鐘波 羅志才 汪海洪 羅佳

摘要：本文根據(jù)測繪專業(yè)的特點(diǎn)和需求，論述了開設(shè)FORTRAN程序設(shè)計(jì)課的必要性，并結(jié)合武漢大學(xué)測繪學(xué)院近年來對該課程的教學(xué)實(shí)踐情況，從課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及手段等方面進(jìn)行了一些思考與探討。

關(guān)鍵詞：FORTRAN程序設(shè)計(jì)；課程設(shè)置；教學(xué)方法；測繪專業(yè)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）49-0234-02

一、引言

測繪學(xué)是研究地球空間信息的獲取、處理、描述和應(yīng)用的一門綜合性學(xué)科，具有較強(qiáng)的專業(yè)性。隨著測繪科學(xué)的迅速發(fā)展，以及與空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和信息技術(shù)的交叉并進(jìn)，要求測繪從業(yè)人員不僅要具有深厚的專業(yè)知識(shí)，而且在計(jì)算機(jī)、電子信息、圖形圖像和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等方面也應(yīng)具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其中，計(jì)算機(jī)技術(shù)與測繪科學(xué)聯(lián)系最為緊密，是測繪領(lǐng)域中應(yīng)用最多的一項(xiàng)技術(shù)。因此，如何設(shè)置測繪專業(yè)的計(jì)算機(jī)課程及其教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生具備一個(gè)合理的計(jì)算機(jī)知識(shí)結(jié)構(gòu)，是當(dāng)前測繪人才培養(yǎng)面臨的一個(gè)重要課題[1]。FORTRAN作為一門最早的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言，在科學(xué)計(jì)算、數(shù)值分析和工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文以武漢大學(xué)測繪學(xué)院FORTRAN程序設(shè)計(jì)課程為例，從課程開設(shè)的必要性、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及手段等方面對測繪專業(yè)FORTRAN程序設(shè)計(jì)課程的設(shè)置與教學(xué)方法進(jìn)行探討，以供同行參考。

二、課程開設(shè)的必要性

近年來，測繪科學(xué)的發(fā)展使得各高校測繪專業(yè)也在不斷地調(diào)整與計(jì)算機(jī)有關(guān)的課程，全力培養(yǎng)掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)并具有較強(qiáng)分析和處理地球空間信息能力的專業(yè)人才，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。但在教學(xué)改革的過程中發(fā)現(xiàn)，盡管給學(xué)生開設(shè)了相關(guān)程序設(shè)計(jì)課程（如C/C++、JAVA、MATLAB等），但由于處理專業(yè)問題的特殊性和復(fù)雜性，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用的效果并不理想。因此，在測繪專業(yè)開設(shè)一門與專業(yè)需求緊密結(jié)合，適用性強(qiáng)，并能快速解決具體專業(yè)問題的程序設(shè)計(jì)課程非常必要。FORTRAN自20世紀(jì)70年代便應(yīng)用于PC計(jì)算機(jī)，其最大特性是接近數(shù)學(xué)公式的自然描述，語法簡潔易懂，具有較高的執(zhí)行效率。從FORTRAN90開始，引入了強(qiáng)大的矩陣和復(fù)數(shù)運(yùn)算功能，并具備可視化和高性能并行計(jì)算能力，而且還能夠方便地運(yùn)用現(xiàn)成的函數(shù)軟件包（如IMSL、BLAS、LAPACK等）。經(jīng)過多年的發(fā)展，F(xiàn)ORTRAN以其卓越的數(shù)值計(jì)算功能，在科學(xué)和工程計(jì)算領(lǐng)域長期處于統(tǒng)治地位。

FORTRAN自誕生以來就被廣泛應(yīng)用于數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)采集處理和繪圖等工程領(lǐng)域，積累了大量高效而可靠的源程序。在測繪領(lǐng)域中，很多優(yōu)秀的工程計(jì)算軟件都是運(yùn)用FORTRAN編寫，并有Windows和Linux平臺(tái)下的程序版本可供使用。例如：著名的三大GPS數(shù)據(jù)處理軟件（GAMIT/GLOBK、BERNESE和GIPSY），軌道確定與地球動(dòng)力學(xué)軟件（GEODYN），重力場計(jì)算軟件包（GRAVSOFT），以及常用的測量平差計(jì)算軟件和相關(guān)工程測量軟件等。因此，為了能夠使用上述相關(guān)測繪軟件的高級(jí)功能或進(jìn)行二次開發(fā)，要求測繪從業(yè)人員必須先學(xué)會(huì)FORTRAN才能閱讀程序代碼和編寫應(yīng)用程序接口?；贔ORTRAN以上的特點(diǎn)與應(yīng)用，武漢大學(xué)測繪學(xué)院長期以來將FORTRAN程序設(shè)計(jì)作為各專業(yè)方向的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，要求學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)掌握程序設(shè)計(jì)思想，提高利用計(jì)算機(jī)分析并解決問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)及課程設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

