理科教育
理科教育（りかきょういく）とは、教科「理科」についての教育活動・内容などの総称。広義には、日本での学校教育（小学校・中学校・高等学校）における科学教育全般を指している（日本以外の類似する教育分野は主として「科学教育」と呼ばれる）。自然科学に関する教育活動全般の他、環境教育や食育なども理科教育に含められることがある。また、理科教育振興法で規定される「理科教育」には学校教育の「理科」に加え「数学」の分野も含まれている。
しかし、日本の小学校・中学校・高等学校における理科教育活動を狭義にとらえた場合、日本以外の科学教育を参考にしながら科学教育の望むべきあり方を目指してはいるものの、その内容は、純粋な科学教育とは少し異なる日本独自の変遷をたどっている（詳細は後述）。具体的な学習内容は学年により大きく異なるが、主として「理科に関する知識の習得およびその活用」がその目標となっている。
なお、理科教育のなかで特定の領域について考えるときには、「物理教育」「化学教育」などと細分化される場合がある。また、理科教育全般を取り扱う研究分野は「理科教育学」と呼ばれ、教育学（教科教育学）の一分野として位置づけられる。
「理科」以前
明治時代になるまで、日本には国家が全国民に「制度として」行う教育がなく、庶民は寺子屋で学ぶことが多かった。その寺子屋では「読み・書き・そろばん」が主な内容であったが、地域の要求によって、他の分野（産業など）も教育内容に加えられていた。
一方、1720年（享保5年）の八代将軍徳川吉宗による「洋書輸入の禁」緩和のころから蘭学が成立し、個人的にではあったものの、近代科学が蘭学塾で伝承され始めた。書物の翻訳が主目的であったが、輪読にとどまらず、そこからさらに深く科学を追究する者も現れた。
そして、1854年（安政元年）の開国をきっかけに、江戸幕府は、国防上の必要性から、欧米の科学技術を積極的に取り入れる方針をとった。長崎海軍伝習所・蕃書調所など、科学技術を教える藩校が設けられた。明治維新後は西洋文明を積極的に取り入れるようになり、福沢諭吉の『窮理図解』など、先進的な洋学者の手によって科学啓蒙書が相次いで出版された。
「学制」頒布と、科学教育への試行錯誤
1872年（明治5年）の学制頒布時に、はじめて、理科の前身に当たる科目が設けられた。そこでは、近代科学の合理的な自然観が内容として取り上げられるようになった。これは科学的な考え方を養うことに重点を置いたもので、「当時、どの国にも科学教育に大きな比重をかけたものはなかったであろう」という評価もある。
しかしながら、当時、科学教育を受ける段階に進んだ子どもも少なかった上、教師自身も科学について学びながら指導している状態であった。
また、この時期の師範学校などでの教師教育は、科学教育に関連することも含め、外国の教育法の直輸入が図られるようになっていた。これに対し、「明治初年の科学啓蒙の精神を忘れ、欧米の技術教育の取り入れに懸命になってしまった。」と、科学教育の理想的な側面から次第に離れていったことを指摘する者もいる。
さらに、カリキュラム・教科書の編成が徐々に文部省主導で進むようになり、1877年（明治10年）頃に取り上げられた科学の教科書には、『物理階梯』『具氏博物学』など、文部省が洋書を翻訳したものが多くなった。そして、学校の現場では、教科書と黒板によって知識注入・暗記する方法が主にとられていた。
「理科」の成立
1886年（明治19年）の学校令で、いままで複数の学科に分かれていたものが「理科」という1つの科目にまとめられ、実質的な理科の内容が決定づけられた。1891年（明治24年）の「小学校教則大綱」には、「第八条 理科ハ通常ノ天然物及現象ノ観察ヲ精密ニシ其相互及人生ニ対スル関係ノ大要ヲ理会セシメ兼ネテ天然物ヲ愛スルノ心ヲ養フヲ以テ要旨トス」と記され、このとき、「科学的な考え方の初歩」を教えるのではなく、自然の事物・人工物（道具類）・自然現象について教えるように方針転換された。つまり「目に見えるものの実験・観察」に重点が置かれることになった。
この流れを受け、1904年（明治37年）の国定教科書制定当初、理科については定められなかった。これは、「教師が教科書に頼って、実験を行わないのでは」という危惧があったためである。その後、1910年（明治43年）に国定教科書が制定されたが、その教科書も「要点を記述するにとどめ、ノート代わりにする」という意図で編纂されていた。
