基于复杂系统理论的教学设计研究是在复杂性科学理论研究日益深入和完善,并向各学科领域渗透后出现的。自20世纪80年代中期在世界上掀起复杂性科学研究的热潮以来,对复杂系统科学的研究和应用就成为各有关学科领域研究的前沿和热点,因此复杂性科学又称为“21世纪的科学”。由于教育系统本身作为社会大系统中的一个子系统,因此对教育系统中复杂性的研究和应用也受到了国内外学者的普遍关注,具有复杂系统特征的教学系统也毫无疑问成为了学校教育系统研究的中心内容。复杂的客观现实世界需要“复杂的学习”和“复杂的教学”来应对,过去的“简单教学”已无法适应培养信息化时代具有创新精神和解决复杂真实性问题能力的社会公民的时代要求,同样,只能进行简单线性教学,不能应对学生“复杂学习”要求的教师也必须向具有开放涌现非线性等特征的“复杂教学”转型。科学教育是学校教学内容中直接面对纷繁复杂的客观世界的学科教育,其培养的学生必须能从科学教育的复杂性教学和复杂学习方式中受到复杂系统科学素养的熏陶,掌握解决真实情境问题的知识和技能,培养有创造性的具有丰富科学素养的社会公民,而这一切都离不开具有复杂系统特征的教学改革和教学设计模式的创新,正是在这样的趋势和背景中,本研究对基于复杂系统理论的科学教育教学设计展开了理论和实践的探索。本文参阅了国内外大量有关复杂学习、复杂系统、教学设计、系统科学、学习理论等方面的文献资料,在分析和总结了当前我国科学教育存在的问题,有关科学教育教学设计理论与实践所面临的问题,分析了问题的成因,提出要将不利于培养学生发现问题和解决真实情境问题能力的简单学习和简单教学,转变为复杂学习和复杂教学,将复杂系统理论的思想引入到科学教育的教学设计过程中,初步构建了一个复杂教学循环自组织模式,其中强调了现代计算机与网络辅助等技术对复杂教学模式进行技术支持的重要性。最后通过在中学数学教学中的案例教学对该模式进行了初步的实证研究,为今后更好的解决科学教育教学模式设计问题提供了新的思路。