張洪勝,戰(zhàn)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(xué)研究及Lectora應(yīng)用

張洪勝,戰(zhàn)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)化編程語言，它的體系架構(gòu)決定了學(xué)習(xí)的固定流程，從頭到尾規(guī)定好各個(gè)章節(jié)、知識(shí)點(diǎn)概念和應(yīng)用。這種學(xué)習(xí)方式設(shè)計(jì)的好處是系統(tǒng)和全面，缺點(diǎn)是不夠靈活，功能分類體現(xiàn)得不明顯。從面向功能的教學(xué)思路出發(fā)，則可以將相關(guān)聯(lián)功能的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地整合成模塊，使得學(xué)習(xí)思路清晰、針對(duì)性強(qiáng)，尤其是學(xué)習(xí)FORTRAN程序在氣象業(yè)務(wù)中的應(yīng)用時(shí)，更能體現(xiàn)這種學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢(shì)。

Lectora是一款教育軟件，專門針對(duì)制作課件中的熱點(diǎn)難點(diǎn)，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(qiáng)大，能調(diào)用音、視頻文件，提供制作考題的編程模塊，并可以通過設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閱卷。

2 FORTRAN教學(xué)研究

以譚浩強(qiáng)的《FORTRAN語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)》為示例教材，F(xiàn)ORTRAN目錄章節(jié)分為十三個(gè)，分別是：算法、計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)程序、FORTRAN語言程序設(shè)計(jì)初步、邏輯運(yùn)算和選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)、FORTRAN的數(shù)據(jù)結(jié)、數(shù)據(jù)的輸入輸出、常用算法的程序設(shè)計(jì)舉例、數(shù)組、語句函數(shù)、子程序、數(shù)據(jù)共用存儲(chǔ)單元和數(shù)據(jù)塊子程序、文件。

相對(duì)應(yīng)主要的內(nèi)容，則可以按照功能重新分類學(xué)習(xí)，如下：輸入輸出與格式；基本元素與算法；循環(huán)與嵌套；函數(shù)與子程序；數(shù)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(jì)算機(jī)編程語言要實(shí)現(xiàn)的功能，從最直觀上說就是輸入輸出。而且FORTRAN作為科學(xué)性的語言，它的格式嚴(yán)謹(jǐn)，定義規(guī)范，因此放在一起學(xué)習(xí)。這樣設(shè)計(jì)的好處是學(xué)員學(xué)習(xí)時(shí)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(jì)算機(jī)科學(xué)家沃思有個(gè)有名的公式：程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法。因此只有全面理解了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(shù)運(yùn)算、關(guān)系運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等，都?xì)w為這一類。

2.1.3 循環(huán)與嵌套

程序一共有三種基本結(jié)構(gòu)：順序、選擇、循環(huán)。而循環(huán)中再調(diào)用循環(huán)就形成了嵌套。看起來簡單，實(shí)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(hào)，也可以用end do。嵌套使用2個(gè)do循環(huán)可以用一個(gè)結(jié)束標(biāo)識(shí)符號(hào)。

2.1.4 函數(shù)與子程序

函數(shù)和子程序都是程序中可以多次調(diào)用的程序塊。從功能上看，它們可以看成是基本結(jié)構(gòu)中的順序一項(xiàng)。它們有共同點(diǎn)也有不同點(diǎn)，因此放在一起學(xué)習(xí)，比較容易地對(duì)比各自的功能，理解更透徹。

2.1.5 數(shù)組與文件

數(shù)組的結(jié)構(gòu)歸根到底是行列式，而大多數(shù)文件的結(jié)構(gòu)類似二維數(shù)組，因此文件的讀寫操作時(shí)基本都用到數(shù)組方式。尤其是氣象程序應(yīng)用中，文件的寫入讀出等都涉及到數(shù)組，因此劃定到同一功能學(xué)習(xí)。

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(chǔ)，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(qū)分變量名、變量值、讀鍵盤輸入數(shù)據(jù)等操作。逐漸學(xué)到使用數(shù)組的時(shí)候，尤其是二維數(shù)組，則用到格式，因此格式的示例放在二維數(shù)組部分。

2.2.2 基本元素與算法

開始學(xué)只涉及基本元素和簡單的加減乘除，學(xué)的越深入，才越能體會(huì)算法。學(xué)習(xí)是漸進(jìn)的、循環(huán)上升的過程。算法深入后，對(duì)基本元素也會(huì)有重新的深刻認(rèn)識(shí)。因此簡單算法示例體現(xiàn)在循環(huán)、函數(shù)和子程序部分，而在示例的最后一個(gè)，用特殊的方法不用第三個(gè)變量就解決A、B兩值互換，說明了算法的特性。

2.2.3 循環(huán)與嵌套

針對(duì)do循環(huán)的特點(diǎn)和使用方式，結(jié)合嵌套的關(guān)鍵點(diǎn)，全面理解循環(huán)應(yīng)用。主要注意點(diǎn)是行號(hào)、end do、循環(huán)內(nèi)外的變量值、步進(jìn)。示例給出用多、用少、用錯(cuò)、用對(duì)的情況，方便自學(xué)時(shí)對(duì)比參考。