第一次世界大戦後の理科教育革新運動
「第一次世界大戦後の理科教育革新運動（理科教育改革運動と称すこともある）」には、子ども自身で行う実験の増加、国定教科書による画一的な理科教育へのアンチテーゼも含まれていた。また、低学年理科への要求も、一部の間で強くなっていた。
しかし、この時代の実験・観察には、「教師たちが実験のもつ意味を十分に理解していたとはいえ」ず、講義の補完程度の認識しかなかったという指摘や、「教師自身の中に科学教育についての正しい考え方を着実に伸ばしていくことなしには、立派な設備も訓令も逆効果をもたらしかねないということを教えることになった」という指摘もある。
また、治安維持法の制定、満州事変・日中戦争と戦時色が強くなるにつれ、科学的な考え方自体が政府の方針にそぐわないものになり、次第に理科教育は沈滞期を迎えることとなった。この結果、戦局が進むにつれ産業技術者が不足することになり、大きな問題になったが、その対応には、国民学校の発足まで時間がかかった。
第二次世界大戦後の理科教育
戦後、1947年（昭和22年）に発足した新制中学校・高等学校も含めて、生活単元学習や問題解決学習という、身近な生活から問題を見つけて解決する形の授業形態が中心になった。神崎夏子は、当時の中学・高等学校で使用されていた理科教科書の目次をとりあげ、「科学を学ぶ意義が学問の体系知識を学習すること、研究者を育てることを目的としたものではないことを」示しているという意見を述べた上で、「なぜ理科を学ぶのかに答えてくれるものであった」としている。
しかし、子どもの個々の経験から科学の本質・系統的な自然科学の知識を身につけさせることは難しい上、無理があることでもあった。そのため、次第に「這い回る経験主義」という批判や、基礎学力の低下を憂う声が強くなった。
そこで、1958年（昭和33年）告示の学習指導要領では系統学習中心に揺り戻され、その傾向は1968年（昭和43年）告示の学習指導要領改訂でいっそう強くなった。しかし、今度は系統性を重視する余り内容が知的理解中心・論理主義的になり、落ちこぼれの子どもが増えることとなった。
ゆとり教育と呼ばれる教育と、その結果
いわゆる「ゆとり教育」の始まりとなる1977年（昭和52年）告示の学習指導要領改訂では、再び直接経験を重視する形になり、授業時間数が減らされ始めた。そして、1992年度（平成4年度）に、小学校1・2年の理科が廃止され、生活科が新設された。これにより、小学校低学年での理科単独の授業は姿を消した。その後、1998年（平成10年）告示の学習指導要領で、さらに理科の指導時間数が減らされた。
この学習指導要領の実施後、子どもの学力低下が世論で取り上げられるようになった。2003年（平成15年）に文部科学省が「指導要領に示していない内容を加えて指導も出来る」ように学習指導要領を一部改正し、教科書にも発展的な内容が入った。これに対し、「『学習深度は深く』なったものの、『内容が断片的になり、現場の教員は、かなりの試行錯誤をしている』」との意見もある。
代表的な教授理論
理科教育学では、科学的な認識を軸として認知心理学や発達心理学を学ぶことが多い。これは、子どもの素朴な認識を踏まえ、科学的な認識ができるように授業に取り組むことが重要な姿勢とされているからである。
そして、「なぜだろう？」「何だろう？」「どうなっているんだろう？」「どうすればよいだろう？」という疑問や、事物に対する子ども自身の認識のずれ・矛盾を子どもに持たせ、それらを子ども自身で解決する手助けをすることで、より理解を深めさせる実践が行われている（弁証法的なアプローチ）。
なお、日本で発達した理科の教授理論には、板倉聖宣らの「仮説実験授業」、玉田泰太郎らの「課題方式」などがある。どちらも「問題→予想（仮説）→討論→実験」が基本線の、科学的認識の成立過程を再現していく授業で、科学の基礎的事実・法則・概念の認識を目標にしている。
探究学習
