从课堂教学设计方面来看，目前较为典型的教学设计模式有三大类：一是以“教”为主的教学模式，二是以“学”为主的教学模式，三是集前面两种模式之优点的教与学并重的教学模式。
以“教”为主的教学模式是从20世纪60年代后期开始逐步发展起来的。其特点是：以教师为主，教师利用讲解、板书和各种媒体作为教学的手段和方法向学生传授知识，学生则被动接受知识。在这种模式中：教师是主动的施教者；学生是外界刺激的被动接受者、知识灌输的对象；教材是教师向学生灌输的内容；教学媒体则是教师向学生灌输的方法、手段。这一模式经过几十年众多专家、学者的深入研究与发展，已经形成一套比较完整、严密的理论体系，而且可操作性强。
以“教”为主的理论基础比较复杂，从17世纪30年代捷克的夸美纽斯发表的《大教学论》，提出班级授课制，开创以教师为主的教学模式以来，经过历代众多教育专家学者的努力使这一领域的实践探索不断深入。其中比较突出的是赫尔巴特的“五段教学论”（预备、提示、联系、统合、应用）；苏联凯洛夫的教学理论（激发学习动机、复习旧课、讲授新课、运用巩固、检查效果）；赞可夫的“发展观”（认为教学不仅应当为掌握知识和技能服务，而且应当促进儿童的“一般发展”，即儿童心理各个方面的发展）；巴班斯基的“最优化”教学理论（“最优化”是指要从实际情况的具体条件出发，确定效果与时耗的双重质量标准，选定最佳教学方案，按照实施中的反馈信息及时调整教学活动进程以期达到最大效益，并使每个学生都能得到最合理的教育和发展）；美国布鲁纳的“学科结构论”（认为不应该强调增加教材的量，而应该按照学科内容自身的体系结构，即围绕学科的基本概念、基本原理和基本方法来进行教学，才能有效地促进儿童的智力发展）；布鲁姆的“掌握学习”理论（认为绝大多数甚至90%以上的学生都能很好地掌握教学目标的要求）；加涅的“联结——认知”学习理论和他的“九段教学法”；20世纪后半叶奥苏贝尔的“学与教”理论等。但是只有奥苏贝尔的“有意义接受学习”理论、动机理论和“先行组织者”教学策略才能真正作为以“教”为主的教学模式主要的理论基础，对以“教”为主的教学模式给予全面的支持。
以“学”为主的教学设计过程模式是20世纪90年代才逐渐发展起来的。其特点是：以学生为中心，在整个教学过程中，教师起组织者、指导者，帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。在这种模式中，学生是知识意义的主动建构者；教师是教学过程的组织者、指挥者，意义建构的帮助者、促进者；教材所提供的知识不再是教师传播的内容，而是学生主动建构意义的对象；媒体也不再是帮助教师传授知识的手段和方法，而是用来创设情境，进行协作学习和会话交流的工具。显然，在这种场合，教师、学生、教材、教学媒体四要素与传统教育相比，各自有完全不同的作用，彼此之间有完全不同的关系。
在研究儿童认知发展基础上产生的建构主义，不仅形成了全新的学习理论，而且也正在形成全新的教学理论。建构主义的学习理论和学习环境强调以学生为中心，不仅要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象，转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者，而且要求教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。可见在建构主义学习环境下，教师和学生的地位、作用与传统教学相比已经发生很大变化，即教师应当在教学过程中采用全新的教学模式、全新的教学方法和全新教学设计思想。以“学”为主的教学设计理论，正是顺应了建构主义学习环境的上述要求而提出来的，因而建构主义的学习理论就成为以“学”为主的教学设计理论基础。近年来随着建构主义理论的兴起，建构主义教学模式发展和完善迅速，如支架式教学模式、抛锚式教学模式、随机进入教学模式、自我反馈式教学模式等，都体现了以“学”为主的教学设计理念。
“教—学”相结合的教学设计的思想，就是教师通过教学意图和策略影响学生，把学生置于主体地位并提供主体地位的天地，使得学生成为学习行动的行动者。在整个教学过程中，教师和学生分享彼此的思考、见解和知识，交流彼此的情感、观念与理念，实现教学相长。
在国内，北京师范大学的何克抗教授根据目前国外有关文献资料和他们近年来在中小学进行试验研究实践，提出以“学”为中心的教学设计方法与步骤：①教学目标分析；②情境创设；③信息资源设计；④自主学习设计；⑤协作学习环境设计；⑥学习效果评价设计；⑦教学模式设计。这七个方法与步骤，对国外学者提出的以学为中心教学设计的六条原则进行了三方面的改正：第一，增加了教学目标分析；第二，突出了学习效果评价设计；第三，强调对教学模式设计。