三、課程設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容

FORTRAN程序設(shè)計(jì)作為一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，其開設(shè)應(yīng)結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和需求來合理設(shè)置與安排課程內(nèi)容及課時(shí)。武漢大學(xué)測繪學(xué)院開設(shè)FORTRAN程序設(shè)計(jì)課程主要針對測繪工程和固體地球物理兩個(gè)本科專業(yè)，該課程共有36課時(shí)，其中理論教學(xué)18課時(shí)，實(shí)踐教學(xué)18課時(shí)。為了保證學(xué)生能夠在有限的課堂學(xué)習(xí)中更好地掌握FORTRAN這門高級(jí)編程語言，并能很好的應(yīng)用于解決后續(xù)專業(yè)問題，F(xiàn)ORTRAN程序設(shè)計(jì)課程最好在學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和C語言等計(jì)算機(jī)課程后開設(shè)（如大二下學(xué)期或大三上學(xué)期）。學(xué)生在有了一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和編程能力后，我們在該課程的教學(xué)過程中可以僅用少量的課時(shí)來學(xué)習(xí)FORTRAN的語法，而更多的課時(shí)可用來與專業(yè)進(jìn)行結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生程序設(shè)計(jì)的思維和利用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)問題的能力。

為了便于學(xué)生學(xué)習(xí)和專業(yè)課程內(nèi)容的自然過渡，我們以FORTRAN90作為主要講授內(nèi)容。這是由于FORTRAN90兼容舊的FORTRAN77，在編程格式上更為靈活，并且與FORTRAN95具有一致性。選用的教材是哈爾濱工程大學(xué)出版的《FORTRAN90程序設(shè)計(jì)》[2]，同時(shí)輔以一些經(jīng)典的參考書來擴(kuò)充學(xué)習(xí)的深度與廣度，如中國電力出版社出版的《FORTRAN95程序設(shè)計(jì)》[3]。結(jié)合測繪專業(yè)特點(diǎn)和需求，我們選擇的教學(xué)內(nèi)容主要包括語法講解和應(yīng)用實(shí)踐兩大部分。其中，語法講解的內(nèi)容和課時(shí)安排為：FORTRAN基本語法（2課時(shí)）、選擇與循環(huán)（2課時(shí)）、輸入輸出（2課時(shí)）、文件處理（2課時(shí)）、函數(shù)與子例程（3課時(shí)）、數(shù)組（3課時(shí)）、字符與派生數(shù)據(jù)類型（2課時(shí)）和并行計(jì)算（2課時(shí)）。應(yīng)用實(shí)踐是結(jié)合專業(yè)實(shí)例進(jìn)行的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，共6次，每次3課時(shí)，最后一次為上機(jī)考試。上機(jī)實(shí)驗(yàn)可選取測繪專業(yè)中的一些經(jīng)典案例（如測量平差、GPS數(shù)據(jù)處理和衛(wèi)星定軌等問題），同時(shí)每次實(shí)驗(yàn)各有側(cè)重的訓(xùn)練學(xué)生對不同語法結(jié)構(gòu)的理解和運(yùn)用。

