近年来,随着计算机技术和网络技术的发展而兴起的一种新型实验技术或实验方法——虚拟实验得到了突破性的发展,其设计与开发类研究是近年来研究的重点和热点,工业设计领域一些先进的设计思想也都在不断地被引入,如认知摩擦、图标的研究等。这些研究都是为了提高用户在虚拟实验中的认知能力和学习效率,但对用户与虚拟实验系统交互过程以及交互过程中出现的非理性并未涉及,由于虚拟实验不能面对面交流的交互非在场性致使用户在虚拟实验过程中更容易出现动机遗忘、动机减弱等非理性状态,而非理性用户模型涵盖了用户非理性状态,是工业设计领域新的设计思想,本研究尝试将这一思想引入虚拟实验的设计中。通过对虚拟实验系统特点以及使用者的认知特征和操作特性的分析,构建了虚拟实验的非理性用户模型,提出基于非理性用户模型的虚拟实验设计原则,并调查依据此设计原则开发的虚拟实验的使用效果。第一章确定了研究的问题,陈述了研究背景和意义、研究方法以及有关此类研究的现状；第二章对“非理性”的内涵和作用进行了界定和阐述,并通过大量的文献阅读,综合可用性设计、人机工程学和设计心理学等理论的启示,为后面研究提供理论支撑；第三章剖析虚拟实验的特点,构建出了包含环境基础、思维模型、任务模型和出错模型的虚拟实验的非理性用户模型,该模型不仅具体地体现了非理性用户模型的精髓,而且秉承了诺曼的情感化设计思路,并以该模型为指导,提出了容错性虚拟实验的设计五原则：易视性和及时反馈、考虑用户的理性局限、形成自然匹配、容错性和快速原型设计；为了验证基于非理性用户模型设计的虚拟实验的有效性和可行性,第四章依据该思想设计并开发了电磁感应虚拟实验,形象地阐述了电磁感应现象的产生原理和过程,加深了学习者对电磁感应现象产生前提条件的掌握程度,更进一步锻炼了学习者动手连接电路的实践能力。通过对学习者各种连线方法进行评价和提出相应改正策略,为学习者自评提供参考和依据,为学习者自我调节、自我调整提供可见性凭证,解决了虚拟实验不能面对面沟通的非在场性交互缺陷。后期通过问卷调查的方式对整体满意度和差错预防、差错矫正等细节了抽样调查了50位用户,调查结果证实了本研究的可行性；第五章对研究进行总结,反思不足和后续工作展望。本研究首次将用户在实验操作过程中可能出现的错误作为目标考虑进设计方案,并逐一设计出对应避错策略,并针对用户的失误这一本性有效地采取了提醒、功能局限等相关对策。为基于非理性用户模型的虚拟实验研究抛砖引玉,若要实现真正智能化、人性化、可用性和容错性的虚拟实验,尚需进一步深入全面细致地研究和实践。