FORTRAN面向功能教学研究及Lectora应用

张洪胜,战勇刚

（黑龙江省气象信息中心,黑龙江哈尔滨150030）

FORTRAN面向功能教学研究及Lectora应用

张洪胜,战勇刚

（黑龙江省气象信息中心,黑龙江哈尔滨150030）

1 引言

FORTRAN作为传统的结构化编程语言，它的体系架构决定了学习的固定流程，从头到尾规定好各个章节、知识点概念和应用。这种学习方式设计的好处是系统和全面，缺点是不够灵活，功能分类体现得不明显。从面向功能的教学思路出发，则可以将相关联功能的知识点有机地整合成模块，使得学习思路清晰、针对性强，尤其是学习FORTRAN程序在气象业务中的应用时，更能体现这种学习方式的优势。

Lectora是一款教育软件，专门针对制作课件中的热点难点，提供可视化编程界面和简易的编程语言处理。它的使用快捷方便、功能强大，能调用音、视频文件，提供制作考题的编程模块，并可以通过设计实现自动阅卷。

2 FORTRAN教学研究

以谭浩强的《FORTRAN语言结构化程序设计》为示例教材，FORTRAN目录章节分为十三个，分别是：算法、计算机和计算机程序、FORTRAN语言程序设计初步、逻辑运算和选择结构、循环结构的实现、FORTRAN的数据结、数据的输入输出、常用算法的程序设计举例、数组、语句函数、子程序、数据共用存储单元和数据块子程序、文件。

相对应主要的内容，则可以按照功能重新分类学习，如下：输入输出与格式；基本元素与算法；循环与嵌套；函数与子程序；数组与文件。

下面就功能分类和示例两方面做出分析。

2.1 功能分类分析

2.1.1 输入输出与格式

计算机编程语言要实现的功能，从最直观上说就是输入输出。而且FORTRAN作为科学性的语言，它的格式严谨，定义规范，因此放在一起学习。这样设计的好处是学员学习时目的明确，屏蔽了其他部分的干扰。

2.1.2 基本元素与算法

著名的计算机科学家沃思有个有名的公式：程序=数据结构+算法。因此只有全面理解了数据结构和算法，才能编好程序，缺一不可。从常量、变量、字符串、赋值语句到算术运算、关系运算、逻辑运算等，都归为这一类。

2.1.3 循环与嵌套

程序一共有三种基本结构：顺序、选择、循环。而循环中再调用循环就形成了嵌套。看起来简单，实则容易出问题。尤其是FORTRAN程序中do的使用方式和其他语言不同，可以用行号，也可以用end do。嵌套使用2个do循环可以用一个结束标识符号。

2.1.4 函数与子程序

函数和子程序都是程序中可以多次调用的程序块。从功能上看，它们可以看成是基本结构中的顺序一项。它们有共同点也有不同点，因此放在一起学习，比较容易地对比各自的功能，理解更透彻。

2.1.5 数组与文件

数组的结构归根到底是行列式，而大多数文件的结构类似二维数组，因此文件的读写操作时基本都用到数组方式。尤其是气象程序应用中，文件的写入读出等都涉及到数组，因此划定到同一功能学习。

2.2 示例分析

2.2.1 输入输出与格式

输入输出为入门基础，因此一开始的简单输入输出程序，没有使用格式。主要示例程序要区分变量名、变量值、读键盘输入数据等操作。逐渐学到使用数组的时候，尤其是二维数组，则用到格式，因此格式的示例放在二维数组部分。

2.2.2 基本元素与算法

开始学只涉及基本元素和简单的加减乘除，学的越深入，才越能体会算法。学习是渐进的、循环上升的过程。算法深入后，对基本元素也会有重新的深刻认识。因此简单算法示例体现在循环、函数和子程序部分，而在示例的最后一个，用特殊的方法不用第三个变量就解决A、B两值互换，说明了算法的特性。

