1應用物理專業本科畢業設計現狀

應用物理學是以物理學基礎理論及其工程應用基礎為研究對象的理科類專業。旨在培養學生扎實的物理學基礎和相關應用領域的專門知識，具備較強的電子技術和計算機應用能力，并受到必需的工程技術基本訓練，具有較強的實踐能力和創新意識，能夠在應用物理學或相關科技領域，如光電材料與器件、光學工程、應用光學等領域從事教學研究、科學研究、產品設計、技術開發與管理工作的應用型高級專門人才。畢業設計是大學本科教學中必不可少的最后一個環節，也是應用物理學的培養計劃中非常重要的實踐教學，是實現培養目標的重要教學環節。通過這個實踐過程，可以使學生將大學所學的基礎、專業知識和實驗技能進行系統的把握，并綜合運用這些知識和能力來分析和解決物理類相關的科學和技術問題，學生的創新能力、實踐能力和綜合素質可得到很大程度的培養和提升。隨著高校教學改革的深化和社會的不斷發展,影響畢業設計教學質量的因素越來越多，也越來越復雜。

我國高等教育近年來實現了跨越式發展，各高等院校辦學規模不斷擴大，大學本科生的人數隨著擴招在逐年增加。然而很多高校的軟硬件設施的建設跟不上大學生的增長速度，因此大學的教學資源緊張、實驗儀器缺乏等現象在全國高校中普遍存在。除此之外，高校擴招導致的應屆畢業生就業難已經成為一個社會性的突出問題，大多數高校的人才培養都是將畢業設計安排在大四的最后一學期，此時正值學生擇業的高峰，畢業生為了一份滿意的工作而四處奔波，無暇顧及自己的畢業設計。由于就業單位對員工工作經驗有需求，有不少學生找到了工作但由于就業單位要求提前到公司報道，參加公司培訓、實習，學生害怕失去工作機會而只有減少對畢業設計的投入。同時有不少大學生對自己的課題不感興趣，所以缺乏積極性而影響畢業設計。在畢業設計指導環節中體現的師資不足，一個教師指導好幾個甚至十幾個學生的畢業設計，這些問題極大地影響了本科畢業設計的質量，使得大學的畢業設計環節流于形式，而沒有真正起到培養學生實踐創新能力和綜合素質的作用。

因此如何保障畢業生畢業設計的質量從而達到預期培養目標，培養出高素質的創新型人才是我們大學的專業指導老師應該考慮的問題，關于高校畢業設計已進行了相關的研究和改革。筆者通過近年來應用物理專業本科學生的專業課程教學和畢業設計指導的經歷，從畢業設計選題和指導模式方面對提高應用物理專業畢業設計的質量進行探討。

2關于畢業設計選題的探討

目前，包括重慶理工大學應用物理專業在內的本科畢業設計仍然實行指導老師出題供學生選擇的約束性選題方式，由此會使得一部分學生對自己課題的研究目的、內容和方向沒有正確的把握，因此表現出對畢業設計興趣缺缺，不能積極主動地投入其中，畢業設計的質量必然會下滑。因此選擇適合本科畢業設計的研究課題是我們指導老師需要思考的問題。

一、高校工科類畢業設計特征及問題分析

1.工科類畢業設計的特征一般來說，工科學生的畢業作業偏重于解決工程技術問題，而被稱作畢業設計，其實質是一個模擬現實工程的過程。高等教育人才培養中工科畢業設計的目的主要有以下三項：第一，培養大學生嚴謹地進行科學實驗研究的態度；第二，鼓勵大學生積極投身科學實踐研究，大膽運用所學知識科學的進行實踐設計與研究，勇于實踐、勇于探索；第三，培養運用所學知識的能力，做到學有所用，在畢業設計中要善于運用所學之知識解決遇到的實際問題，使學生在畢業設計中獲得從事本專業工程技術人員必須的專業能力。畢業設計不同于畢業論文，一般包括畢業論文，還包括一些與課題相關的設計圖紙，實驗設計、實物制作、外文翻譯、文獻綜述、開題報告等內容。以“機械類相關專業畢業設計”舉例，2004年以前畢業設計內容一般為：設計圖紙+說明書（即畢業論文）；2005年以后國家相關部門提出新的要求，結合生產實踐需要加入了三維設計、模擬仿真及程序分析研究。其中包括：畢業設計圖紙+開題報告+任務書+實習報告+說明書正文（即畢業論文）。從上述的培養目的和國家相關要求中不難看出工科類畢業設計必須具有實際性和可操作性，需要在前期做大量的實驗來解決具體的問題，這就需要消耗相當長的時間和精力，并且要在整個過程中將所學知識融會貫通。

