新课程改革十分重视对学生高阶思维能力的培养。同时相关理论研究表明,在学科课程学习中,有效培养高阶思维能力需要利用信息技术构建合适的学习环境,这一观点在现实的实践教学中得到了印证。随着计算机网络技术和虚拟现实技术的不断发展,虚拟实验以其独有的优势越来越多地被应用于生物实验的教学之中。基于此,本论文以培养学生的高阶思维能力为研究目的,依据高阶思维能力及其培养理论,分析了生物实验中的高阶思维能力构成、影响因素以及环境要素,同时分析了不同类型的高中生物实验特点和高中生的学习特征。在此基础上,根据生物实验中高阶思维能力培养的特点及其对完备性、安全性和开放性的实验环境的需求,提出了虚拟实验的设计策略和包括案例分析、实验基础、实验设计、实验实施以及实验总结等模块在内的虚拟实验结构模型。之后,以高阶思维能力在生物实验中的映射结果为指导进行生物虚拟实验的案例设计。试图通过实例说明将高阶思维能力的培养渗透到实验教学设计和实验实施过程之中的思路和方法,为一线生物教师进行生物教学研究提供有益的思考与借鉴。最后,为检验所开发实验的应用效果,笔者将开发好的虚拟实验应用到实际教学之中,做以实证研究。通过问卷调查分析,笔者发现,目前大部分学生对于虚拟实验的前景及其所能给实验教学带来的便利是非常认可的,而且学生们非常喜欢这种高阶思维能力培养取向的虚拟实验,并愿意按照科学实验的程序进行实验操作。但由于目前计算机设备和实验开发技术等方面仍存在不足,使得学生们做虚拟实验的主动性不高。论文中所采用的研究方法主要有文献研究法、访谈法、内容分析法、实证研究法和问卷调查法。论文的最后,作者依据实际调研数据以及分析的结果,对本研究从贡献和不足两个方面做以总结,并对未来研究提出了自己的拙见。