当今世界各国都有研究者在从事合作学习原理的应用研究，并且有许多合作学习方法正在实践中得到充分的运用。目前研究最深入、运用最广泛的基本合作学习方法主要有：学生小组学习（student team learning），该方法又可分为学生小组成绩分工法（student teamsachievementdivisions，简称STAD）、小组-游戏-竞赛法（teams‐games‐tournament，简称TGT）、小组辅助个人（team assisted individualization，简称TAI）和合作性读写一体化（cooperative integrated reading and composition，简称CIRC）；切块拼接法（jigsaw）；共学式（learning together）；小组调查（group investigation）等。
尽管合作学习的形式千差万别，但具有共同特征：小组目标（group goal）；个人责任（individual accountability）；成功的均等机会（equal opportunities for success）；小组竞争（team competition）；任务专门化（task specialization）；适应个人需要（adaptation toindividual needs）。合作学习的基本流程是：教学目标呈现——集体讲授（课堂教学）——小组合作活动——测验——评价和奖励。其中组建合作学习小组应遵循“组内异质、组间同质”原则。
施瓦布（J·Schwab）认为探究学习是指儿童通过自主地参与知识的获得过程，掌握研究自然所必需的探究能力；同时，形成认识自然的基础——科学概念；进而培养探索世界的积极态度。其本质特征是：不直接把构成教学目标的有关概念和认知策略直接告诉学生，而是通过创造一种智力和社会交往环境，让学生通过探索发现那些学科内容要素和认知策略。
探究学习，尤其是科学探究是世界各国科学教育中运用最广的学习方式，也是科学课程标准所倡导的重要的科学学习方式。学生通过科学探究，理解科学本质、学习科学技能，体验科学过程与方法，形成科学态度，激发对科学的爱好和尊重，培养创新意识和实践能力。
一般地，科学探究式课堂教学的基本过程为：提出问题。建议学生提出与科学有关的实际问题，并转化为科学学习问题，也可以从教材中挖掘出可探究的问题。形成假设。运用已有的理论、经验和所收集到的有关资料、事实及想象力、创造力，对所研究的事物提出一种带有推测和假定意义的设想。制订方案。为保证有计划、有步骤地进行探究，学生需要制订探究的方案，包括分组、确定任务、制订时间表等。获取证据。采用多种方式，如观察、实地调查、测量、访问、查询、实验、实践等获取信息、资料和数据，并进行分类、梳理、归纳，数据的统计分析等。作出解释。对所获材料通过逻辑分析等科学方法对假设作出解释，并得出结论。评价交流。交流结论，共享探究成果，相互辩论，使结论完善。
可见，自主学习、合作学习与探究学习分别强调了学习的三个不同方面：自主学习强调的是学习的内在品质，与他主学习、机械学习相对；探究学习关注学习的手段途径，是相对于接受学习而言的；合作学习则是指学习的组织形式，相对的是个体学习和竞争学习。新课程要求丰富多样的学习方式，而不是用一种学习方式代替另一种学习方式。
4.教学模式设计
教学模式是依据教学思想和教学规律而形成的，在教学过程中必须遵循的比较稳固的教学程序及其方法的策略体系，包括教学过程中诸要素的组合方式、教学程序及其相应的策略。从静态上看，教学模式是一种教学理论结构，揭示了某一教学活动所赖以建立的理论基础。从动态上看，它是一种教学活动结构或教学程序，揭示了某一教学活动各环节之间的内在联系。从教学实践的角度看，它是一种教学方法系统，揭示了与某一教学活动相适应的基本的教学策略或方法。任何一个完整、科学、有效的教学模式，都由理论基础、教学程序和操作方法3个层次构成。
当代教学模式的发展呈现出了前所未有的繁荣景象，尤其是伴随着教育信息化过程的不断深入和发展，多种多样的信息化教学模式也在陆续涌现出来，如基于问题的学习、基于项目的学习、基于案例的学习、认知工具（如概念图）、教学游戏、智能导师、虚拟实验室、协同实验室等。
任何一种教学模式都有特定的目标，功能，适用的条件和范围，从来就没有普适的最优教学模式。教师应从科学教学实际出发，综合考虑教学目标、教学内容的性质、学生的年龄特点和认知水平、教师的特点、教学所具备的物质条件及教学时间等因素，权衡利弊，选择适当的教学模式。
5.教学方法设计
教学方法是为实现既定的教学目标，在教学过程中师生共同活动时所采用的一系列办法和措施。它与学生的学习方式相统一，是教学过程的一个组成部分，只有存在于教学过程才有意义。
当前人们所建构的教学方法是极其丰富多彩的，并总是隐含着独创的新因素。事实上各种教学方法都有其优点和局限性，教师要在现代教学理论的指导下，以教学设计的前期分析为依据，熟练地把握各类教学方法的特性，综合考虑学习任务、学习者、教学目标、教师自身特征、教学环境条件、教学组织形式等各种要素，合理地选择适宜的教学方法并进行优化组合。例如，在科学教学中，“引导－探究式”教学方法，可培养学生的创造性；“开放式”教学方法，可培养学生的合作性；而网络环境下的“自主式”教学方式，则侧重培养学生的自主性。
