儿童心理与大脑的平衡发展
神经科学发展证实了很多理论假设，包括发展过程中的早期经验的重要作用。对于新的学习科学来说，它的新颖之处，因此也是重要的，就是它吸纳了很多科学领域的重要观点和例证。比如说发展心理学、认知心理学和神经科学，仅仅这三门科学，已经为学习科学提供了大量的例证。有关学习和发展的详细研究汇聚一起便形成了一个关于智力发展的较为完整的图式。神经科学对学习机制所作的澄清加速了非浸入性 (non-invasive) 成像技术的出现，比如正电子放射 X 线断层摄影术 (PET) 、功能性磁共振成像术 (FMRl) 等。这些技术使得研究者们能够直接观察人类学习的功能。
关键性的发现是在修正大脑结构建立心理结构的过程中经验起着重要的作用：发展不仅仅是以前程序化 (preprogrammed) 的模式展现。有些支配学习的规则已被揭示。其中一个最简单的规则是实践增强学习。在复杂环境中经验的多少与大脑结构改变的程度有很大的相关。
关键性的结论●学习改变大脑的生理结构；
●结构的变化改变大脑的组织功能，换句话说，学习组织和重组大脑；
●大脑的不同区域可能在不同的时间进行学习。
学习环境设计
理论物理学并没有规定如何设计一座桥梁，但可以肯定的是理论物理包含了成功设计一座桥梁的原理。同样，学习理论没有提供设计有效学习环境的简单处方，但学习理论却包含了设计原理。新的研究对学习环境设计提出了重要的问题——这些问题意味着人们需要重新考虑教什么，怎样教以及怎样评价学习。
现代学习理论的基本原则是，不同类型的学习目标要求用不同的方法教学；新的教育目标要求改变学习机会。学习环境设计与很多问题联系在一起，尤其是学习过程的重要性、学习迁移、能力表现等。这些过程反过来又受以学生中心、知识中心、评价中心和共同体中心学习环境的程度的影响。
关键性的结论●学习者中心环境 有效教学开始于学习者带入教学环境的已有知识，包括文化实践和信仰，还有学科内容知识。学习环境以学习者为中心的程度是与表现学习者用他们目前知识建构新知识的程度相一致的，他们目前所知道和相信的知识影响他们对新的信息的解释。有时候学习者的当前知识支持新的学习，有时候当前知识却阻碍新知识的学习。
●知识中心环境 思维与解决问题的能力要求知识的提取和运用变得容易。强调知识中心的教学引起一些质疑，比如教学聚焦于帮助学生使用他们当前知识和技能的方法的程度。有关早期学习的新知识显示低年级学生比我们以前所认为的更能够掌握较为复杂的概念。但是，这些概念必须以恰当的适合学生发展的方法把学生的学习与当前理解联系起来。对学习环境的知识中心观点强调了课程设计的重要性。在多大程度上它们能够帮助学生在理解的基础上学习而不是促使学生获得彼此不相联系的事实和技能呢 ? “一英里宽一英寸深”的课程有这样的风险，即学生学到的知识可能是孤立的、彼此间无联系的。
●评价支持学习 评价问题也代表了看待学习环境设计的重要视角。反馈对学习来说是基本的，但是课堂上的反馈并不常见。学生的测验和论文可能得到分数评定，但这是发生在学习结束时的终结性评价。还需要形成性评价，为学生提供机会修改和改进思维和理解的质量。评价必须能够反映学习目标用以详细说明各种各样的学习环境。如果目标是加强对知识的理解和应用，仅提供对事实和公式的记忆的评价是不够的。
●共同体中心环境 第四个有关学习环境的重要视野是他们促进理解共同体意义的程度。学生、教师和其他参与者分享同样的标准，使学习有价值、有高的标准。这样的标准提高人们互动、接受反馈、学习的机会和动机。当人们注意到学生在学校度过的时间比起在其他环境中度过的时间相对少时，共同体的重要性就格外的明显。家庭、社区中心、校外俱乐部的活动对学生的学业成绩就有重要的影响。
有效教学
各类专业知识都不仅仅是一般的问题解决技能，还要求有组织有序的概念知识和探究过程。各种各样的学科以不同的形式和方法组织起来，都有其各自的探究方法。比如，支持历史命题的证据和支持数学推导的证据就是不同的，两者又都不同于检验一项科学理论的证据。
关键性的结论●有效教学的教师需要“教育教学知识”，有关如何教好特定学科的知识，而这又区别于一般教学方法的知识。
●专家型教师了解他们所教学科的结构，他们以这种结构作为认知路标来指导学生的作业，来评价学生的进步，在平等讨论的课堂教学生活中向学生提问题。
简言之，教师的学科知识和教育教学知识是相互作用的。学科知识结构本身并不能引导教师。专家教师对学科中那些要求学生掌握的知识中特别难和特别易的知识很敏感。强调教师的学科知识和教育教学知识相互作用的观点和平常有关教师为了设计有效教学环境的一般错误概念有直接的冲突。这些错误概念是教学仅仅包含一些一般性方法，一个好教师能够教好任何一门学科，学科知识本身就已足够。