Η εκπόνηση της παρούσας διατριβής αποτελεί από τη μία πλευρά μια εις βάθος μελέτη των σύγχρονων παιδαγωγικών θεωριών που βασίζονται στη διερευνητική μάθηση, τη δημιουργικότητα και τον αυτοσχεδιασμό, ως αποτελεσματικών προσεγγίσεων για τη διδασκαλία των φυσικών επιστημών, και από την άλλη πλευρά αποσκοπεί στον λεπτομερή σχεδιασμό και τη μελέτη διδακτικών παρεμβάσεων, τόσο στην πρωτοβάθμια όσο και στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση, σε θέματα Σύγχρονης Φυσικής και Αστρονομίας. Σκοπός της έρευνας είναι η διερεύνηση της διαδικασίας της εφαρμογής αυτοσχεδιαστικών και δημιουργικών πράξεων στο επίπεδο τόσο του διερευνητικού όσο και του δημιουργικού σχεδιασμού που θα ακολουθήσουν μαθητές και εκπαιδευτικοί, προκειμένου να αναπτύξουν επιστημονικά νοήματα.