一、設計階段
（一）選擇課題、初擬學習內容及分析關鍵特征
開展課堂學習研究都是由選擇研究課題開始著手，教師教學時，往往由其自身的經驗開始判斷哪些關鍵之處妨礙學生學習，透過與其他教師和研究員開會討論，教師能與其他同工分享自身的教學體驗，重新審視學生的學習困難，以找出“最有價值的學習內容”。所謂學習內容，是我們希望學生學到的某種能力，如認知領域、情感領域或者動作技能領域的能力。初步擬定學習內容後，教師開始搜集文獻資料，再經過多輪會議，商討出針對這學習內容的“關鍵特征”，也即學生要充分掌握學習內容前必須認識的知識。任何事物都有許多特質，當關注不同的特征時，人們對同一事物會產生不同的看法，例如一雙手也有許多特質，可從生物、美術、掌相等不同的角度出發。圍繞關鍵特征設計教學，才可讓學生學到教師期望教會學生的學習內容。
舉其中一個案例來說，教師發現學生在初小階段已開始學習比喻法，但因為缺乏主語、定語等概念而無法掌握較複雜的本體，而且寫作甚少主動運用比喻法。由於學生對這課題認識粗淺，而“比喻法”又是重要的寫作技巧，於是教師重新審視這課題，並把“比喻法”擬定為課節的學習內容，他們認為學生之前已學過比喻法，因此這次應該教得深入一些，著力分析本體較為複雜的比喻句，同時強調比喻句中的本體、喻體、喻詞的關聯，另外，教師也希望鼓勵學生欣賞和創作精彩的比喻句，同時讓他們明白欣賞創作可涉及篇章而不囿於單句。對整個比喻教學而言，以上三項是最基本的知識，如學生能掌握這些能力，將能更靈活運用比喻，因此教師擬定這三項為是次學習內容的關鍵特征。由於課堂學習研究認為每節課的焦點都要清晰，教師與研究員都同意教學內容要集中一點，於是他們初步決定課堂隻涵蓋比喻法中的明喻。
通常來說，教師在初階段難以把“學習內容”的範圍縮窄，如以“問句的運用”為例，在一至兩節課中教師要把所有不同種類的問句教授，隻能介紹它們的形式而不能深入探討，最後可能會因預設的學習內容太大或不夠嚴謹而導致學生在體驗到的學習中隻做到辨識問句的表麵形式，而不能深入探討或運用。要解決這種情況，可通過課堂觀察及分析學生的學習表現（課堂表現、後測、訪問）來修訂“預設的學習內容”，比如一個課節集中在一類的問句——“對反問句的理解”，這樣便能在有限的時間內讓學生學習最有價值的內容。
（二）學生前測及確定學習內容
一開始選擇學習內容時，教師多數先從自己的經驗出發，可是每名學生都有其學習背景，麵對同一知識都會有自己的看法，引致學習差異，因此必須以較科學的方法歸納學生的學習難點，如透過紙筆測試、口頭訪問等方法，收集學生對同一事物的不同看法，診斷他們的困惑，以進一步確定學習內容及其關鍵特征的價值，找出這個“值得”研究的學習內容是否就是學生的學習需要？假設分析過學生的想法後，發現這個學習內容並非學生的學習需要，便要修正，一步步找出真正“值得”研究的學習內容。從剛開始到最後確定學習內容，並將其界定為一至兩節研究課中的教學主題，需要研究團隊全體成員的集體努力。
上麵提到教師初步擬定學習內容為比喻法中的明喻法，於是針對這點設計了測試卷，測試學生對比喻法的認識。在測試卷裏，教師發現學生的確不能掌握較複雜的本體，所造的比喻句欠缺創意，可是教師同時發現學生學習比喻時容易忽略喻解和語境，而且鮮有學生會在比較文章時分析文本是否運用比喻，這些都證明學生對運用比喻的優點不敏感，而且運用比喻寫作的動機不強。為了提升教學效果，教師經過商議後，決定以新詩作媒介教授比喻法，令學生更能從篇章語境中認識比喻，加強學生欣賞比喻的能力，於是研究課的學習內容便更改為“比喻法的欣賞和運用（以新詩為例）”。通過分析學生的測試卷和訪問學生，教師確切掌握了更多學生對課題的疑惑，而學習內容也在探究學生學習難點的基礎之上逐步收窄或深化，變得更有價值。
又如一個“小組討論首一分鍾發言技巧——開首、標示語、申述論點、收結”的個案，教師確定這個學習內容是因為學生發言時邏輯混亂，內容零散，條理不強。因此教師與教研人員仔細分析學科知識，找出發言三部曲：開首、主體、收結三部分，而每一部分又分別有不同的要求和作用。經過進一步的討論和學生訪談，教師最終確定了學習內容的關鍵特征如下：（1）發言三部曲：開首、主體、收結；（2）開首要清楚交代討論題目；（3）主體要善用標示語，令條理明晰；內容要點加上適當的申述，使內容完整、充實；（4）收結需明確清晰。
