小學科學課程無論是教材的編寫，還是教學過程、教學方法的的確立，都是有其理論依據的。盡管理論有其歷史的局限性，理論也是相對的，但在新的理論誕生之前，找到這些教學資源(教材、教法、學法等)可能的、現存的理論依據，仍然是一件十分有意義的事情；至少可以加快我們成為研究型、學者型科學教師的步伐，使我們的教學站得更高看得更遠；可以使我們明明白白教書、清清楚楚育人；可以使我們好的教學行為有了可持續發展的力量而得到強化，促使不好的教學行為慢慢地被這些理論開導而削減。
科學課強調學生親身經歷探究的過程，不僅僅是因為“三維”目標只能在探究中才能實現“合三為一”的目標，更因為探究有其強有力的理論支撐：建構主義教學論。當今世界非常盛行并得到廣泛認同的建構主義認為，學習是一個自我建構的過程。科學教育中怎樣才能實現讓學生自我建構的目標呢?最好的辦法就是促使學生親身經歷大量的有意義的探究過程 不論是我們強調的經歷、經驗、體驗或者是至今興盛不衰的“探究——研討”教學法，其理論基礎都是建構主義教學論。
正因為科學探究過程是學生自主建構的過程，那么必然的教師就只能是處于一個組織者、引領者和合作伙伴的角色地位，只能是教學環境的營造者、建構者。新課程倡導的“自主、合作、探究”的學習方式，教師一定要把握好探究過程中自己的角色位置。其重要的理論基礎都可以說是建構主義教學論。
整個科學教學系統都十分強調結構，包括材料的結構、活動的結構、知識的結構、教學過程的結構、學生的認知結構等，追根溯源，這些“結構”的理論來源都是布魯納的結構主義教學論。對教材、活動、教學過程等科學教學的任何一個子系統進行深入研究，我們都不準發現結構的重要性。優化結構，可以提高效率；改變結構，可以改變事物的性質。當我們知道為什么要優化課堂教學(科學探究)結構的時候，我們優化課堂數學結構的行為就會更加自覺。下面以教科版科學四上教材為例(以下均同)，單純地談一談教材的編排結構。
布魯納認為，教材的呈現順序要與學生的認知發展相適應。教材是怎樣做到編排順序與學生的認知發展相適應的呢?先看一篇課文，即《分離鹽和水的方法》的編排順序：上節課研究一杯水里溶解多少食鹽，杯子里都會有一些怎么攪拌也不溶解的鹽——怎么使這些鹽溶解呢——最簡便的方法是加水(這就是教材的第一個活動)——加水后鹽溶解了——如果把這些鹽水再弄出來(蒸發)會怎么樣——不溶解的鹽又重新離析出來——如果將水全部蒸發掉呢——鹽全部呈現出來(也就是課文中的第二個活動：減少鹽水的水分)——怎樣減少鹽水中的水分——引出多種方法(曬、加熱、自然蒸發等)——聯想到夏天出汗等生活經驗。可以看出，教材的編寫順序是完全與學生的認知程序相吻合的．有行云流水、水到渠成之感。再看一個單元，即第四單元《磁鐵》是以怎樣的順序幫助學生建立科學概念的：首先引導學生認識磁鐵的最基本的性質即磁性；然后發現同一磁鐵的各部分磁性強弱是不同的；進而認識磁鐵有兩極、能指示南北方向；接著探究磁極問的相互作用，做小磁鐵，感知磁化現象；最后利用磁鐵指南北的性質制作指南針。教學拾級而上，步步推進，學生的認知隨著發展，對概念的理解逐步深入。這就做到了教材的順序與學生的認知同步協調發展。從整冊教材看，同樣是從學生最熟悉的生活經驗出發，收集大量的事實，對事實進行、整理、抽象、概括，引領學生經歷一系列的探究活動，探究的要求逐步提高，對科學探究本質的理解逐漸深入，這些無不與本年齡段學生的認知特點相適應。
要注意的是學生對同一問題的認知程序不是惟一的，往往有多種認知程序與方式，不同的學生對同一問題的認知程序也可能是不同的。但教材必須遵循經濟簡略原則，對同一個問題的研究不可能采取多種方式，只能提供一種供我們參考的、編者自己認為不錯的認知方式，那么也就是說除教材提供的認知方式(研究程序)外，必然還存在其他的適應學生認知特點的研究程序。這就給我們優化教材結構提供了空間，也就給我們“優化”了的教材結構更能適應“本鄉本土”學生的認知方式提供了可能。我們應該去研究、去優化教材的結構．讓它最大限度地適合自己的學生。
教科版科學教材還有一個很突出的結構特點，就是很注意將探究程序通過先扶后放、扶放結合的方式去順應學生的認知。比如：教材第8頁中間一段“選擇一棵帶根的植物，一支裝有水的試管”這是扶，是方法的提示；后兩句“設計一個實驗，證、明我們對要的猜想”就是放。
動手探究在科學教學中確實具有相當重要的位置，但我們也必須明白它并不是惟一的教學方式，實際上我們的教學方式是豐富多彩的。比如說閱讀、研究資料、觀察、討論等等。還有，科學探究并不排斥教師的言語講授，我們不能“談講色變”。為什么呢?一個重要的理論根源就是奧蘇貝爾的有意義學習。他認為衡量學習是否有意義不在于它是用語言接受還是用自己的經驗去獲得。關鍵之一就是看學習材料是否有意義。什么是有意義的學習材料呢?凡是能與學生原有的知識結構或認知結構建立實質性的聯系的材料就是有意義的材料。那么也就是說，只要教師的語言能與學生原有的知識結構或認各結構建立實質性的聯系。這個時候教師的語言就是有意義的材料。所以可以這么說，只要教學存在教師的語言講授就可以而且有必要存在。
不論是布魯納的結構主義教學論，還是奧蘇貝爾的有意義學習理論，還是建構主義學習理論，他們有一個共同的觀點就是新的教學必須建立在學生已有經驗的基礎上。這足以說明“新知以舊知為基礎”的重要性，所以我們的科學教材的編寫也就“不得不”充分體現這一理論。每一篇課文對每一個問題的研究都是從學生已有經驗出發步步推進，前一步總是后一步的基礎，后一步總是前一步的發展比如《磁鐵的磁性》首先就是“我知道的磁鐵”，這就是學生已有的經驗……每一篇課文都遵循了這樣的編寫原則。單元的整體構架同樣遵循了“新知以舊為基礎”的原則，前一篇課文是后一篇課文的認知基礎，后一篇課文是前一篇課文的提升發展。比如《動物怎樣生活》中分小組對6類動物進行研究，后一篇課文《形形色色的動物》就是分別找出與這6類動物相似的動物，達到給動物分類的目的。我們的教學過程也就必須遵循這個原則，否則就可能是空中樓閣了。
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