探究学習論とは、子どもたちが主体的に探究活動に取り組むことを通して、知識の獲得だけでなく、探究する能力や態度を獲得することを目的とした学習論である。具体的には観察や実験といった探究活動を通して、「問題を見出し、仮説を立てる」「実験計画の立案・実行」「データの分析・解釈」「結果の考察」といった探究する能力（プロセス・スキル）を身につける。日本においては発見学習や問題解決学習と同一視されがちで明確に区別するのはできない。起源となるのはアメリカの教育学者シュワブ（Joseph J Schwab）の学習論で、日本では教育の現代化運動の影響を受けたときに探究学習論の考え方が持ち込まれた。その結果、昭和44年における中学校学習指導要領の改訂の際に探究学習の考えが多く取り込まれた。現在の理科教育においても知識の獲得だけでなく、それを獲得するためのプロセスを重視する「探究の過程重視」という考え方は受け継がれている。
問題解決学習
児童生徒が当面している問題の解決への努力を通して、経験や知識を再構成し、発展させて子どもの自主的、創造的、批判的な思考能力を高めようとする学習形態。
問題解決学習の授業においては、自分の考えや気持ちを、自分の言葉でしっかりと仲間に語ることと、仲間の話をしっかりと受け止めて聞き、それに誠実に応えることに重点が置かれている。そのため、子どもたちは、大切なことはしっかりと友だちに伝え、また、友だちが言った大切なことはしっかりと聞いて覚えている。その結果、教師が「説明したつもり」の授業と比べて、知識や技能の定着が高い。教師は子どもたちの動きを見つつ、教えることが必要な知識や技能を､「どの子どもから、どの場面で出させるか」を考え、その場面でうまく出させて､そこで立ち止まって、子どもたちがそれに注目するように確認している。
有意味受容学習
オーズベルらによって1960年代に提唱された学習理論。有意味受容学習とは、有意味学習と受容学習を統合した学習のことをいう。有意味学習とは、学習者が学習内容の意味を理解して学ぶことをいう。一方、学習内容を理解せずただ暗記する学習を機械的学習という。受容学習とは教師によって提示された学習内容を学習者が受け入れて学ぶことをいう。一方、発見学習は学習内容を教師から与えられず学習者自らが発見していくことをいう。ここから、学習を大きく次の4つに分類できる。
(1)有意味受容学習 (2)機械的受容学習 (3)機械的発見学習 (4)有意味発見学習
受容学習＝機械的学習、発見学習＝有意味学習ではない。むしろ、発見学習は、おうおうにして機械的学習におちいり、有意味発見学習が成立するのは、かなり困難である。さらに、現実の学校教育を見ると主流は有意味受容学習であることがわかる。
この有意味受容学習を、より効果的なものにするために、オーズベルは、「先行オーガナイザー」を考案した。「先行オーガナイザー」とは、学習内容に入るに前に学習者に提示され、学習者の現在の認知構造とこれからの学習内容とのギャップをうめこれからの学習を先導できる材料のことをいう。
総合学習
教育カリキュラムは一般的に，教科中心主義，児童中心主義，社会中心主義の3つに分かれる。しかし，より望ましいカリキュラムというものは，この3つの主義を「総合」と言う概念で把握するものである。その形態は，その時代の社会の要求や児童・生徒観によって様々である。
代表的なものには，1920年代のドイツで成立した郷土科や合科教授，その後の事実教授。1930年代のアメリカのコース・オブ・スタディーの中のヴァージニアプログラムやカリフォルニアプログラム，日本においては，生活科や総合的な学習の時間がある。
小学校
小学校教員免許を取得する場合は、教育職員免許法施行規則第六条第四欄「各教科の指導法」で「理科」の指導法を履修する必要がある。
また、第三条の「教科に関する科目」に「理科」の単位がふくまれている。この科目は1993年の時点には一種免許状などで必修であったが、2010年2月現在「一以上の科目について修得」すればよいと規定されている。そのため、2010年現在では、「理科」の科目を履修しないで小学校教員免許を取得する場合もありうる。もし受講している場合も、授業時間や担当教員の専門などの理由から、必ずしも理科に関するすべての分野が取り扱われるわけではない。
小学校教員志望者には理科への苦手意識が強い人・文系出身者が多く、理科の基礎教養が身についていない者もいる。また、現職の小学校教員にも「理科（特に物理・地学）の指導について苦手意識が強い」人が多く、「理科の指導法についての知識・技能を大学時代にもっと学んでおいた方がよかったと思っている」という統計もある。このことなどは、初等教育段階での理科教育において大きな課題を抱えているといえる。