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探究式学习的思想渊源可以追溯到20世纪初。当时，针对脱离儿童生活经验、纯知识灌输的美国传统教育，著名实用主义教育家杜威提出了以儿童为中心、做中学的教学方法。杜威认为科学教育不仅仅是让学生记忆百科全书式的知识，也是一种过程和方法。他主张教学应当遵循以下步骤：设置疑难情景、确定问题、提出假设、制定解决问题的方案并实施等。仔细分析这种教学模式便可以发现，它与我们今天所说的科学探究有着密切联系。这种蕴涵探究思想的教学模式不仅对美国科学教育产生了深远的影响，也为探究教学的提出奠定了基础。

第二次世界大战结束后，新的科学理论和技术不断涌现，自然科学的发展出现了前所未有的新图景。而这一切必然对以科学技术为基础的教育产生深刻的影响，传统的仅以文化知识教育为目的的教育体系已不适应社会的发展，主要表现在：学校教育与社会需要之间不相适应的矛盾；教育内容与有限教学时间之间难以协调增长的矛盾；知识教育与能力培养之间的矛盾。这些矛盾集中反映了“学校教育就是知识教育”的传统教育观已不能适应社会经济与科学技术的新发展。因此，需要重新认识教育过程，改革教育观念、教育体制、教育内容、教育方法。

1957年，苏联第一颗人造地球卫星发射成功，美国受到极大的冲击和震动，引起了他们对教育意义和作用的重新认识，开始了对以“纯知识教育”为目的的传统教育的改革运动。

1959年9月，美国全国科学院在政府的支持和资助下，召开了专门研究改革中小学理科教育的伍兹霍尔会议。大会主席、著名的教育心理学家布鲁纳作了题为《教育过程》的著名报告。提出了应重视科学的知识结构，重视发展学生智力，培养能力的新教育观，并率先倡导“发现法”，锐意改革和创新教学方法。布鲁纳倡导的“引导一发现”模式，这种模式的基本程序是：问题一假设一验证一总结提高。“发现法”作为一种有效的方法受到教育者的重视。

与此同时，美国芝加哥大学教授施瓦布(J．J．Schwab)在1961年哈佛大学举行的纪念演讲会上作了题为《作为探究的科学教学》的报告，提出了与发现法相似，但更具操作性的教学方法——“探究学习”(Equiry Learning)方法。在施瓦布看来，科学知识不是固定不变的，随着探究方式的更新，它们会被不断地修正。这就是说，学科的结构处于不断的变化中。在科学技术迅猛发展的今天，这一点表现得更为突出。因此，施瓦布主张不能把科学知识当作绝对的真理教给学生，而应作为有证据的结论；教学内容应当呈现学科特有的探究方法，如解决问题的方法、探究叙事等；教师应当用探究的方式来教授知识，学生也应通过探究活动展开学习，即在学习科学的概念原理之前，先进行探究活动，再根据自己的探究提出科学的解释。这种全新的教学方法，无疑对当时的科学教育产生了很大的促进作用。它促使人们思考科学教育存在的问题，积极探索怎样使学生深入理解科学知识，以及怎样提供更多的机会让学生体验科学的过程等。经过几十年的不断研究与改进，如今探究式学习已成为美国科学教育中最重要、最有影响的方法。1990年美国科学促进会发表的《2061计划》强调，科学教育应当符合科学探究的特点。1996年公布的《美国国家科学教育标准》，将探究列为学习科学的核心方法。一位学者曾指出，如果必须选择一个词来描述20世纪50年代末以来美国科学教育的成果的话，它一定是探究。