不定期船经营虚拟仿真线上实验教学系统的设计与开发

 摘要：为解决航运专业课线下实践周期过长与空间限制等实际问题，根据航运经营实践，在分析营运场景与设计系统架构的基础上，设计开发了基于B/S架构的不定期船经营虚拟仿真线上实验教学系统。系统集成了租船揽货、航次计划、船队监控与统计评估四大功能模块，高度模拟不定期船经营自然环境与市场环境，实现了经营决策全流程模拟。基于该系统设计的仿真实验激发了学生的学习兴趣，提升了学生综合应用理论知识解决实践问题的决策能力。从疫情期间的教学反馈来看，获得了非常好的教学效果。

关键字：不定期船经营；虚拟仿真；线上实验教学

中图分类号：G642.423，U692.3    文献标识码：A

Design and Development of Virtual Simulation Online Experimental Teaching

System for Tramp Shipping Operation

WANG Meirong1，DU Jian2，WANG Jun1，ZHAO Xu1

（1. College of Transportation Engineering, Dalian Maritime University, Dalian, 116026, Liaoning, China；2.School of Traffic and Transportation Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian, 116028, Liaoning, China）

Abstract: In order to tackle the practical challenges of prolonged offline experiment duration and space limitation in shipping courses, a virtual simulation online experimental teaching system for tramp shipping operation under B/S architecture has been designed and developed. Through analyzing operational scenarios and system architecture, the system based on the shipping practices integrates four modules, including chartering, voyage planning, fleet monitoring and statistical evaluation. By simulating the global meteorological environment and shipping market, the entire decision-making process has been simulated. The designed simulation experiments by this system have aroused students’ enthusiasm for learning and enhanced their ability to apply theoretical knowledge to practical challenges. The feedback from teaching during COVID-19 pandemic has resulted in excellent academic outcomes.

Keywords: tramp shipping operation; virtual simulation; online experimental teaching

0 引言

在国家大力推进信息化与工业化相结合、建设创新型国家、实现人才强国的战略背景下[1,2]，新时期港航业对航运人才也提出新的要求。2013年以来，教育部连续颁布多个文件[3,4]提出将现代信息技术融入实验教学中，推进虚拟仿真实验教学，以提高学生的实践能力与创新能力。目前，虚拟仿真实验平台在工程实践教学中得以广泛应用并取得了卓越成效[5-7]。针对虚拟仿真实验教学项目建设，相关学者也提出了挑战与对策[8-9]。

2012年本校交通运输专业首次通过了全国工程教育专业认证，但一直以来专业实践环节仍较薄弱[10]。受限于专业的特殊性，航运企业可提供的实习岗位、内容与时间限制均难以满足实习实训要求。虽然针对企业经营模拟类教学软件在全球各大商学院早已普遍使用，如CESIM Global Challenge[11]、TechMark[12]、Sim Marketing等，但上述软件并不适用于航运专业课的实践教学。

鉴于航运业务国际性特点，本文基于B/S架构设计开发了一套全英版本的不定期船经营虚拟仿真线上实验教学系统。该系统与当前航运实践高度契合，通过该系统设计的实验内容既可满足单门实验课的教学，也可形成完整的实验流程以满足课程设计的需要，具有前沿性、专业性、综合性、灵活性强的特点，解决了航运专业课实验受时空限制的难题，填补了本专业线上实验实践教学途径的空缺，为创新型航运人才培养提供了一种新的实践教学模式。

1. 不定期船经营虚拟仿真线上实验教学系统需求分析

1.1 系统目标

开发不定期船经营虚拟仿真线上实验教学系统旨在通过虚拟仿真实验手段培养学生运用理论知识进行航运经营决策实操的能力。为克服线下实践教学的时空限制，需满足线上教学要求。教师可根据教学内容需求调整仿真场景与难度系数。

1.2 系统功能需求

系统功能需求包括教师端（教学管理平台）与学生端（不定期船经营虚拟仿真实验教学平台）两部分。教师端实现参数设置、动态监控与考核评估功能。学生端以不定期船经营决策过程为主线，按照业务流程进行操作，实现不定期船经营全流程业务模拟决策与评估。

