Fortran編程 教學課程

上門編程教學課程內容

課程簡介

Fortran（Formula Translation）是世界上最早的高階程式語言之一，長久以來被廣泛應用於科學計算、數值模擬、物理建模與工程分析領域。即使在AI與Python盛行的時代，Fortran仍是高效能計算（HPC）與大型工程仿真中不可取代的核心語言。本課程以三小時精華內容，帶領初學者快速掌握Fortran的設計理念、結構化邏輯及數據運算思維。

課程時長

共三小時（180分鐘）

教學對象

• 理工科學生（物理、數學、機械、土木、氣象、航太等）

• 從事科學研究、工程模擬或數值分析的專業人士

• 想了解高效能科學運算邏輯的新手

• 希望掌握傳統工程軟體背後運算邏輯的人員

教學目標

• 理解Fortran語言的設計起源與核心理念

• 掌握數值分析與運算邏輯的基本思維

• 認識程式架構中的資料流、運算控制與模塊設計

• 能以數學與邏輯角度理解科學模擬程式的基礎結構

課程大綱

第一部分：Fortran的歷史與定位（約40分鐘）

• Fortran的誕生背景：從數學公式到程式語言的革命

• 為什麼Fortran在今日仍被廣泛使用

• 科學計算與工程應用中的Fortran角色

• Fortran與其他語言（C、Python、MATLAB）的比較

• 現代Fortran的演進與應用範圍（高效能運算、AI數值核心）

第二部分：Fortran的邏輯架構與數據思維（約50分鐘）

• Fortran語言的邏輯結構與運算模式

• 資料型態與數據儲存概念

• 數值計算核心：浮點、陣列與迴圈邏輯

• 模組化思維與子程式概念：如何組織大型計算專案

• 小組練習：以流程圖繪製一個科學模擬運算的邏輯結構

第三部分：Fortran在工程與科研中的實際應用（約60分鐘）

• Fortran於各領域之應用實例：

  • 流體力學（CFD）與結構分析（FEA）

  • 天氣預報與氣候模擬

  • 物理與運算化學模型

  • 高效能運算（HPC）中心應用

• Fortran程式架構設計觀念：演算法、資料流與並行運算思維

• 案例講解：模擬科學計算過程的邏輯步驟（以視覺化流程展示）

第四部分：現代Fortran的生態與學習延伸（約30分鐘）

• Fortran的現代化發展：自動化、平行化與跨平台運算

• Fortran與Python、C++協作應用（混合語言運算觀念）

• Fortran在高效能計算（HPC）與AI科學模擬中的新角色

• 學習進階路線：從入門邏輯到專業數值建模

• Q&A與討論：如何以Fortran思維解決現實工程問題

教學成果

完成課程後，學員將能：

• 理解Fortran的語言特性與應用價值

• 掌握科學運算程式的邏輯與架構設計思維

• 能以數學與系統觀點分析計算流程

• 為進一步學習Fortran實作、高效能科學模擬與工程專案應用奠定基礎