社会经济的发展以及教育的革新离不开科学技术的进步,尤其是在国际竞争日益加剧的今天,科学教育更显得尤为重要。2017年2月份教育部印发《义务教育小学科学课程标准》,要求从小培养学生的科学素养,为了进一步推进小学科学课程的实施,我们需要增强小学科学课程的趣味性和吸引力,让教师有教的欲望,学生有学的兴趣。一方面,教育游戏作为一种新兴的教学媒体,其应用于课堂教学的成效越来越受到相关领域专家、教师以及家长的广泛关注,而虚拟现实技术（Virtual Reality）的不断发展极大的丰富了教育游戏在课堂教学中的应用形式。另一方面,由于技术融合的教育游戏在课堂教学中的应用,促成了教学环境和教学模式的转变,在以VR技术为支撑的游戏化教学环境下,学生的学习投入状况已成为研究热点,其中的认知投入作为衡量学生学习效果的重要指标具有重要的研究意义。本研究通过确定VR游戏化教学环境下影响学习者认知投入的因素和学生学习的特点,根据提出的促进学习者认知投入的VR教育游戏的设计原则,选取小学四年级下册的科学知识《揭开燃烧的秘密》,进行VR教育游戏的设计与开发。在采取准实验研究进行教学实证后,一方面通过内容分析对实验班和对照班的教学录像进行视频编码分析来探究应用VR教育游戏后学生认知投入水平的变化情况;另一方面通过问卷调查法对学生对于VR教育游戏的使用感受进行调查,通过统计分析VR教育游戏与学习者认知投入水平之间的相关性。研究发现应用VR教育游戏后,实验班的学生的认知投入水平相比传统班呈现出较高的水准,说明学生对于VR教育游戏的使用有较强的认同感。通过对视频数据的编码分析表明学生整体处于较高水平的认知投入,但对于采取的认知策略维度分布单一,学生在体验VR教育游戏的学习过程中主要采取以自主学习为主的认知策略。通过相关性分析验证了VR教育游戏的有效性、易用性、接受度、适配性对学生不同方面的认知投入水平也存在影响。另外发现,学生的知识能力水平与学生的认知投入水平之间存在显著的正向作用。最后,针对促进学习者在使用VR教育游戏后的认知投入提供建议。