本研究以学习研究范式的转换以及学习科学的兴起为宏观背景,依托“变构学习模型”,剖析了其理论基础,涌现过程,核心要素以及运作机制,并展开了变构学习模型的案例研究,努力探索人类学习的复杂本质。全文共分五章展开论述,具体如下：第一章分析了变构学习模型的理论基础。变构学习模型继承和发扬了皮亚杰的建构主义学说。但是,作为一种认识论的建构主义学说尚不足以解释复杂的学习现象,变构学习模型从法国传统哲学——巴什拉的认识论障碍——那里获得了借鉴。此外,变构学习模型对于教师以及教学环境作用之重视,可以追溯到维果茨基的文化历史理论。因此,这三者便奠定了变构学习模型的坚实理论基础。第二章从变构学习模型的视角,对经验主义传统、行为主义传统和建构主义传统的众多学习理论进行了“解构”和重新梳理。变构学习模型是在对三大研究传统贡献与局限的反思和“扬弃”基础上的“涌现”。在变构学习模型涌现的过程中,学习的隐喻、学习的悖论、学与教整合的取向以及“学习”研究的系统方法都发挥了重要作用。变构学习模型不仅揭示了学习过程的复杂性,更为重要的是创设了促进变构学习的教学环境。第三章着重分析了变构学习模型的核心——概念体的研究前史以及概念体的涵义、构成和作用。在如何对待概念体的问题上,变构学习模型指出既要利用概念体来学习、又要和概念体反着来：从教学的视角来看,概念体的转化是在问题情境激发之下,多个参数交互的结果,离不开教学环境的干预。从学习的视角来看,知识炼制是学习者的个体过程,包括解构-建构、干扰、调用等环节,涉及了多个相互作用的不同层面。可以说,知识炼制的教学意义就是概念体的转化。此外,北美流行的“概念转变”研究与来自欧洲的“概念体的转化”之间的“对质”,将有助于深化对变构学习模型的理解。第四章在揭示出学习过程的复杂性的基础之上,将影响变构学习的各种复杂参数整合为变构教学环境,并与学习者的心智活动相互作用,从而促进学习者的对质,概念体的转化,知识的炼制和调用。调查学习者原有概念体、促进学习者概念体转化是变构教学环境设计的必要研究。变构教学环境设计应当遵循八个主导原则,精心调节变构教学环境的诸多复杂参数,就如同复杂的“炼丹术”。第五章展开了基于变构学习模型的案例研究。首先,从变构教学环境设计的角度,剖析了LDES具有代表性的变构学习和教学案例,以拓展我们的国际视野,发掘案例中所蕴含的隐性知识,获得有益的实践经验和启示。为了培养学习者的生态素养,沟通去境脉化的学校课堂和真实的科学世界之间的严重隔阂,我们开发了“生态素养”学习项目。在该项目中,我们展开本土行动,“调用”变构学习模型和变构教学环境,改善我国科学学习和教学实践。本研究采用了“基于设计的研究”新型范式,力求在理论与实践的互动发展中,催生本土化创新。