در سالهای ۱۸۷۰ میلادی آموزش علوم تحت تاثیر نظریات اسپنسر^[۱۹] و پیدایش علاقه جمعی به علوم و تکنولوژی ، علم به عنوان زمینه مطالعه وارد مدرسه شد و اولین سازماندهی برنامه علوم در مدارس ابتدایی صورت گرفت .
در سالهای ۱۸۹۰ میلادی تحت تاثیر نظر « جی استانلی هال ^[۲۰]» جنبش مطالعه طبیعت پایه گذاری شد .
با آغاز قرن نوزدهم میلادی آموزش علوم به طور جدی در مدارس و دانشگاه ها آغاز شد و بخشی از برنامه های درسی را به خود اختصاص داد .
در ابتدا کتاب خاصی تحت عنوان علوم تجربی وجود نداشت تا این که در اواخر قرن نوزدهم میلادی نخستین کتابهای علوم که به مطالعه برخی اشیا و موجودات زنده و غیر زنده می پرداخت تحت عنوان « علم الاشیا » در مدارس رایج گردید . آموزش این کتاب در این دوران بیشتر به مشاهده ی ساده برخی اجسام و موجودات و مطالعات وضعیت آنها محدود می شود.
در این دوره تاکید بر آن بود که آشنایی با محیط از طریق مشاهدات دست اول صورت پذیرد تا از طریق کتابها و این عقیده به سرعت همگانی شد و جنبش مطالعه طبیعت رو به رشد گذاشت ( ویکتور ،نوقابی، ۱۳۷۴ ، ص ۱۴ ) .
به هر حال تقریبا از ابتدای امر این حرکت باموانع و انتقادهایی رو به رشد که با گذشت زمان نه تنها کم نشد ، بلکه افزون گشت . در ابتدا مطالعه طبیعت به وسیله کسانی که متخصص رشته علوم و هم آموزگاران چیره دستی بودند تدریس می شد و این آموزگاران قادر بودند که مطالعه طبیعت را برای کودکان به صورت یک آموزش تجربی فراموش نشدنی و پویا در آورند و در صورتی که این امر به عهده آموزگاران کم تجربه و یا بدون پشتوانه علمی سپرده شد ، مطالعه طبیعت به شکل بسیار بدی در آمد(همان منبع،ص۱۵).

با این وصف ، در طی قرن نوزدهم ، شکل گیری موضوعات علمی در کشورهای مختلف و چگونگی سازش برنامه های درسی با این موضوعات و چگونگی آموزش علوم متفاوت بوده است . بدین ترتیب سیر تحولات برنامه های درسی علوم در فاصله سالهای ۱۸۵۰ تا ۱۹۱۶ دارای ویژگی های ذیل می باشند(همان منبع،ص۱۵).
۱-۳-هدف از آموزش : هدف از این آموزش ها ، آماده کردن افراد برای ورود به دانشگاهها و کسب مدرک بوده و آموزش به عنوان وسیله ای برای تقویت و تمرین قوای فکری و رشد هوشی دانش آموزان استفاده می شد .
۲-۳-محتوای کتاب های درسی : محتوای این برنامه ها را بخشهایی از علوم محض را تشکیل می داد که متخصصان علوم محض آن بخش هایی را که به نظرشان اساسی و مهم می رسید و انتخاب می کردند و در کتابهای درسی علوم به خصوص دوره ابتدایی می گنجانیدند .
۳-۳-روش آموزش : در ابتدا مبتنی بر مشاهده طبیعت صورت می گرفت ، سپس با تدوین و تالیف کتابهای درسی علوم ، روش سخنرانی مورد استفاده قرار گرفت .
۴-۳-شیوه ارزشیابی : بر اساس معلومات که دانش آموزان به طور طوطی وار حفظ کرده بودند آنها مورد ارزشیابی قرار می گرفتند .