2.工科類畢業設計存在的問題當前大部分學校都把畢業設計放在第八學期進行，而此時正是大四學生找工作、參加企業面試，復習考研的階段，在現今的就業壓力下，學生一定不會將大部分的精力放在畢業設計的完成上，用人單位為了考察所招聘學生的個人素質和能力，一般都會要求簽約學生提前到單位實習，實習時間一般都會與畢業設計時間相沖突。但是要正常畢業拿到文憑又必須拿到該項學分，這就使得學生大部分只進行簡單的實驗甚至根本不進行實驗直接采取復制、粘貼，東拼西湊的方式僅完成一篇畢業論文應付了事。另外，隨著高等院校的大幅擴招導致學生數量劇增，造成了師資力量的嚴重不足，出現了一個指導教師指導數名畢業生的情況，這就使得指導教師選題時需要提出多個畢業設計題目，導致題目與實際脫離，超出專業要求范圍等問題。表1，表2分別是某高校安全工程專業五年內的畢業設計題目性質和題目來源統計表。從表中統計數據也可以看出，雖然每年都會有一部分與科研和生產實際相結合的工程設計類、技術科學研究和工程技術研究類、軟件開發類的畢業論文（設計）題目，但是理論研究類題目的數量依然占據較大的比重，在畢業論文（設計）選題方面存在著與生產實踐脫節，創新能力不足等諸多問題。

二、高校工科類畢業設計質量關口前移管理方式

基于質量管理八項原則對高校畢業設計（論文）管理探討，提出了以學生為關注焦點，關口前移，提出提高題目質量和指導水平的新方式；基于事實決策，持續改進，完善現有質量監控體系；全過程質量管理，預防為主，構建畢業設計質量保障體系三種管理方式，本研究即是對第一種管理方式的進一步拓展和實踐應用，包括畢業設計時間前移及畢業設計形式多樣兩方面展開具體討論。

1.畢業設計時間前移本科生畢業設計時間前移是指在完成基礎課程和相關專業課程的基礎上，利用學校及學院的實驗和科研條件，讓本科生提前進入實驗室，由學生本人主導并依據自己興趣在相關指導教師的指導下直接參與科研項目及各種科研活動，并提出畢業設計的整體思路和題目。這種方式不僅體現了“以學生的關注為焦點”的基本原則，還在很大程度上避免了在第七學期末由指導教師集中出題所出現的題目質量不高，題目與科研脫離的問題。畢業設計提前的時間不宜過早，過早會導致學生沒有足夠的基礎知識儲備，難以完成相對復雜的實驗和實踐過程。經過對某高校安全工程專業教學大綱及專業課程體系的研究，本科生提前進行畢業設計的時間宜從大三結束的暑假開始。在大三年級結束時，安全工程專業的學生已經完成了高等數學、線性代數、普通物理、物理實驗、大學英語、大學計算機基礎等公共基礎課的學習，大部分學生已經通過了計算機等級考試和英語的等級考試，已經具備了初步的理論知識、計算機能力和英文水平；完成了組織行為學、系統分析與安全系統工程、質量安全管理與ISO9000族標準、職業健康與環境管理體系、安全風險管理原理等學科基礎與專業基礎課的學習，具備了安全工程專業所要求的基本的理論知識；完成了安全心理學及測試實驗、安全管理學及實驗、認知實習和金工實習等實踐實習科目的學習，具備了安全工程專業所要求的基本的實驗技能。在具備這些基本的知識技能后，本科生已經擁有初步的論文寫作的能力。在此時盡早的進行畢業設計的相關工作，可以使傳統上一個學期就要完成的工作擴展到包含有寒暑假的一年之內，時間上有了充分的保證。另外，在第七學期的專業課選課及學習過程中也會更加有針對性，學生可以帶著相關課題進行課程的學習，提高學習效率，加深對課程的理解。另外由于提前進行畢業設計，指導教師與學生接觸交流的機會增多，指導教師可以更系統全面的掌握學生畢業設計的總體情況，更有效的對癥下藥指導學生完成畢業設計。這樣，通過半年的工作和學習，在最后一個學期前，包括文獻查閱、實驗、調研等畢業設計的大部分工作已經完成，在第八學期，畢業生只需要對前期的工作進行總結就可以順利的完成論文的撰寫工作，參加畢業答辯，有效地緩解找工作與論文撰寫的時間沖突的問題，順利畢業進入工作崗位。

