对性地反馈补救,影响了物理实验的教学效果和效率。认知诊断理论及其模型的发展为这一问题的解决,实现评价的多样化、提高评价的精确性及针对性提供了一个新的途径。本研究在综述国内外相关研究现状的基础上,以认知主义学习理论和建构主义学习理论为指导,结合物理实验教学特点及高中生认知特点,开展了基于规则空间模型的高中物理实验教学设计。首先,根据规则空间模型的基本原理,设计基于规则空间模型的教学认知诊断过程,主要包括编制诊断性测试、完成测试、获取诊断报告并进行补救三部分。然后,在规则空间模型的支持下开展高中物理实验教学设计,主要包括教学内容分析、学习者分析、学习与补救资源设计、教学策略设计以及教学流程设计,其中课堂教学的核心环节是教师引导学生分组完成实验任务并通过诊断系统进行测验和评价,教师和学生分别根据诊断报告采取补救措施。最后,采用对比实验的方式来开展教学应用,并收集测验成绩、调查问卷等数据,分别从学习成绩、学习效率等维度来分析应用效果。为验证基于规则空间模型的高中物理实验教学设计方案的可行性,将其应用于高一物理力学实验《探究加速度与力、质量的关系》中。应用结果表明:基于规则空间模型的高中物理实验教学设计方案,不仅能够帮助教师丰富评价的方式,提高评价的精确性和补救的针对性,提升教学效率,而且能够帮助学生及时了解自身的知识短板并进行补救,提升学生的实验学习效果。