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一、教學目的與課題設計思想
課程設計的基本目的是讓學生運用已經學過的基本理論和專業知識解決一個貼近實際且具有一定復雜性的問題，也是交通運輸(航運管理方向)專業本科生的重要實踐性教學環節之一。航運管理課程設計安排在第三學年學生學習完“航運管理”課程后進行，是結合學過的專業理論知識做一次綜合性訓練，以便加深對專業知識的理解和掌握。要求學生能夠綜合運用以前學過的知識，具有必要的想象力和系統優化思想，在教師的指導下解決一個源于實際的管理決策問題。根據多年的專業課授課經驗分析，認為將“多型船在多條航線上的優化配置問題”選定為課程設計內容較為合適。這一選題不僅是航運企業經營管理活動中的一項經常性重要決策，而且涉及知識面廣、與以前學過的課程知識聯系緊密，具有足夠的復雜性和難度。但如果對于這樣一個比較復雜且有難度的課題，列出全部已知條件和計算參數，則與航運企業實際經營管理業務操作環境有較大差異，同時學生既不能明確這些參數如何得到，也會質疑其中許多參數的取值。因此，為了保證訓練效果，采用開放式課程設計的形式，即任務書中只給出最基本的要求和少量的控制性已知條件，讓學生自己查閱相關資料和數據，補充其他必要條件和計算參數。其基本設計思想和希望達到的效果為:(1)學習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實踐有機結合，培養學生運用所學知識獨立分析、解決實際問題的能力;(2)將本課程學過的航線配船和其他課程學過的相關基礎知識，如航運經濟學、運籌學、計算機應用等理論緊密聯系起來，并使這些知識融會貫通，得到進一步拓展;(3)進行綜合技能的訓練，對設計案例、收集資料、處理數據、趨勢預測、運用數學優化軟件計算(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練，提高學生的自主學習和實踐操作能力;(4)通過對全過程的總結分析、獨立撰寫課程設計報告，提高學生的書面表達水平和研究報告撰寫能力。希望這一課程設計不僅能夠達到理論聯系實際、鞏固專業知識、鍛煉實踐能力的基本目的，還能夠調動學生的學習主動性、積極性和部分潛力大的學生的創新能力。對數量較多的學生群體，將應用型與研究型教學方式融于一體培養學生的實踐能力和動手能力。
二、課程設計內容與特點
1．課程設計問題簡述
“多型船在多條航線上的優化配置問題”是“航運管理”課程的重點內容，特點是涉及的知識面較廣，求解過程中要用到線性代數、運籌學、航運經濟、船舶貨運等多門學科的知識，而且計算中還要根據經驗和市場環境對大量的計算參數做出合理的分析、估計和預測。為了更加直接地讓學生接受課程設計中涉及的操作原理和專業知識，了解行業發展狀況，訓練和強化學生解決問題的能力，課程設計任務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。學生必須根據已經學過的專業知識查閱、補充必要條件和數據，設計航線配船優化方案。課程設計任務書中主要給出三類基本參數，包括船舶參數(各型船的數量、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(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，同時任務書中設定每位學生的這一參數都有所差異，以保證每位學生求解時應用的基礎數據有所不同，以便消除同學之間互相抄襲課程設計報告的可能性。除了這些基本參數之外，再根據選題涉及的航區情況設定一些特殊限制，以便訓練學生的邏輯思維能力和做事周密性。如任務書中注明“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，讓學生思考怎樣用數學方法去處理這些實際中常常遇到的特殊情況。設計任務書給定后，要求學生根據這些確定但不充分的已知條件，查閱相關文獻，根據實際情況補充必要的數據參數，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，并給出合理的專業解釋。對于這樣一個較為復雜且貼近實際的課題，課程設計任務書和說明書中僅給定問題中的控制性技術、經濟參數，而將大量與管理水平、市場波動相關的計算參數留給學生去查閱、分析、估算、解釋。這對于已習慣于教師給出完善的已知條件、完全按照預定套路解題的本科生來說，具有較大的難度和挑戰性。但在互聯網和學校圖書館的支持下學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
按照傳統授課模式，對于這一復雜問題教師會在課上講授“大船配大線”的原則，讓學生按照這一原則用既定的求解方法試探求解。但是根據已學相關專業課知識和相關計算機技術，完全可以要求學生根據開放式課題的屬性及要求，建立航線配船優化數學模型，并設計對應的算法求解這一問題。
