据研究，教育领域中的深度学习概念最早由瑞典哥德堡大学的马顿和萨乔提出，他们在1976年研究大学生在进行大量散文阅读任务时，所表现出的不同的学习过程和使用的学习策略以及理解和记忆的差异化学习结果。
他们发现，学生在学习过程中处理信息存在不同水平，呈现浅层和深层的差异。当学生使用浅层学习策略时，只能获得对问题的浅表回答，学习过程表现为机械的死记硬背；当学生使用深层学习策略时，则能关注到文章主题和主要观点。两位学者由此提出了“深度学习”概念，指出深度学习是一个知识的迁移过程，有助于学习者提高解决问题并做出决策的能力。
此后，许多学者和教育研究组织纷纷开始对深度学习开始研究，在世界各地兴起了研究热潮。美国教育研究会（America Institutes for Research）将其深度学习细化为认知、人际、自我三大领域，形成了深度学习在领域维度与能力维度的兼容性框架。如图：
深度学习在领域维度与能力维度的兼容性框架
从此框架中我们可以看到深度学习是针对教学实践中存在大量的机械学习、死记硬背、知其然而不知其所以然的浅层学习或者虚假学习现象而提出的。
深度学习主要体现了五个特征：
学生学习是投入积极的，情感是愉悦快乐的；是基于理解的学习过程；学习活动和认知能力处于较高认知水平层次；在整体性学习的背景下，学生在各种知识和现象间建立联通关系，逐渐建立自己的知识体系；具有创造和批判的思维行为，能够解决基于真实场景下的生活问题。
5E教学法最早起源于生物学科的教学，是由美国生物学课程研究（BSCS）开发出的一种建构主义教学模式，后因其完备的实用性受到了教育界的高度关注，是美国科学课堂的主流教学方法。
五个“E”具体为参与（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、详细说明（Elaboration）、评价（Evaluation）。因为5个学习阶段都以“E”开头，所以又被称为“5E”教学模式。
5E教学模式主要应用在科学学科，科学体系主要由若干个核心概念和知识组成，此模式强调的是以学生为中心，通过运用调查和实验的方法解决问题，强调通过小组合作学习促进学生对科学概念的理解和知识的建构。
这五个教学环节既相对独立，又互相联系，形成科学课堂教学闭环。每一个教学环节背后蕴藏着其独特的教学理念和价值。每个环节并没有提出或者规定一定的教学方法，而是更多地体现于教学理念或特点，引导教师在科学学科的设计和教学时要注重围绕学科本质，引导学生像科学家一样的思考和学习，引导学生深刻理解科学概念，培养学生的科学探究能力，以及帮助学生实现概念转变和构建科学概念。
这五个环节也与深度学习的三大领域技能紧密联系起来，能够促进学生在认知领域、人际领域和自我领域的发展。并能够有效解决科学教学中重知识轻思维，重结果轻过程的浅层化问题，将有助于科学学科教学模式的转型和课程目标的落实。
