小学科学教育产生较晚，17世纪初期才出现小学科学教育的萌芽，19世纪中期以后，系统的小学科学教育才告出现。小学科学教育从产生到现在，大致经历了如下五个阶段： 
　　第一阶段，从17世纪到19世纪中期，为小学科学教育的萌芽阶段。
　　17世纪初，捷克著名教育家夸美纽斯提出改革中世纪封建教育，建立资本主义教育的主张。其中关于学校制度，他提出按年龄分期，每个年龄分期为一特殊教育阶段，每一阶段都是前一阶段的继续。夸美纽斯为每一个阶段详尽地拟订了教学内容。6岁以前，为学前教育阶段。他提出教育应当给儿童一些有关他们周围的自然界和社会生活的基本观念和生动印象。儿童应当从自然方面认识“什么是水、土、空气、火、雨、雪、冰、石头、铁、树、草、鱼、鸟、牛等等”。6岁到12岁，为小学阶段（国语学校）。夸美纽斯提出，应当添授几何常识、地理和自然的基本知识。到1658年，夸美纽斯编写的教科书--《世界图解》问世，这是一本授予儿童基本知识的带有插图的百科全书。其中包含宇宙、地理、植物、动物、人体等自然知识。这部教科书被译成了许多国家的文字，在150多年中是启蒙教育方面的一本好教科书。
　　18世纪末，法国著名哲学家孔多塞提出了著名的“孔多塞计划”。在这一计划中，孔多塞提出，应在高级小学开设数学、自然、商业基本知识，道德原理和社会知识，但这种学校数目是比较有限的。
　　19世纪初期，英国空想社会主义者欧文提出改革小学课程设置的主张。他指出，儿童在学校中不是经常进行写字和阅读学习，而是要进行关于自然、关于周围事物现实的谈话。在“欧文学校”里，小学生要学习本族语、算术、地理、自然和历史。课程比英国其他小学都要广泛得多。
　　综上所述，19世纪中期以前，小学里只进行零星的科学教育，小学中自然课程仅限于个别教育学家和哲学家的提倡，没有成为各国有组织的课程。因而这一阶段可视为小学科学教育的萌芽阶段。
　　第二阶段，从19世纪中期到20世纪初期，为传统科学教育蓬勃发展的时期。
　　这一时期，自然科学进入了一个新的历史阶段--现代科学阶段。随着自然科学研究运动的开展，学校教育中比较重视系统的自然科学知识教育。小学自然陆续成为世界各国有组织的课程。例如，法国1886、1887年的教育法规定，小学应设置读、写、算、史地、自然及农业常识课程；19世纪末，自然课在英国小学中已广泛设置；德国1872年，规定在小学增设物理、历史、地理及自然学科；美国在1870至1890年间，“科学”正式成为小学有组织的一门课程。自然课在各国小学的广泛设置，标志着小学阶段系统的科学教育的正式开始。
　　这一时期，科学教学的目的在于使儿童熟知科学的分类及科学术语的知识，同时也注意了帮助学生学习自然和爱好自然，陶冶儿童的情感。教学方法以讲授为主，没有真正讨论科学过程，以传授科学知识为主要目的。教学指导思想和内容上，由于各国受本民族思想影响较大，表现出较大的差异。如英国受培根思想的影响，比较重视实验教育，轻理论教育；法国受笛卡儿唯理论的影响，轻实际重理论；美国受实用主义哲学的影响，重视实验和实际知识的教学，忽视对事物的理解和应用。
　　第三阶段，从20世纪初到20世纪50年代，为科学教育的恢复与初步发展阶段。
　　这一时期，处于两次世界大战期间，科学教育以培养专业性科技人才为宗旨，以传授科学知识为中心，强调科学概念、科学原理的教学。教学方法重演绎，科学实验以验证科学知识及加深学习层次为目的。“科学教育未能从科学课程、科学教学、学生学习方面去做系统的、理论的研究探讨。”科学教育发展不快。
　　第四阶段，从50年代到70年代末，为科学教育的大发展阶段。
