启发式教学在FORTRAN语言教学中的应用

　　摘要：在FORTRAN语言教学中，从学生的知识基础、心理特点、接受能力和专业背景出发，尝试运用启发式教学方法，引导学生最大限度地发挥主体能动性，使他们获取更多的知识，培养他们的逻辑思维和形象思维，提高他们利用计算机分析和解决实际问题的能力。
　　关键词：启发式；FORTRAN语言；课堂教学；创新能力
　　1引言
　　FORTRAN语言是世界上最早出现的计算机高级程序设计语言，广泛应用于科学和工程计算领域，以其特有的功能在数值、科学和工程计算领域发挥着重要作用。基于FORTRAN语言的工程计算能力，FORTRAN语言是湖南城市学院土木工程类学生必修的公共基础课，开设该课程的主要目的是培养土木工程类学生的计算机程序设计能力，利用FORTRAN语言解决在土木工程建设中的工程计算问题。
　　温家宝总理指出，提高高等教育质量，除了需要深化高等教育体制和方法的改革外，还要做三件具体的事情：第一件事是要贯彻启发式教育方针。孔子说：“不愤不启，不悱不发”，这八个字的意思就是要实行启发式教育，把学生作为教学的中心，使学生在学习的整个过程中保持着主动性，主动地提出问题，主动地思考问题，主动去发现，主动去探索。启发式教育的核心就是要培养学生独立思考和创新思维。温家宝总理的这段话，对FORTRAN语言教学具有深刻的指导意义。
　　FORTRAN语言教学常采用传统的灌输式教学方法：先介绍一条条语句的语法规则，再讲解一些例子，最后做习题。这种教学方式让学生被动地接受知识，使得学生不能融会贯通所学的知识，造成FORTRAN语言难学难教，学生难以独立完成编程题。启发式教学方法是指根据教学目的、内容、学生的知识水平和掌握知识的规律，运用各种教学手段，采用启发诱导办法传授知识、培养能力，使学生积极主动地学习。启发式教学方法应用到FORTRAN语言教学中，将加强课堂教学中师生的互动，将提高课堂教学的实效。
　　2FORTRAN语言教学的内容
　　FORTRAN语言的教学内容主要包括①顺序结构（FORTRAN的常量，FORTRAN的变量，FORTRAN的函数，FORTRAN算术表达式，赋值语句，简单输入、输出语句，程序执行控制语句）、②选择结构（关系运算和逻辑运算，块IF选择结构，块CASE选择结构，逻辑IF语句，算术IF语句）、③循环结构（DO循环语句，DOWHILE循环语句，循环的嵌套）、④数据类型（数据类型的概念，整数类型，实数类型，复型数据，字符型数据，逻辑型数据）、⑤数组（数组的概念，数组的说明与引用，数组元素的存储结构，数组的输入、输出，给数组赋初值，数组的应用）、⑥子程序（语句函数，函数子程序，子例行子程序，程序单元之间的数据传递）、⑦文件操作（文件的概念，文件的打开与关闭，文件的读写）等。
　　FORTRAN90以上版本是结构化的程序设计语言，结构化程序设计是普遍被采用的一种程序设计方法，结构化程序设计采用自顶而下、求精和模块化的分析方法。自顶而下是指对设计的系统要有一个全面的理解，从问题的全局入手，把一个复杂问题的求解由抽象逐步具体化的过程。和其它高级语言一样，FORTRAN语言程序设计也要经过以下4个基本步骤：（1）分析问题，确定数学模型或方法；（2）设计算法，画出流程图；（3）选择编程工具，编写程序；（4）调试程序，分析输出结果。
　　掌握了FORTRAN语言的基本知识和语法规则，并不代表学生能够编好程序代码，算法才是FORTRAN语言程序的灵魂，只有灵活掌握了算法，才能让FORTRAN语言程序按照编程者的旨意去工作，去解决数值计算和工程计算。在FORTRAN语言教学中，从学生的知识基础、心理特点、接受能力和专业背景出发，尝试运用启发式教学方法，使学生掌握FORTRAN语言的基本知识和语法规则，掌握用计算机和程序算法解决土木工程建设中的工程计算问题。
　　3启发式教学的应用实例
　　⑴应用实例1：兴趣启发
　　在FORTRAN语言第1堂课的教学中，可以将FORTRAN语言的工程计算能力与学生的土木工程专业联系起来。告诉学生，计算机语言还有VF语言、VB语言、C语言、JAVA语言等其他语言，为什么土木工程类学生是开设FORTRAN语言而不是其他语言，是因为FORTRAN语言的工程计算能力，它能够为学生今后在土木工程建设中解决实际问题。在土木工程建设的工程计算中，有关桥的跨度、梁的内力、路的坡度等等数值计算，FORTRAN语言都能提供良好的帮助。告诉学生，市场有各式各样的土建类工程计算小程序是由FORTRAN语言开发的，并且在屏幕上演示这些小程序，让学生亲身体会FORTRAN语言在工程计算领域的强大作用。从而启发学生的好奇心，让他们的思维活跃起来，使其开始思考怎样学习掌握FORTRAN语言的知识和怎样开发小程序。
　　⑵应用实例2：类比启发
　　变量的概念在FORTRAN语言中是知识重点和难点，学生刚开始学习时难以理解，这时可以在课堂上应用类比启发。先告诉学生，变量就像一个杯子，这个杯子可以装水，也可以装可乐，还可以装油，这个杯子装的东西可以发生改变；然后再告诉学生，在计算机里面，变量是一个特殊的杯子，变量的值就像水、像可乐、像油一样，可以改变。通过类比启发，将枯燥无趣的知识点变得通俗易懂，学生很快掌握了变量的概念。
　　在讲授数组的概念时，也可以采用类比启发。首先和学生一起回忆高中所学的数列知识，并在黑板上板书一个学生都知道的数列题目，并推导解题过程，启发学生归纳数列的一些特征；然后在黑板上板书用FORTRAN语言编写的解题代码，启发学生找出数组和数列的相同之处、不同之处。从而引申出数组的一些知识点，使学生尽快掌握数组的概念，并利用数组求解其他数学问题。