3．課程設計的特點和難點
上述開放性課題對學生來說存在四個難點:一是要將以往所學的知識融會貫通，針對這樣一個復雜的具體問題設計求解方法。在基礎課程學習和課后練習中往往是針對假定的簡單情況進行求解。例如，在學習線性規劃時，例題和課后練習題目一般只有幾個變量和幾個約束條件，規模較小，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計中一般設有4～6個船型、5～6條航線，例如，當問題中設有4種船型(K=4)、5條航線(G=5)時，根據數學模型(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。這就要求學生不但要綜合運用以前學過的知識，還要具有運用理論知識解決實際問題的能力。二是學會運用數學方法模擬解決實際問題。根據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學模型，要么自己嘗試建立新的數學模型，兩者都有一定的難度。三是如何查閱、分析、估算、選定、解釋任務書中沒有給出的大量參數，特別當由不同渠道獲得的數據有所不同、甚至互相矛盾時，如何處理、怎樣取舍?這對于沒有實踐經驗的學生來說是非常困難的。任務書對于如何選定計算參數沒有給出統一的規定，但要求每位學生必須對參數的選定或取舍給出合理解釋。四是當求出問題的最優解后如何驗證結果的正確性。由于課題中涉及的實際問題約束條件多、模型中變量和參數數量較多、求解過程繁瑣，而且學生數量較多、每位學生的基本數據也不同，使得指導教師和學生都難以檢驗計算結果的正確性，這樣可能會造成實踐訓練效果不佳、事倍功半。這就需要指導教師(或課題組)和學生尋找驗證求解方法正確性的簡便途徑。
三、保證教學效果的基本措施
1．采取的措施
這種只給出一些控制性基本參數，而允許學生根據實際情況確定其他計算參數，或者說在一定的框架下給出一些已知條件，允許學生自主確定相關數據的做法與現實中航運企業經營管理業務的操作環境較為接近。顯然，對這樣的求解過程及結果既有統一的評價尺度，又能發揮學生的個性。但這種由學生自主選定一些已知條件的開放性課題與常規做法相比也存在一些突出的問題，如果處理不好，就達不到預期效果。因此需要采取有效措施來保證教學效果。
(1)由于開放性課題的基礎數據、求解過程與方法、最終結果可能存在差異，教師檢查、批改的工作量很大。為此，課題組針對本課程設計編制了應用型決策支持系統———船隊規劃決策支持系統(FPDSS)，在課程設計中期檢查階段下發軟件，便于師生驗證計算結果的正確性。通過操作標準驗證軟件、對比自己的計算過程和結果，鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。
(2)為避免同年級學生互相抄襲，設定每位同學求解時應用的基礎數據不同(如給出的案例中采用每個學生的學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果出現較大差異，加之每人選定的其他已知參數也各有不同，使得結果的差異性規律難以猜出，這就迫使每位學生必須獨立求出結果。
(3)為了避免低年級抄襲高年級學生課程設計報告，設計出了工作量、深度、難度都基本相同的航運管理課程設計任務書系列，對每一年級的學生都更換課題內容。由于任務書中給定的控制參數較少，更換課題內容也顯得相對容易。
(4)為了保證課程設計的效果，提高效率，設定了集中指導答疑的時間和地點，并規定了中期檢查時間，要求所有學生必到，接受統一檢查，并根據檢查結果給出中間成績，確保每位學生確實自己經歷了數據處理過程。
2．基本要求
(1)由于課程設計任務書中給出的數據是不充分的，要求學生查閱相關船舶、港口、航線、費用等方面的資料，通過適當方法將原始調查數據轉換成數學模型中需要的規范計算參數。
(2)提示學生可以應用Matlab、Lingo、Excel等軟件求解數學模型，但不限定求解方法，且鼓勵學生自主編程計算。計算結果保留兩位小數。
(3)為了便于指導和檢查，原定所有學生都到學校機房統一上機，但考慮到學生都配有計算機，為了提高效率僅設定每天答疑時間和地點，學生根據自己需求確定是否需要前來答疑，不需要參加答疑的學生可自行安排作業地點。但在規定的集中檢查時間，所有學生必須到場，接受統一檢查，給出中間成績。
(4)為了保證實踐教學效果，在最后一次集中檢查、給出中間成績之后再下發FPDSS軟件，要求學生將自己獨立獲得的計算結果與用FPDSS軟件計算出的結果做出比較。如果存在差異，必須找到原因，并做出合理的解釋和說明。
(5)按學校制定的實驗設計報告格式撰寫實驗報告，完善課程設計報告，至少包括問題描述、參數準備、方法說明、設計結果和總結建議5個部分。下發指導書后兩周上交課程設計報告。
四、教學效果分析與評價
1．成績評定
