大赛优秀案例分享丨钱仪和、王金鹏：基于虚拟实验的互动式项目学习——以《线性代数》为例

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西浦全国大学教学创新大赛（简称“西浦大赛”，XJTLU National University Teaching Innovation Award）由西交利物浦大学主办，领导与教育前沿院（简称“西浦ILEAD”）承办，澳门同济慈善会北京办事处支持，旨在发现并奖励一批将“以学生为中心”作为教学理念的高等院校的老师，传播“以学生为中心”教学的创新举措。大赛通过帮助教师梳理个人教学创新思考、提供多重展示的机会，为教育创新者构建分享、交流、学习、成长、共创未来的平台，进而推动中国高等教育改革。

为了更好地支持和服务所有热爱教学创新探索的老师们，西浦全国大学教学创新大赛组委会将逐一分享第七届西浦全国大学教学创新大赛获奖选手的教学创新案例，为教育创新者们带来更多交流、学习和成长的机会。

本期分享的是第七届大赛年度教学创新二等奖获得者、来自广州城市理工学院钱仪和与王金鹏老师的“基于虚拟实验的互动式项目学习——以《线性代数》为例。”

教学创新特色

钱仪和与王金鹏老师将工科课程的实验教学法引入学科基础理论课的教学过程中，通过Python程序，及其他可视化平台模拟实验过程，让学生通过实验观察总结知识规律，通过实验加深理论知识的认知，提升问题解决和动手能力。

课程采用混合式教学管理平台+虚拟实验平台的双平台模式，让学生只访问一个网站即可完成包括线下实验项目的全部教学环节。

教学创新实践精彩展示

9月26日，王金鹏老师受邀参与第八届大赛线上分享，请识别以下二维码，回看CCtalk完整版线上分享，点击以下视频观看大赛决赛精彩展示。

教学创新案例分享

1.课程简介

课程名称：《线性代数（双语）》

上课学生数：50

课程性质：公共基础课，必修课

2.课程目标

1. 掌握线性代数的基本概念、原理和计算方法。

2. 能够描述并理解线性代数理论和方法在相关行业的前沿应用。

3. 适应以英文为主的学习环境，并提升英语在学科和专业中的应用能力 。

4. 理解计算机建模的思维，提升计算机应用和分析能力。

5. 提升问题解决的能力、动手能力和知识的应用能力。

3.教学创新要解决的问题

1. 通过线上线下双语混合式教学加深概念理解，提升英文适应力。

2. 通过项目式学习提升学生的参与度与解决问题的能力。

3. 通过软件模拟的虚拟实验提高学生计算机水平和实际应用的能力。

4.教学创新的方法和实践

一、改革与创新

1. 基础理论课嵌入虚拟实验，课程秉承“建构主义”理念，力求学生通过实验观察进行知识的自我构建。

2. 模块化教学，此课程的虚拟实验通过Python程序模拟实现，教师将线性代数的知识应用到量子计算、人工智能、区块链等前沿科技中，通过解决具体问题进行学习，教师把大问题划分为几个模块， 学生进行逐一解决，并最终完成全部任务。

3. 实时互动式教学，课程将游戏互动引入到线下教学环节，通过游戏竞答方式，提升学生课堂参与度。

二、引导与支持

1. 课程组将线性代数的教学内容划分为12个单元，每个单元聚焦一个实际问题，通过解决问题（虚拟实验）的方式引导学生学习。

2. 虚拟实验的内容和所需程序代码绝大部分为课程组教师原创，特别是将与课程核心内容相关性不高但必须进行的过程通过程序进行封装并形成模块，学生可以直接调用，帮助他们更好的将精力集中到核心问题学习中。

