在日本高中理科资优生培养制度与培养模式中，起核心作用的是日本高中理科资优生的多元化培养方式。日本高中理科资优生的多元化培养方式主要包括：设立超级理科高中，让理科资优生获得良好的发展环境；通过举办各种全国性的理科竞赛，让拔尖学生脱颖而出；通过多种方式普及理科知识，激发有潜质的学生对理科学习的强烈兴趣和热爱理科学习，让理科资优生坚定专业与职业选择方向；建立科研机构、高校与高中的合作机制，让科学技术研究机构支持高中理科教育，形成社会共同培养高中理科资优生的良好制度，提高高中理科教育的水平；重视高中女生的理科教育，为未来社会培养女性科学工作者等。在多元化培养方式中，最关键的措施之一是设立超级理科高中这样的一种培养方式。为此，本节以下就重点介绍日本超级理科高中制度及其具体培养措施，然后简单介绍其他各种培养方式。
（一） 设立超级理科高中
日本的超级理科高中（super science higher school，简称ssh）制度是为了培养具有国际水平的科学技术人才，由日本中央政府的教育主管部门即文部科学省对一些实施先进理科教育的高中进行财政支持与实行特殊政策的教育制度。超级理科高中制度的实施与管理由独立行政法人日本科学技术振兴机构负责。
根据日本法律与政策的相关规定，日本的中小学校，不管是国立、还是公立或者私立，都必须按照国家规定的教学大纲进行日常的教学工作。在日常教学工作中，不能超越教学大纲或低于教学大纲进行理科教学工作。但是，经过政府认定的超级理科高中则不受这个限制，可以自由地进行高中理科的课程改革。也就是说，超级理科高中不仅可以进行难度和分量较高的理科教学，也可以在理科教学中进行多种多样的教学方法探索，比如，加强科学观察与实验，减少理论知识的传授等。
这个制度开始于2002年，至今已有整整十年的发展历史。该制度的核心是鼓励超级理科高中根据自己的传统优势与特点，进行独创性的理科课程与教学改革的研究与实践。超级理科高中目前已经成为日本高中理科资优生培养的重要基地。为此，以下就对超级理科高中的选拔与管理等方面的具体措施进行详细介绍。
1 超级理科高中的选拔
日本超级理科高中的选拔涉及两个方面：第一，中央政府如何在全国范围内选拔一些高中作为理科高中；第二，这些高中成为超级理科高中后，如何选拔理科资优生。从现有资料的分析结果来看，在高中资优生的选拔上，日本与我国的操作方法比较相似。但是，在政府选拔理科高中的制度上，日本与我国的相关制度有较大区别。
(1) 政府对理科高中学校的选拔
日本超级理科高中与我国的重点中学/示范中学制度有点类似，都是由政府认定并接受政府特殊财政资助的高中。但是，两者的根本区别在于，日本政府对超级理科高中的资助不是采取机构资助而是采取项目资助的形式。资助项目一旦结束，超级理科高中就不再是超级理科高中了。而我国的重点/示范高中一旦被认定为重点高中，就似乎所有课程与教学方面都比别的高中优秀，而且可以终身为重点/示范高中了。这就与实际相差太远，既不利于重点/示范高中本身的提高，也不利于带动其他普通高中的共同进步。
在日本超级理科高中制度中，各个高中申请的项目一般而言都是为培养优秀理科人才而进行的高中理科课程与教学改革项目。也就是说，需要学校向政府有关部门提出申请，申请被采纳后才能成为超级理科高中。政府评审来自高中的申请项目的依据主要有两个：学校进行理科教育的历史传统与成绩、申请项目在理科教育上的创造性与合理性，其中后者是评审的主要依据。评审由专门设立的专家委员会负责实施。超级理科高中选拔中的淘汰率比较高，例如，2011年有89所高中提出了申请，其中，38所高中的申请得到了中央政府的批准，申请中标率仅仅为42.7%。不过需要特别指出的是，超级理科高中本身仍然是一所普通高中，政府仅仅对所申请的项目本身进行财政资助。
超级理科高中的教学与课程改革项目实施周期为5年，所需经费由文部科学省根据项目规模拨付，具体由独立行政法人日本科学技术振兴机构负责。5年的项目实施周期过后，如果已经成为超级理科高中的学校还想继续成为这类高中，就必须重新拟定新的课程教学研究与开发项目，再次提出申请。例如，2011年得到批准的38所高中里，仅有18所是过去曾经得到过日本政府的超级理科高中的认定，更新率为52.6%。可见，超级理科高中的更新率非常高。因此，这个超级理科高中的制度能够激励高中学校通过互相竞争，达到提高全国的高中理科教育水平的目的，最终实现整个国家高中资优生理科教育水平的提高。
