FORTRAN面向功能教學研究及Lectora應用

張洪勝,戰勇剛

（黑龍江省氣象信息中心,黑龍江哈爾濱150030）

FORTRAN面向功能教學研究及Lectora應用

張洪勝,戰勇剛

（黑龍江省氣象信息中心,黑龍江哈爾濱150030）

1 引言

FORTRAN作為傳統的結構化編程語言，它的體系架構決定了學習的固定流程，從頭到尾規定好各個章節、知識點概念和應用。這種學習方式設計的好處是系統和全面，缺點是不夠靈活，功能分類體現得不明顯。從面向功能的教學思路出發，則可以將相關聯功能的知識點有機地整合成模塊，使得學習思路清晰、針對性強，尤其是學習FORTRAN程序在氣象業務中的應用時，更能體現這種學習方式的優勢。

Lectora是一款教育軟件，專門針對制作課件中的熱點難點，提供可視化編程界面和簡易的編程語言處理。它的使用快捷方便、功能強大，能調用音、視頻文件，提供制作考題的編程模塊，并可以通過設計實現自動閱卷。

2 FORTRAN教學研究

以譚浩強的《FORTRAN語言結構化程序設計》為示例教材，FORTRAN目錄章節分為十三個，分別是：算法、計算機和計算機程序、FORTRAN語言程序設計初步、邏輯運算和選擇結構、循環結構的實現、FORTRAN的數據結、數據的輸入輸出、常用算法的程序設計舉例、數組、語句函數、子程序、數據共用存儲單元和數據塊子程序、文件。

相對應主要的內容，則可以按照功能重新分類學習，如下：輸入輸出與格式；基本元素與算法；循環與嵌套；函數與子程序；數組與文件。

下面就功能分類和示例兩方面做出分析。

2.1 功能分類分析

2.1.1 輸入輸出與格式

計算機編程語言要實現的功能，從最直觀上說就是輸入輸出。而且FORTRAN作為科學性的語言，它的格式嚴謹，定義規范，因此放在一起學習。這樣設計的好處是學員學習時目的明確，屏蔽了其他部分的干擾。

2.1.2 基本元素與算法

著名的計算機科學家沃思有個有名的公式：程序=數據結構+算法。因此只有全面理解了數據結構和算法，才能編好程序，缺一不可。從常量、變量、字符串、賦值語句到算術運算、關系運算、邏輯運算等，都歸為這一類。

2.1.3 循環與嵌套

程序一共有三種基本結構：順序、選擇、循環。而循環中再調用循環就形成了嵌套。看起來簡單，實則容易出問題。尤其是FORTRAN程序中do的使用方式和其他語言不同，可以用行號，也可以用end do。嵌套使用2個do循環可以用一個結束標識符號。

2.1.4 函數與子程序

函數和子程序都是程序中可以多次調用的程序塊。從功能上看，它們可以看成是基本結構中的順序一項。它們有共同點也有不同點，因此放在一起學習，比較容易地對比各自的功能，理解更透徹。

2.1.5 數組與文件

數組的結構歸根到底是行列式，而大多數文件的結構類似二維數組，因此文件的讀寫操作時基本都用到數組方式。尤其是氣象程序應用中，文件的寫入讀出等都涉及到數組，因此劃定到同一功能學習。

2.2 示例分析

2.2.1 輸入輸出與格式

輸入輸出為入門基礎，因此一開始的簡單輸入輸出程序，沒有使用格式。主要示例程序要區分變量名、變量值、讀鍵盤輸入數據等操作。逐漸學到使用數組的時候，尤其是二維數組，則用到格式，因此格式的示例放在二維數組部分。

2.2.2 基本元素與算法

開始學只涉及基本元素和簡單的加減乘除，學的越深入，才越能體會算法。學習是漸進的、循環上升的過程。算法深入后，對基本元素也會有重新的深刻認識。因此簡單算法示例體現在循環、函數和子程序部分，而在示例的最后一個，用特殊的方法不用第三個變量就解決A、B兩值互換，說明了算法的特性。