3. 除了实验内容，课程组还编写了在线讲义，并采用知名教学视频《可汗学院-线性代数》作为辅助内容。

4. 教师编写了大量难度适中，形式多样的在线习题，学生参加在线测试会被随机分配数据，提交后即时收到测试分数和错题反馈。

5.学生的学习活动

课程48个学时，划分为12个单元，每个单元4个学时，两个线上学时学习基本理论，两个线下学时进行虚拟实验，通过实验加深概念理解，或者进行一定程度的应用。

学生的学习活动具体内容包括：线上签到，学习在线视频，学习在线讲义，Kahoot游戏回顾基本概念，重难点知识讲授，虚拟实验的原理和操作步骤讲授，学生进行虚拟实验，在线进行问题讨论与回顾。

6.课程的考核方式

⬤ 课程参与 10%（通过Kahoot每次排名前三的学生还有惊喜奖励，以及课上其他互动）；

⬤ 在线测试 40%（共10个，每个4分）；

⬤ 虚拟实验（项目）30%（共12个，每个2-3分）；

⬤  期末考试 20%。

7.教学创新的效果

一、显著提升学生学习热情

从开始施行虚拟实验项目式学习，学生在线学习时间显著提升，整个学期的人均点击次数在2000次以上，日均16次以上。

图 1. 学生在线学习记录

二、显著提升学生成绩

项目式学习提升了学生的学习兴趣和动力，同时也取得了较好的成绩，与2020年相比，2021年学生的期末考试成绩明显提升。

图 2. 2020 年学生期末考试成绩

图 3. 2021 年学生期末考试成绩

三、学生反馈

课程采用新颖的教学方式，特别是嵌入很多游戏环节，能够结合当前科技前沿，提升了学生的关注程度和满意程度，受到学生的广泛欢迎和高度评价。

图 4.学生的反馈

四、课程外部评价和影响力

课程已经展开多个轮次，内容逐步更新，历经三个版本，取得了学生和同行的高度认可，获得了两个全国性比赛二等奖，被评为广东省一流本科课程。

8.教学创新实践的普适性

课程具有较高的借鉴和推广价值。工科的实验类和应用型课程实行项目式教学是比较普遍的，这本身就是课程的需要，而基础理论课程，普遍采用做题的方式，其原因在于基础理论和实际应用有较远的距离，也很难找到项目学习的载体。

课程通过选取了一系列可用Python代码实现的项目，并将知识模块化处理，学生通过模块的编辑和拼接实现知识的整合和应用;此外实验内容融合了多学科前沿内容，具备很强的应用性和趣味性；同时实验只需要在电脑上完成，对场地和材料的需求很低，这种方法不论是对于工科教学还是基础学科的推广都有着极佳的借鉴意义，非常适合作为公共选修课供各年级和专业的学生学习与应用。

教学创新背后的故事

Q：您做教学创新的初衷是什么？

答：我认为有多方面的原因。

首先是内部情况。我所在学校是民办院校，从硬件设备到生源情况与公办大学有一定差距，所在学院的特色是国际化办学，采用双语或全英教学，生源除了普通本科也包括专升本和境外留学生，学生数学和英文基础差别很大，对教学带来极大挑战。

其次是外部情况。疫情原因导致原本混合式教学中线上比例增加，理论教学和管理难度进一步增加；此外国家提倡新商科新工科教育，希望教学内容能够与前沿科技紧密契合。

然后是教学理念。我个人崇尚“建构主义”学习理念，一直希望将工科教学中的实验教学引入到课堂中，让学生通过实验观察自我总结知识、提高应用能力，而基础理论和实验环节有较大区别，教师一直在寻找这个突破口。

最后是解决策略。基于虚拟实验的实时互动式教学是教师们经过多轮次的混合教学总结出的经验和方法，能够有效解决上述困难、实现教学预期，将现代化的教育技术充分应用到教学过程中。

Q：教学创新过程中您遇到的最大挑战是什么，您是如何解决的？

答：最大的挑战是如何设计这样的虚拟实验，采用什么样的方式。通常我们在设计实验的时候需要考虑:
1. 与课程的结合程度
2. 学生的接受程度

3. 实验所需的软硬件条件 

4. 与前沿科技的结合

而我们提出的解决方式是让教师团队采用两个平台，一个是负责线上教学管理平台LMS，课程组自行搭建服务器，安装了全球知名的开源教学管理平台Moodle，最大限度进行功能开发和定制；另一个是以Jupyterhub服务器集群为基础的虚拟实验平台Virtual Lab，教师自行编写了与课程内容紧密结合并与前沿科技相关的案例，以Python程序实现虚拟实验内容。

