测绘专业FORTRAN程序设计课程设置与教学方法探讨

钟波 罗志才 汪海洪 罗佳

摘要：本文根据测绘专业的特点和需求，论述了开设FORTRAN程序设计课的必要性，并结合武汉大学测绘学院近年来对该课程的教学实践情况，从课程设置、教学内容、教学方法及手段等方面进行了一些思考与探讨。

关键词：FORTRAN程序设计；课程设置；教学方法；测绘专业

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）49-0234-02

一、引言

测绘学是研究地球空间信息的获取、处理、描述和应用的一门综合性学科，具有较强的专业性。随着测绘科学的迅速发展，以及与空间技术、计算机技术、通讯技术和信息技术的交叉并进，要求测绘从业人员不仅要具有深厚的专业知识，而且在计算机、电子信息、图形图像和数据库技术等方面也应具有坚实的基础。其中，计算机技术与测绘科学联系最为紧密，是测绘领域中应用最多的一项技术。因此，如何设置测绘专业的计算机课程及其教学内容，使学生具备一个合理的计算机知识结构，是当前测绘人才培养面临的一个重要课题[1]。FORTRAN作为一门最早的计算机高级语言，在科学计算、数值分析和工程设计等领域有着广泛的应用。本文以武汉大学测绘学院FORTRAN程序设计课程为例，从课程开设的必要性、教学内容、教学方法及手段等方面对测绘专业FORTRAN程序设计课程的设置与教学方法进行探讨，以供同行参考。

二、课程开设的必要性

近年来，测绘科学的发展使得各高校测绘专业也在不断地调整与计算机有关的课程，全力培养掌握现代计算机技术并具有较强分析和处理地球空间信息能力的专业人才，以适应时代发展的需要。但在教学改革的过程中发现，尽管给学生开设了相关程序设计课程（如C/C++、JAVA、MATLAB等），但由于处理专业问题的特殊性和复杂性，导致实际应用的效果并不理想。因此，在测绘专业开设一门与专业需求紧密结合，适用性强，并能快速解决具体专业问题的程序设计课程非常必要。FORTRAN自20世纪70年代便应用于PC计算机，其最大特性是接近数学公式的自然描述，语法简洁易懂，具有较高的执行效率。从FORTRAN90开始，引入了强大的矩阵和复数运算功能，并具备可视化和高性能并行计算能力，而且还能够方便地运用现成的函数软件包（如IMSL、BLAS、LAPACK等）。经过多年的发展，FORTRAN以其卓越的数值计算功能，在科学和工程计算领域长期处于统治地位。

FORTRAN自诞生以来就被广泛应用于数值计算、数据采集处理和绘图等工程领域，积累了大量高效而可靠的源程序。在测绘领域中，很多优秀的工程计算软件都是运用FORTRAN编写，并有Windows和Linux平台下的程序版本可供使用。例如：著名的三大GPS数据处理软件（GAMIT/GLOBK、BERNESE和GIPSY），轨道确定与地球动力学软件（GEODYN），重力场计算软件包（GRAVSOFT），以及常用的测量平差计算软件和相关工程测量软件等。因此，为了能够使用上述相关测绘软件的高级功能或进行二次开发，要求测绘从业人员必须先学会FORTRAN才能阅读程序代码和编写应用程序接口。基于FORTRAN以上的特点与应用，武汉大学测绘学院长期以来将FORTRAN程序设计作为各专业方向的一门重要技术基础课程，要求学生通过该课程的学习掌握程序设计思想，提高利用计算机分析并解决问题的能力，为后续专业课程学习及课程设计奠定基础。

三、课程设置与教学内容

FORTRAN程序设计作为一门专业技术基础课程，其开设应结合专业特点和需求来合理设置与安排课程内容及课时。武汉大学测绘学院开设FORTRAN程序设计课程主要针对测绘工程和固体地球物理两个本科专业，该课程共有36课时，其中理论教学18课时，实践教学18课时。为了保证学生能够在有限的课堂学习中更好地掌握FORTRAN这门高级编程语言，并能很好的应用于解决后续专业问题，FORTRAN程序设计课程最好在学习了计算机基础和C语言等计算机课程后开设（如大二下学期或大三上学期）。学生在有了一定的计算机基础知识和编程能力后，我们在该课程的教学过程中可以仅用少量的课时来学习FORTRAN的语法，而更多的课时可用来与专业进行结合，训练学生程序设计的思维和利用计算机解决专业问题的能力。