　　这一时期科学教育的迅速发展，是由多种因素决定的。二战后，西方各工业国经过50年代的恢复，于60年代进入工业发展的高峰期。由于经济的高速发展，特别是第三次技术革命的兴起，对各方面、各层次人才的需求急剧上升，而教育则滞后于经济的迅速发展，引起各国对教育现状的不满，强烈要求提高教育质量，满足社会对人才的需求。同时，随着第三次技术革命的兴起，自然科学知识迅速增长，知识陈旧率加快，“知识的激增”使人们认识到，一个人即使穷尽毕生精力，也永远无法学到所有的科学知识，向学生传授大量科学知识的做法，已不能适应时代的需要，为适应“知识激增”也迫切需要改革科学教育。促使科学教育改革的导火索，是1957年前苏联人造卫星的发射成功。苏联人造卫星上天，引起西方各国特别是美国的震惊。他们深感自己科学教育的落后，纷纷提出改革措施，加强科学课程的研究，使课程内容现代化，以适应培养高质量科技人才的需要。在这种背景下，从美国开始的科学教育现代化运动，迅速波及到全世界。
　　这一时期科学教育的目标是培养科学家。因而，课程内容注重以现代科学基本概念和规律为核心，强调学科结构，大量增加现代科学研究的成果，删减与日常生活有关的应用性知识。教学上，提倡以学生的学习活动为中心，强调学生要通过自己的探索活动，获得科学知识，注重问题解决法、发现法等的运用。
　　科学教育现代化运动给科学教育带来了有益的思想，但未收到预期的效果。这一时期小学科学教育存在的主要问题是：①强调学科结构，教材内容多从逻辑上叙述，而不是从儿童的认识顺序和认识能力的实际出发，使得教材内容过于抽象，给学生的理解造成很大困难；②大量删减联系学生日常生活的知识，使学生对教学内容失去亲切感，降低了学生的学习兴趣和愿望；③过分强调学习的探索性，学习活动占用了太多的课时，而学生探索活动的结果也往往不太理想。因而70年代末，又开始了对科学教育的新的检讨。
　　第五阶段，从70年代末开始，为新结构的科学教育诞生和发展阶段。
　　70年代后期，60年代科学教育现代化运动遭到了越来越多的批评。认为它已不能适应社会发展的要求，各国纷纷采取措施，重新审定对科学教育的认识。进入80年代后，教育界在有关基础科学教育的许多根本性问题上达成了共识。许多国家纷纷推出了各种改革方案，形成了世界性的科学教育改革的高潮。在教学目的、教学内容、教学方法诸方面进行了全面的改革。有些专家认为，这标志着延续几个世纪的传统科学教育即将终结，一个新结构的科学教育正在诞生。
二、世界小学科学教育的改革动向
　　（一）教学目的的改革
　　首先，关于基础科学教育的目的，世界各国均强调，除了传授基本的科学知识外，科学教育应将科学能力的培养作为第一位的任务。当前，教育界对科学的认识已达成了一致：即把科学看成是科学知识与科学过程的统一，认为科学知识是科学研究过程的产物。因此，主张把科学内容与科学进程、科学知识与科学方法统一起来。因此，科学能力的培养受到空前重视。
　　例如，在美国的小学科学教育中，一方面强调要引导学生学习科学发现的结果--科学知识，使学生通过学习科学知识了解世界，对世界产生好奇，从而进一步探究、发现；另一方面更强调发展学生的观察、分类、测量、交流、推理和实验能力，要求教师精心设计科学活动的过程，让学生重演科学家发现的历程，像科学家一样地观察、思考，提出假设，检验假设，得出结论。
