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一、教學(xué)目的與課題設(shè)計思想

課程設(shè)計的基本目的是讓學(xué)生運用已經(jīng)學(xué)過的基本理論和專業(yè)知識解決一個貼近實際且具有一定復(fù)雜性的問題，也是交通運輸(航運管理方向)專業(yè)本科生的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一。航運管理課程設(shè)計安排在第三學(xué)年學(xué)生學(xué)習(xí)完“航運管理”課程后進行，是結(jié)合學(xué)過的專業(yè)理論知識做一次綜合性訓(xùn)練，以便加深對專業(yè)知識的理解和掌握。要求學(xué)生能夠綜合運用以前學(xué)過的知識，具有必要的想象力和系統(tǒng)優(yōu)化思想，在教師的指導(dǎo)下解決一個源于實際的管理決策問題。根據(jù)多年的專業(yè)課授課經(jīng)驗分析，認(rèn)為將“多型船在多條航線上的優(yōu)化配置問題”選定為課程設(shè)計內(nèi)容較為合適。這一選題不僅是航運企業(yè)經(jīng)營管理活動中的一項經(jīng)常性重要決策，而且涉及知識面廣、與以前學(xué)過的課程知識聯(lián)系緊密，具有足夠的復(fù)雜性和難度。但如果對于這樣一個比較復(fù)雜且有難度的課題，列出全部已知條件和計算參數(shù)，則與航運企業(yè)實際經(jīng)營管理業(yè)務(wù)操作環(huán)境有較大差異，同時學(xué)生既不能明確這些參數(shù)如何得到，也會質(zhì)疑其中許多參數(shù)的取值。因此，為了保證訓(xùn)練效果，采用開放式課程設(shè)計的形式，即任務(wù)書中只給出最基本的要求和少量的控制性已知條件，讓學(xué)生自己查閱相關(guān)資料和數(shù)據(jù)，補充其他必要條件和計算參數(shù)。其基本設(shè)計思想和希望達(dá)到的效果為:(1)學(xué)習(xí)和掌握航線配船的步驟和方法，將航線配船的理論知識和運輸生產(chǎn)實踐有機結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識獨立分析、解決實際問題的能力;(2)將本課程學(xué)過的航線配船和其他課程學(xué)過的相關(guān)基礎(chǔ)知識，如航運經(jīng)濟學(xué)、運籌學(xué)、計算機應(yīng)用等理論緊密聯(lián)系起來，并使這些知識融會貫通，得到進一步拓展;(3)進行綜合技能的訓(xùn)練，對設(shè)計案例、收集資料、處理數(shù)據(jù)、趨勢預(yù)測、運用數(shù)學(xué)優(yōu)化軟件計算(如Excel、Lingo、Matlab等)以及進行計算機編程等方面的基本技能做一次綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和實踐操作能力;(4)通過對全過程的總結(jié)分析、獨立撰寫課程設(shè)計報告，提高學(xué)生的書面表達(dá)水平和研究報告撰寫能力。希望這一課程設(shè)計不僅能夠達(dá)到理論聯(lián)系實際、鞏固專業(yè)知識、鍛煉實踐能力的基本目的，還能夠調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、積極性和部分潛力大的學(xué)生的創(chuàng)新能力。對數(shù)量較多的學(xué)生群體，將應(yīng)用型與研究型教學(xué)方式融于一體培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和動手能力。

