学习科学是20世纪90年代诞生的一个跨学科研究领域,它吸收多种理论观点和研究范式来研究“人是如何学习的”。其研究的许多主张正在引领和促进教育的革新和持续发展。基于案例推理(Case-based Reasoning,简称CBR)是认知科学和人工智能领域建立的一种可信服的认知模式,它被应用于人工智能领域专家系统的设计之中,以此提高智能机器解决复杂问题的智能化程度。从90年代开始,学习科学领域内的教育改革者开始呼吁并尝试将CBR这样引人关注的认知理论用于革新教育方法,为学生的探究学习创建理想的学习环境。本研究正是在这样的背景下产生的。本研究在学习科学的视角下,聚焦于CBR的问题解决过程,探讨CBR的认知基础、学习观,以及由此产生的一些关于促进有效学习的新建议。在此基础上本论文结合我国基础教育实践,从理论和实践层面研究CBR在探究学习环境设计中的运用,旨在运用CBR的认知理论变革课堂教学方法,促进学生在探究学习环境中获得高级知识,达到深度理解。本论文主要分为六章来论述。第一章通过文献研究全面考察了CBR的源起,以及在学术领域、商业领域和教育领域发展的历史脉络,并从认知科学、人工智能技术和学习三个层面对CBR的概念进行了界定,阐释了CBR的基本内涵。第二章基于文献研究从CBR的概念形成、案例知识表征与存储、联想思维与类比推理、复杂问题解决、认知过程等方面全面论述了CBR的认知基础。第三章围绕CBR解决问题的认知过程阐释了案例知识的经验属性；论述了人们在利用自己或他人的案例知识解决问题时的经验学习过程,以及CBR所蕴含的经验学习观点、学习方式、学习特征。第四章主要依据CBR的认知与经验学习观点,论述了CBR对探究学习、问题解决、技术运用的支持观点,以及促进从经验中进行有效学习的教学原则。并从案例知识管理、经验学习工具设计、学习环境设计三个方面分析了CBR在教学领域中的应用。最后,通过个案研究的方式阐释了CBR的教学观点在“通过设计的学习(LBD)”学习环境设计中的体现,并透视了“通过设计的学习(LBD)”所蕴含的实质性教学特征。第五章转向CBR的教学应用层面,本章围绕CBR的学习观、教学观论述了CBR探究学习环境的构成,创建了CBR探究学习环境设计模型,并系统阐释了CBR探究学习环境的设计理念、构成要素及其教学支持。第六章结合我国普通高中通用技术课程《简易机器人制作》的教学需求,依据CBR探究学习环境设计模型设计、开发了简易机器人制作探究学习环境(Inquiry-Learning Environment for Making Simple Robot,简称ILEMSR)。并在教学实践中对ILEMSR在学生知识理解、知识迁移、实践能力、创新能力等方面的促进效果进行了教学实证研究。论文最后部分对本研究的结论进行了简约性的归纳、总结,并对研究的未来走向进行了展望。