2.2.3 循环与嵌套

针对do循环的特点和使用方式，结合嵌套的关键点，全面理解循环应用。主要注意点是行号、end do、循环内外的变量值、步进。示例给出用多、用少、用错、用对的情况，方便自学时对比参考。

2.2.4 函数和子程序

function和subroutine示例对比定义和调用，看结果分析结构和使用的相同点和不同点。子程序一般比函数应用更全面。尤其是气象应用中，可以调用第三方子程序资源丰富程序功能。

2.2.5 数组和文件

数组的读写，文件操作的基本语句，读写文件用到数组的示例。通过示例，让学员能灵活地运用数组功能，将数据处理成各种类型和方式显示或计算。达到数组和文件之间能随意转换的效果。

3 Lectora应用

使用Lectora界面设计了功能学习模块。包括按功能模块分类的知识点、示例程序；为了统一复习形成整体的系统概念，把教科书的章节重点内容也列出；为了自学时解决环境搭建问题，列出安装软件和使用环境介绍；最后设计了测试试题，添加到考试系统中，并自动算出成绩。课件中包括文字知识点、公式、流程图、语音说明、示例源程序、示例程序的视频演示说明、考试中的单选等等内容。选择项可以返回更改，最好提交后给出成绩。

4 总结

FORTRAN语言是结构化的编程语言，努力用新的面向功能的教学方法来尝试改进，在传统的、枯燥的、课本分章的、板书式的教学和现代的、海量的、面对问题的、无关联性的视频教学中间，寻找到了一条适合教学和自学的道路。搭配这种教学理念，制定功能模块分类和示例、利用Lectora课件来学习和考试，使得学习效率明显提高，在实际的教学中得到了良好的检验。

其中，N—离子浓度值，个离子/cm3；

I—微电流计输入电流值，A；

q0—电子电荷量，(1.6×10－19库伦)。

将空气离子测量仪接入标准高阻箱（需注意标准高阻箱到空气离子测量仪之间的连线必须使用高绝缘的同轴电缆，电缆外壳与空气离子测量仪的外壳箱相接），引入可调电压源，通过公式（3）计算出微电流计输入的电流值I。

其中，E—可调电压源电压，V；

R—所用高阻阻值，Ω。

依次改变高阻箱所接入的高阻R值，得出待检仪器各量程的微电流计输入电流I，进而通过公式（2）即可得出离子浓度示值N。

7.3 离子迁移率

离子迁移率k值的检定包括极化电压和极化电极与收集电极的间隙。

通过收集器进气口测量极化电极的对地（壳体）电压即极化电压；使用游标卡尺测量极化电极板与收集电极板之间的距离。

7.4 实测比对

将标准设备与被检定仪器进行比对。其中包括低浓度（空气本底值）和高浓度（空气离子发生器）两部分。

空气本底值比对选择气流稳定，本底值较大（一般以＞500个离子/cm3）的场所进行。

高浓度离子源比对采用空气离子发生器，调整输出使离子浓度大于105个离子/cm3；测试距离50 cm，测量环境中不允许出现气流扰动，避免数据不稳所产生的附加误差。分别用标准仪器与被检仪器的测量值进行比较。

大气负氧离子测量仪检定中所需的配套设备性能参数应满足GB/T 18809－2002中对检定配套设备的技术要求，待检仪器的各项技术指标检定结果符合GB/T 18809－2002中的检定结果技术要求的可视为检定结果合格，有一项或多项存在不符合项的即视为检定结果不合格。

综上所述，自动监测网的保障工作需由省、地市、县等各级部门共同协作来完成，各环节缺一不可。为此本方案的提出，旨在对黑龙江省大气负氧离子自动监测网设备的日常运行与维修维护及业务运转提供技术支持，进而为大气负氧离子监测数据准确、连续、稳定的传输提供有力保障。

1002－252X(2016)04－0036－02

2016－9－1

张洪胜（1962-），男，黑龙江省哈尔滨市人，东北财经学院，本科生，工程师.