实验是科学课程的重要构成内容,也是实施科学教育的重要途径,它对于培养学生的科学素养、科学实验技能、科学探究能力和自主创新能力等都具有重要的价值。目前我国中小学科学课程的实验教学中普遍存在教育思想落后、学习内容陈旧、教学方式单一、教学资源匮乏、教师素质偏低、学生学习动机不高、学习效果不好等诸多问题,远远没有起到实验课所应有的作用。为了解决上述问题,本文以基于虚拟实验的探究式学习方式为研究对象,对虚拟实验的理论基础、学习模式、学习策略等问题展开研究,具体内容包括：首先,本文从认知主义、建构主义和课程整合理论等心理学和教育学理论角度分析了基于虚拟实验的学习方式的优越性。分别从个体认知和分布认知两个方面探讨了认知主义对虚拟实验的支持和启示：个体认知主要体现了学习主体的视觉、听觉和触觉等知觉感知在学习中的作用,其中视觉认知在虚拟实验中的作用最为明显；分布认知在强调个体认知的同时肯定了虚拟实验中计算机和虚拟场景的媒介作用。建构主义对虚拟实验的理论支持体现在它的“情境、协作、会话、意义构建”四大要素与虚拟现实技术的主要特征的一致性。信息技术与课程整合理论强调了虚拟现实这一信息技术对科学课程学习的融合和促进作用,为虚拟实验的设计开发提供了技术上的参考原则。其次,深入研究了虚拟实验中的探究式学习方式的几个基本问题。将虚拟实验按从低到高的层次分为演示式、体验式和探究式三种类型,并指出了这三种类型虚拟实验之间的相互关系。主要研究了最高层次的探究式虚拟实验,深入剖析了探究式学习的内涵和基本学习模式,提出了探究式学习的“问题”、“体验”和“反思”三要素。在此基础上研究了虚拟实验中“问题驱动”的探究式学习模式,分析了虚拟环境下“问题”和“体验”以及“问题”和“反思”的关系,总结出了虚拟实验中的探究式学习的特点和规律。接着,在前文研究的基础上详细探讨了虚拟实验中的探究式学习策略。结合传统实验过程,给出了探究式虚拟实验学习的一般过程,该过程体现了“问题驱动”的思想,提出了虚拟实验中的探究式学习的6条基本原则。对应虚拟实验的教育学理论基础,分别从认知主义、建构主义和课程整合的角度提出了相应的学习策略。最后,将本文的研究成果在教育实践中进行了应用,并对学习效果进行了评价和分析。