综合型、设计型实验对培养学生的科学创新能力和独立思维与研究能力有着极其重要的作用,虚拟实验作为实验教学的有效辅助手段,在以往的设计中,多是以具有良构领域知识特征的演示型、验证型实验为研究对象,缺乏对具有非良构领域知识特征的综合型、设计型实验设计的研究。本研究比较了非良构领域问题与综合型、设计型实验的特征,对虚拟实验知识类型进行了分类,界定了非良构虚拟实验的范围;深入研究了非良构领域知识教学设计的一般步骤,从“以学习者为中心”的角度分析了基于非良构虚拟实验学习的特点,提出了设计的原则与教学设计的步骤,并对非良构虚拟实验的功能结构进行了设计;对非良构虚拟实验的实现提出了具体的技术解决方案和开发流程;在此基础上,以具有典型非良构特征的大学工科《几何精度对机械性能影响的综合检测》虚拟实验为研究案例,进行了设计实践。