۴ ـ از ۱۹۱۶ تا ۱۹۵۰ میلادی

در سال ۱۹۱۶ میلادی آموزش علوم تحت تاثیر نظرات جان دیویی^[۲۱] قرار گرفت در این سالها دیوی کتاب دموکراسی و آموزش و پرورش را نوشت که از آثار تربیتی کلاسیک قرن بیستم شد و با دیدی پیشرو عمل گرایانه از آموزش و پرورش به عنوان نیروی بازسازی فردی و اجتماعی و میان مقتضیات فردی و اجتماعی توازن ایجاد کرد و آموزش علوم هم تحت تاثیر فلسفه پراگماتیسم قرار گرفت ( کانل،افشار ۱۳۶۸ ، ص ۳۱۹ ).
فعالیتهای آموزشی او از خصلتهای غریزی و نگرش های کودکان سرچشمه می گرفت و یادگیری فعال و کسب تجربه بر همه چیز تقدم داشت ( صفوی ۱۳۶۵ ، ص ۵۵ ) .
در سال ۱۹۲۰ میلادی « کرگ^[۲۲] » در تحقیق خود پیرامون آموزش علوم این هدف را داشته است که برنامه ی علوم کودکان را متحد الشکل سازد و بر اساس کلیت دادن به مفاهیم قرار دهد به گونه ای که خود مرز بین رشته های مختلف تحصیلی از بین برود ، این امر سبب ایجاد طرح مفهوم دار در آموزش علوم شد ، طرحی که امروز همچنان کاربرد دارد و شامل مکان ، زمان ، دگرگونی سازگاری بنیابین و تعادل می باشد . مجموعه کتابهای درسی در زمینه علوم در مدارس ابتدایی ، بر اساس این طرح توسعه کرگ و همکارانش تدوین شد که بسیاری از مدارس از آن استقبال کردند ( اسپادک ،نظری نژاد ۱۳۷۴ ، ص ۱۷۱ ) .
سال ۱۹۳۰ میلادی تدریس علوم در مدارس واقعی آغاز شد و سبب توسعه آموزش علوم و تبدیل آن به یک بخش کامل پویا و محتوایی برنامه های درسی علوم ، در مدارس ابتدایی گردید این حرکت در ابتدای امر با کندی صورت گرفت اما بعدها از استقبال و حمایت روز افزون کشورهای مختلف جهان بهره مند گردید .
در سال ۱۹۳۲ میلادی تحولی در آموزش علوم در دوره ابتدایی رخ داد . انجمن ملی بررسی تعلیم و تربیت ، سی یکمین کتاب سالانه خود را که منحصرا درباره تدریس علوم در مدارس بود منتشر کرد . پیشنهاد این کتاب برنامه پیوسته علوم از کودکستان تا کلاس دوازدهم بود ( ویکتور،نوقابی ودیگران ۱۳۷۴ ، ص ۱۴ ) .
به طور کلی در این سالها ، برنامه های علوم دچار تحولات اساسی قرار گرفت و اگرچه تدوین و تالیف کتابهای درسی بر اساس یافته های روان شناسی صورت می گرفت و به تفاوتهای فردی دانش آموزان توجه می شد و کوششهای زیادی در جهت برنامه های درسی فعال صورت گرفت ولی نتیجه این تلاشها آن چنانکه باید به بار نشست و وظیفه تحول برنامه های درسی علوم به دوره های بعد محول شد .
سیر تحولات برنامه های درسی علوم در فاصله سالهای ۱۹۱۶ تا ۱۹۵۰ میلادی دارای ویژگی های ذیل می باشد :
۱-۴-هدف از آموزش: از سویی به جنبه های تکنولوژی و عملی علوم و از سوی دیگر به آماده کردن دانش آموزان برای کارهای عملی و حل مسائل روزانه زندگی اهمیت داده می شد.
۲-۴- محتوای برنامه ها : برنامه های درسی کلا تغییر کرد و از دانشمندان علوم محض به معلمان سپرده شد و تدوین و تالیف کتابهای درسی بر اساس یافته های روان شناسی صورت گرفت و به تفاوتهای فردی و میزان استعداد دانش آموزان توجه می شد .
