Çocuklara kazandırılması beklenen kazanım ve göstergeler farklı öğrenme yaklaşımları yolu ile verildiğinden dolayı, bilim etkinlikleri planlanırken kullanılacak öğrenme yaklaşımı önceden belirlenmelidir. Bilim etkinlikleri, çocuklara bilim kavramlarının, bilimsel süreç becerilerinin ve bilimsel düşünmenin kazandırılması için hazırlanmakta ve programda buna ilişkin kazanım ve göstergelere yer verilmektedir. Bu
doğrultuda, bilim eğitimleri farklı öğrenme yaklaşımları kullanılarak
gerçekleştirilmektedir. Bu yaklaşımlar; yapılandırmacı, işbirliğine dayalı, probleme dayalı, proje tabanlı, buluş yoluyla ve araştırmaya dayalı öğrenme yaklaşımlarıdır (Joshi, 2005: 140; Kalra ve Gupta, 2012: 75; Lakshmi ve Rao, 2004: 68; Tatar, 2006: 13; Tulasi ve Rao, 2004: 37).
Yapılandırmacı Öğrenme: Yapılandırmacı öğrenme, temelde, çocukların
mevcut bilgilerini kullanarak yeni bilgileri kazanmalarını, öğrenmeyi ve kendine özgü bilgi oluşturmayı açıklamaya çalışan bir öğrenme yaklaşımıdır. Bu yaklaşıma göre çocuk
yeni kazandığı bilgileri eski bilgileri ile karşılaştırarak zihninde yeniden yapılandırır ve böylece öğrenmede aktif rol alarak bilgi ve kavramları öğrenir. Ayrıca, bilginin her bir öğrenen tarafından bireysel olarak yapılandırıldığı ve öğrenmede bireyin ön bilgilerinin, kişisel özelliklerinin ve öğrenme ortamının son derece önemli olduğu da yapılandırmacı öğrenmede vurgulanmaktadır. Bu yaklaşıma göre öğrenme; özümleme, yerleştirme,
zihinde yapılanma, sürekli özümleme ve yaratıcılık süreçlerinin aktif kullanımı ile
gerçekleşmektedir (Büyüktaşkapu, Çeliköz ve Akman, 2012: 278; Martin, 2012: 161; Martin ve Loomis, 2007: 63; Özmen, 2004: 103-104; Ünal ve Ergin, 2006: 37).
Bilişsel kuramlara dayandırılarak hazırlanmış yapılandırmacı yaklaşım; olayın sunumu, ön bilgilerin hatırlatılması ve alternatif kavramların belirlenmesi, hipotez kurma, veri toplama, hipotezlerin test edilmesi ve kavram oluşturma ile genelleme yapma olmak
üzere 6 basamaktan oluşmaktadır (Köseoğlu ve Kavak, 2001: 145; Martin, 2012: 166;
Roopnarine and Johnson, 2000: 153).
İşbirliğine Dayalı Öğrenme: İşbirliğine dayalı öğrenme, çocukların hem sınıf
hem de diğer ortamlarda küçük gruplar halinde ortak bir amaç doğrultusunda akademik bir konuda birbirlerinin öğrenmelerine yardımcı oldukları bir öğrenme yaklaşımı olarak tanımlanmaktadır. İşbirliğine dayalı öğrenme gruplarının temel amacı, sosyal ilişkiler ve bu ilişkilerin yüksek seviyedeki etkileri sonucunda öğrenme sorumluluklarını kazanmalarıdır (Aksoy ve diğerleri, 2008: 215; Williams, 2002: 3).