　　又如英国，强调科学教育的主要特征是向学生介绍科学方法，使他们的能力得到充分的发展。在英国教育和科学部1985年颁发的《5--16岁科学教育的政策性报告》中明确指出，小学科学教育应重视观察、量度、描述、探究、预测、实验和解释等科学过程。在1989年正式颁布的《国家科学课程》中，强调培养学生的科学调查能力，并把这一目标列为四个目标中的第一目标。其基本要求是，让学生通过探究活动学会一些系统的科学技能和方法，学习的具体内容包括：①计划、假设、预测；②设计、探究；③解释、探究结果和发现；④做出结论；⑤交流探究方法和经验。
　　值得注意的是，世界各国除注重科学教育的活动过程、教给学生科学方法外，都强调交流（或交往）能力的培养。例如美、英、日、法等国，鼓励学生把获得的信息以他人可以理解的方式表达出来，要求学生能准确、清晰、简洁地表达自己的科学思想。提倡教师鼓励学生用图表、示意图、模型、口头表达等方式与他人交流自己的经验。这一点值得我国很好地借鉴。
　　其次，世界各国普遍强调加强科学态度和科学兴趣培养。认为科学态度和对科学的兴趣对学生今后适应社会的发展是至关重要的。要求科学教育把学生的兴趣、好奇心的培养与科学态度的培养相结合，使学生对观察、实验等科学活动有强烈兴趣，懂得尊重周围的生态与物理环境，关心自身与他人的健康和安全；要求科学教育发展学生愿意接受不确定的事物，善于与他人合作、尊重科学证据，做实事求是的报告等科学态度；要求科学教育发展学生的怀疑、创新、合作、进取、献身等科学精神，使学生科学上没有权威感，明白科学永无止境，从小形成勇于探索和勇于创造的科学精神。
　　第三，强调让学生理解科学对社会的贡献。随着科学与技术的进步，科学与人类的幸福日渐紧密地联系起来。因此，要求科学教育应使学生了解科学技术的实际应用给人类带来的影响，即科学与技术的应用给人类带来哪些利益，又带来了什么样的社会与伦理问题；科学教育应当帮助学生去探索由于科学发现和技术发展可能带来的道义上的难题；科学教育应使学生认识到各种科学方法的用途和局限性，并了解它们在其他学科和日常生活中的应用；科学教育应鼓励学生意识到他们作为社会成员的责任，并使他们建立能对社会作出有益贡献的信心。
　　（二）教学内容的改革
　　为适应现代科学技术飞速发展和日益激烈的国际竞争的需要，世界各国都十分注意更新教学内容，及时吸收科技发展的新成果。然而受小学生年龄特点的制约，也由于科学有它的客观性和一贯性，那些最为基础的内容不可能有根本性变动。但较为普遍的看法是，新型基础科学教育的内容应比传统的内容更广泛。
　　比较研究发现，许多国家小学阶段科学课程的内容均具有下述特点：
　　（1）内容范围广泛。例如，美国国家科学教育的内容标准，将科学课程内容规定为如下八类：物理科学，生命科学，地球和空间科学，科学和技术，科学和社会挑战，历史和科学的性质，概念与过程成为一体。各类内容在幼儿园--4年级、5--8年级和9--12年级三个年段里都有具体的内容标准。英国《国家科学课程》中规定，科学课程的内容应包含下述课题：生命的多样性，生命过程，遗传和进化，人类活动对地球的影响，制造新材料*，解释材料的性质*，地球和大气，力，电和磁，信息传输，能量传输，能源*，声音和音乐，光的应用，在宇宙中的地球。（带星号的只在11--16岁教学）
　　由英美的科学课程内容的规定看，内容几乎涉及自然科学的所有领域，同时也注意科学与社会、科学和技术等，内容十分广泛。
　　（2）注重选择周围常见自然事物和现象作为教学内容。许多国家的小学自然课，①多半是选择常见的植物和动物，介绍它们的形态、构造、繁殖和饲养方法，了解植物栽培与光、温度、水的关系，动物与环境的关系和人体的构造及其机能；②多半是介绍物质的物理、化学现象，有关力、声、光、电、磁等性能和气体、液体、燃烧、金属的性质和变化；③多半是介绍有关天文及地理现象，包括地层、岩石、火山、空气、气温、云、雨、风、太阳、月亮、星球和地球运动等知识。