۳-۴-روش آموزش : روش سخنرانی اهمیت کمتری پیدا کرده بود و به تدریج فعالیتهای آزمایشگاهی بیشتر شد و در نتیجه بیشتر به کشف مطالب به وسیله دانش آموزان اهمیت داده شد .
۴-۴- شیوه ی ارزشیابی : اگرچه در شیوه ارزشیابی تحولاتی صورت گرفت و با توجه به جنبه های حیطه شناختی « فهم » ، درک ، ترکیب و قضاوت تنظیم می شد ولی در عمل ، ارزشیابی دانش آموزان تا حدود زیادی به میزان سنجش معلومات آنها توجه داشت(همان منبع،ص۱۷۹).

۵ ـ از ۱۹۵۰ تا ۱۹۸۰ میلادی

در سال ۱۹۵۰ میلادی ، برنامه های واقعی و قابل قبول علوم دبستانی کمتر به چشم می خورد و برنامه های عملی مدارس ابتدایی عمدتا شامل درسهایی بر مبنای گفتار معلم و خواندن دانش آموز بود که در آنها از کتاب درسی به عنوان وسیله ای برای یادگیری واقعیت ها و برخی از اصول علمی استفاده می شد حجم کارهای آزمایشگاهی سودمندی که در سطح ابتدایی ادامه می شد نیز بسیار محدود بود( جمعی از صاحب نظران و کارشناسان یونسکو ، ۱۳۶۵، ص ۷۸ .
در سال ۱۹۵۷ میلادی نقطه عطف تحول آموزش علوم بود که فرایند علوم اطلاعات اساسی پیدا کرد . در این سال روسها توانستند اولین سفینه فضایی خود به نام « اسپوتینگ^[۲۳] » را به فضا پرتاپ کنند این امر موجب شد آمریکاییها که خود را در این زمینه نسبت به روسها عقب مانده تر احساس می کردند در برنامه های عمومی آموزش علوم و روش تدریس آن تجدید نظر کنند و از همین جا است که حمایت بی دریغ سازمانهای دولتی و موسسات خصوصی از برنامه های وسیعی که به منظور توسعه و گسترش آموزش و فراگیری علوم در مدارس طرح ریزی شده بود شروع شد. چنان که در ایالت متحده آمریکا ، دانشگاه ها ابتکار عمل را در دست می گیرند . آنها با شگفتی تایید می کنند که کتابهای درسی علوم از ابتدای قرن تاکنون تغییرات اساسی نداشته است و بیان می کنند که علم به صورت مجموعه ای از واقعیات تغییر ناپذیر ارائه شده است و روحیه اکتشاف با همه لزوم خود وجود نداشته است میلاره- ژان ویال، شجاع رضوی ۱۳۷۱، ص۳۸۰). به همین منظور کنفرانس « ودرهول^[۲۴] » تشکیل گردید و نتیجه کنفرانس کتابی بود به عنوان « فرایند آموزش و پرورش » که به وسیله ی « برونر^[۲۵] » انتشار یافت که خطوط کل تحولات آموزش علوم و برنامه های درسی را در سالهای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ میلادی روشن کرد و آنها عبارت بودند از :
الف ـ مرتبط بودن محتوا و هدفهای آموزش علوم بر حسب ساختار رشته ها و فرآیندهای آموزش علوم می باشد .
ب ـ روش آموزش بر اکتشاف و پژوهش در امر یادگیری تاکید می کند به این معنی که یادگیرنده باید در امر یادگیری به طور فعال شرکت داشته باشد.
ج ـ کتابهای درسی علوم نقش تسهیل کننده فرایند اکتشاف است(همان منبع،ص۳۸۴).
بدین ترتیب کنفرانس « ودزهول » تغییرات بنیادی در اهداف ، روش های تدریس و محتوای کتابهای درس علوم در آمریکا را به وجود آورد به تبع بسیاری از برنامه های جدید علوم در اروپا و سایر کشورهای دیگر مثل انگلستان طراحی و به اجرا گذاشته شد(همان منبع،ص۳۸۴).
