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近30年来，学习科学研究揭示了人是如何学习的，脑科学的进展促使神经教育学诞生，从科学教育实践中也不断提出了新的问题和挑战。一方面运用探究式的学习方法，必然比直接由教师讲授知识需要用更多的课时，另一方面，知识的增长速度越来越快，对学生综合解决问题能力的培养变得越来越重要，选择学习内容，以提高科学教育有效性的问题更加突出了。在总结上世纪的科学教育实践以后，一些科学教育研究者们认为，上世纪90年代提出的探究式科学教育方法，虽然已经反思了70年代发现式学习的弯路，强调了有引导的探究；反思了只强调过程不结合科学概念的过程式探究方法，强调了过程和科学概念的结合，不仅要动手还要动脑，等等。然而，探究式教学的成效仍然不能令人满意，一些探究课有活动，而无理解的过程；探究式科学教育只是针对零散的科学概念进行探究，没有强调核心概念和模型(大概念，Big Idea)；有一些标准罗列了太多的概念，相互之间没有联系，没有层次和有意义的序列，学生在年级之间的学习缺乏联系。
在本世纪初，我们认为某些案例是比较典型的科学探究案例，从法国引入后，用于教师培训。例如经常使用的“单摆的案例”，比较容易让教师体验探究的过程，很容易发动起大家参与探究的热情，探究的5个步骤也比较典型。其探究的题目是“什么因素影响单摆的摆动频率”。经过假设、实验，最后通过实际的观察和单变量实验，证明影响单摆频率的因素是单摆的绳长。这个案例中探究的是一个科学内容，也是一个过程很典型的科学探究活动。但是10年以后的今天回过来审视，这个案例用于起步阶段的教师培训，以帮助教师进入探究式科学教育，是有益的，而作为学生的学习教案却是不合适的。
表1中给出了目前通用的探究法和基于模型的探究法之间的比较，说明基于模型的探究法有利于学生有效地学习科学概念，同时学习过程中可以加深对科学本身概念的体验。图1中所表示的是基于模型的探究学习中的5个要素，它们可以表述为：
◇设置一个比较广泛的学习背景：教师选择关键的科学现象，这些现象跟学生已有的经验相联系，是适合于对某个自然现象作出解释的。
◇明确我们已经知道什么和我们希望知道什么：学生根据给出的信息和已有的经验对现象进行表述；提供一个能够解释现象的模型结构；提出一个具有模型内涵的问题。
◇产生假设：假设中包含了模型中变量之间的关系，而不是简单的预测，涉及不同的可以比较的假定和可以比较的模型。
◇寻求实证：用实践来检验不同的假定。这些方法包括：可控的和非可控的实验，进行相关的信息收集，分析已有的数据和信息，在讨论中引用多种形式的观察结果，从模型出发与数据进行比较，看是否一致。
◇建构一个论点：对所研究现象作较深入的描述，根据实证获得的数据，得出对所研究现象的解释；认识到还可能有其他的解释；说明如何根据实证需要，修正原来提出的模型。
同样是5个要素，在内涵上已经不同了。对小学生来说，由于还处于学习科学的初始阶段，这种差别在小学阶段表现得不如中学科学教育那么明显。小学阶段主要以建立可以直接观察到的概念为主。但是，教师应该了解基于模型的探究，这样才能在探究中不仅让学生学到科学概念，还能体验到有关科学本身的概念，即什么是科学。当然，为了掌握某个主要的概念，运用什么具体的事例和现象是可以选择的，标准应该体现一定的灵活性，应该和学生熟悉的环境与问题相联系，这样有助于调动学生的学习主动性，也有利于理解科学与社会的关系。
在本世纪初，我们认为某些案例是比较典型的科学探究案例，从法国引入后，用于教师培训。例如经常使用的“单摆的案例”，比较容易让教师体验探究的过程，很容易发动起大家参与探究的热情，探究的5个步骤也比较典型。其探究的题目是“什么因素影响单摆的摆动频率”。经过假设、实验，最后通过实际的观察和单变量实验，证明影响单摆频率的因素是单摆的绳长。这个案例中探究的是一个科学内容，也是一个过程很典型的科学探究活动。但是10年以后的今天回过来审视，这个案例用于起步阶段的教师培训，以帮助教师进入探究式科学教育，是有益的，而作为学生的学习教案却是不合适的。
表1中给出了目前通用的探究法和基于模型的探究法之间的比较，说明基于模型的探究法有利于学生有效地学习科学概念，同时学习过程中可以加深对科学本身概念的体验。图1中所表示的是基于模型的探究学习中的5个要素，它们可以表述为：
◇设置一个比较广泛的学习背景：教师选择关键的科学现象，这些现象跟学生已有的经验相联系，是适合于对某个自然现象作出解释的。
◇明确我们已经知道什么和我们希望知道什么：学生根据给出的信息和已有的经验对现象进行表述；提供一个能够解释现象的模型结构；提出一个具有模型内涵的问题。
◇产生假设：假设中包含了模型中变量之间的关系，而不是简单的预测，涉及不同的可以比较的假定和可以比较的模型。
◇寻求实证：用实践来检验不同的假定。这些方法包括：可控的和非可控的实验，进行相关的信息收集，分析已有的数据和信息，在讨论中引用多种形式的观察结果，从模型出发与数据进行比较，看是否一致。
◇建构一个论点：对所研究现象作较深入的描述，根据实证获得的数据，得出对所研究现象的解释；认识到还可能有其他的解释；说明如何根据实证需要，修正原来提出的模型。
同样是5个要素，在内涵上已经不同了。对小学生来说，由于还处于学习科学的初始阶段，这种差别在小学阶段表现得不如中学科学教育那么明显。小学阶段主要以建立可以直接观察到的概念为主。但是，教师应该了解基于模型的探究，这样才能在探究中不仅让学生学到科学概念，还能体验到有关科学本身的概念，即什么是科学。当然，为了掌握某个主要的概念，运用什么具体的事例和现象是可以选择的，标准应该体现一定的灵活性，应该和学生熟悉的环境与问题相联系，这样有助于调动学生的学习主动性，也有利于理解科学与社会的关系。