當代教育的發展趨勢日益重視學生的個別差異與科學知識的本質，許多研究逐漸表明教學方法的成效，往往視學生對於該教學方法的態度、知識本質以及學科特性而定。

　　在科學教育研究上，教師中心的講授式教學與學生中心的探究式教學的二元比較似乎有其侷限性，研究顯示教學方法或環境與學生態度間的匹配可能才是影響成效的重要因素(參見Chang & Tsai, 2005; Chang et al., 2006)。另一方面，多年來哲學、認知心理與科學教育的相關研究上，對於科學知識的本質有深入的探討，人們體認到科學知識的多元性以及單一教學方法的不足，除事實性、敘述性的科學知識外，過程性、後設性的知識，例如問題解決、資訊尋求、假設形成、實驗設計、解釋與溝通等技能，對於學生的學習與發展亦相當重要。科學社群透過群體參與所形塑的各學科特性，亦應是科學教學應當加以考量並據以調整之處，例如理論科學重視思辨而應用科學強調實作。科學教育的願景之一，便是思考如何因應學生個別差異、科學知識多元性與學科間之相異特性，發展出適合的教學策略與學習環境。

　　基於上述願景，國立台灣師範大學以高等教育之科學與工程的數位學習為主軸，整合科學教育、工程教育與科技發展等研究團隊，進行一個跨領域與跨國際性的研究計畫，其目標在於針對科學與工程學科特性，發展可應用於講授式與探究式教學模式的關鍵科技與平台，以期於長遠的未來，能實現一個可對學生差異、科學知識本質與學科特性進行調適的未來學習環境。

　　於國際合作及研究方面，本計畫與美國喬治亞理工學院及卡內基美隆大學等國際研究機構建立實質的合作關係。其中，本計畫與喬治亞理工學院密切合作，發展建置數位內容之多媒體編目與檢索系統，目的在對大學中科學與工程課程所發放之參考資料以及講授教學常用的數位投影片(PowerPoint)提供更為快速準確的檢索功能。在數位學習的情境中，此技術讓學生能對數位內容進行以個人需求為中心的檢索、整理、再閱讀與再利用，使同樣的數位內容(例如同一份投影片)能透過不同的使用方式—教師為主的講授與學生為主的檢索—對學習產生意義。另外，本計畫與美國卡內基美隆大學的電腦科學研究人員合作，針對台灣高中至大學的學生，設計科學教育中開放式問題解決活動之自動評分與智慧型家教系統。此研究源自於對科學知識的多元面向觀察，研究如何使用自然語言處理與統計方法，於創造性想法產生與質性科學論述等過程性的學習活動中提供教學回饋與輔助，同時也創造合作式探究學習的機會。在工程教育方面，我們以工程學科特性、多媒體技術、教育心理以及認知科學等為基礎，進行視覺化模擬式教材的開發與應用研究。工程教育需要學生透過實作，以培養其應用基礎知識及有效解決問題的能力，視覺化模擬則提供了學生一個在數位學習環境中，建構此類操作性知識的學習機會。

　　我們認為教師在未來數位學習環境中，不但不會消失，反而將在科技（工具）的選擇、使用與普及上扮演更為重要的推手，如何使職前與在職教師在資訊融入教學上得到充分的準備與資訊是一個相當重要的課題。本計畫兼用質與量的研究方法，一方面針對資深與職前科學教師進行晤談，以了解教師對於數位學習與資訊融入教學所持觀念與知識體系，另一方面建構數位媒體資源庫，作為輔助教師進行數位教學的資源共享平台。