หนังสือ 21st Century Skills : Learning for Life in Our Times ได้ระบุคุณลักษณะของผู้เรียนในศตวรรษที่ 21 ได้เป็นแนวทางเพื่อให้นักการศึกษาทั่วโลกได้ทำความเข้าใจในธรรมชาติการเรียนรู้ของผู้เรียนได้อย่างเหมาะสมและสอดคล้องกับสภาพบริบทต่างๆ ซึ่งเป็นผลมาจากการปฏิรูปการเรียนรู้ การปฏิวัติทางเทคโนโลยีสารสนเทศ การเปลี่ยนแปลงทางด้านเศรษฐกิจ สังคม การเมือง และวัฒนธรรม ผู้เรียนต้องพัฒนาตนเองในทุกๆ ด้าน และเต็มตามศักยภาพเพื่อให้พร้อมกับก้าวสู่สังคมแห่งการเรียนรู้ (Trilling and Fadel, 2009) ผู้เรียนต้องมีทักษะที่จำเป็นในการดำรงชีวิต มีทักษะทางเทคโนโลยีสารสนเทศที่ดี เพื่อการติดติดต่อสื่อสารกับเครือข่ายที่หลากหลายรูปแบบ สามารถสืบเสาะข้อมูลผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ตได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสื่อสารอย่างสร้างสรรค์ได้เป็นอย่างดี การเรียนการสอนวิทยาศาสตร์ยุคปฏิรูปจึงต้องตั้งคำถามสำคัญที่สอดรับกับสังคมฐานความรู้ ก็คือ “ผู้เรียนเรียนรู้วิทยาศาสตร์อย่างไร?” น่าจะเป็นคำถามที่น่าสนใจและผู้สอนสามารถแปลงไปสู่การออกแบบและจัดกิจกรรมการเรียนการสอนได้ ผู้สอนต้องเข้าใจในธรรมชาติของผู้เรียนและพฤติกรรมการเรียนรู้ที่เหมาะสมว่าผู้เรียนได้เรียนรู้อะไร (What do they know?) และเรียนรู้อย่างไร (How do they know?) ซึ่งจะช่วยจรรโลงให้การเรียนรู้วิทยาศาสตร์นั้นมีคุณค่าและความหมายต่อชีวิตของผู้เรียน