1.2.1 教师端

（1）不定期船市场环境设置与动态调整。教师设置船盘/货盘生成器、租金率、运价指数以及仿真运行速度等参数创建市场环境，并可动态调整参数调节难度系数。

（2）动态监控与考核评估。实时监控学生操作，模拟期结束后查看统计结果，并给出考核成绩。

1.2.2 学生端

（1）不定期船运输市场环境。自动生成船盘与货盘；模拟市场运行机制以完成学生船盘与货盘成交；全球气象水文要素实况与预报信息查询。

（2）租船揽货合同洽商。根据船盘与货盘信息，学生综合航次估算结果与市场行情后完成报价，系统根据计算模型确定是否成交。

（3）航次方案的制定。综合航次任务与气象水文预报数据，完成航路设计、港口作业与燃油补给计划、安保计划。

（4）航次监控。船舶根据航次计划模拟运行；查看船舶实时动态，并针对异常提醒给出解决方案。

（5）统计评估。实时统计船队规模、货运情况、操作错误以及资金使用明细。

2. 不定期船经营虚拟仿真线上实验教学系统设计

2.1 设计原则

（1）可靠性和稳定性。可应对潜在的故障和意外情况，并能够实时监测和处理系统错误和异常，保证在教学过程中提供稳定的服务。

（2）性能优化与响应速度。可以提供高响应速度和流畅的用户体验。

（3）安全性和数据保护。采取身份验证和权限控制手段，防止未经授权的访问和数据泄露。

（4）可管理性和监控性。支持系统日志记录、用户活动跟踪、错误监测和性能分析等功能，以便及时发现和解决系统的问题。

（5）界面友好性。系统采用Web界面模式，满足Internet远程访问需求，采用HTML5、CSS3等Web技术，设计风格体现教学特点。

2.2 系统体系结构 

系统整体开发基于B/S架构，业务服务器采用CENTOS，数据库采用MariaDB，产品后台基于Java开发，前端基于HTML5、CSS3、JS开发，采用Web方式展示，GIS地图控件采用MapBox控件开发。系统技术架构图如图1所示。

图1 系统技术架构图

2.3 系统功能结构及模块功能说明

基于不定期船经营全流程决策以及所需要教学与考核的知识点，设计系统主要功能模块如图2所示。

图2 系统功能模块图

（1）基础数据管理模块。管理基础数据文件，包括新增、删除、修改、查询，导入与导出。

（2）市场环境仿真模块。市场环境仿真，考核学生对合同内容的理解与报价方法。

（3）航次计划模块。模拟航次计划的制订，考核学生航次方案选择，最优载货量的确定，航路设计、港口作业计划、燃油补给方案等。

（4）船队监控模块。实时监控船队运营情况，考核学生监控的内容以及异常处理方法。

（5）统计评估模块。统计评估模拟期内船舶经营效益与操作错误，作为考评的依据。

3. 不定期船经营虚拟仿真线上实验教学系统应用

3.1 操作流程

开课前，教师登录教学管理平台设置相关参数。开课后，学生根据系统内容及实验步骤与要求，按流程仿真，教师根据教学需要暂停或开启系统。具体操作流程如图3所示。

图3 系统操作流程图

主要操作流程中航路设计部分，学生需要综合航次任务与航行环境制定航路计划，如图4所示。针对仿真过程中出现的异常系统会自动报警，学生需及时处理。针对船上存油不足的处理方法如图5所示。

教师可通过教师端系统实时监控学生的操作。针对实时统计中占比较高的错误类型集中讲解，如图6所示。

3.2 教学实践

该虚拟仿真线上实验教学系统可以根据教学需求通过调整参数设置不同的教学内容与难度系数，目前，基于该系统设计的实验除已应用于我校交通运输专业本科生“船舶经营决策”与“货运业务课程设计”课程实验教学中以外，还应用于航运方向的留学生（硕士、博士）与MBA等不同层次的教学中。在实验过程中，培养了学生综合运用本专业知识独立解决专业实际问题的能力。通过实验教学反馈来看，收到了非常好的教学效果，尤其在新冠疫情期间的线上教学中发挥了重要作用，为多门课程的实验教学提供了支撑。

4. 结语

该系统设计基于航运经营实践，高度模拟不定期船市场船舶经营决策的全流程，并且教师可以根据不同阶段学生的教学需求不同来设计不同难度级别的实验内容。基于该系统设计的仿真实验激发了学生对航运学习的兴趣，解决了航运实践受时空限制的难题，填补了本专业线上实验实践教学途径的空缺，为创新型航运人才培养提供了一种新的实践教学模式。

参考文献

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[3] 中华人民共和国教育部教高厅函［2017］4号.关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知［EB /OL］.(2017-07-13). http://www.moe.edu.cn/srcsite.

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