在日本高中理科資優生培養製度與培養模式中，起核心作用的是日本高中理科資優生的多元化培養方式。日本高中理科資優生的多元化培養方式主要包括：設立超級理科高中，讓理科資優生獲得良好的發展環境；通過舉辦各種全國性的理科競賽，讓拔尖學生脫穎而出；通過多種方式普及理科知識，激發有潛質的學生對理科學習的強烈興趣和熱愛理科學習，讓理科資優生堅定專業與職業選擇方向；建立科研機構、高校與高中的合作機製，讓科學技術研究機構支持高中理科教育，形成社會共同培養高中理科資優生的良好製度，提高高中理科教育的水平；重視高中女生的理科教育，為未來社會培養女性科學工作者等。在多元化培養方式中，最關鍵的措施之一是設立超級理科高中這樣的一種培養方式。為此，本節以下就重點介紹日本超級理科高中製度及其具體培養措施，然後簡單介紹其他各種培養方式。
（一） 設立超級理科高中
日本的超級理科高中（super science higher school，簡稱ssh）製度是為了培養具有國際水平的科學技術人才，由日本中央政府的教育主管部門即文部科學省對一些實施先進理科教育的高中進行財政支持與實行特殊政策的教育製度。超級理科高中製度的實施與管理由獨立行政法人日本科學技術振興機構負責。
根據日本法律與政策的相關規定，日本的中小學校，不管是國立、還是公立或者私立，都必須按照國家規定的教學大綱進行日常的教學工作。在日常教學工作中，不能超越教學大綱或低於教學大綱進行理科教學工作。但是，經過政府認定的超級理科高中則不受這個限製，可以自由地進行高中理科的課程改革。也就是說，超級理科高中不僅可以進行難度和分量較高的理科教學，也可以在理科教學中進行多種多樣的教學方法探索，比如，加強科學觀察與實驗，減少理論知識的傳授等。
這個製度開始於2002年，至今已有整整十年的發展曆史。該製度的核心是鼓勵超級理科高中根據自己的傳統優勢與特點，進行獨創性的理科課程與教學改革的研究與實踐。超級理科高中目前已經成為日本高中理科資優生培養的重要基地。為此，以下就對超級理科高中的選拔與管理等方麵的具體措施進行詳細介紹。
1 超級理科高中的選拔
日本超級理科高中的選拔涉及兩個方麵：第一，中央政府如何在全國範圍內選拔一些高中作為理科高中；第二，這些高中成為超級理科高中後，如何選拔理科資優生。從現有資料的分析結果來看，在高中資優生的選拔上，日本與我國的操作方法比較相似。但是，在政府選拔理科高中的製度上，日本與我國的相關製度有較大區別。
(1) 政府對理科高中學校的選拔
日本超級理科高中與我國的重點中學/示範中學製度有點類似，都是由政府認定並接受政府特殊財政資助的高中。但是，兩者的根本區別在於，日本政府對超級理科高中的資助不是采取機構資助而是采取項目資助的形式。資助項目一旦結束，超級理科高中就不再是超級理科高中了。而我國的重點/示範高中一旦被認定為重點高中，就似乎所有課程與教學方麵都比別的高中優秀，而且可以終身為重點/示範高中了。這就與實際相差太遠，既不利於重點/示範高中本身的提高，也不利於帶動其他普通高中的共同進步。
在日本超級理科高中製度中，各個高中申請的項目一般而言都是為培養優秀理科人才而進行的高中理科課程與教學改革項目。也就是說，需要學校向政府有關部門提出申請，申請被采納後才能成為超級理科高中。政府評審來自高中的申請項目的依據主要有兩個：學校進行理科教育的曆史傳統與成績、申請項目在理科教育上的創造性與合理性，其中後者是評審的主要依據。評審由專門設立的專家委員會負責實施。超級理科高中選拔中的淘汰率比較高，例如，2011年有89所高中提出了申請，其中，38所高中的申請得到了中央政府的批準，申請中標率僅僅為42.7%。不過需要特別指出的是，超級理科高中本身仍然是一所普通高中，政府僅僅對所申請的項目本身進行財政資助。