實踐教學環節也需要有與之相適應的考核原則來檢驗學生的學習質量，否則，難以檢驗實踐性教學是否達到預期的效果。對課程設計結果的成績評定分為優、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準。例如，優:自己獨立設計數學模型、求解方法或求解程序，按要求的格式撰寫課程設計報告，并按時提交課程設計報告;同時利用FPDSS優化求解航線配船問題，比較分析了求解結果可能存在的差異和原因，并寫出客觀、真實的總結、體會和建議。又如，及格:按要求的格式撰寫課程設計報告，并按時提交課程設計報告;利用FPDSS軟件求解航線配船問題，結果基本正確。
2．效果分析
顯然，學生花30個學時認真做完這樣一個具有一定復雜性和難度的課題后，都希望得到指導教師的客觀評價，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，當學生數量較大時通常在課程設計的成績評定方面存在一定困難。近些年來，“航運管理”課程每年級的學生數在150～220人之間，一般配置2～3名指導教師，可以想象成績評定的工作量之大。如果不能及時給學生反饋課程設計中的問題，就會使教學效果大打折扣、事倍功半。檢查驗證軟件FPDSS的開發應用使得每位學生可以自己檢查計算結果的正確與否，大大減輕了教師評定成績的工作量。在此基礎上，指導教師可以根據每位同學撰寫的課程設計報告、總結與體會和書寫的完整性及規范性，對每份課程設計報告的質量迅速做出客觀、準確的評價。從整個課程設計過程觀察，學生出現的比較普遍現象是，接到任務書開始感覺有些迷茫、不太適應，但大多數學生對未知的專業問題表現出濃厚的探詢興趣;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;后期隨著分析結果浮現，漸漸理出頭緒，但還不清楚自己獲得的結果的正確性;等到用FPDSS軟件驗證了自己的結果后，就會有思路豁然清晰、大功告成的成就感和喜悅感。這種開放式課程設計在鍛煉學生自主學習能力、激發學習探索熱情方面的效果非常顯著。多數學生反映的收獲包括:
(1)加深了對船舶資源優化配置知識的理解，更加清晰地認識到所學數學優化方法在解決專業實際問題中的應用;
(2)通過查閱數據、匯總整理資料，不僅鍛煉了查閱、分析、處理實際數據資料的能力，而且接觸、了解了與本行業相關的專業性數據庫、網站和港航企業、管理機構的基本情況，為以后踏入工作崗位奠定了良好的基礎;
(3)在求解過程中同學之間積極展開交流，探討針對復雜的具體問題如何建立行之有效的數學模型并設計相應的優化求解方法，實踐了課堂上、書本上學到的理論知識，提高了分析問題、解決問題的能力;
(4)在課程設計中，大量使用Excel、Matlab、Lingo等軟件處理數據、實現算法，掌握了常用軟件的運用技能，積累了相關軟件的應用經驗，提高了運用現代技術手段進行實際操作的能力;
(5)在課程設計的過程中，深刻體會到細心、耐心、專心和統籌思考的重要性，前期工作任何小的疏忽都可能對后期結果有較大的影響。此外，下發FPDSS軟件的時間選在學生完全準備好計算參數并已經初步求出計算結果之后。這一方面給學生驗證求解結果是否合理提供了依據，為學生提供一個練習和檢驗各種專門計算方法的捷徑，使其具有自我糾錯能力;另一方面也避免學生從開始就有依賴思想，訓練學生獨立動手解決問題的能力。
五、結語
在大學本科教學中，實踐性課程設計內容的復雜程度和難度常常不易把握。若選題深度淺、工作量小，則達不到預定的教學效果;若選題深度大、工作量大，則會造成有些學生知難而退、放棄獨立完成的原則，而且教師檢查、批改的工作量也很大。特別是采用傳統的直接給出比較完備的已知條件、統一解題程序、統一標準答案的確定性課題設計方式，會使學生沿著一個傳統的單一固定模式思考問題，并可能存在互相抄襲的現象。開放式課程設計能夠激發學生的專業興趣，產生主動學習和掌握專業知識的愿望，鍛煉學生的探索和動手能力;同時將專業課內容與所學基礎課內容緊密聯系，并將后者作為解決復雜專業問題的有效手段。這種課程設計模式已經實踐了四屆，每次課程設計后學生都反映良好，認為既掌握了專業知識，又鍛煉了解決實際問題的能力;查閱數據、匯總整理資料，不僅鍛煉了查閱、分析、處理實際數據資料的能力及從大量信息中提取關鍵信息的能力，而且接觸和了解了港航企業、管理機構的實際情況，對航運市場現狀及變化有了相應的了解，引起對行業發展現狀的關注。學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驗和基礎。開放式課程設計也對指導教師提出了更高的要求。例如，要求指導教師深刻了解行業發展現狀，掌握大量專業信息、要開發出實用的電化輔助教學工具，以利于準確指導、客觀評價。同時要求指導教師致力于研究如何改進傳統的實踐教學模式、如何充分利用新出現的現代技術設施和手段創新教學方法，從而使本科教育改革建立在未來社會發展需要的基礎上。
作者：謝新連 鐘銘 趙家保 ?；菰?單位：大連海事大學交通運輸管理學院