学习是一个复杂的系统，也是人类进步的重要动力。学习科学是一个跨学科领域，其主要探究人类如何学习、为什么学习、学习在什么情境下发生，以及人类如何决定学习发生的源头等问题。 本手册探讨的核心问题主要有三点：（1）学习者如何理解无处不在的信息并与之交互？（2）如何设计对于学习者而言具有一定挑战性的学习环境？（3）如何有效设计、分析和评估教学和学习以促进学习者的学习？从研究内容来看，本手册主要包括关于学习过程的研究、关于学习环境的研究、关于学习科学研究方法的研究三个板块。 首先，学习科学对学习过程的研究涉及心智过程和社会过程，以及影响这些过程的文化因素、系统因素和其他有关因素，学习科学是跨学科的研究领域，涵盖了认知科学、心理学、哲学、社会学、人类学、课程与教学等多个学科领域。 其次，关于学习环境的研究方面，学习科学领域的研究者围绕学习教学设计、情境设计、学习支持等几个维度对设计挑战式学习环境进行了分析和探讨，包括整体化教学设计、知识论坛、模拟、游戏和建模工具、非正式学习场馆、MOOCs支持的多样化学习环境、创客运动等方面的内容。 最后，学习科学领域的研究者分别从有效设计、测量、分析和评估等方面对如何促进学习者的学习方面进行了分析和探讨，关注了以基于设计的研究、基于设计的实施研究和参与式设计为核心的研究方法设计、面向学习者的学习评估和能力测量、融合质性和量性的混合式方法研究等方面的内容。