İşbirliğine dayalı öğrenme, çocuklara bilgiyi tartışma, bilgiyi kendi başlarına bulma ya da keşfetme ve bazı durumlarda öğretmen tarafından sunulan bilgi ve becerilerin uygulamasını yapma fırsatı vermektedir. Uygulama sırasında farklı yetenekleri, gereksinimleri ve öğrenme biçimleri olan çocuklara göre gruplar oluşturulabilir. Grupta bulunan her çocuğun diğer çocuklarla olumlu etkileşimde bulunması, araç-gereç, bilgi ve becerilerin ortak paylaşılması sağlanabilir. Bu süreçte, öğretmen ortam düzenleyici ve gerektiğinde destekleyici bir rol üstlenebilir (Agarwal ve Nagal, 2011: 24; Doymuş, Şimşek ve Bayrakçeken, 2004: 104).
İşbirliğine dayalı öğrenme yaklaşımında en iyi öğrenme grup içerisindeki çocukların birbirleri ile etkileşimleri ile sağlanır. Bu süreç belli bir fikir, amaç birliği ve iş birliği içerir. Bu çalışmalar sürecinde birey hem kendi öğrenmesini, hem de
arkadaşlarının öğrenmesini destekleyecek şekilde çalışır (Doymuş ve Koç, 2012: 175; Haller, Gallagher, Weldon ve Felder, 2000: 285).
Probleme Dayalı Öğrenme: Probleme dayalı öğrenme, çocuklara öğrenme
becerisi kazandırmayı ve çocukların öğrenme kapasitelerini artırmayı amaçlayan bir öğrenme yaklaşımıdır. Bu yaklaşımda, çocuklar gerçek problemler üzerinde çalışırlar, bu problemlerin farklı yollarla çözümüne odaklanırlar, örnekler inceler ve öğrenmeyi keşfetme çabası gösterirler. Bu amaçların gerçekleşmesi için ilk önce çocuklar problemi
belirler. Daha sonra, önceki bilgilerini kullanarak problem hakkında fikirlerini ve
düşüncelerini ifade ederler. Sonraki aşamada, problemi çözmek için daha fazla bilgi toplamaya çalışırlar ve problemi doğru şekilde tanımladıktan sonra problemi nasıl çözeceklerine ilişkin plan yaparlar. Çeşitli görevleri aralarında paylaşarak araştırmaya odaklanırlar. Son aşamada ise çocuklar problemin çözümüne ilişkin ürünlerini çeşitli şekillerde sunmak için hazırlanırlar. Bu aşamada, öğretmen ve diğer çocuklar, çalışmaya ilişkin düşüncelerini açıklarlar (Dolmans ve Schmidt, 2010: 13; Utecht, 2003: 11; Yaman ve Yalçın, 2005: 43).
Probleme dayalı öğrenmede problemler; karmaşık, araştırılmaya uygun, bilgi toplamayı gerektiren, birden fazla çözümü olan, çeşitli durumlarda denemeye açık, üst düzey düşünme becerilerini geliştiren, yapılandırılmamış, bilgi, beceri ve ihtiyaçlarını karşılayıcı nitelikte olmalıdır (Çelik, Eroğlu ve Selvi, 2012: 189; Schmidt ve Moust, 2010: 39; Ward ve Lee, 2002: 18).