2.2.4 函數(shù)和子程序

function和subroutine示例對(duì)比定義和調(diào)用，看結(jié)果分析結(jié)構(gòu)和使用的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。子程序一般比函數(shù)應(yīng)用更全面。尤其是氣象應(yīng)用中，可以調(diào)用第三方子程序資源豐富程序功能。

2.2.5 數(shù)組和文件

數(shù)組的讀寫，文件操作的基本語句，讀寫文件用到數(shù)組的示例。通過示例，讓學(xué)員能靈活地運(yùn)用數(shù)組功能，將數(shù)據(jù)處理成各種類型和方式顯示或計(jì)算。達(dá)到數(shù)組和文件之間能隨意轉(zhuǎn)換的效果。

3 Lectora應(yīng)用

使用Lectora界面設(shè)計(jì)了功能學(xué)習(xí)模塊。包括按功能模塊分類的知識(shí)點(diǎn)、示例程序；為了統(tǒng)一復(fù)習(xí)形成整體的系統(tǒng)概念，把教科書的章節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容也列出；為了自學(xué)時(shí)解決環(huán)境搭建問題，列出安裝軟件和使用環(huán)境介紹；最后設(shè)計(jì)了測(cè)試試題，添加到考試系統(tǒng)中，并自動(dòng)算出成績。課件中包括文字知識(shí)點(diǎn)、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(nèi)容。選擇項(xiàng)可以返回更改，最好提交后給出成績。

4 總結(jié)

FORTRAN語言是結(jié)構(gòu)化的編程語言，努力用新的面向功能的教學(xué)方法來嘗試改進(jìn)，在傳統(tǒng)的、枯燥的、課本分章的、板書式的教學(xué)和現(xiàn)代的、海量的、面對(duì)問題的、無關(guān)聯(lián)性的視頻教學(xué)中間，尋找到了一條適合教學(xué)和自學(xué)的道路。搭配這種教學(xué)理念，制定功能模塊分類和示例、利用Lectora課件來學(xué)習(xí)和考試，使得學(xué)習(xí)效率明顯提高，在實(shí)際的教學(xué)中得到了良好的檢驗(yàn)。

其中，N—離子濃度值，個(gè)離子/cm3；

I—微電流計(jì)輸入電流值，A；

q0—電子電荷量，(1.6×10－19庫倫)。

將空氣離子測(cè)量儀接入標(biāo)準(zhǔn)高阻箱（需注意標(biāo)準(zhǔn)高阻箱到空氣離子測(cè)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(cè)量儀的外殼箱相接），引入可調(diào)電壓源，通過公式（3）計(jì)算出微電流計(jì)輸入的電流值I。

其中，E—可調(diào)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(jì)輸入電流I，進(jìn)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(jìn)氣口測(cè)量極化電極的對(duì)地（殼體）電壓即極化電壓；使用游標(biāo)卡尺測(cè)量極化電極板與收集電極板之間的距離。

7.4 實(shí)測(cè)比對(duì)

將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備與被檢定儀器進(jìn)行比對(duì)。其中包括低濃度（空氣本底值）和高濃度（空氣離子發(fā)生器）兩部分。

空氣本底值比對(duì)選擇氣流穩(wěn)定，本底值較大（一般以＞500個(gè)離子/cm3）的場(chǎng)所進(jìn)行。

高濃度離子源比對(duì)采用空氣離子發(fā)生器，調(diào)整輸出使離子濃度大于105個(gè)離子/cm3；測(cè)試距離50 cm，測(cè)量環(huán)境中不允許出現(xiàn)氣流擾動(dòng)，避免數(shù)據(jù)不穩(wěn)所產(chǎn)生的附加誤差。分別用標(biāo)準(zhǔn)儀器與被檢儀器的測(cè)量值進(jìn)行比較。

大氣負(fù)氧離子測(cè)量儀檢定中所需的配套設(shè)備性能參數(shù)應(yīng)滿足GB/T 18809－2002中對(duì)檢定配套設(shè)備的技術(shù)要求，待檢儀器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢定結(jié)果符合GB/T 18809－2002中的檢定結(jié)果技術(shù)要求的可視為檢定結(jié)果合格，有一項(xiàng)或多項(xiàng)存在不符合項(xiàng)的即視為檢定結(jié)果不合格。

綜上所述，自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的保障工作需由省、地市、縣等各級(jí)部門共同協(xié)作來完成，各環(huán)節(jié)缺一不可。為此本方案的提出，旨在對(duì)黑龍江省大氣負(fù)氧離子自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)備的日常運(yùn)行與維修維護(hù)及業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)提供技術(shù)支持，進(jìn)而為大氣負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、連續(xù)、穩(wěn)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(cái)經(jīng)學(xué)院，本科生，工程師.