《国际地理教育宪章》和国内课程改革均强调地理实验的育人价值,如有助于培养公民的地理实践力等地理核心素养。目前随着国家教育信息化改革明确提出建设“虚拟实验室”这一政策导向,开发虚拟实验资源已然成为教育领域实验教学的重点和热点方向。然而国内中学地理实验资源开发有限,已有地理实验往往忽略表达地理学科的空间和时间特性,且随着数字化时代的到来,地理实验面向的学生群体也逐渐要求更多数字化实验资源。鉴于此,本文结合虚拟仿真技术开发中学地理虚拟仿真实验资源,以弥补传统实验地理时空表现力有限的不足,改善中学地理实验教与学,进而更好地培养学生的地理实践力。论文中首先采用文献研究法、教材对比分析法、问卷调查法构建了中学地理虚拟仿真实验的理论框架,重点阐述一线教师与技术人员合作共同设计虚拟仿真实验的原则、途径和具体实现步骤,详细地区分三种不同类型的地理虚拟仿真实验设计要点,并就“地球上的大气”章节内容进行案例开发。紧接着采用实证研究法探讨其中两种类型的虚拟仿真实验设计案例的课堂教学效果和存在的不足并加以改进。因此本研究共分为四个阶段:第一阶段:国内外相关文献梳理的基础上,界定中学虚拟仿真实验的概念、划分实验类型、解读特征和教学价值。第二阶段:中美教材实验内容分析及高中地理教师地理实验现状进行调查。第三阶段:分析虚拟仿真实验与一般实验设计的共性和个性,阐述设计原则与途径,并就“地球上的大气”一章内容设计不同类型的实验案例。第四阶段:根据学生学习效果反馈和教师教学反思说明“地球上的大气”虚拟仿真实验案例教学效果并加以改进。通过理论和实证研究,可以得出的结论是:一线教师参与中学地理虚拟仿真实验设计有其客观和主观的必要性,而且经检验,虚拟仿真实验的教学效果也初步得到学生的认可。