二、課程設(shè)計內(nèi)容與特點

1．課程設(shè)計問題簡述

“多型船在多條航線上的優(yōu)化配置問題”是“航運管理”課程的重點內(nèi)容，特點是涉及的知識面較廣，求解過程中要用到線性代數(shù)、運籌學(xué)、航運經(jīng)濟、船舶貨運等多門學(xué)科的知識，而且計算中還要根據(jù)經(jīng)驗和市場環(huán)境對大量的計算參數(shù)做出合理的分析、估計和預(yù)測。為了更加直接地讓學(xué)生接受課程設(shè)計中涉及的操作原理和專業(yè)知識，了解行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，訓(xùn)練和強化學(xué)生解決問題的能力，課程設(shè)計任務(wù)書中只給出少量的控制性已知條件，形成一個已知條件不完善的開放式課題。學(xué)生必須根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的專業(yè)知識查閱、補充必要條件和數(shù)據(jù)，設(shè)計航線配船優(yōu)化方案。課程設(shè)計任務(wù)書中主要給出三類基本參數(shù)，包括船舶參數(shù)(各型船的數(shù)量、載重量、凈噸位、航速、燃油消耗率、柴油消耗率、船價、船員定編等)、港口參數(shù)(各裝貨港名稱、各卸貨港名稱、船舶在各港的裝卸效率范圍等)、航線運輸需求參數(shù)，同時任務(wù)書中設(shè)定每位學(xué)生的這一參數(shù)都有所差異，以保證每位學(xué)生求解時應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有所不同，以便消除同學(xué)之間互相抄襲課程設(shè)計報告的可能性。除了這些基本參數(shù)之外，再根據(jù)選題涉及的航區(qū)情況設(shè)定一些特殊限制，以便訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力和做事周密性。如任務(wù)書中注明“因某種客觀原因，某型船不能配置在某航線上營運;如果將某型船配置在某航線上，則該型船每個航次需要增加等潮或減載時間若干天”等類似限制條件，讓學(xué)生思考怎樣用數(shù)學(xué)方法去處理這些實際中常常遇到的特殊情況。設(shè)計任務(wù)書給定后，要求學(xué)生根據(jù)這些確定但不充分的已知條件，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)實際情況補充必要的數(shù)據(jù)參數(shù)，制訂這一船隊的年度貨運配船計劃，使船隊總的營運效果最好，并給出合理的專業(yè)解釋。對于這樣一個較為復(fù)雜且貼近實際的課題，課程設(shè)計任務(wù)書和說明書中僅給定問題中的控制性技術(shù)、經(jīng)濟參數(shù)，而將大量與管理水平、市場波動相關(guān)的計算參數(shù)留給學(xué)生去查閱、分析、估算、解釋。這對于已習(xí)慣于教師給出完善的已知條件、完全按照預(yù)定套路解題的本科生來說，具有較大的難度和挑戰(zhàn)性。但在互聯(lián)網(wǎng)和學(xué)校圖書館的支持下學(xué)生完全具備開展這些工作的客觀條件。

2．解決問題的思路和方法

按照傳統(tǒng)授課模式，對于這一復(fù)雜問題教師會在課上講授“大船配大線”的原則，讓學(xué)生按照這一原則用既定的求解方法試探求解。但是根據(jù)已學(xué)相關(guān)專業(yè)課知識和相關(guān)計算機技術(shù)，完全可以要求學(xué)生根據(jù)開放式課題的屬性及要求，建立航線配船優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計對應(yīng)的算法求解這一問題。

3．課程設(shè)計的特點和難點

上述開放性課題對學(xué)生來說存在四個難點:一是要將以往所學(xué)的知識融會貫通，針對這樣一個復(fù)雜的具體問題設(shè)計求解方法。在基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)和課后練習(xí)中往往是針對假定的簡單情況進行求解。例如，在學(xué)習(xí)線性規(guī)劃時，例題和課后練習(xí)題目一般只有幾個變量和幾個約束條件，規(guī)模較小，可以通過手工計算求解，以便深刻理解其基本原理。但在航運管理課程設(shè)計中一般設(shè)有4～6個船型、5～6條航線，例如，當(dāng)問題中設(shè)有4種船型(K=4)、5條航線(G=5)時，根據(jù)數(shù)學(xué)模型(1)—(3)形式的特點，在該問題中就有K×G+K=24個變量，K+G=9個約束條件，針對如此規(guī)模的實際問題，用手工計算則比較困難，必須借助計算機求解。這就要求學(xué)生不但要綜合運用以前學(xué)過的知識，還要具有運用理論知識解決實際問題的能力。二是學(xué)會運用數(shù)學(xué)方法模擬解決實際問題。根據(jù)給定的少量已知條件求解該類開放式課題，要么從根本上理解教材中的數(shù)學(xué)模型，要么自己嘗試建立新的數(shù)學(xué)模型，兩者都有一定的難度。三是如何查閱、分析、估算、選定、解釋任務(wù)書中沒有給出的大量參數(shù)，特別當(dāng)由不同渠道獲得的數(shù)據(jù)有所不同、甚至互相矛盾時，如何處理、怎樣取舍?這對于沒有實踐經(jīng)驗的學(xué)生來說是非常困難的。任務(wù)書對于如何選定計算參數(shù)沒有給出統(tǒng)一的規(guī)定，但要求每位學(xué)生必須對參數(shù)的選定或取舍給出合理解釋。四是當(dāng)求出問題的最優(yōu)解后如何驗證結(jié)果的正確性。由于課題中涉及的實際問題約束條件多、模型中變量和參數(shù)數(shù)量較多、求解過程繁瑣，而且學(xué)生數(shù)量較多、每位學(xué)生的基本數(shù)據(jù)也不同，使得指導(dǎo)教師和學(xué)生都難以檢驗計算結(jié)果的正確性，這樣可能會造成實踐訓(xùn)練效果不佳、事倍功半。這就需要指導(dǎo)教師(或課題組)和學(xué)生尋找驗證求解方法正確性的簡便途徑。