به عنوان مثال :
پروژه هایی که برای آموزش علوم در کلاسهای دبیرستان طرح ریزی شده بود گسترش داده شد و این کار طبیعی بود زیرا تدریس جداگانه رشته های مختلف علوم از قبیل فیزیک ، شیمی ، و زیست شناسی برای اولین بار از دوره دبیرستان شروع می شود و همچنین به دلیل آن که عده ی زیادی از دانش آموزان تصمیم رفتن به کالج را دارند ، رشته تحصیلات فیزیک اولین طرح آموزش علوم در دوره ی دبیرستان بود « PSSe^[26]» طرح مقدماتی شیمی زنجیره ای « Cba^[27]» مطالعه ماده از جهت ساختمان شیمیایی « CHEM^[28]» دوره آموزشی علوم زیست شناسی « ^[۲۹]BSCS» طرح آموزش زمین شناسی « ^[۳۰]ESCP» طرح فیزیک هاروارد « ^[۳۱]HPP» طرح آموزش مفاهیم مهندسی « ^[۳۲]ECCP» به وجود آمد . ( ویکتور،نوقابی ودیگران ۱۳۷۴ ، ص ۱۵ و ۱۶ ) .
این نهضت نوآوری بسیار فعال باقی ماند چنان که هنوز هم در سال ۱۹۶۰ میلادی می توان از ۳۰۰ پروژه اصلاحی یاد کرد که نیمی از آنها در ایالت متحده آمریکا در دست اجرا است . در اروپای غربی سازماندهی این امر از راه تحقیقات تربیتی صورت می گیرد و کار اصلی سه موسسه ، ادامه توسعه تحقیقاتی در این زمینه می شود . این موسسات عبارتند از بنیاد « نوفلید^[۳۳] » موسسه موسوم به « اپین دکیل^[۳۴] » و « موسسه اینرپ^[۳۵]» ( بخش مربوط به علوم و محیط ) ، گذشته از آن که تعدادی از دانشگاهها مانند دانشگاه پاریس و دانشگاه ژنو به این تحقیقات ادامه می دهند ( میالاره ، ژان ویال،شجاع رضوی ۱۳۷۱ ، ص ۳۰۱) .
آنچه که این طرح ها به ما آموخته اند؟
الف ـ از لحاظ محتوا این طرحها به ما فهمانده اند چه مواد تازه ای باید به برنامه آموزش اضافی شود مانند فیزیولوژی و بوم شناسی در زیست شناسی و چه عناصری می تواند از برنامه حذف گردد ، آنها تلاش کرده اند به گونه ای عمل کنند که محتوای آموزش منعکس کننده ساختار رشته آموخته شده باشد و اصولا بر محور مفاهیمی که کسب آنها دارای اولویت است دور بزند نه آن که انبوهی از وقایع خوبی یا اتفاقی را مدنظر قرار دهند. ب ـ این طرحها در ضمن رعایت برخی از حدود را روشن ساخته اند که باید بین رشته های مختلف علمی تفاوت قائل شویم و بر روی منافع یک آموزش علمی مختلط تاکید شود .
ج ـ آموزش علمی نمی تواند با یادگیری یک محتوا محدود شود زیرا آموختن مفاهیم جدا از آموختن روش ها نیست .
د ـ این کاربرد آرمانها گویا از لحاظ راهنمایی معلمان به منظور روشن ساختن خط مشی تربیتی خود بسیار مفید است زیرا تفویض انعطاف بیشتری به برنامه را میسر می سازد (همان منبع ص،۳۰۲).
بدین ترتیب این طرح ها به ویژه سبب شده اند که کلا کانون توجه آموزشی تغییر کند به طوری که از این پس موضوع مهم در انسجام درس داده شده از سوی معلم نیست ، بلکه آموختن قبلی دانش آموز است و شولمن و تایمر^[۳۶] ویژگی برنامه های درسی علوم را در این دهه به این شرح برشمرده اند ، برنامه های درسی جدید علوم نسبت به برنامه های قبلی از لحاظ علمی به هنگام تر شده و در آنها از سادگی اولیه کتابهای قدیمی خبری نیست و با بهره گرفتن از روش های علمی علوم جمع آوری اطلاعات می شده است .
