摘要：电磁场较为抽象，初学者难以建立直观概念。通过课堂上机编程，教师带领学生编写一维、二维电磁波的传播及电磁散射，并通过颜色图和动画进行显示，有助于学生快速理解电磁行为的特点。学生获得电磁散射仿真的能力后，可自行设计电磁散射问题并加以研究，发挥学生积极探索的热情。最后，在课堂上学生向全体同学进行展示。实践表明这种教学方法能较好的带动学生的学习积极性，提高教学效果。

关键词：课堂展示；电磁散射；课堂编程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）52-0103-02

一、前言

课堂展示是指学生或多名学生组成的小组在课堂上向其他同学讲解选定的主题，或者提前安排的某项教学活动。课堂展示根据形式可以分为个人单独展示与小组展示两种。个人单独展示侧重于学生个人的独立性，充分锻炼学生个人能力；而小组展示侧重于团队合作，要求小组成员能够合作，共同完成某项工作。文献[1]介绍了课堂展示法教学的一些观点，提出课堂展示的基础理论——建构主义。建构主义认为教学不能以教师为中心，不是信息的单向传递过程，而是将学生放在中心位置，融合上述三种学习策略。在信息的交流和互动中，学生对知识的理解力、对问题的分析解决能力是循序渐进式的提高的，进而形成更高级的知识架构。文献[2]认为建构主义分为两类，分别是认知建构主义和社会建构主义。目前西方国家大学课堂中广泛使用PPS教学法，以学生课堂展示为核心，其教育理念的基础就是社会建构主义。PPS法的流程是：①学生选择课题（project），进而收集资料；②把自己的研究成果进行整理，在课堂上向全体同学展示（presentation）；③其他同学根据展示同学的课题进行讨论（seminar）。文献[3]建立了教师个人主页，将学生的一些成果通过网页的形式展示，但缺乏课堂互动性。

本文探讨课堂展示在电磁散射仿真方面的应用情况。电磁场是电场和磁场随空间和时间变化的场，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，其分布特性初学者难以掌握。为快速建立对电场和磁场的直观认识，本文采用电磁散射仿真上机编程的方式，教师带领学生一起用Matlab编程工具对电磁波一维、二维的传播和散射进行仿真，并将仿真结果用颜色图加以显示，连续显示的颜色图还可形成动画。为调动学生学习、探索的积极性，再安排课堂展示环节，学生基于课堂所学，自己设计电磁散射仿真的问题，在课堂上向所有学生展示仿真结果。实践表明，这种教学方法效果良好。

二、展示模式与选题

本文采用的课堂展示环节在飞行器设计专业的本科生《飞行器隐身技术基础》中进行了实践。该课程讲授隐身相关的基础知识，建立电磁散射的直观概念有助于理解隐身的基本原理。电磁散射课堂上机编程仿真结束后，安排2个学时用于学生课堂展示。编程语言方面，Matlab具有语言简单、不需分配内存、便于算法实现、开发速度快等特点。Matlab还内建了很多常用的数学、工程函数，便于使用者加以调用，使用起来非常方便。因此，Matlab被称为“工程师的编程语言”。基于以上考虑，选用Matlab语言作为仿真语言。算法方面，时域有限差分法（finite-difference time-domain，FDTD）直接将麦克斯韦方程组离散成差分方程，再进行时间迭代计算，能够反映电磁场的分布随时间变化的情况。对于一维、二维传播的电磁波，可以通过动画直接显示。在模拟电磁波二维传播中，设置导体目标区域非常容易，模拟电磁波遇到导体后的散射现象。通过FDTD的学习，学生对数值分析中学过的差分、迭代的概念也有了直观认识。

PPS教学法一般有两种模式：一种模式是班上的同学分成多个小组，指定小组长，由小组长进行安排，选定展示课题，确定讲解学生进行课堂展示，其他同学对该组展示内容进行讨论的同时提出问题，讲解同学或展示小组的其他同学进行回答。另一种模式是班上的每个同学都要进行展示。前一种模式对锻炼学生之间的互相合作有好处，方便发挥集体智慧，但有可能使小组中一些成员不认真对待。考虑到《飞行器隐身技术基础》作为选修课，上课人数不多，笔者在实际操作过程中采取了后一种做法。在选题方面，教师将选题的大致范围告知学生，学生在此范围内进行选题。学生可以从多个散射体之间的耦合散射角度展开，也可以选择单个散射体的电磁特性进行研究，选题较为自由灵活。

三、提高课堂展示效率的原则

1.目的性原则。教学目的是教学活动的出发点，也是教学的最终归宿，决定了整个教学过程的全部流程。任何教学活动都将围绕着既定的教学目的展开，服务于教学目的，从而对完成教学任务有利，也便于学生理解课堂所学知识。教师在安排课堂展示过程中要围绕既定的教学目标，并考虑课堂展示的趣味性，是否足够生动。如对于电磁散射仿真的课堂展示，由于是基于飞行器隐身技术课程上进行学习的，所以从始至终必须紧扣隐身技术的需求，使课堂展示环节显得更加紧凑。