2.2.3 循環與嵌套

針對do循環的特點和使用方式，結合嵌套的關鍵點，全面理解循環應用。主要注意點是行號、end do、循環內外的變量值、步進。示例給出用多、用少、用錯、用對的情況，方便自學時對比參考。

2.2.4 函數和子程序

function和subroutine示例對比定義和調用，看結果分析結構和使用的相同點和不同點。子程序一般比函數應用更全面。尤其是氣象應用中，可以調用第三方子程序資源豐富程序功能。

2.2.5 數組和文件

數組的讀寫，文件操作的基本語句，讀寫文件用到數組的示例。通過示例，讓學員能靈活地運用數組功能，將數據處理成各種類型和方式顯示或計算。達到數組和文件之間能隨意轉換的效果。

3 Lectora應用

使用Lectora界面設計了功能學習模塊。包括按功能模塊分類的知識點、示例程序；為了統一復習形成整體的系統概念，把教科書的章節重點內容也列出；為了自學時解決環境搭建問題，列出安裝軟件和使用環境介紹；最后設計了測試試題，添加到考試系統中，并自動算出成績。課件中包括文字知識點、公式、流程圖、語音說明、示例源程序、示例程序的視頻演示說明、考試中的單選等等內容。選擇項可以返回更改，最好提交后給出成績。

4 總結

FORTRAN語言是結構化的編程語言，努力用新的面向功能的教學方法來嘗試改進，在傳統的、枯燥的、課本分章的、板書式的教學和現代的、海量的、面對問題的、無關聯性的視頻教學中間，尋找到了一條適合教學和自學的道路。搭配這種教學理念，制定功能模塊分類和示例、利用Lectora課件來學習和考試，使得學習效率明顯提高，在實際的教學中得到了良好的檢驗。

其中，N—離子濃度值，個離子/cm3；

I—微電流計輸入電流值，A；

q0—電子電荷量，(1.6×10－19庫倫)。

將空氣離子測量儀接入標準高阻箱（需注意標準高阻箱到空氣離子測量儀之間的連線必須使用高絕緣的同軸電纜，電纜外殼與空氣離子測量儀的外殼箱相接），引入可調電壓源，通過公式（3）計算出微電流計輸入的電流值I。

其中，E—可調電壓源電壓，V；

R—所用高阻阻值，Ω。

依次改變高阻箱所接入的高阻R值，得出待檢儀器各量程的微電流計輸入電流I，進而通過公式（2）即可得出離子濃度示值N。

7.3 離子遷移率

離子遷移率k值的檢定包括極化電壓和極化電極與收集電極的間隙。

通過收集器進氣口測量極化電極的對地（殼體）電壓即極化電壓；使用游標卡尺測量極化電極板與收集電極板之間的距離。

7.4 實測比對

將標準設備與被檢定儀器進行比對。其中包括低濃度（空氣本底值）和高濃度（空氣離子發生器）兩部分。

空氣本底值比對選擇氣流穩定，本底值較大（一般以＞500個離子/cm3）的場所進行。

高濃度離子源比對采用空氣離子發生器，調整輸出使離子濃度大于105個離子/cm3；測試距離50 cm，測量環境中不允許出現氣流擾動，避免數據不穩所產生的附加誤差。分別用標準儀器與被檢儀器的測量值進行比較。

大氣負氧離子測量儀檢定中所需的配套設備性能參數應滿足GB/T 18809－2002中對檢定配套設備的技術要求，待檢儀器的各項技術指標檢定結果符合GB/T 18809－2002中的檢定結果技術要求的可視為檢定結果合格，有一項或多項存在不符合項的即視為檢定結果不合格。

綜上所述，自動監測網的保障工作需由省、地市、縣等各級部門共同協作來完成，各環節缺一不可。為此本方案的提出，旨在對黑龍江省大氣負氧離子自動監測網設備的日常運行與維修維護及業務運轉提供技術支持，進而為大氣負氧離子監測數據準確、連續、穩定的傳輸提供有力保障。

1002－252X(2016)04－0036－02

2016－9－1

張洪勝（1962-），男，黑龍江省哈爾濱市人，東北財經學院，本科生，工程師.