6.学习环境设计
学习环境是促进学习者发展的各种支持性条件的统合。促进学习者发展规定了学习环境存在／创设的指向或意义；各种支持性条件包括各种资源、工具、人、活动、师生关系等要素。学习环境统合说明了围绕学习者发展，将各种支持性条件进行统整的可能性和必要性。“7＋2”要素观认为，学习环境由活动、情境、资源、工具、支架、学习共同体和评价七大要素，各要素与学习者／教师具有密切的内在联系。可以说，学习环境设计是一种正在发展的、充满生机的教学隐喻和教学设计范型。
情境认知理论、活动理论和分布式认知理论对学习环境设计作出了多种假设，并对以下几点达成共识：学习环境设计应以建构主义学习理论为基调，有共同的社会-文化心理学源流；以学习者为中心，关注学习者高阶能力发展；注重学习者的活动，重视活动的过程；重视学习共同体，强调知识的社会性建构；强调各种制品，特别是信息技术的应用。当前，随着计算机技术、网络通信技术、人工智能与虚拟现实等信息技术中的一种或多种介入学习环境，使得学习环境表现出了活动合作化、情境真实化、资源全球化、工具多样化、学习自主化、评价多元化、师生关系交互化等显着特征。科学课堂学习环境设计通过建构整合型的信息化科学课程新形态，可实现信息技术与科学课程的有效整合，并以此带动科学教学手段改革。
教学媒体作为资源的携带者和学习者的认知工具，其选择和设计是学习环境设计的重要任务。不同类型的媒体既有不同的功能，又能适用于不同的学习者和学习任务；不同的媒体组合可以构建不同的学习环境。选择媒体是一项非常复杂的工作，大致可按如下顺序进行：描述对媒体要求；采用合适的选择模型，当前教学媒体的选择模型主要有矩阵分析模式、工作单元模式、流程图分析模式等；作出最佳选择；阐明媒体运用设想。
需要注意的是，在设计科学课堂学习环境的过程中，各技术是以支撑学习者的有意义学习为目的的，它不是传递工具，而是学习者思考和知识建构的促进者、帮助者。课堂中的技术通过帮助学习者获取信息、建构问题和作出决策，最有效地支撑问题解决。7.教学管理设计
课堂教学管理是师生共同参与，彼此交往，有目的、有计划和多维度地协调课堂内外各种因素，生成性地实现教学目标的活动。它是建立有效教学的课堂环境、保持课堂互动、促进课堂生长的动态历程。课堂教学管理通常分三个层面：物质层面，是指课堂中必要的环境条件，如光线充足、清洁卫生、布置适宜、格调高雅、座位合理、过道通.等；制度层面，是指课堂活动的程序和常规，并将其中一部分制订为课堂规则；文化层面，是指教师理念、学生思想、师生互动关系等整合而成的特有文化氛围，表现为独特的课堂气氛。
当前，课堂管理具有两种不同的价值取向：一是监督和控制学生，让学生遵守规范；二是引导和激励学生，让他们主动参与。前者旨在维持，后者重在促进。长期以来，在我国的中小学课堂管理中，很多教师过于注重课堂控制和通过奖惩制度达到纠正学生消极行为的目的。新课程理念崇尚激励和引导的价值取向，以更好地促进学生应对变化，学会思维，学会解决问题，提高创造性和洞察力。
维持新课程需要的良好课堂秩序，可选的具体策略有以下几个方面：加强教学节奏、课堂段落和学生注意的管理调控；合理创设教学情境，恰当调节师生焦虑水平；改进课堂交往结构、提高学生参与率；满足学生学习需要，让学生参与设置学习目标、提高学生的自我效能感；为课堂教学的有效进行做好准备，安排日程，确保课堂过渡顺利进行；精心设计每堂课的内容和活动程序；充分利用提问控制课堂行为，所提问题应丰富多彩，意味深长；综合运用模式控制、目标控制和评价控制等控制方法，培养学生自我控制能力；随机应变，正确运用课堂教学应变技巧；分析课堂纪实，必要时教师应把整个课堂教学过程用现代技术记录下来，进行认真分析；或由同行互相听课指出对方容易引发学生课堂问题行为的地方。
（四）教学设计成果的评价与修改
教学设计进入后期阶段，其主要任务是对设计的产品进行评价与修改，这就是教学设计成果的评价与修改。教学设计的含义本身就包括了对解决问题的预想方案进行评价的要求。通过评价，可以获取关于教学设计方案的基本信息，以此判断所设计方案的优劣，并为教学设计方案的修改提供依据。教师也能从评价中提高自己的教学设计能力，并逐渐形成独特的教学设计风格。
1.教学设计的形成性评价
教学设计成果的形成性评价既有一般教学评价的共性，也有其本身的特点。教学设计成果的形成性评价主要是评价教学设计方案的质量和效果。教学设计的形成性评价不是在教学完成之后才进行，而是进行前期分析时就开始，并贯穿于整个设计过程中。
迪克（W·Dick）曾经指出：“形成性评价，本质上就是系统理论的反馈机制，通过形成性评价主要可以判断教学设计理论是否真正起作用，如果没有，就必须修改。”迪克等人还指出：“最初，形成性评价被认为是完成教学开发的初稿后，用于改进教学的一个过程。然而，富有经验的设计者发现应尽早修改设计过程的要素，这样可以避免很多原先只有在初稿完成时才会被发现的问题。”由此可见，形成性评价是对运用教学设计原理开发的教学设计产品进行评价的，它并非是教学设计步骤全部完成后才进行的，而是在教学设计过程中和教学设计初稿完成后都要进行的。
迪克-凯瑞的教学设计理论指出，教学设计的形成性评价主要有三个阶段组成——一对一阶段、小组评价阶段和现场试教阶段。结合我国的基础教育课程改革的新理念，对于教学设计结果即方案的形成性评价实施的过程可以概括如下。