在各级学校的学科教学中,实验一直都是与教学息息相关的重要活动之一。物理实验是物理教学中必不可少的重要环节,它能够帮助学习者巩固理论知识,培养学习者解决问题的能力、创新能力。物理虚拟实验能够缓解实验教学的压力,与传统实验有机地结合在一起,提高物理实验教学质量。但现有的物理虚拟教学软件仍存在一定的问题,如何进行科学有效的系统决策,优化虚拟实验系统,还需要不断的探索。本研究以物理虚拟仿真实验系统为研究对象,以文献研究法、问卷调查法及案例分析法等为研究方法,总结概括了物理虚拟实验的国内外研究现状。通过对物理虚拟实验教学应用情况进行调查,分析现有物理虚拟教学软件的优点与存在的问题,并在建构主义理论、情境认知理论等的指导下,结合具体案例的分析,提出了物理虚拟仿真实验系统的设计策略,力图为物理虚拟仿真实验系统的设计与开发提供科学且行之有效的策略,弥补系统的不足之处,优化虚拟实验系统,从而提高物理实验教学效果。本研究的主要内容包括：第一,论述了研究背景和物理虚拟实验的国内外的研究现状。第二,对本研究所涉及到的虚拟实验和桌面虚拟现实技术等相关概念进行了论述,包括虚拟实验的内涵、特点、分类等,桌面虚拟现实技术的含义、实现技术及常见类型。第三,以问卷的形式,对物理虚拟实验教学应用情况进行调查,客观分析了现有物理虚拟教学软件的优缺点,为物理虚拟仿真实验系统的设计提供了客观依据。第四,在学习理论的指导下,依据调查分析结果,从视觉效果、交互认知、学习资源、学习情境及反馈评价等方面,提出了优化设计的策略。第五,以大学物理虚拟仿真实验系统为例,论述了教学系统设计与实施的一般过程,探讨了系统设计的组织结构及功能。