三、保證教學(xué)效果的基本措施

1．采取的措施

這種只給出一些控制性基本參數(shù)，而允許學(xué)生根據(jù)實際情況確定其他計算參數(shù)，或者說在一定的框架下給出一些已知條件，允許學(xué)生自主確定相關(guān)數(shù)據(jù)的做法與現(xiàn)實中航運企業(yè)經(jīng)營管理業(yè)務(wù)的操作環(huán)境較為接近。顯然，對這樣的求解過程及結(jié)果既有統(tǒng)一的評價尺度，又能發(fā)揮學(xué)生的個性。但這種由學(xué)生自主選定一些已知條件的開放性課題與常規(guī)做法相比也存在一些突出的問題，如果處理不好，就達(dá)不到預(yù)期效果。因此需要采取有效措施來保證教學(xué)效果。

(1)由于開放性課題的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、求解過程與方法、最終結(jié)果可能存在差異，教師檢查、批改的工作量很大。為此，課題組針對本課程設(shè)計編制了應(yīng)用型決策支持系統(tǒng)———船隊規(guī)劃決策支持系統(tǒng)(FPDSS)，在課程設(shè)計中期檢查階段下發(fā)軟件，便于師生驗證計算結(jié)果的正確性。通過操作標(biāo)準(zhǔn)驗證軟件、對比自己的計算過程和結(jié)果，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

(2)為避免同年級學(xué)生互相抄襲，設(shè)定每位同學(xué)求解時應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不同(如給出的案例中采用每個學(xué)生的學(xué)號作為其中某一航線的運輸需求量)，已知條件這一微小的變化會使計算結(jié)果出現(xiàn)較大差異，加之每人選定的其他已知參數(shù)也各有不同，使得結(jié)果的差異性規(guī)律難以猜出，這就迫使每位學(xué)生必須獨立求出結(jié)果。

(3)為了避免低年級抄襲高年級學(xué)生課程設(shè)計報告，設(shè)計出了工作量、深度、難度都基本相同的航運管理課程設(shè)計任務(wù)書系列，對每一年級的學(xué)生都更換課題內(nèi)容。由于任務(wù)書中給定的控制參數(shù)較少，更換課題內(nèi)容也顯得相對容易。

(4)為了保證課程設(shè)計的效果，提高效率，設(shè)定了集中指導(dǎo)答疑的時間和地點，并規(guī)定了中期檢查時間，要求所有學(xué)生必到，接受統(tǒng)一檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果給出中間成績，確保每位學(xué)生確實自己經(jīng)歷了數(shù)據(jù)處理過程。

2．基本要求

(1)由于課程設(shè)計任務(wù)書中給出的數(shù)據(jù)是不充分的，要求學(xué)生查閱相關(guān)船舶、港口、航線、費用等方面的資料，通過適當(dāng)方法將原始調(diào)查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模型中需要的規(guī)范計算參數(shù)。

(2)提示學(xué)生可以應(yīng)用Matlab、Lingo、Excel等軟件求解數(shù)學(xué)模型，但不限定求解方法，且鼓勵學(xué)生自主編程計算。計算結(jié)果保留兩位小數(shù)。