而且，在超级理科高中这类学校中，还有一个更为特殊的理科高中群体存在，那就是核心超级理科高中（core super science high school，简称cssh）。顾名思义，这些理科高中是超级高中群体里面的“超级存在”，是日本高中理科资优生教育的中坚力量。与超级理科高中相比，核心超级理科高中的数量更少。例如，2011年的核心超级理科高中仅有20所，而且，从制度开始的2002年至今也不过共有29所核心超级理科高中。核心超级理科高中的更新率比较少。这有利于核心超级理科高中进行更高水平的理科资优生的培养工作。
(2) 理科高中对理科资优生的选拔
在日本超级理科高中的校内，高中在招生时如何对理科资优生进行选拔，政府一般是不加以过问的。因此，各个学校的做法也不尽相同。对此，须从日本高中升学考试的基本制度进行说明。
日本高中分为国立、公立与私立三种类型。私立高中是完全的自主招生，因此在升学考试与招生方式上完全自主于政府控制之外。国立高中与公立高中基本上是采取学区制，即只招收本学区内的居民子女。但是最近若干年，废除学区制招生而采取全地区甚至全国招生的地区与国立、公立高中变得越来越多。
日本高中的招生一般采取考察初中学习成绩与初中推荐书两种，没有升学考试。其中，学习成绩是初中阶段各个时期的学习成绩，而非升学考试成绩。初中推荐书不仅有初中老师与学校对学生的评语，也详细记载了学生在初中阶段参与的各种活动以及活动成绩的情况。初中推荐书对学生能否升入高中的影响更大，可见，高中招生注重学生的综合素质。但是，由于日本已经基本普及了高中阶段教育，所以有很多高中的学生综合素质是很低的。当然，超级理科高中不在其中。最近若干年，随着日本中小学教育制度的改革，很多高中也采取某些特殊的方式进行招生，比如仅仅依靠面试成绩等。同时，日本也有高初中分开的中学与高初中一贯制的完全中学。在完全中学里，一般是本校初中部学生直接升入高中部，完全中学以私立中学为多。
日本超级理科高中的资优生选拔，也没有特别与众不同的地方，仍然是根据综合成绩以及理科特长等方面进行选拔。如前所述，由于日本没有统一的高中升学考试，各个学校的招生自主性相对较高。
2 超级理科高中的理科课程与教学改革内容
超级理科高中之所以会成为日本政府指定的超级理科高中，是因为它一贯的理科教学传统与业绩以及所提出的理科教改项目为政府所承认。也就是说，这些超级理科高中提出的理科教改项目不仅集中体现了日本各个高中对理科资优生培养的共同认识，也体现了政府与社会对高中理科资优教育的基本认识。为此，以下就通过对获得批准的各个具体申请项目的题目及内容进行描述并加以归纳总结，以期发现日本高中理科资优生培养的核心特点。
综合所述可知，日本超级理科高中的基本培养目的是在理科与数学等科目上提高资优生的科学创造能力，而非相应学科知识的系统教育。同时，他们认为，科学创造能力实际上就是科学领域中的问题解决能力。而科学领域中的问题解决能力包括以下几个基本方面：对科学技术的兴趣、关心与好奇心，从事科学技术研究的志向与抱负，科学探索能力，科学的理论思考能力，科学对话能力等具体几个方面。
日本超级理科高中实现上述基本目的的主要方法是进行高中理科课程与教学的改革实验。这些理科课程与教学改革的具体方法大致而言不外如下：初、高中一贯制理科教育课程；综合各种资源，大中小学校联合、学校与社会联合、校际联合进行理科教育。
日本超级理科高中的理数科教育改革具有以下特点：第一，能力教育为主。以科学能力教育为根本，以科学知识教育为辅助。科学能力教育以科学问题解决方法的探索为核心。在能力教育中，几乎不强调系统科学知识的学习。但是，要注意这不是说系统知识的学习不重要，而是说知识学习在其次，不能喧宾夺主，抢占能力培养的时间与空间；第二，强调能力培养的自我性与主动性。不是教师教会学生在科学研究与科学实验中应该怎么做，而是学生在科学研究与实验中自己探索应该怎么做；第三，具有地方特色。照顾到本校与本地区的科学实践的传统与特色。本地区的高校与科研机构以及本地区的生产企业中科学技术的优势是理科特色高中最优先考虑的教学内容；第四，追求科研教学活动的实际应用性。强调以科学的问题与课题为中心，强调从生产实践与科研实践第一线学习科学技术知识。这与第三点的地方特色有密切关系；第五，理科教育的综合性。强调科学知识技能的综合性，科学知识与技术本来就是综合的，这与其上述的实践性密不可分；第六，强调国际性。认为所培养的未来科技人才必须具有国际水准，能够活跃于国际舞台。当然这种国际性不是与本国、本地区脱节的国际性，而是有着鲜明地方特色的国际性。总而言之，其改革内容主要体现在两个方面，即超级理科高中的理科教学教什么（涉及理科资优生人才规格及理科教育的内容）与如何教（关键是教学指导方法而不是以教材为核心的课程）。
