近年来,教育部《教育信息化2.0行动计划》、《中国教育现代化2035》等国家战略的实施有效推动了人工智能与教育的深度融合,促进了课堂教学与学习环境的深刻变革。虚拟学习环境有机融合虚拟现实、人工智能、教育信息化、人机交互等多学科综合知识,成为智慧学习环境的高端形态。本文深入研究了虚拟学习环境几何建模、行为建模、物理建模、智能问答模型、人机交互等关键技术,面向控制理论教学实际需求,设计、开发了虚拟学习环境原型系统。本文主要对以下内容进行了研究:1.研究了三维虚拟学习环境的建模方法。首先研究了三维虚拟实体的几何建模,实现几何模型材质处理与模型优化。其次,重点研究了虚拟环境行为建模方法,根据虚拟智能体的体系结构,构建了具有环境感知、认知决策以及运动控制的虚拟智能体行为模型。最后阐述了虚拟学习环境中物理建模方法,建立了自动控制课程教学中倒立摆系统的数学模型及线性二次型调节器控制算法。2.研究基于BERT（Bidirectional Encoder Representations from Transformers）文本预处理框架的智能问答。采用BERT进行知识库的文本数据预处理,使得文本向量包含更多的信息。以余弦和欧氏距离调和的方式进行文本相似度计算,实现智能问答。最后在数据集LCQMC和IPS-VLQA上进行模型比较和结果分析,验证了BERT在文本语义匹配任务中的有效性和领域适应性。3.研究了虚拟学习环境人机交互技术与实现方法,设计、实现了面向自动控制原理的虚拟学习环境原型系统。借助人体姿势、语音等人机交互方式在Py Charm、MATLAB等软件平台设计并实现了三维漫游、倒立摆虚拟仿真、智能问答以及课堂测验等人机交互场景,对传统教学的过程进行了三维场景再现,验证了系统的沉浸性能以及交互性能。最后对系统的内存占用以及CPU使用情况进行了测试,结果显示系统可以流畅运行。