به طور کلی سیر تحولات برنامه های درس علوم در فاصله سالهای ۱۹۵۰ تا ۱۹۸۰ میلادی دارای ویژگی های ذیل می باشد(طالعی فرد۱۳۸۳،ص۲۷).
۱-۵-هدف از آموزش : شناخت محیط و سازش خلاق با آن و توجه به تعلیم و تربیت افراد از دوران کودکی به عنوان هدف آموزشی در نظر گرفته شد و به جنبه های مختلف رشد کودک توجه شد(همان منبع،ص۲۷).
۲-۵-محتوای برنامه ها : برنامه ریزان تلاش کردند که محتوای آموزش منعکس کننده ساختار رشته آموخته شده باشد و اصولا بر محور مفاهیمی که کسب آنها دارای اولویت است دور بزند ، نه آن که انبوهی از وقایع فرعی یا اتفاقی را مدنظر قرار دهند(همان منبع،ص۲۷).
۳-۵-روش آموزش : روش اکتشافی از اهمیت خاصی برخوردار بود ، زیرا باعث می شد یادگیرنده مواد آموزشی را با ساخت شناختی خود یکپارچه کند و بتواند آنچه را که آموخته است در موقعیت های جدید به کار برد و نقش معلم در این برنامه ها با نقش قبلی آنها متفاوت شده ، زیرا آنها باید علوم را به عنوان پژوهش و از طریق شیوه های اکتشافی تدریس کنند .
۴-۵-شیوه ارزشیابی :شیوه ارزشیابی های مرسوم و سنتی قبل که فقط میزان معلومات دانش آموزان را اندازه گیری می کرد منسوخ شد .
طراحی و تدوین برنامه های علوم ، با توجه به نظرات برونر ، پیاژه و شواب صورت گرفت(طالعی فرد،۱۳۸۳ص،۲۸).

۶ ـ از ۱۹۸۰ تا ۲۰۰۰ میلادی

در سالهای ۱۹۸۰ تا ۲۰۰۰ میلادی تغییر و تحولات جدیدی به تدریج در برنامه های درسی علوم به وجود آمد ، این برنامه ها تاکید بر تجربه مستقیم دانش آموز و درگیری او در امر یادگیری اساس برنامه علوم را تشکیل می داد . در این برنامه ها به علایق و قابلیت فراگیران توجه می شد و تلاش می شد دانش آموزان از طریق ارتباط بین معلومات گذشته و دانش جدید یادگیری آنها صورت بگیرد(همان منبع،ص۲۸).
به طور کلی سیر تحولات برنامه های درسی علوم در فاصله سالهای ۱۹۸۰ تا ۲۰۰۰ مسلادی دارای ویژگی های ذیل می باشند:
۱-۶-هدف از آموزش : هدف اصلی برنامه های درسی باید با سوادی علمی باشد ، منظور ازسواد علمی کسب مهارت های عقلانی و دانش ضروری برای اخذ تصمیمات معتبر باشد به عبارت دیگر هدف آموزش علوم باید برای پرورش آگاهی دانش آموزان فرصت مناسب را فراهم کرده و قضاوت اخلاقی و ارزشها را بر پایه محکم دانش علم و فنی بنیان نهد و در تصمیم گیری ها به داده ها و شواهد اهمیت دهد(همان منبع،ص۲۸).
۲-۶- محتوای برنامه های درسی : بخشی از برنامه های درسی علوم باید بر اساس مسائل جاری و نیازهای اجتماع باشد و بخشی از آنها باید بر اساس نیازهای شخصی باشد و دانش علمی و تکنولوژی روزهم در برنامه ها گنجانده شود(طالعی فرد۱۳۸۳،ص ۳۰).