3 超级理科高中的管理
要使超级理科高中制度实现预定的目的，也就是能够较好地培养理科资优生，对超级理科高中的科学管理与合理监督必不可少。日本政府对超级理科高中的管理与监督主要体现在以下两个方面：来自制度本身的激励和对项目进行的中期评价。
(1) 来自制度本身激励的管理方式
日本政府对超级理科高中没有实行任何行政管理的措施，而是让超级理科高中制度本身发挥项目管理的重要作用。日本超级理科高中制度由于设计合理，本身就具有极强的科学管理性。这种管理的科学性主要体现在以下两个基本方面：第一，超级理科高中采取项目资助而非机构资助；第二，项目具有周期性。
超级理科高中采取项目资助而非机构资助使该制度具有极强的针对性的管理效果。这种管理作用体现在以下三个方面：首先，项目资助方式有利于政府评审项目的可行性与合理性，因为项目申请时，项目的内容与目标必须具体清楚；有利于财政拨款的专款专用，提高财政拨款的使用效率。项目资金的来源与用途都必须事前被清晰地规定，制度规定上不会存在任何被挪用或滥用的漏洞；有利于政府按照申请项目所拟定的项目程序进行项目实施过程监督；有利于政府惩罚项目进行不力的高中。由于项目的目的、方法与手段、过程与程序都在事前得到详细说明，因此政府很容易发现各个高中实施具体项目的效果。
项目的周期性是说项目的实施具有一定的时间限制。具体来说，就是每一个课程与教学改革项目的实施周期为5年。5年结束后，不管实施结果如何，该学校就不再是政府认定的超级理科高中了。如果该学校仍然想成为政府认定的超级理科高中，就必须重新申请。当然，以前在超级理科高中项目中，实施认真并确有较好成果的高中肯定在新一轮的项目申请中，获得政府重新认定为超级理科高中的可能性很大。项目的周期性有利于调动各个学校按照项目本身进行课程与教学改革的积极性，也有利于在不同高中之间形成教学改革的竞争氛围。
(2) 中期评价监督
对于超级理科高中所实施的课程与教学改革项目，政府有关部门要实行中期评价。其实，我国的教育改革也有中期评价制度存在，因此乍一看来，日本的制度也无任何新奇之处。但是，中期评价制度的有效与否，关键还在于中期评价是否流于形式。对于我国的中期评价制度是否流于形式，研究者已经有很多研究与评价，这里不再赘述。这里想重点分析的是，日本的制度是如何避免让教育政策实施过程的中期评价流于形式，反过来说，就是如何让中期评价发挥其应有的监督与控制作用呢？
中期评价的目的是促进项目的顺利进行。因此，要想发挥中期评价应有的作用，就必须在中期评价中采取宽严相济的评价方法。所谓“严”就是必须设定严格的等级评价标准，并严格按照标准对项目进行结果评价；所谓“宽”就是评价意在改进项目，并非要把进行过程与效果不好的项目打入冷宫。所以，在中期评价中，项目改进的具体意见的提出很重要。日本超级理科高中的中期评价就较好地体现了宽严相济的思路。以下就以2011年对2009年项目的中期评价结果为例进行说明。当然，日本超级理科高中的中期评价是由政府有关部门设立的评价专家委员会主持的外部评价。
2009年获得政府认定的超级理科高中项目，2011年则为项目实行的第三个年度，所以就到了对项目进行中期评价的时期。日本超级理科高中的课程与教学改革项目的中期评价的结果分为三等：第一等，完全实现了项目预定的目标，第二等，大致实现了项目预定的目标，第三等，几乎没有实现项目预定的目标。2009年的超级理科高中的中期评价中，共有31所高中进行了中期评价，其中，7所超级理科高中获得的评价结果为第一等，24所超级理科高中获得的评价结果为第二等。没有一所超级理科高中获得第三等的结果评价。严格把关获得第一等的数量，不给予最低等的评价这一做法本身就体现了宽严相济的原则，这与中期评价本身的促进项目进行的基本目标相吻合。这与我国目前实施的大部分教育评价的评价结果都是优的做法明显有本质不同。
仅仅对项目实施结果是否符合预定目标进行分等，也不是中期评价的最终目的。如前所述，中期评价的最终目的在于促进项目实施，所以，对项目的进行过程提出中肯的改进意见非常重要。在中期评价中，评价委员会对24所评价结果为第二等即一般的理科超级高中都提出了中肯且具体的项目改进意见，以利于今后项目实施过程中加以改进。这也与我国大多数教育评价给出评价结果就完事的常见做法有所不同。
（二） 让理科资优生参加各种理科竞赛