为了便于学生学习和专业课程内容的自然过渡，我们以FORTRAN90作为主要讲授内容。这是由于FORTRAN90兼容旧的FORTRAN77，在编程格式上更为灵活，并且与FORTRAN95具有一致性。选用的教材是哈尔滨工程大学出版的《FORTRAN90程序设计》[2]，同时辅以一些经典的参考书来扩充学习的深度与广度，如中国电力出版社出版的《FORTRAN95程序设计》[3]。结合测绘专业特点和需求，我们选择的教学内容主要包括语法讲解和应用实践两大部分。其中，语法讲解的内容和课时安排为：FORTRAN基本语法（2课时）、选择与循环（2课时）、输入输出（2课时）、文件处理（2课时）、函数与子例程（3课时）、数组（3课时）、字符与派生数据类型（2课时）和并行计算（2课时）。应用实践是结合专业实例进行的上机实验，共6次，每次3课时，最后一次为上机考试。上机实验可选取测绘专业中的一些经典案例（如测量平差、GPS数据处理和卫星定轨等问题），同时每次实验各有侧重的训练学生对不同语法结构的理解和运用。

四、教学方法及手段

1.理论教学。理论教学是FORTRAN程序设计课程的核心部分，科学的教学方法与手段是通向成功的桥梁。在第一堂课中首先让学生明确本课程的学习目的和任务，如列举一些用FORTRAN设计好的与生活和专业有关的经典程序实例，让学生了解FORTRAN能解决哪些问题、实际应用效果如何、在后续专业学习中有何用处等，以此来调动学生学习的积极性和主动性[4]。在理论教学过程中，结合案例教学法、启发式教学法、任务驱动教学法和负反馈教学法等多种方法及手段提高教学效果。针对FORTRAN语言概念多、规则广、使用灵活的特点，采用案例教学法由浅入深的进行概念与规则阐述，并通过对比FORTRAN与C语言的异同，加深学生对基本语法的理解。采用启发式教学方法引导学生自己去发展知识，通过启发式提问激发学生积极思维。由于程序设计的灵活性，任何一个问题并不是只有惟一的解法，要善于启发学生通过实践分析对比不同的解法，培养学生自学能力和创新能力。采用任务驱动教学方法，根据教学目标精心设计问题，把每堂课或每个知识点能够达到的目标提出来，使学生走出以往“茫然不知所云”的状态，从而对问题有更加清晰的认识。采用负反馈教学方法，从教学过程中各个环节（课程教学、上机实验、报告和答疑等）反馈的问题入手，通过讲评或讨论的形式，及时解决学生学习过程中存在的具体问题，从而达到预期的教学目标。

2.实践教学。FORTRAN程序设计是一门实践性很强的课程，加强上机实践教学是培养学生实际动手能力的有效环节。教师应充分重视实践教学，安排集中的实践训练课程。上机前要求学生明确实验目的和要求，编好程序、认真检查、反复思考；上机时输入程序并完成语法检查，再运行程序，检查运行结果；上机结束后完成实验报告，特别是编制和调试程序的过程及经验总结。教师要随时巡视学生上机实验的情况，随时解答学生的疑问。同时，上机实验内容应注重理论与应用相联系，特别是增加与本专业有关的一些经典应用案例。例如：测量平差问题可以训练学生对函数和数组的运用，GPS数据文件读取可以训练学生对输入输出和文件处理的运用，轨道数值积分可以训练学生对选择与循环、函数和数组等的综合运用。在实践教学过程中，通过让学生自己动手解决专业中的实际问题，能有效地激发学生的兴趣，增强学生对知识的理解，起到事半功倍的效果。

3.考核方式。课程考核是检验教学效果和评价学生学习水准的重要手段，也是教学过程的一个重要环节。为了避免“一考定成绩”的弊端，我们并不是单纯的以期末考试成绩作为衡量方式，而是采用平时成绩和期末考试成绩相结合的综合评分体系，并根据实际情况合理制定平时成绩和期末成绩所占总成绩的比例。平时考核包括考勤、上机表现和实验报告等，占总成绩的45%。期末考试包括笔试和机考两部分，占总成绩的55%，其中笔试占30%，机考占25%。此外，为鼓励学生发挥创造力和创新，学生结合专业设计和开发的程序、撰写的论文等也可以作为评定成绩的依据，特别突出者可以经过课程组答辩来评定成绩，期末给予免考。采用灵活多样的考核方式不仅保障了课程的教学质量，而且有利于全面了解学生的学习状况和综合能力，同时也可以减轻学生对考试的畏惧心理，一定程度上避免考前突击行为。

五、结束语

在FORTRAN程序设计的教学过程中，除了注重基础知识的讲授与学生技能的培养以外，还应该结合测绘专业的特点和需求，做好专业技术基础课程的角色，从而培养学生的业务能力，使学生走向社会后能够学以致用。测绘专业FORTRAN程序设计课程的教学任重而道远，让我们继续进行课程的教学实践与探索，共同推进课程改革的顺利发展。

参考文献：

[1]戴吾蛟，刘庆元，李光强，等.测绘工程专业计算机课程设置与教学探讨[J].矿山测量，2008，6（2）：75-78.

[2]马瑞民，衣治安.Fortran90程序设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.

[3]彭国伦.Fortran95程序设计[M].北京：中国电力出版社，2002.

[4]崔清亮.FORTRAN语言课程教学实践与探析[J].山西农业大学学报，2007，27（5）：99-101.