超級理科高中的教學與課程改革項目實施周期為5年，所需經費由文部科學省根據項目規模撥付，具體由獨立行政法人日本科學技術振興機構負責。5年的項目實施周期過後，如果已經成為超級理科高中的學校還想繼續成為這類高中，就必須重新擬定新的課程教學研究與開發項目，再次提出申請。例如，2011年得到批準的38所高中裏，僅有18所是過去曾經得到過日本政府的超級理科高中的認定，更新率為52.6%。可見，超級理科高中的更新率非常高。因此，這個超級理科高中的製度能夠激勵高中學校通過互相競爭，達到提高全國的高中理科教育水平的目的，最終實現整個國家高中資優生理科教育水平的提高。
而且，在超級理科高中這類學校中，還有一個更為特殊的理科高中群體存在，那就是核心超級理科高中（core super science high school，簡稱cssh）。顧名思義，這些理科高中是超級高中群體裏麵的“超級存在”，是日本高中理科資優生教育的中堅力量。與超級理科高中相比，核心超級理科高中的數量更少。例如，2011年的核心超級理科高中僅有20所，而且，從製度開始的2002年至今也不過共有29所核心超級理科高中。核心超級理科高中的更新率比較少。這有利於核心超級理科高中進行更高水平的理科資優生的培養工作。
(2) 理科高中對理科資優生的選拔
在日本超級理科高中的校內，高中在招生時如何對理科資優生進行選拔，政府一般是不加以過問的。因此，各個學校的做法也不盡相同。對此，須從日本高中升學考試的基本製度進行說明。
日本高中分為國立、公立與私立三種類型。私立高中是完全的自主招生，因此在升學考試與招生方式上完全自主於政府控製之外。國立高中與公立高中基本上是采取學區製，即隻招收本學區內的居民子女。但是最近若幹年，廢除學區製招生而采取全地區甚至全國招生的地區與國立、公立高中變得越來越多。
日本高中的招生一般采取考察初中學習成績與初中推薦書兩種，沒有升學考試。其中，學習成績是初中階段各個時期的學習成績，而非升學考試成績。初中推薦書不僅有初中老師與學校對學生的評語，也詳細記載了學生在初中階段參與的各種活動以及活動成績的情況。初中推薦書對學生能否升入高中的影響更大，可見，高中招生注重學生的綜合素質。但是，由於日本已經基本普及了高中階段教育，所以有很多高中的學生綜合素質是很低的。當然，超級理科高中不在其中。最近若幹年，隨著日本中小學教育製度的改革，很多高中也采取某些特殊的方式進行招生，比如僅僅依靠麵試成績等。同時，日本也有高初中分開的中學與高初中一貫製的完全中學。在完全中學裏，一般是本校初中部學生直接升入高中部，完全中學以私立中學為多。
日本超級理科高中的資優生選拔，也沒有特別與眾不同的地方，仍然是根據綜合成績以及理科特長等方麵進行選拔。如前所述，由於日本沒有統一的高中升學考試，各個學校的招生自主性相對較高。
2 超級理科高中的理科課程與教學改革內容
超級理科高中之所以會成為日本政府指定的超級理科高中，是因為它一貫的理科教學傳統與業績以及所提出的理科教改項目為政府所承認。也就是說，這些超級理科高中提出的理科教改項目不僅集中體現了日本各個高中對理科資優生培養的共同認識，也體現了政府與社會對高中理科資優教育的基本認識。為此，以下就通過對獲得批準的各個具體申請項目的題目及內容進行描述並加以歸納總結，以期發現日本高中理科資優生培養的核心特點。
綜合所述可知，日本超級理科高中的基本培養目的是在理科與數學等科目上提高資優生的科學創造能力，而非相應學科知識的係統教育。同時，他們認為，科學創造能力實際上就是科學領域中的問題解決能力。而科學領域中的問題解決能力包括以下幾個基本方麵：對科學技術的興趣、關心與好奇心，從事科學技術研究的誌向與抱負，科學探索能力，科學的理論思考能力，科學對話能力等具體幾個方麵。
日本超級理科高中實現上述基本目的的主要方法是進行高中理科課程與教學的改革實驗。這些理科課程與教學改革的具體方法大致而言不外如下：初、高中一貫製理科教育課程；綜合各種資源，大中小學校聯合、學校與社會聯合、校際聯合進行理科教育。