本科畢業論文是教育部對高等學校進行本科教學質量評估和審核評估一個非常重要的考核點，本科畢業論文也是教學計劃中的一個重要教學環節，本科畢業論文的質量能夠反映高等學校的教學質量，能夠客觀評價教與學，體現學生的創新創業能力，是學生畢業取得學位資格認定的重要依據。可以說本科畢業論文對于高等學校本科教育具有重要意義，但是本科畢業論文在管理系統[1]、質量評估[2]、檔案管理[2]、重復率檢測[3]、質量監管[2,4,5]、寫作方法[6,7]等方面還存在各種不完善，從而導致本科畢業論文質量得不到保障。體現本科畢業論文的核心是本科畢業論文的內容，學生能否獨立查閱論文，并對獲取的信息進行正確的分類、歸納、總結和應用，并應用所學習的專業知識提出問題，并找到問題的切入點，應用科學的計算方法解決問題，使研究內容具有一定的創新型。計算機仿真是科學的計算方法之一，如何有效學習和利用計算機仿真方法決定著畢業論文的內容和質量。本論文以理工科畢業論文中計算機仿真的應用進行探索和研究。

一計算機仿真的必要性

計算機仿真在理工科本科畢業論文中的應用是必要的，是由理工科的學科特點決定的。理工科知識的學習以高等數學、專業英語和基本的計算機語言等專業知識為基礎，專業知識根據理工科學科特點的不同而有所不同，課本知識都有一個共同點，那就是理論性都比較強，以電磁場理論這門課程為例，課程的基礎課程是高等數學、大學物理學，學完這兩門課程，打下一個基礎才能學習電磁場理論這門課程，電磁場理論也是基于數學理論知識開始學習的，在課程的第一章一般要介紹一些數學基本知識梯度、散度和旋度的基本概念，有了這些概念為基礎，將電磁學知識按照數學思路進行展開，研究電場、磁場的梯度、散度和旋度，以及所表現出來的各種電磁特性，學生在學習的過程中，如果數學知識打得不是很牢固，那么學習電磁場理論這門課程就比較困難，如何破解這個難題，將計算機仿真應用其中是將抽象的理論課程變成可視化過程的方法之一。理工課程的這一特點也直接反映到本科生畢業論文上面，本科畢業論文就是在所學習基本知識基礎上開展科學研究的，而計算機仿真能夠很好地拓展現有基本知識，并且可以驗證你手工完成的計算結果，為你提供了一個后臺檢查工具，同時可將抽象的難懂的物理概念變得可視化，也可將無法實現的動態物理現象展現出來，因此計算機仿真在本科畢業論文的應用就有一定的必要性。

二幾種典型的計算機仿真軟件

以電子信息、光學工程和通訊工程為例介紹幾種典型的計算機仿真軟件。

（一）MATLAB語言編程。MATLAB語言是科學工程中一個廣泛使用的計算工具，是理工科學生應用最為廣泛的計算機編程語言。MATLAB是MatrixLaboratory(矩陣實驗室）的縮寫，20世紀80年代初，MATLAB的創始人CleveMoler博士在美國NewMexico大學講授線性代數時，發現采用高級編程語言編寫程序很不方便，為了減輕學生編程的負擔，他構思開發了MATLAB軟件[8]，經過不斷發展，MATLAB已經成為國際上最流行的編程軟件之一。MATLAB語言以數學矩陣為基本編程單元，編程語言簡單，具有強大的圖形表達功能，還可以提供許多面向應用問題求解的工具箱函數，并且具有強有力的系統仿真功能，MATLAB還可以與其他計算軟件進行很好的兼容。根據中國知網統計數據，以MATLAB與主題關鍵詞的有2976篇，以MATLAB仿真為主題關鍵詞的有1756篇，以MATLAB/Simulink為主題關鍵詞的有749篇。上面是在文章題目中含有MATLAB字句的檢索結果，還有論文中應用MATLAB編程的沒有統計在內，可見用MATLAB語言編程進行論文寫作是大家常采用的一種科研方法。