　　⑶应用实例3：综合启发
　　求水仙花数是FORTRAN语言的一个经典实例题目，题目的原意是：“一个三位数，如果它的各位数字立方和等于它本身，则它是水仙花数，如153是水仙花数，因153=13+53+33。求所有的水仙花数的和。”
　　在讲解这个题目时，首先要学生分析等式“153=13+53+33”，学生受到启发，知道要判断一个三位数是水仙花数，要先将这个三位数的每个数位的数字拆分出来，让学生自己利用前面所学的知识，写出任意三位数的数字拆分算法；当学生掌握了这个算法后，接着启发学生，写出四位数、五位数的数字拆分算法。
　　解决了三位数的数字拆分后，就“所有的水仙花数”这句话，启发学生要把所有的三位数拆分，对每一种可能都进行判断，就要用到穷举算法，可以用循环语句和选择语句来实现。
　　下面是这个题目的一种FORTRAN语言代码：
　　Integerm,m1,m2,m3,t,sum
　　Sum=0
　　Dom=100,999
　　M1=mod(m,10)
　　M2=mod(n/10,10)
　　M3=n/100
　　T=m1**3+m2**3+m3**3
　　If(m==t)sum=sum+m
　　EndDO
　　Print*,sum
　　End
　　当学生掌握以上代码后，接下来，运用扩散启发、类比启发、转换启发、联合启发等，培养学生独立的编程能力。比如：启发学生如何求所有的水仙花数的个数，启发学生如何不用数字的拆分算法解题，启发学生如何用多重循环实现穷举算法等等。这样，综合运用各种启发方式，加强课堂上老师和学生的互动教学，调动学生的学习积极性。
　　下面是启发学生后，学生给出这个题目的另一种FORTRAN语言代码：
　　Integerm,m1,m2,m3,t,sum
　　Sum=0
　　Dom1=0,9
　　Dom2=0,9
　　Dom3=1,9
　　T=m1+m2*10+m3*100
　　M=m1**3+m2**3+m3**3
　　If(m==t)sum=sum+m
　　EndDO
　　EndDO
　　EndDO
　　Print*,sum
　　End
　　4启发式教学的注意事项
　　实行启发式教学，除了要遵循一般的教学原则外，还必须遵循启发式教学自身固所有的一些原则。但是，相当多的教师对启发式教学的研究不够深入，导致启发式教学的教学效果不佳。在FORTRAN语言教学中应用启发式教学还应注意以下事项：
　　①启发式教学应遵循主导性原则、主体性原则、独立思考原则、举一反三原则、情感性原则，他们相互补充，不能分开。同时，由于部分教师没有把握这些原则，使得在启发式教学中存在启而不发和启发不到位的现象。比如，在讲解FORTRAN语言的函数时，要先让学生独立思考FORTRAN语言的函数与数学中的函数的异同，还要让学生独立思考FORTRAN语言的函数与子程序的异同，启发学生举一反三，掌握将FORTRAN语言的函数与子程序应用到土木工程的工程计算中。
　　②教师在启发学生思考过程中，要有耐心，给学生以思考时间，要有重点，有明确目的，问题不能多，不能蜻蜓点水，启而不发，要深入下去，提出补充问题，引导学生去获取新知识，不仅要启发学生理解知识，而且要启发学生理解学习的过程，掌握获取知识的方法。这就要求教师做到：扩散启发，进行素质教育；类比启发，学会融会贯通；联合启发，拓宽知识。比如：为学生讲解了求一系列数中的最大数的FORTRAN语言解法后，要启发学生求最小数、第N最大数、第N最小数，培养学生的扩展思维。再比如：为学生讲解求一系列数的排列时，要启发学生用几种解题方法，培养学生的创新意识。
　　③启发式教学不是将各种概念和规则直接灌输给学生，而是要根据课堂教学内容的安排，先提出问题，教师采用一些方法启发学生，让学生分析问题，找出解决问题的方法。比如，在讲解“数据的交换”算法时，先提出变量A和变量B的数据如何交换，让学生自己先思考，教师可以启发学生，如何将杯子A中的水和杯子B中的油互换，学生知道要用杯子C作中间体；这样，学生马上就联想到只要加一个中间变量C，就可以实现“数据的交换”算法；进一步提问学生，“C=A;A=B;B=C”与“C=B;B=A;A=C”有什么不同；通过启发学生思考问题，加深了学生对知识的理解和对知识的运用。
　　因此，教师要对对启发式教学进行深入研究，掌握启发式教学的含义、启发式教学的策略、启发式教学的要求、启发式教学的手段，使启发式教学落到实处。
　　5结束语
　　在FORTRAN语言教学中很好地使用启发式教学法，能充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性，引导学生独立思考，培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生在学习FORTRAN语言的过程中能够举一反三，横向联合，融会贯通地掌握FORTRAN语言知识，真正具有独立编程的能力，能够将所学的计算机程序设计能力应用到土木工程建设的工程计算中，做到学以致用。
　　
　　
　　参考文献：
　　［1］刘卫国蔡旭晖.FORTRAN90程序设计教程[M].北京:北京邮电大学出版社,2007.4第2版
　　［2］刘卫国蔡旭晖.FORTRAN90程序设计上机指导与习题选解[M].北京:北京邮电大学出版社,2007.4第2版
　　［3］白云.FORTRAN90程序设计[M].上海:华东理工大学出版社,2003-8-1