Las actividades experimentales son acciones planificadas didácticamente que implican que los estudiantes diseñen y/o gestionen dispositivos que permiten el reconocimiento, manipulación y medición de variables (independientes, dependientes y de control) para que a partir del tratamiento del dato y su inherente incertidumbre puedan analizar los resultados y proceder a la consiguiente identificación de estos con un modelo disciplinar.

Idoyaga, I. (2022). El Laboratorio Extendido: Rediseño de la actividad experimental para la enseñanza de las ciencias naturales. Revista Electrónica de Divulgación de Metodologías emergentes en el desarrollo de las STEM, 4(1), 20-49.

 Gabriela Lorenzo (2020) recopila en su artículo, desde distintas fuentes bibliográficas, los siguientes propósitos didácticos para las actividades experimentales:

• Desarrollar habilidades manuales, inquisitivas, de investigación, organizativas y comunicativas.
• Favorecer el aprendizaje de conceptos (por ejemplo, hipótesis, modelos teóricos, categorías taxonómicas).
• Promover actividades cognitivas (pensamiento crítico, resolución de problemas, aplicación, análisis, síntesis, entre otras).
• Facilitar la comprensión de la naturaleza de la ciencia y de la empresa científica, el trabajo de los científicos, la existencia de múltiples métodos científicos, las relaciones entre la ciencia y la tecnología y entre diversas ciencias entre sí.
• Estimular actitudes como curiosidad, interés, objetividad, confianza, perseverancia, tomar riesgos, satisfacción, responsabilidad, consenso y colaboración.
• Servir para la enseñanza de los diferentes métodos y técnicas que se utilizan en la actividad experimental, tales como familiarizarse con el equipamiento de los laboratorios, hacer mediciones, observaciones, registrar datos, planear experimentos, etc.
• Ilustrar, ejemplificar o complementar las clases de tipo teóricas, lo que Seré (2002) denomina "la práctica al servicio de la teoría", que provoca una "visión distorsionada" del trabajo científico. A esta aplicación se le atribuye gran parte del fracaso de este tipo de prácticas.
• Promover ciertas actitudes hacia la ciencia, como el interés, la motivación y la satisfacción, y por otro, las actitudes científicas, como el pensamiento independiente y crítico, la objetividad, la responsabilidad, entre otras.

Independientemente del propósito, las prácticas experimentales deberían convertirse en un espacio donde el error, la prueba, la superación del fracaso formen parte de los contenidos de aprendizaje.

Tanto Gabriela Lorenzo (2020) como Ignacio Idoyaga (2022) reconocen dos grandes tipos de procedimientos que pueden ser objeto de aprendizaje en una actividad experimental: procedimientos intelectuales y procedimientos sensoriomotores.

1. Los Procedimientos Intelectuales incluyen los Procedimientos Intelectuales de Reconocimiento (PIR) y los Procedimientos Intelectuales de Control (PIC). Los primeros, PIR, permiten a los estudiantes reconocer determinado objeto o suceso y vincularlo a algún aspecto de un modelo disciplinar (por ejemplo, la identificación de variables dependiente, independiente y de control). Los segundos, PIC, son los que se ponen en juego a la hora de supervisar una acción y tomar decisiones sobre alguna situación para ejercer cierto grado de control sobre la misma (por ejemplo, la definición y el uso de valores de corte en el marco de una actividad experimental).
2. Los Procedimientos Sensoriomotores incluyen Procedimientos Sensoriomotores de Acción (PSA) y Procedimientos Sensoriomotores de Observación (PSO). Los primeros, PSA, involucran las acciones relacionadas a la motricidad fina con el objetivo de modificar el sistema de trabajo de la actividad experimental (por ejemplo, la manipulación de instrumental). Los segundos, PSO, implican la especialización de los sentidos, que permite significar hechos como datos de una observación (por ejemplo, reconocer el punto final en una valoración colorimétrica o alguna estructura particular en una observación microscópica).

Gabriela Lorenzo (2020) hace una distinción importante entre el concepto de experimento y el de actividad experimental:

1. Un experimento incluye un conjunto de actividades, acciones o situaciones en las que el resultado es, además de hipotético, incierto. Los experimentos son los que suelen llevarse a cabo en las situaciones «reales» de la práctica científica, donde el investigador planifica la actividad sobre la base de su conocimiento controlando determinadas variables y a la espera de un resultado que no siempre cumple con sus expectativas. No es común que en una actividad de enseñanza se incluyan verdaderos experimentos.
2. En cambio, una actividad experimental hace referencia a un conjunto de actividades, acciones o situaciones propuestas por los docentes para su enseñanza en la que el resultado, aunque es desconocido (y hasta sorprendente) para los estudiantes, está predeterminado por una teoría consensuada científicamente, planificado didácticamente y cuyo objetivo primordial es que los estudiantes aprendan algún contenido disciplinar seleccionado de modo intencional, que puede ser algún concepto, técnica, destreza, actitud o una combinación de ellos.

Por su parte Ignacio Idoyaga (2022) clasifica las actividades experimentales en:

1. Actividades Experimentales tipo Ejercicios. Son actividades diseñadas para desarrollar técnicas y destrezas prácticas. Es decir, están en íntima relación con los PSA.
2. Actividades Experimentales tipo Experiencias. En estas actividades se busca que los alumnos tomen conciencia de la ocurrencia de determinados fenómenos naturales. Están vinculadas a los PSO y PIR.
3. Actividades Experimentales tipo Investigaciones. Son actividades en las que los estudiantes tienen la oportunidad de enfrentarse a tareas  cuyo desarrollo  y resultados son más o menos inciertos, y ejercitarse en la resolución de problemas. Guardan relación con los procedimientos intelectuales.

Onno de Jong (2011) explica que "algunas décadas atrás, la educación (química) fue fuertemente influenciada por la teoría psicológica del conductismo descriptivo (Skinner, 1953)". En este contexto, las tareas de laboratorio incluían (y muchas veces aún lo hacen) proyectos tipo “receta de cocina”, en las que los estudiantes siguen al pie de la letra las indicaciones del docente. En consecuencia, muchos estudiantes no lograban alcanzar una visión clara de los contenidos, ni tampoco adquirir habilidades relativas al quehacer científico.

También de acuerdo a Onno de Jong (2011), "en estos momentos, la educación (química) se ve fuertemente influenciada por la teoría psicológica del constructivismo social
(Fensham, Gunstone y White, 1994). [...] En línea con esta perspectiva moderna sobre la enseñanza y el aprendizaje, los trabajos prácticos para los estudiantes de química consistirían en proyectos de “investigación” que dejaran a los problemas, las respuestas y los métodos de investigación más abiertos para los estudiantes."

Dentro de enfoques surgidos en las últimas décadas, como el aprendizaje basado en problemas (ABP) o cursos con estructura problematizada, es necesario repensar las actividades experimentales para que respondan a una organización "abierta". Onno de Jong (2011) caracteriza la apertura de una actividad experimental de tipo investigativo en función de sus "grados de libertad":