התוכנית במדעי כדור הארץ פותחה מתוך הגישה הקונסטרוקטיביסטית של הלומד במרכז והוראה הממוקדת ביצירת משמעות ללמידה (למידה משמעותית). לכן, משנת הפעלתה הראשונה לפני כשני עשורים היא מבוססת התכונית במדעי כדור הארץ על למידת חקר שהמיקוד שלה הוא פתוח מיומנויות חשיבה מסדר גבוה. התוכנית מתמקדת בפיתוח תרבות למידה שבה האחריות על הלמידה היא בידי הלומד. למידת החקר היא האמצעי המרכזי בתהליך זה. יחד עם זאת, למידת החקר אינה רק שיטת לימוד, אלא ביטוי לפילוסופיה חינוכית הגורסת, כי למידה משמעותית יכולה להתפתח רק מתוך הלומד. לכן, מושתתת התוכנית במדעי כדור הארץ על סביבת לימוד עשירה ומגוונת עם מרכיבי בחירה והתאמה אישית בכיתה, במעבדה, בשדה ובמחשב.
התוכנית מקיפה תחומי תוכן רבים ומגוונים, אך כדי, שתאפשר למורים להתמקד בלמידת עומק על חשבון למידת רוחב היא נבנתה מלכתחילה עם אפשרויות בחירה רחבות למורה ולתלמיד. כדי ליצור גמישות זו, מוצע לכל נושא טווח של שעות הוראה מומלצות. לדוגמה, כאשר מופיעה ההמלצה ללמד את המחזור ההידרוספרי בטווח של 90-30 שעות משמעותה היא שמורה מסוים יכול לבחור את המינימום, 30 שעות, וללמד נושא זה רק בהקשר של תוכנית הליבה (ואז להרחיב בנושא אחר) או להגיע בנושא זה עד כדי יחידת לימוד שלמה (90 שעות במסגרת תוכנית ההעמקה. מובן שייתכנו גם כל מצבי הביניים שבין 30 ל-90 שעות. חשוב להדגיש, שאפשרות בחירה היא תנאי הכרחי וקריטי למה שמכונה למידה משמעותית.
הערכת התוכנית הותאמה אף היא מלכתחילה לגישת ההוראה היוצרת משמעות ללמידה ולאפשרויות הבחירה של המורים השונים. בחינת הבגרות כוללת 5 יחידות הערכה שונות, המבוססות על גישת הערכה המכונה "חלופית". הערכה בכל יחידת לימוד מבוססת על הערכת תהליך הלמידה (על ידי המורה) והערכת תוצר תהליך הלמידה (על ידי מעריך חיצוני). תכנית הליבה לבגרות (60% יח"ל) כוללת שלושה מרכיבי הערכה המתבצעים במהלך י"א והם: תיק עבודות, בחינת שדה ובחינה עיונית.
ההערכה המעשית בשדה מתבצעת כחלק מתוכנית הסיורים של המגמה ומתבצעת במחצית הראשונה של שנת י"א, כך שאינה מעמיסה על לוח הבחינות הבית ספרי ותיק העבודות מוערך על ידי המורה בלבד. כלומר, בשנת י"א יש רק אירוע בחינה אחד הנערך בעונת בחינות הבגרות.
מרכיב הערכה של שנת י"ב כולל שני מרכיבי הערכה חלופית (2 יח"ל): גיאוטופ המוגש כדוח מדעי ופרויקט חקר מערכות כדור הארץ המוגש כהרצאה מדעית.
לאור ההחלטה, שבמקצועות בהם התקיימה בעבר הערכה חלופית היא תמשיך כבעבר, ניתן לאמר שהתוכנית במדעי כדור הארץ מותאמת למדיניות הלמידה המשמעותית.
