相对于正式学习,非正式学习通常能更敏锐地反映当今时代的学习需求,但非正式学习设计的发展稍显滞后,需要我们从不同的视角来全面讲述非正式学习的设计故事。复杂系统理论采用“系统”观念研究有组织的复杂问题,它的适用性超越了特定情境,为学习设计提供了全新的视角,有助于学习设计模式的应用和推广。本研究以学习者为中心,以提高学习者高阶思维能力为目标,探索基于复杂学习系统理论的非正式学习设计方法,并在城市实验室开展实证研究。全文为整个研究过程划定了七个复杂性不断进阶的门槛,并运用设计研究方法描绘出研究场景中学习设计的发展路线。在研究进程中探讨如下研究问题:（1）以复杂系统理论为指导的非正式学习设计框架是怎样的?（2）在城市实验室中,如何根据理论框架设计城市主题的学习方案?（3）学习设计方案在培养学生高阶思维能力方面的效用如何?在理论研究层面,以复杂学习观和系统模拟方法为基础,从元素、动力、环境和整合集成四个方面阐述了复杂学习系统理论架构,以此作为非正式学习设计的理论依据。在设计研究过程中,通过三个嵌套的微观研究循环,构成“分析探索”、“设计实施”和“评估反思”的宏观研究整体。首先,以学习能力目标框架为指引,按照宏观、中观、微观结合的内容结构,生成《一江一河》《十五分钟生活圈》《快乐乡村》和《我的小区》四项主题学习活动。根据实践需要配备了相关学习资源,设计了项目化学习方案和单次学习活动方案。其次,充分挖掘和开发城市实验室四类区域的学习资源,将学习环境延伸到各个主题展区,构建学习实践共同体和学习文化。最后,实证研究聚焦学生的系统思维能力发展,验证了项目化学习活动方案的有效性,描述了学习者系统思维的发展过程,分析了不同特质学生的学习表现。从复杂系统视角讲述的非正式学习设计故事,为全方位展示设计研究过程提供了案例参考。