(3)為了便于指導(dǎo)和檢查，原定所有學(xué)生都到學(xué)校機房統(tǒng)一上機，但考慮到學(xué)生都配有計算機，為了提高效率僅設(shè)定每天答疑時間和地點，學(xué)生根據(jù)自己需求確定是否需要前來答疑，不需要參加答疑的學(xué)生可自行安排作業(yè)地點。但在規(guī)定的集中檢查時間，所有學(xué)生必須到場，接受統(tǒng)一檢查，給出中間成績。

(4)為了保證實踐教學(xué)效果，在最后一次集中檢查、給出中間成績之后再下發(fā)FPDSS軟件，要求學(xué)生將自己獨立獲得的計算結(jié)果與用FPDSS軟件計算出的結(jié)果做出比較。如果存在差異，必須找到原因，并做出合理的解釋和說明。

(5)按學(xué)校制定的實驗設(shè)計報告格式撰寫實驗報告，完善課程設(shè)計報告，至少包括問題描述、參數(shù)準(zhǔn)備、方法說明、設(shè)計結(jié)果和總結(jié)建議5個部分。下發(fā)指導(dǎo)書后兩周上交課程設(shè)計報告。

四、教學(xué)效果分析與評價

1．成績評定

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)也需要有與之相適應(yīng)的考核原則來檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，否則，難以檢驗實踐性教學(xué)是否達(dá)到預(yù)期的效果。對課程設(shè)計結(jié)果的成績評定分為優(yōu)、良、中、及格、不及格5個等級。對于每一個等級都給出明確的評價標(biāo)準(zhǔn)。例如，優(yōu):自己獨立設(shè)計數(shù)學(xué)模型、求解方法或求解程序，按要求的格式撰寫課程設(shè)計報告，并按時提交課程設(shè)計報告;同時利用FPDSS優(yōu)化求解航線配船問題，比較分析了求解結(jié)果可能存在的差異和原因，并寫出客觀、真實的總結(jié)、體會和建議。又如，及格:按要求的格式撰寫課程設(shè)計報告，并按時提交課程設(shè)計報告;利用FPDSS軟件求解航線配船問題，結(jié)果基本正確。

2．效果分析

顯然，學(xué)生花30個學(xué)時認(rèn)真做完這樣一個具有一定復(fù)雜性和難度的課題后，都希望得到指導(dǎo)教師的客觀評價，以便知道自己對知識的理解程度和解決問題的能力。而對于教師來說，當(dāng)學(xué)生數(shù)量較大時通常在課程設(shè)計的成績評定方面存在一定困難。近些年來，“航運管理”課程每年級的學(xué)生數(shù)在150～220人之間，一般配置2～3名指導(dǎo)教師，可以想象成績評定的工作量之大。如果不能及時給學(xué)生反饋課程設(shè)計中的問題，就會使教學(xué)效果大打折扣、事倍功半。檢查驗證軟件FPDSS的開發(fā)應(yīng)用使得每位學(xué)生可以自己檢查計算結(jié)果的正確與否，大大減輕了教師評定成績的工作量。在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師可以根據(jù)每位同學(xué)撰寫的課程設(shè)計報告、總結(jié)與體會和書寫的完整性及規(guī)范性，對每份課程設(shè)計報告的質(zhì)量迅速做出客觀、準(zhǔn)確的評價。從整個課程設(shè)計過程觀察，學(xué)生出現(xiàn)的比較普遍現(xiàn)象是，接到任務(wù)書開始感覺有些迷茫、不太適應(yīng)，但大多數(shù)學(xué)生對未知的專業(yè)問題表現(xiàn)出濃厚的探詢興趣;中期面對大量的不確定性問題有些不知所措、深感困惑、急于試探;后期隨著分析結(jié)果浮現(xiàn)，漸漸理出頭緒，但還不清楚自己獲得的結(jié)果的正確性;等到用FPDSS軟件驗證了自己的結(jié)果后，就會有思路豁然清晰、大功告成的成就感和喜悅感。這種開放式課程設(shè)計在鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、激發(fā)學(xué)習(xí)探索熱情方面的效果非常顯著。多數(shù)學(xué)生反映的收獲包括:

(1)加深了對船舶資源優(yōu)化配置知識的理解，更加清晰地認(rèn)識到所學(xué)數(shù)學(xué)優(yōu)化方法在解決專業(yè)實際問題中的應(yīng)用;