Proje Tabanlı Öğrenme: Proje tabanlı öğrenme, öğrenmenin projeler ile
şekillendirildiği, bireysel ya da küçük grupların birlikte çalışması ile karar verme ve araştırmayı içeren, problemleri çözmeyi amaçlayan bir öğrenme yaklaşımıdır (Aiedah ve
Audrey, 2012: 38; Korkmaz, 2004; Solomon, 2003). Proje tabanlı öğrenmede bireysel ve
işbirliği ile öğrenme, kritik düşünme ve disiplinli olma gibi becerilerin bir arada kullanılması ile çocukların bilime karşı ilgilerinin artması ve böylece bilim öğrenmenin önemli hale gelmesi sağlanır. Bu doğrultuda, projeler hedef değil, bir araç olarak kabul edilmektedir. Asıl amaç öğrenme sürecinin başarıya ulaşmasıdır (Çelik, Şenocak,
Bayrakçeken, Taşkesenligil ve Doymuş, 2005: 158; Saracaloğlu, Akamca ve Yeşildere,
Anonymous (2003) proje tabanlı öğrenme sürecini 6 aşamada açıklamaktadır. İlk aşama, gerçek yaşamla ilgili bir konu seçilmesi ve çalışmaya başlanması ile soru sorun aşamasıdır. İkinci aşama, öğretmen ve çocukların beyin fırtınası ile araştırmayı destekleyici etkinlikleri belirlediği planlama aşamasıdır. Öğretmenin çocuklarla birlikte proje ile ilgili zaman çizelgesi yaparak kriterler belirlediği üçüncü aşama programlama aşamasıdır. Yönlendirme aşaması olan dördüncü aşamada, öğretmen gerekli gördüğü noktalarda sürece rehberlik eder. Beşinci ve altıncı aşamada ise çeşitli değerlendirme ve öz değerlendirme araçları kullanılır ve bireysel ve grup olarak fikirler alınır, duygular ve deneyimler paylaşılır, yapılması gereken değişiklikler tartışılır. Aynı zamanda, yeni araştırmalar ve projelere zemin hazırlayacak fikirler paylaşılır (Akt. Saracaloğlu, Akamca ve Yeşildere, 2006: 244).
Buluş Yoluyla Öğrenme: Bruner’ e göre (1960) buluş yolu; öğrenme ürününü
değerlendirmede, problem çözme tekniklerini öğretmede, bilimsel süreç becerilerini kazandırmada ve öğrenme ve araştırmaya yönelik olumlu tutum geliştirmede etkin role sahiptir. Buluş yoluyla öğrenmenin en önemli üstünlüğü, çocukların merak güdüsünü uyarması ve güdülenmişlik düzeyini düşürmeden çalışmalarını sürdürebilmesidir. Bu noktada çocuklar bilimsel araştırma, problem çözme ve yaratıcı düşünme gibi üst düzey düşünme becerilerini geliştirirler ve konu hakkında tam ve derinlemesine bilgi sahibi olurlar (Castronova, 2002: 2; Tatar, 2006: 22; Ünal ve Ergin, 2006: 38).
Buluş yoluyla öğrenme sürecinde, ilk önce öğretmen çocuklara örnekleri sunar. Daha sonra çocuklar konunun yapısını, fikirler arasındaki temel ilişkileri, ilkeleri, özellikleri keşfedinceye kadar örnekler üzerinde çalışırlar. Çocuk bir kavramı bulmak ya
da problemi çözmek için çalışıyorsa çocuğa zaman verilerek ve gerektiğinde ipuçları
sağlanarak, problemi kendi kendine çözmesi sağlanabilir. Buluş yoluyla öğrenmede öğretmen tanımlamaları ve genellemeleri çocukların keşfetmesi için rehberlik eder. Bu
süreçte, öğretmen sorular sorarak çocukların kendilerine sağlanan verileri analiz
etmelerini, elde ettikleri somut bilgiler ile ilgili ilkeleri, kavramları, çözümleri bulmalarını sağlayabilir (Castronova, 2002: 4; Kaptan ve Korkmaz, 1999: 19).
Bu yaklaşımların yanı sıra son yıllarda bilim eğitiminde yaygın olarak kullanılan araştırmaya dayalı öğrenme yaklaşımı bulunmaktadır. Öğrenme süreci içerisinde çocukların kendi bilgilerini yapılandırmalarına imkân veren bu yaklaşım, çocukların
bilimsel araştırma yapma sürecini kazanması, araştırmayı gerçekleştirebilmesi ve bu süreçte kazandıkları bilimsel bilgileri günlük yaşamlarında kullanarak, becerilerinin gelişmesi açısından oldukça önemlidir (Ören, Ormancı, Babacan, Koparan ve Çiçek, 2011: 32).