自虚拟现实技术引入教育技术界以来，它为教育新理念的实施提供了有效的保障。为了探讨虚拟现实技术在教育中的有效应用，本文在充分考虑它相比于其它媒体所具有的独特媒体特性之基础上，认为它在培养学生的空间能力上存在优势。 空间能力包含一个很复杂的认知过程。本文首先就目前空间能力的相关研究进行分析，认为空间能力应该包括空间意象的形成、空间思维、空间创造性活动三个层次，同时抽象出了构建培养人们空间行为能力的虚拟环境系统的系统设计模型。通过培养目标的定位和实践框架的确定，本文选取初中数学新课标中与几何空间能力相关的内容，进行了实践研究。 实践部分首先分析了几何空间能力(空间能力)的发展特点、性别差异、空间任务解决策略，以期了解人类空间行为模型。然后以初一数学“丰富的图形世界”一章为例，分解其内容进行翔实的教学设计并依此设计了简易的虚拟几何学习系统。在进行教学实践和心理测量之后，得出了以下结论：虚拟几何学习系统在提高初中生的心理折叠、展开和旋转能力上存在明显的效果，在提高初中生的图形识别能力上存在较小的效果。性别差异方面，虚拟几何学习系统在提高女生的心理旋转能力有明显的效果，而在提高男生的心理折叠能力、展开能力有明显的效果。 同时本文综合理论和实践的研究，给出了用于培养初中生空间能力的虚拟环境系统设计的十大原则，以期对虚拟现实技术的教育应用提供一定的参考。