2.可行性原则。可行性是为了使教学能顺利进行。教师在设计展示过程中，应充分考虑班里学生的知识水平以及专业背景，课堂展示的难度要适中，同时合理安排展示所需时间。在展示进行过程中，教师可以适当地为学生提供帮助，解答部分问题。在课堂展示的程中，要注意循序渐进。如在电磁仿真的课堂展示中，课堂根据学生仿真的电磁现象，可适当讲解更深入的电磁学原理，提升学生的认识水平。

3.激励性原则。有效的课堂展示环节需要教师积极的鼓励。教师应对学生参与的课堂展示的成果进行积极评价，使他们从中获得帮助，并反思学习情况，提高学习的效果。如果学生能在课堂展示中得到表扬和肯定，那么学习的自信心就会增强，积极性也会提高。笔者在课堂展示中对一个学生充分肯定，学生后来自信心得以提升，学习的成绩也得以提高。因此，教师应该从实际出发，积极对学生的出色表现给予表扬和鼓励，对其不足委婉地提出建议。

四、课堂展示法的优势

1.学生学习电磁散射特性因课堂展示环节而提高了学习兴趣。在传统的教学方式下，尽管教师讲课图文并茂，还可以结合现代教学工具的多媒体，但是从学生角度来看，他们依然是旁观者。引入课堂展示环节能够让学生真正成为课堂的主人，学生在展示过程中充分发挥自己的才能，极大地提高了学生参与的积极性和创造性，激发学生对学习电磁散射的兴趣和动机。如有学生在电磁仿真展示环节结束后，表示抽象的物理概念和数学公式展现成动画后，一切都变得那么直观，非常容易理解，对相关知识比以前更有兴趣了。

2.学生可学会相互评价和尊重。在展示结束后，其他学生可以对展示的同学提出问题，展示同学进行回答，最后其他同学还可以对展示同学进行点评。学生的点评不仅让听众的参与性得以大大提升，而且在展示同学和听众之间建立了积极交流的桥梁，一方面学生可以学会从具体的细节角度来对其他同学展示的特点进行评论，而非笼统地说好或者不好，从而评价变得有理有据，另一方面展示同学也通过学生的评价更加深刻地认识自己。经过展示和评价，同学们中间形成了相互尊重的气氛。

3.成功实现师生角色互动，建立起良好的师生关系。课堂展示过程中师生角色互换，建立了以学生为中心的教学模式。传统课堂教学过程中学生被动地听教师讲课，而课堂展示过程中学生要将自己对电磁现象的仿真、研究结果向全体同学进行讲解。为了能把电磁仿真问题讲清楚、透彻，学生要熟练掌握展示的内容，即从传统课程的听众变成了的主体。这种形式实质上是学生扮演了教师的角色，教师成了听众。这种角色之间的转换也让学生对教师的教学工作有了直观的认识，学生在后续的课程学习中，会与教师配合得更好。课堂展示教学过程中，教师与学生地位是平等的，这种平等关系对建立良好的师生关系十分有利。

4.促进学生综合运用各种技能。电磁仿真的学习不是孤立的电磁学知识的学习，而是综合运用各种工具的过程，包括Matlab编程语言、数值离散方法、麦克斯韦方程组、隐身技术的基本原理等。只有学生把程序、物理方程等各种知识点有机结合起来，学生的学习效果才能得到优化和充分发展。课堂展示可以将学生的技能结合在一起。在收集电磁仿真素材的过程中，学生需要阅读大量材料，获取必要的信息和知识点；收集的材料需要进行加工、整理，然后确定适合自己的电磁仿真主题，通过编程将之展现出来；最后，当他们在课堂上向全体同学展示时，口头表达能力非常关键，需要将电磁学的原理以及仿真过程介绍给大家。

五、课堂展示效果分析

经过一段时间的尝试，笔者认为课堂展示这种方法作为一种行之有效的手段，在电磁散射仿真教学中得到了很好的应用，取得了比较满意的结果。在实施过程中，遇到几个问题：首先是飞行器设计专业的学生普遍电磁学基础较差，对电磁学的理解停留在大学物理水平；其次是课堂展示偏重于重复课堂上机编程仿真的结果，拓展性不足；第三是展示者缺乏与听众之间的交流和互动。这些问题在今后的实践中会积极加以改进。

六、结论

电磁散射仿真结构的课堂展示实践是一种非常有效的授课方法。在基于Matlab语言实现电磁散射仿真之后，学生通过课堂展示，将自己的仿真结果向全体同学展示，可以实现以下教学目的：（1）学生可以自主拓展研究主题和范围，促进学生学习和研究的积极性。（2）通过课堂展示，增进了课堂互动环节，提高了学生课堂学习的兴趣。（3）学生和教师一定程度上实现了角色互换，学生更加理解教师的工作，有助于教师后续教学工作的开展。

参考文献：

[1]翟成蹊，吴敏.课堂展示法在大学生职业生涯规划教学中的应用[J].教育教学论坛，2015，（19）.

[2]杨贝.学生课堂展示在研究生英语教学中的作用[J].国外外语教学，2006，（3）.

[3]姬金祖.教师个人主页在教育教学工作中的应用[J].教育教学论坛，2012，（36）.