Edellä kuvattujen teoreettisten ja filosofisten (myös psykologisten) näkemysten pohjalta yhdysvaltalaisen tiedeopetuksen opetussuunnitelmatyön pohjaksi määriteltiin projektioppiminen. Krajcik ja Shin (2014) artikkelissaan projektilähtöisestä oppimisesta todistavat, että se on yksi tapa jäsentää opetussuunnitelma siten, että oppilaat oppivat entistä syvällisemmin tärkeitä käsitteitä ja periaatteita. Oppilaat voivat oppia tekemällä, hyödyntää käsitteitä ja periaatteita sekä ratkaista ongelmia. Oppilaat sitoutetaan toimintaan, joka on muistuttaa tutkijoiden tapaa työstää tutkimuskohdettaan.

Tiedonalojen sisältöjen oppiminen vaatii sitoutumista tiedonalojen käytäntöihin (tiedekäytäntöihin) ja näiden oppiminen vaatii sisältöjen oppimista. Projektilähtöisessä oppimisessa oppilaat ratkaisevat ongelmia, rakentavat malleja, selittääkseen todellisia ilmiöitä ja kytkevät jo tuttuihin käsitteisiin ja periaatteisiin uusia käsitteitä.

Projektioppiminen (myöhemmin otan käyttöön käsitteen paremman suomennoksen: tiedekäytäntölähtöinen oppiminen, TKL-oppiminen) ammentaa lähtökohtansa John Deweyn ajattelusta. Projektioppimisen taustalla on neljä keskeistä oppimistutkimuksen näkökulmaa:

1. aktiivinen tiedon luominen, eli oppijat rakentavat itse tietoa tutkimalla, havainnoimalla olemalla vuorovaikutuksessa ilmiön ja kanssaoppijoiden kanssa, yhdistämällä vanhaa ja uutta tietoa sekä jakamalla ajatuksia ja kokemuksia toisten kanssa
2. situationaalinen oppiminen (situated learning), eli työskentelyä mahdollisimman aidoissa ja todellisissa tilanteissa (kokeellinen työskentely oikeilla välineillä ja aineilla laboratoriokontekstissa); koejärjestelyjä suunnitellaan ja toteutetaan sekä selitetään kemian kielellä
3. sosiaalinen vuorovaikutus, yhdessä tekeminen, omien kokemuksia ja ajatuksien jakaminen toisten kanssa, yhteisteistä mallien tuottaminen, perustelujen ja johtopäätösten testaaminen ja yhteisen näkemyksen luominen asiasta ja ilmiöstä
4. kognitiiviset välineet, ilmiöiden ja asioiden mallintaminen erilaisilla työkaluilla ja erilaisissa tilanteissa, asioiden jäsentäminen ja luokittelu, asiayhteyksien ja käsitteiden keskinäisten riippuvuuksien esittäminen

Projektioppimisen piirteitä on käytössä olevissa materiaaleissa (Krajcik & Shin 2014) kuvattu seuraavasti (käännös Kalle juuti):

1. Projekti alkaa ohjaavalla kysymyksellä (driving question), joka on ratkaistava ongelma
2. Projekti kohdistuu opetussuunnitelman kannalta keskeisiin tavoitteisiin, mitä oppilaiden oletetaan osaavan päättöarvioinnissa
3. Oppilaat perehtyvät ohjaavaan kysymykseen toteuttamalla luonnontieteen tiedekäytäntöjä.
4. Ohjaavaan kysymykseen liittyviä tiedonalan keskeisiä käsitteitä ja periaatteita opitaan mm. pohtimalla käsitteiden keskinäisiä yhteyksiä, luokittelemalla niitä ja soveltamalla erilaisiin ilmiöihin (tilanteisiin) tai malleihin.
5. Oppilaat ja opettaja sitoutuvat toimimaan yhteistyössä asettamalla tavoitteksi yhteiset selitykset ja mallit.
6. Toteuttaessaan luonnontieteellisiä tiedekäytäntöjä, oppilaiden työskentelyä tuetaan mm. tieto- ja viestintäteknologian avulla. Tieto- ja viestintäteknologia mahdollistaa myös sellaiseen toimintaan osallistumisen, joka muutoin olisi oppilaille mahdotonta, esimerkiksi yhteisen dokumentin tuottamiseen oppituntien ulkopuolella.
7. Oppilaat tuottavat joukon tuotoksia (artefakteja), jotka pyrkivät vastaamaan ohjaavaan kysymykseen tai tukevat johtopäätöksien tekemistä. Nämä ovat artefakteja, jotka kuvaavat joko kokonaista oppimisprosessia, yksittäisiä tuloksia ja niistä johdettuja malleja tai yleistyksiä.