如今,随着虚拟现实技术逐步走进中小学课堂,如何提高学生在虚拟科学实验室中学习效果是此领域研究的热点。笔者通过梳理文献,发现先前研究通常会将虚拟实验室和传统实验室进行对比,目前没有大量研究探讨三维虚拟实验环境和二维虚拟实验环境的差异对于学习效果的影响;同时也缺少在不同虚拟实验环境中,添加不同教学方法作为干预的研究,所以本研究将主要围绕探究式实验中虚拟环境和教学方式展开实证研究。本研究先进行探究式虚拟实验框架设计,然后根据该框架和人教版物理教材设计了“探究串并联电路的电流规律”的实验任务单,并搭建虚拟实验环境。为测量学生的学习状态,本研究从教育技术学、教育心理学等多学科视角出发设计了一套综合量表,并在上海市黄浦区某校的真实课堂中进行实施。研究设计方面,本文采用双因素组间设计,研究虚拟实验环境（三维虚拟环境VS.二维虚拟环境）和教学方式（教师讲授VS.观看视频）对于学习成绩、学习投入度、认知负荷、沉浸感、学习兴趣、感知有用性等变量的影响。通过对120名被试的实验数据进行双因素方差分析得到以下结论:第一,教学方式对学习成绩没有显著影响,虚拟环境对学习成绩有显著影响,具体表现为:三维虚拟实验室的成绩显著高于二维虚拟实验室,教学方式和虚拟环境两个自变量对于学习成绩的影响不存在交互效应。第二,虚拟环境对自我效能感有显著影响,三维虚拟实验室的自我效能感比二维虚拟实验室的自我效能感更低;教学方式和虚拟环境对于自我效能感的影响不存在交互效应。第三,教学方式和虚拟环境对学习兴趣、认知负荷、感知有用性都没有显著影响。第四,教学方式对学习者沉浸感有显著影响,具体表现为:观看视频组的沉浸感显著高于教师讲授组的沉浸感,上述实验结果为日后中小学虚拟实验领域的研究提供了参考。本研究为如何提升学生在探究式虚拟实验中的学习成绩提供了建议,也为后续虚拟实验环境设计和教学方式的选择提供了新启示和科学依据:第一,教师应多鼓励学生到三维虚拟实验室中进行探究式实验,提高学习者的学习效果;第二,在三维虚拟实验室中,教师应该设计适当的引导语和材料,搭建以学习者为中心的虚拟实验环境,降低技术操作的复杂性和焦虑感,提升学生的自我效能感;第三,教师在实验后,应该善于引导学生进行及时反思,提升学生在虚拟实验室中的操作规范性。