北京师范大学的余胜泉教授等人在辩证地总结国外学者建构主义教学设计原则基础上，尝试性地提出一种基于建构主义的以学为主的教学设计模式。此模式基本上体现了建构主义教学设计的原则，而且还注意克服了国外学者提出的建构主义教学设计原则中存在的一些缺点：由于强调学生的“学”，往往容易忽视教师主导作用的发挥；忽视师生之间的情感交流和情感因素在学习过程中的重要性；学生自由度过大，容易偏离教学目标的要求。
从开放式教学的发展历程来看，“开放式”教学源于20世纪30年代美国进步教育学派的教育主张，70年代流行于世界各国。这种教学旨在强调学生的自由，推崇学生的兴趣，重视师生之间彼此信任和尊重气氛，并把情感和爱心作为一种主要的教学因素摆在特殊的位置。这种教学模式强调学生按兴趣在愉悦的情境中自由地学到知识。
在1998年第一届东亚国际数学教育大会专题小组会议上，能田伸彦作《日本课堂活动中的开放式数学教学》报告。在这个报告中，首次提出“开放式教学法”的概念，并对什么是开放式教学法提出自己的看法。在我国，1998年，“师范教育发展”课题《开放式课堂教学法研究》立项，经过两年多实验研究，通过专家鉴定，出版张汉昌和赵菡主编的《开放式课堂教学法研究》专著。
1.有关开放式课堂教学内涵和特征的研究
日本学者能田伸彦在《日本课堂活动中的开放式数学教学》报告中，最早提出“开放式教学法”，并指出开放式教学法有如下基本特征：
1）学生与数学活动融为一体，换言之，通过开放题进行数学活动。课堂数学活动应该包括收集记录数据、辨认模型、检验猜测、非形式化表述、符号化、一般化，进而完成数学活动的一般化。
2）学生的活动是开放的。①学生构造自己的问题；②学生通过自己编制的问题从事丰富的数学活动；③老师使用学生自己指出的问题发展数学内容；④用小组讨论阐明和考察问题的各个方面并获得解的范围，说明问题的多种解法，阐述解决问题的策略。
3）问题本身是开放的，或者说，对问题进行探索的数学活动包含不同的思维方法。
张汉昌和赵菡两位学者指出“开放式课堂教学法”的基本内涵包括：①教学理论体系是开放的；②教学的课堂教学观念是开放的；③课堂教学的环境是开放的；④课堂教学的内容是开放；⑤教与学的地位是开放的；⑥教学方法的运用和研究是开放的；⑦教学评价体系是开放的。
学者于明在《课堂教学的组织形式和方法》中指出：实行“开放教育”方式的课堂称为“开放课堂”。“开放教育”这个词包含有儿童活动很自由，教学不拘形式，无固定结构，可以用整片时间从事活动，不搞分科教学，不按一定教材传授知识等意义。开放教育有以下几个特点：
①教室内分成几个“兴趣区”；②教学活动没有固定结构；③以儿童的兴趣为中心；④在活动中学习；⑤不分年级，也不按年龄分班；⑥教师的职责是引导、建议、鼓励和帮助；⑦创造一种令人喜爱的环境。(www.xing528.com)
同时于明指出：“开放型课堂状态应是有浓烈的兴趣、生动活泼的气氛、入迷的求知欲和入门的愉悦。”[3]
2.有关开放式课堂教学步骤和方法的研究
江苏南通市实验小学曹平老师以系统论的有序原理为理论指导，以应用题为例进行开放教学，总体教学策略如下：
“首先就是让学生感知课本例题，接着师生共同讨论、质疑、评价，教师、学生、课本处于立体的开放系统之中，使学生与学生之间，教师与学生之间，学生与课本之间的信息渠道流通，形成立体的网络。”[4]学生主要通过序列性“六想”，充分暴露思维过程，并且有序而广泛地思考问题。
1）回想，即在审题基础上回忆、思考有关的基本概念、基本关系是什么？与之相近的问题是什么？
2）联想，即从一个已知条件或问题想到另一个已知条件或问题，如看到“计划……”联想到“实际……”等。
3）顺想，即将具有逻辑关系的条件进行顺向推理，得出新的条件。
4）猜想，即从一个问题逆推出可能的两个相关条件，通常从加、减、乘、除四个角度确定四种基本数量关系。
5）合想，即对条件和问题作瞻前顾后的考察，理清思路主线。
6）议想，即对各种解法的评议、反思、比较和回味，以及对解题规律的概括总结。
在上述教学策略指导下，在具体新授某道应用题时，设计过程如下：
1）整体感知，让学生打开课本直接整体感知例题，要求读通、读懂题目，借助多种解题手段建立应用题的表象。
2）局部扩散。首先将题目中的条件顺次编号，再对每个条件逐一联想。其次抓住问题从加、减、乘、除四中关系猜想可能的两个相关条件。
3）基点联结，每个条件或问题都是一个扩散基点，基点联结就是不断进行条件或问题之间的两两组合，为解题途径拓宽思维背景。
4）主线贯透，在众多解题线索中理清一条主数量关系式，以此为解题突破口寻找到解题思路和方法，其间就是交替使用分析法和综合法的过程。
5）全面评价，对学生各种思路、方法进行多侧面检验并作出恰如其分的评价。评价中鼓励学生多解，并筛选优解，以培养学生思维的广阔性、深刻性和灵活性。
北京二中聂海梅老师在总结读、想、听、说、写程序教学法的基础上实验并总结，提出开发式教学。其基本做法是：“老师先一字不讲，或只是作些引言，或作些实验的建议，让学生自己去做实验、看书、讨论、小结、再实验、再讨论、小结。”[3]
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