空间能力是人类智力的重要组成部分,也是工程与设计等领域重要的职业能力。传统的展示设计教学一般通过草图、效果图、投影图和三维物理模型等手段,发展学生的空间造型和思维能力。随着计算机图形技术和网络技术的发展,在高真实感的虚拟环境中开展学习活动已成为可能,这使得三维虚拟环境与三维实体环境融合在一起,应用于发展学习者的空间能力。这类基于三维虚拟环境的探索和沟通方式,具有良好的交互性和直觉效果,对展示空间能力的发展具有多种潜在优势。因此,本研究将三维虚拟空间作为三维实体空间的延伸,结合建构主义问题式学习方法,提出构建基于三维虚拟环境的问题式学习新模式,以支持学生空间能力的发展。通过学习模式构建和空间视觉化能力测试,探讨新型学习模式在空间视觉化能力训练活动中的学习效果及其影响空间学习效果的因素,进而开发了面向初学者使用的支持空间视觉化能力发展的辅助训练系统。本文的研究工作主要包括：1.系统梳理了空间能力的研究成果。依据现有的文献资料,梳理了空间能力的相关概念、构成要素、研究发展历史和空间测试分类情况,并概括了国内外应用计算机技术和相关教学方法发展学习者空间能力的研究成果。2.构建了基于三维虚拟环境的新型学习模式。通过概括三维虚拟环境的特征,分析了应用三维虚拟环境开展建构主义空间学习活动的潜在优势。在此基础上,融合三维虚拟环境和问题式学习方法构建新型学习模式。3.验证了新型学习模式对大学低年级学生空间视觉化能力发展的有效性。依据新型学习模式,对实验组学生开展基于课堂教学的展示空间学习活动,并在课程结束后,分别对控制组和实验组学生进行空间视觉化能力测试,研究结果验证了以新型学习模式为指导,应用三维虚拟环境开展空间学习活动,能够支持学生空间视觉化能力的发展。4.探索并明确了新型学习模式在应用中的主要影响因素。基于新型学习模式的交互关系梳理出影响空间学习效果的潜在因素,通过实证调查并应用探索性因子分析方法,明确了新型学习模式的交互关系中,影响空间学习效果的本质因素及其影响程度。5.开发了面向展示设计专业初学者使用的空间视觉化能力辅助训练系统。基于前期调查结果和新构建的学习模式,开发了空间能力辅助训练系统,并评估了系统的可用性。