Les rôles et fonctions des travaux pratiques dans l’apprentissage des sciences sont présentés dans les programmes et instructions officiels d’enseignement. L’introduction en 2001 de l’épreuve d’évaluation des capacités expérimentales (ECE) au baccalauréat en France a renforcé ce rôle. Le Committee on High School Laboratories (2006) définit ainsi les travaux pratiques : « physical manipulations of the real world substances or systems, interactions with simulations, interactions with data drawn from the real world, access to databases or remote access to scientific instruments and observations ». De nombreux travaux en didactique se sont attachés à clarifier les rôles et fonctions des activités expérimentales dans l’apprentissage des sciences. Pour Millar (2004) la fonction des T.P. est d’apprendre des méthodes et des concepts, mais aussi de donner une image du fonctionnement de la science. Pour lui l’apprentissage, en accord avec le processus d’assimilation/accommodation décrit par Piaget, est un état d’équilibre entre une réalité interne et une réalité externe.

Tiberghien (2001) a étudié les différents objectifs d’apprentissage par l’analyse de fascicules de T.P. dans plusieurs pays d’Europe et a montré que cette mise en tension ne se fait pas facilement en particulier parce que les élèves sont souvent mis en situation d’appliquer des protocoles « clé en main » sans appropriation du problème posé et des concepts en jeu. D’autres travaux ont montré que les élèves ont des difficultés à donner du sens aux activités expérimentales et ont tendance à atomiser les actions, ce qui leur fait perdre de vue l’objectif initial du T.P. et les connaissances visées (Séré et Beney 1997). Ils ont du mal à relier les notions et les concepts qui sous-tendent et expliquent les phénomènes qu’ils sont en train d’observer et de manipuler. Pour Hodson (1990), à la racine du problème il y a un défaut de réflexion à propos de l'utilisation du travail de laboratoire. Pour Millar (2004) les idées et les explications n’émergent pas spontanément des données expérimentales, les enseignants doivent guider les élèves pour que ces derniers établissent ces liens.