二、實踐階段
施教進行前，教師與研究人員共同設計教案，讓不同的教師把設計階段的學習內容通過多個教學循環在不同的課堂實踐出來。所有參與者在每個教學循環中觀察課堂，以檢視學生的學習成效。從設計教學、教學實踐到檢視學生的學習，課堂學習研究皆以“變易學習理論”為理論框架，並以提升學生學習成果為最終目標。
學習內容可區分為三個層次：在設計時間確定的學習內容 —— “預設的學習內容”、 在課堂中實踐的學習內容 —— “實踐出來的學習內容”和學生在課堂中真正學習的學習內容 —— “體驗到的學習內容”。在真實的教學情況下，學生可能會在教學中偏離原來所預設的方向，一旦發現“預設的學習內容” 與“實踐出來的學習內容”有偏差，導致學生“體驗到的學習內容”與“預設的學習內容”不一致，研究組便需根據實際情況調整。在計劃、實踐與調整的過程裏，課堂學習研究都運用變易學習理論來組織。變易理論源自馬飛龍教授創立的一套教育心理學——“現象圖式學”（Phenomenography），這套理論指出學習必須透過審辨，而審辨必先經曆變易。人們對事物的不同看法會導致不同的認知，學習的成敗，取決於學習者能否以某種嶄新或有意義的方式來審視某個事物或現象。因此，學生學不到教師所教的學習內容並不是因為學生缺乏能力，而是因為他們未能同時關注到教師以特定方式呈現的預期的學習內容的所有關鍵屬性以及這些屬性之間的關係。教師在教學中要盡可能讓學生關注到學習內容的關鍵特征，改變他們對事物片麵或不完整的看法，方能促進他們的學習。建基於馬飛龍教授的理論，課堂學習研究小組發展出一套教學理論，並整理出三種成為研究過程中重要指導的概念，稱之為變易1、變易2及變易3（簡稱V1、V2及V3）：
變易1（V 1）：學生對學習內容的理解上的變易；
變易2（V 2）：教師對學習內容的理解和處理方式上的變易；
變易3（V 3）：運用適合的變易作為教學工具。
（一）變易1（V 1）：學生對學習內容的理解上的變易
變易學習理論有助縮窄理論與實踐上的鴻溝，幫助教師把理論知識應用於實際問題。在設計時間探索學習者的不同看法，找出學生對特定主題的已有知識和對該主題的學習困難，從而找出課堂的焦點，是一種檢視學生對學習內容不同理解上的變易（V1）。我們認為，學生所以未能掌握好一個學習內容，是因為教師在教學過程中沒有讓學生了解或體驗學習內容的全貌。要知道，學生並不是一張白紙，他們對學習內容可能早已建立了一些片麵、不完整的直觀看法，而他們對所教內容的不同理解是一種可貴的資源，可顯示出對他們來說什麼是困難之處，因此教師必先小心分析，識別學生的不同理解，並把這些看法找出來，以通過（V1）理解學生對學習內容的認識程度，然後才來決定如何滿足他們的真正學習需要，並針對這些難點選擇有價值的學習內容，設計有效的教學。
在某節小四中國語文的研究課裏，學習內容是“題目的含義和要求與恰當選材的關係”。設計課堂前，教師特別訪問了幾位學生，以確定學生的學習難點。教師先問其中一名學生覺得題目對文章的內容是否重要，該名學生不認為重要，隻覺得題目和文章內容有一點關係便可，重要的還是文章內容寫得生動有趣。之後，教師又問另一名學生覺得“生日會”和“小明的快樂生日會”這兩個題目有沒有分別，學生認為短的題目可以寫少一點，長的就要寫多一點，因為短的題目想得快一點，長的就要想多一點內容來寫。從以上談話，可見學生對題目和內容的關係各有不全麵的了解，前者忽略題目對內容的重要性，後者以為題目的長短影響內容的多寡。教師認為學生平日寫作經常文不對題，可能就是不知道題目和內容選材的關係。在另一節課堂，某教師希望提升學生在閱讀記人文章時的理解能力，所以在前測要求學生閱讀一篇記人文章《賣牛肉的小男孩》後回答一係列問題，然而多數學生未能理解文章背後隱含的深意，於是教師訪問了數名學生，了解他們的想法，綜合出學生的學習難點：1） 隻從孤立的段落推敲文章的深層信息；2） 沒能綜觀全篇文章來了解作者對筆下人物的評價；3） 沒有根據文本合理地推敲文章的深層信息。又例如，某教師希望教二年級學生一套有效的釋詞策略，於是先行了解學生在推測詞義時常常使用的錯誤方法。教師請一名學生試讀“峰巒”，學生卻將“峰巒”讀成“蜂蜜”，訪問後，教師才知道學生是因為兩個詞語字形相近，可見學生對“峰巒”一詞隻有部分的認識，以致作出錯誤的判斷（本書第三章第一節將詳述）。