四、教學(xué)方法及手段

1.理論教學(xué)。理論教學(xué)是FORTRAN程序設(shè)計(jì)課程的核心部分，科學(xué)的教學(xué)方法與手段是通向成功的橋梁。在第一堂課中首先讓學(xué)生明確本課程的學(xué)習(xí)目的和任務(wù)，如列舉一些用FORTRAN設(shè)計(jì)好的與生活和專業(yè)有關(guān)的經(jīng)典程序?qū)嵗?，讓學(xué)生了解FORTRAN能解決哪些問題、實(shí)際應(yīng)用效果如何、在后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)中有何用處等，以此來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性[4]。在理論教學(xué)過程中，結(jié)合案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法和負(fù)反饋教學(xué)法等多種方法及手段提高教學(xué)效果。針對FORTRAN語言概念多、規(guī)則廣、使用靈活的特點(diǎn)，采用案例教學(xué)法由淺入深的進(jìn)行概念與規(guī)則闡述，并通過對比FORTRAN與C語言的異同，加深學(xué)生對基本語法的理解。采用啟發(fā)式教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)展知識(shí)，通過啟發(fā)式提問激發(fā)學(xué)生積極思維。由于程序設(shè)計(jì)的靈活性，任何一個(gè)問題并不是只有惟一的解法，要善于啟發(fā)學(xué)生通過實(shí)踐分析對比不同的解法，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)問題，把每堂課或每個(gè)知識(shí)點(diǎn)能夠達(dá)到的目標(biāo)提出來，使學(xué)生走出以往“茫然不知所云”的狀態(tài)，從而對問題有更加清晰的認(rèn)識(shí)。采用負(fù)反饋教學(xué)方法，從教學(xué)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)（課程教學(xué)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)、報(bào)告和答疑等）反饋的問題入手，通過講評(píng)或討論的形式，及時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的具體問題，從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

2.實(shí)踐教學(xué)。FORTRAN程序設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的有效環(huán)節(jié)。教師應(yīng)充分重視實(shí)踐教學(xué)，安排集中的實(shí)踐訓(xùn)練課程。上機(jī)前要求學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，編好程序、認(rèn)真檢查、反復(fù)思考；上機(jī)時(shí)輸入程序并完成語法檢查，再運(yùn)行程序，檢查運(yùn)行結(jié)果；上機(jī)結(jié)束后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，特別是編制和調(diào)試程序的過程及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。教師要隨時(shí)巡視學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)的情況，隨時(shí)解答學(xué)生的疑問。同時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)注重理論與應(yīng)用相聯(lián)系，特別是增加與本專業(yè)有關(guān)的一些經(jīng)典應(yīng)用案例。例如：測量平差問題可以訓(xùn)練學(xué)生對函數(shù)和數(shù)組的運(yùn)用，GPS數(shù)據(jù)文件讀取可以訓(xùn)練學(xué)生對輸入輸出和文件處理的運(yùn)用，軌道數(shù)值積分可以訓(xùn)練學(xué)生對選擇與循環(huán)、函數(shù)和數(shù)組等的綜合運(yùn)用。在實(shí)踐教學(xué)過程中，通過讓學(xué)生自己動(dòng)手解決專業(yè)中的實(shí)際問題，能有效地激發(fā)學(xué)生的興趣，增強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)的理解，起到事半功倍的效果。

3.考核方式。課程考核是檢驗(yàn)教學(xué)效果和評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)水準(zhǔn)的重要手段，也是教學(xué)過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了避免“一考定成績”的弊端，我們并不是單純的以期末考試成績作為衡量方式，而是采用平時(shí)成績和期末考試成績相結(jié)合的綜合評(píng)分體系，并根據(jù)實(shí)際情況合理制定平時(shí)成績和期末成績所占總成績的比例。平時(shí)考核包括考勤、上機(jī)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，占總成績的45%。期末考試包括筆試和機(jī)考兩部分，占總成績的55%，其中筆試占30%，機(jī)考占25%。此外，為鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力和創(chuàng)新，學(xué)生結(jié)合專業(yè)設(shè)計(jì)和開發(fā)的程序、撰寫的論文等也可以作為評(píng)定成績的依據(jù)，特別突出者可以經(jīng)過課程組答辯來評(píng)定成績，期末給予免考。采用靈活多樣的考核方式不僅保障了課程的教學(xué)質(zhì)量，而且有利于全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和綜合能力，同時(shí)也可以減輕學(xué)生對考試的畏懼心理，一定程度上避免考前突擊行為。

五、結(jié)束語

在FORTRAN程序設(shè)計(jì)的教學(xué)過程中，除了注重基礎(chǔ)知識(shí)的講授與學(xué)生技能的培養(yǎng)以外，還應(yīng)該結(jié)合測繪專業(yè)的特點(diǎn)和需求，做好專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程的角色，從而培養(yǎng)學(xué)生的業(yè)務(wù)能力，使學(xué)生走向社會(huì)后能夠?qū)W以致用。測繪專業(yè)FORTRAN程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)任重而道遠(yuǎn)，讓我們繼續(xù)進(jìn)行課程的教學(xué)實(shí)踐與探索，共同推進(jìn)課程改革的順利發(fā)展。

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