　　（3）重视选择与人类密切相关的内容，重视教学内容与日常生活的联系。例如，增加地球科学、天文学、气象学等领域的知识，具体涉及如火山、地震、太阳、天气变化、水的循环，等等。在联系学生的日常生活方面，力求教学内容乡土化、生活化，贴近儿童生活。如日本小学理科的“地球和宇宙”单元中，在三年级安排两项教学内容：“石块和土壤的收集与观察；观察向阳与背阳的区别”；四年级安排“水流对地表的作用和自然界的水循环”；五年级安排“天气与气温变化和太阳与月球”；六年级安排“观察星空、地层和岩石”，这些内容大多与乡土环境有关，与学生日常生活联系也颇为紧密。再如，英国小学科学教学内容十分注重相关知识与日常生活的联系。如讲简单机械和工具的知识，强调联系日常范围内简单机械如何解决实际问题；学习电和磁的知识，要求学生了解在家庭用电中电能的测量方法，等等。
　　（三）教学方法的改革
　　重视观察、实验，提倡以学生的研究与探究活动为中心的教学方式，是国外教学方法改革的显著特点。
　　首先，国外十分注重观察和实验方法的运用。如日本的《中小学学习指导要领》中明确规定，“通过观察、实验，培养研究自然的能力和态度，加深理解自然中的事物和现象，认识自然和人的关系”。为了保证学生有充裕的时间进行观察和实验活动，在第五次修订学习指导要领时（1989年进行第五次修订，前四次分别在1947年、1958年、1968年和1977年）删去或简化了一些次要或比较抽象难懂的内容，足见其对观察与实验的重视。在美国小学科学教育中，把观察作为认识和理解事物的基础，教师注意引导学生运用多种感官，观察事物的变化，注意事物之间的异同，在观察中比较，教师经常提出类似“你注意到什么？”“这些物体哪些地方相像？”等问题，发展学生运用、观察、认识和理解事物的能力。又如韩国，为了达到帮助学生理解科学事实、原理、概念，发展学生的科学思维，培养创造性地运用知识去解释自然现象，用科学的认识方法武装自己的能力；发展学生对自然现象、技术和科学成就的求知欲和兴趣等目的，要求用于实验研究的时间不少于自然科学学科总课时的30％。在教学方法的选择上把实验方法作为完成自然学科教学目的首选和最重要的方法，结果使得韩国学生在验证假设、选择必要的实验，对实验结果作出结论、读出和诠释图表方面的能力，优于别国学生。
　　现代科学教育大都强调科学探究过程和科学方法的重要性，强调教师应当是一位引导者或向导，强调儿童的学习方式应该是积极参与学习，在教学方法上强调探究法的运用。表现在：第一，注意把学生活动作为中心内容，编入教科书，而有关知识内容的描述十分简洁，有意不把结论写在学生用的教材中，只提问题，只讲背景，然后安排相应的探究活动。活动过程安排按照一定的思路进行，注重展示探究方法的过程。第二，教学过程中，注意创设问题情境，特别注意创设提出问题的实际情境，激发学生探究问题的欲望，刺激学生提出高质量的问题。解决问题的途径不是单一的，问题的答案具有“开放性”，即问题的答案可能是多种多样的，以此提高学生探究活动的质量，发展学生的创造能力。第三，在教学方法的选用上，重视选择和运用探究方法（也称发现方法）。
　　除此之外，国外小学自然教学还非常重视阅读方法。如英国组织专家、学者为中小学生编制一套几百种的科学小册子供学生阅读。小册子涉及的内容十分广泛，注意使学生了解各方面科学上的问题。再如日本，中小学的实验室里设有书架，排列着适于学生阅读的自然科学读物，学生可以随时阅读。重视阅读的方法，有利于拓宽学生的视野，有助于使学生全面认识自然界的面貌，也有助于培养学生对科学的兴趣。