此外为了学生更好地了解科技内容，教师团队也将目前国际知名教学科研项目和平台引入的课程中，比如IBM的量子计算，BIT科技学院的区块链模拟平台等，这些平台提供更简单直观的可视化操作，作为代码学习的有益补充。

Q：请简述您对教学创新本身的理解。

答：教学创新不是单纯的寻找不同、标新立异，而是以学习者更容易接受的方式提供教育，我们认为最有效的学习方式是在应用中学习，教育者应该给予学习者全方位的支持，而不是简单灌输知识。

如果把学习比作生产，生产者需要有任务清单，原料，工具和说明书才能开始工作，而LMS + Virtual Lab构建的就是这样一个学习系统，上课前教师抛出任务（结合前沿科技的待解决问题），然后提供原料（包含相关知识原理的教学视频和讲义），学生前往虚拟实验平台(工具)进行知识生产，教师提供相应的指导和帮助(实验说明书)。

第八届西浦大赛更多精彩活动

第八届西浦大赛地区海选

为了让更多对教学创新感兴趣的老师深度了解西浦全国大学教学创新大赛，并借助大赛活动学习、探讨优秀教学创新实践，西浦大赛组委会将在华北地区和西南地区举办大赛海选，在现场为参与老师们答疑解惑，欢迎热爱教学的高校老师参与，共同交流面向未来的教学创新。

日期	地区	合办院校
10.8	西南地区	重庆大学
10.22	华北地区	河北金融学院

请识别以下二维码，报名对应地区的海选。

西南地区

华北地区

第八届西浦大赛线上系列分享

第八届西浦大赛线上系列分享于2022年8月4日开启，于每周一和周四开展，共设18期，邀请了西浦全国大学教学创新大赛负责人张晓军分享大赛评审标准，以及17名第七届西浦大赛优秀获奖老师全面分享他们的教学创新实践及教学创新背后的故事。欢迎对教学创新感兴趣的高校老师在线观看与交流。

报名第八届西浦全国大学教学创新大赛

第八届西浦全国大学教学创新大赛正在报名中，诚邀您参与大赛，在大赛平台上与其他几百位热爱教学的高校教师一起交流、学习、成长。

同时，第八届大赛设有实地调研入围决赛选手的环节，欢迎您推荐身边的老师申请成为大赛调研员，走进参赛选手的课堂近距离了解、交流教学创新案例。

请参赛选手及调研员识别下方二维码，一分钟提交报名信息。（手机端可点击其中一个二维码，放大后长按图片进行识别）

选手报名

调研员报名

选手报名截止日期：2022.10.31

调研员报名截止日期：2023.03.31

注：大赛组委会将在收到报名信息后的下一个周五前完成资格审查，并通过邮件回复确认是否报名成功。

⬤ 请点击蓝字查看参赛选手提交参赛材料的通道及图解指南。

西浦大赛成长型资源库

请识别二维码，查看前七届西浦大赛数千个案例展示，深入学习近百个优秀案例。海量线上资源持续更新中......

经过四年的持续分享，西浦未来教育学院在CCtalk平台公益直播了近百期西浦大赛优秀获奖案例、大赛决赛展示、创新者说、联盟好课等精彩内容，分享了数百个优秀教学创新案例，欢迎老师们在CCTALK平台搜索“西浦未来教育学院”，或识别以下二维码关注查看。

联系大赛组委会

邮箱：[e-mail]
电话：王老师 0512-88161893
微信：请搜索XJTLUILEAD添加艾力小助手微信。

西浦ILEAD作为教育从业者专业能力和领导力研修、教育创新全球社群运作与未来学校研究为一体的综合性教育机构，旨在支持学习者与教育者终身学习、支持教育机构发展组织学习能力。

▼戳阅读原文，报名第八届西浦全国大学教学创新大赛