在传统的教育过程中,理论知识的学习与实验技能的提高之间的矛盾越来越突出,传统的实验教学方式在现代教育体系中越来越难以生存。然而随着多媒体技术与网络技术的迅速发展,它们给教育带来了新的发展机遇,虚拟实验在这种环境下应运而生。虚拟实验是一种借助于图形图像、仿真和虚拟现实等技术在计算机上所营造的,可辅助或部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的软硬件操作环境。本文正是在对虚拟实验的国内外现状进行分析的基础上,对基于VRML的虚拟实验的设计与实现问题进行研究,并以大学物理演示实验为例进行实践。本论文首先通过文献调研、网络搜索等方式对虚拟技术国内外的研究现状进行梳理,并对现有的虚拟实验软件技术进行比较的基础上,结合大学物理的实验项目特点,确定采用VRML技术进行开发;其次分析了虚拟实验设计开发的理论基础,并分别阐述了混合式学习理论、探究式学习理论、情景式学习理论和相似学理论的内涵、特点以及对虚拟实验的支持;接着从功能、工作原理、浏览器和编辑器以及重要概念这几个方面对VRML语言进行详细介绍;然后对VRML技术的建模方法、交互技术和优化策略进行研究并做了详尽的阐述;最后通过对大学物理实验的前端分析,并与VRML技术的结合设计实现弹性碰撞、圆锥爬坡和电磁感应的虚拟实验。本研究成果对于改进虚拟实验教学提高实验效果,尤其对现实中学生多、器材少或者难以直接实现的实验项目,提供了一条有效的解决途径,促进实验教学的网络化、现代化具有现实意义和实践意义。