1減少理論課程數量

傳統的電氣工程及其自動化專業的理論課程主要包括電工技術、自動控制原理、電機與拖動基礎、控制電機、運動控制系統、過程控制系統、可編程控制器、電力電子技術、傳感器與檢測技術、現場總線技術、電工電子技術、電氣工程、專業英語等四十余門課程。在傳統的理論教學中，存在著課程數目多，面比較廣，不深入、難度大等缺陷。學生進入大二之后，常常要在一周面臨著上28課時至32課時的情況，這對一本學生無可厚非。而獨立院校的學生由于普遍基礎較差，接受能力有限，從而造成了學生的負擔過重，教學效果不好，造成了老師與學生互相埋怨。仔細一想，很多理論課程都是有調整的空間的。在信息爆炸的今天，一些課程的設置就沒有太大的必要，甚至完全可以取消。以傳感器與檢測技術這門課程為例，這門課程多是介紹性的內容，沒有任何公式推導以及分析計算，學生在工作遇到相應的傳感器通過網上查閱資料即可。但是在理論教學過程中，不能一味地減少課程，要有保有壓。在教學過程中必須突出核心課程，進行大量的訓練。例如，單片機這門課程，就需要大大增強，很多高新企業招聘學生的過程中，常常要考查單片機的相關知識，但是在很多獨立院校中，單片機的課時得到不斷的壓縮，得不到相應的重視。

2改善實踐教學

2.1減少驗證性實驗內容

增加設計性實驗內容傳統的實驗教學大多數是驗證性的，主要讓學生通過實驗驗證某一物理定律和物理現象。這種教學方式學生沒有任何的主觀能動性，只是按照老師所給的圖紙進行接線、通電，最后得出實驗結果。這種實驗教學的缺陷在于結論已知，沒有任何神秘感。很多學生在沒有做出實驗結果的情況下，編造或者抄襲數據，造成老師無法判斷學生成績的混亂境地。在教學過程應該逐步用一些設計性、綜合性的實驗項目取代簡單驗證性實驗。這些設計性、綜合性的實驗由于實驗結果未知，會增加學生的興趣，提高了學生自身分析問題、解決問題的能力，使學生的創新能力得到充分的發揮。

2.2用仿真實驗來代替現實實驗

1減少理論課程數量傳統的電氣工程及其自動化

專業的理論課程主要包括電工技術、自動控制原理、電機與拖動基礎、控制電機、運動控制系統、過程控制系統、可編程控制器、電力電子技術、傳感器與檢測技術、現場總線技術、電工電子技術、電氣工程、專業英語等四十余門課程。在傳統的理論教學中，存在著課程數目多，面比較廣，不深入、難度大等缺陷。學生進入大二之后，常常要在一周面臨著上28課時至32課時的情況，這對一本學生無可厚非。而獨立院校的學生由于普遍基礎較差，接受能力有限，從而造成了學生的負擔過重，教學效果不好，造成了老師與學生互相埋怨。仔細一想，很多理論課程都是有調整的空間的。在信息爆炸的今天，一些課程的設置就沒有太大的必要，甚至完全可以取消。以傳感器與檢測技術這門課程為例，這門課程多是介紹性的內容，沒有任何公式推導以及分析計算，學生在工作遇到相應的傳感器通過網上查閱資料即可。但是在理論教學過程中，不能一味地減少課程，要有保有壓。在教學過程中必須突出核心課程，進行大量的訓練。例如，單片機這門課程，就需要大大增強，很多高新企業招聘學生的過程中，常常要考查單片機的相關知識，但是在很多獨立院校中，單片機的課時得到不斷的壓縮，得不到相應的重視。

2改善實踐教學

2.1減少驗證性實驗內容

增加設計性實驗內容傳統的實驗教學大多數是驗證性的，主要讓學生通過實驗驗證某一物理定律和物理現象。這種教學方式學生沒有任何的主觀能動性，只是按照老師所給的圖紙進行接線、通電，最后得出實驗結果。這種實驗教學的缺陷在于結論已知，沒有任何神秘感。很多學生在沒有做出實驗結果的情況下，編造或者抄襲數據，造成老師無法判斷學生成績的混亂境地。在教學過程應該逐步用一些設計性、綜合性的實驗項目取代簡單驗證性實驗。這些設計性、綜合性的實驗由于實驗結果未知，會增加學生的興趣，提高了學生自身分析問題、解決問題的能力，使學生的創新能力得到充分的發揮。

2.2用仿真實驗來代替