从仪器分析实验“课程思政”建设背景出发，挖掘实验教学中所蕴含的社会责任感等思政元素，探讨学科知识与思政元素深度融合的策略与方法；采用“自主设计”与“虚实结合”实验教学方法，构建了“电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定家乡饮用水源金属元素含量”综合实验教学模式，在“自主设计”环节显性地融入了“社会责任感提升”等思政主题，在“虚实结合”环节则隐性地引入了“朋辈榜样”等思政元素，实现了思政元素在实验过程中的多方位深度融合。实践表明，“自主设计+虚实结合”的综合实验教学模式可以较好地将实验教学内容、教学方法与思政元素多维度深度融合，实现学生自主学习积极性的提升，有利于学生综合实验技能和科学素养的协同并进。