(2)通過查閱數(shù)據(jù)、匯總整理資料，不僅鍛煉了查閱、分析、處理實際數(shù)據(jù)資料的能力，而且接觸、了解了與本行業(yè)相關(guān)的專業(yè)性數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)站和港航企業(yè)、管理機構(gòu)的基本情況，為以后踏入工作崗位奠定了良好的基礎(chǔ);

(3)在求解過程中同學(xué)之間積極展開交流，探討針對復(fù)雜的具體問題如何建立行之有效的數(shù)學(xué)模型并設(shè)計相應(yīng)的優(yōu)化求解方法，實踐了課堂上、書本上學(xué)到的理論知識，提高了分析問題、解決問題的能力;

(4)在課程設(shè)計中，大量使用Excel、Matlab、Lingo等軟件處理數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法，掌握了常用軟件的運用技能，積累了相關(guān)軟件的應(yīng)用經(jīng)驗，提高了運用現(xiàn)代技術(shù)手段進行實際操作的能力;

(5)在課程設(shè)計的過程中，深刻體會到細(xì)心、耐心、專心和統(tǒng)籌思考的重要性，前期工作任何小的疏忽都可能對后期結(jié)果有較大的影響。此外，下發(fā)FPDSS軟件的時間選在學(xué)生完全準(zhǔn)備好計算參數(shù)并已經(jīng)初步求出計算結(jié)果之后。這一方面給學(xué)生驗證求解結(jié)果是否合理提供了依據(jù)，為學(xué)生提供一個練習(xí)和檢驗各種專門計算方法的捷徑，使其具有自我糾錯能力;另一方面也避免學(xué)生從開始就有依賴思想，訓(xùn)練學(xué)生獨立動手解決問題的能力。

五、結(jié)語

在大學(xué)本科教學(xué)中，實踐性課程設(shè)計內(nèi)容的復(fù)雜程度和難度常常不易把握。若選題深度淺、工作量小，則達(dá)不到預(yù)定的教學(xué)效果;若選題深度大、工作量大，則會造成有些學(xué)生知難而退、放棄獨立完成的原則，而且教師檢查、批改的工作量也很大。特別是采用傳統(tǒng)的直接給出比較完備的已知條件、統(tǒng)一解題程序、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)答案的確定性課題設(shè)計方式，會使學(xué)生沿著一個傳統(tǒng)的單一固定模式思考問題，并可能存在互相抄襲的現(xiàn)象。開放式課程設(shè)計能夠激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，產(chǎn)生主動學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)知識的愿望，鍛煉學(xué)生的探索和動手能力;同時將專業(yè)課內(nèi)容與所學(xué)基礎(chǔ)課內(nèi)容緊密聯(lián)系，并將后者作為解決復(fù)雜專業(yè)問題的有效手段。這種課程設(shè)計模式已經(jīng)實踐了四屆，每次課程設(shè)計后學(xué)生都反映良好，認(rèn)為既掌握了專業(yè)知識，又鍛煉了解決實際問題的能力;查閱數(shù)據(jù)、匯總整理資料，不僅鍛煉了查閱、分析、處理實際數(shù)據(jù)資料的能力及從大量信息中提取關(guān)鍵信息的能力，而且接觸和了解了港航企業(yè)、管理機構(gòu)的實際情況，對航運市場現(xiàn)狀及變化有了相應(yīng)的了解，引起對行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的關(guān)注。學(xué)生做過的這些工作和嘗試也為以后踏入工作崗位提供了初步研究經(jīng)驗和基礎(chǔ)。開放式課程設(shè)計也對指導(dǎo)教師提出了更高的要求。例如，要求指導(dǎo)教師深刻了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，掌握大量專業(yè)信息、要開發(fā)出實用的電化輔助教學(xué)工具，以利于準(zhǔn)確指導(dǎo)、客觀評價。同時要求指導(dǎo)教師致力于研究如何改進傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式、如何充分利用新出現(xiàn)的現(xiàn)代技術(shù)設(shè)施和手段創(chuàng)新教學(xué)方法，從而使本科教育改革建立在未來社會發(fā)展需要的基礎(chǔ)上。

作者：謝新連 鐘銘 趙家保 桑惠云 單位：大連海事大學(xué)交通運輸管理學(xué)院