1應(yīng)用物理專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計現(xiàn)狀

應(yīng)用物理學(xué)是以物理學(xué)基礎(chǔ)理論及其工程應(yīng)用基礎(chǔ)為研究對象的理科類專業(yè)。旨在培養(yǎng)學(xué)生扎實的物理學(xué)基礎(chǔ)和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的專門知識，具備較強的電子技術(shù)和計算機應(yīng)用能力，并受到必需的工程技術(shù)基本訓(xùn)練，具有較強的實踐能力和創(chuàng)新意識，能夠在應(yīng)用物理學(xué)或相關(guān)科技領(lǐng)域，如光電材料與器件、光學(xué)工程、應(yīng)用光學(xué)等領(lǐng)域從事教學(xué)研究、科學(xué)研究、產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)開發(fā)與管理工作的應(yīng)用型高級專門人才。畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)本科教學(xué)中必不可少的最后一個環(huán)節(jié)，也是應(yīng)用物理學(xué)的培養(yǎng)計劃中非常重要的實踐教學(xué)，是實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過這個實踐過程，可以使學(xué)生將大學(xué)所學(xué)的基礎(chǔ)、專業(yè)知識和實驗技能進行系統(tǒng)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(guān)的科學(xué)和技術(shù)問題，學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合素質(zhì)可得到很大程度的培養(yǎng)和提升。隨著高校教學(xué)改革的深化和社會的不斷發(fā)展,影響畢業(yè)設(shè)計教學(xué)質(zhì)量的因素越來越多，也越來越復(fù)雜。

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

因此如何保障畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量從而達到預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)出高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才是我們大學(xué)的專業(yè)指導(dǎo)老師應(yīng)該考慮的問題，關(guān)于高校畢業(yè)設(shè)計已進行了相關(guān)的研究和改革。筆者通過近年來應(yīng)用物理專業(yè)本科學(xué)生的專業(yè)課程教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)的經(jīng)歷，從畢業(yè)設(shè)計選題和指導(dǎo)模式方面對提高應(yīng)用物理專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量進行探討。

2關(guān)于畢業(yè)設(shè)計選題的探討

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

一、高校工科類畢業(yè)設(shè)計特征及問題分析

1.工科類畢業(yè)設(shè)計的特征一般來說，工科學(xué)生的畢業(yè)作業(yè)偏重于解決工程技術(shù)問題，而被稱作畢業(yè)設(shè)計，其實質(zhì)是一個模擬現(xiàn)實工程的過程。高等教育人才培養(yǎng)中工科畢業(yè)設(shè)計的目的主要有以下三項：第一，培養(yǎng)大學(xué)生嚴謹?shù)剡M行科學(xué)實驗研究的態(tài)度；第二，鼓勵大學(xué)生積極投身科學(xué)實踐研究，大膽運用所學(xué)知識科學(xué)的進行實踐設(shè)計與研究，勇于實踐、勇于探索；第三，培養(yǎng)運用所學(xué)知識的能力，做到學(xué)有所用，在畢業(yè)設(shè)計中要善于運用所學(xué)之知識解決遇到的實際問題，使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計中獲得從事本專業(yè)工程技術(shù)人員必須的專業(yè)能力。畢業(yè)設(shè)計不同于畢業(yè)論文，一般包括畢業(yè)論文，還包括一些與課題相關(guān)的設(shè)計圖紙，實驗設(shè)計、實物制作、外文翻譯、文獻綜述、開題報告等內(nèi)容。以“機械類相關(guān)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計”舉例，2004年以前畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容一般為：設(shè)計圖紙+說明書（即畢業(yè)論文）；2005年以后國家相關(guān)部門提出新的要求，結(jié)合生產(chǎn)實踐需要加入了三維設(shè)計、模擬仿真及程序分析研究。其中包括：畢業(yè)設(shè)計圖紙+開題報告+任務(wù)書+實習(xí)報告+說明書正文（即畢業(yè)論文）。從上述的培養(yǎng)目的和國家相關(guān)要求中不難看出工科類畢業(yè)設(shè)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(dāng)長的時間和精力，并且要在整個過程中將所學(xué)知識融會貫通。

2.工科類畢業(yè)設(shè)計存在的問題當(dāng)前大部分學(xué)校都把畢業(yè)設(shè)計放在第八學(xué)期進行，而此時正是大四學(xué)生找工作、參加企業(yè)面試，復(fù)習(xí)考研的階段，在現(xiàn)今的就業(yè)壓力下，學(xué)生一定不會將大部分的精力放在畢業(yè)設(shè)計的完成上，用人單位為了考察所招聘學(xué)生的個人素質(zhì)和能力，一般都會要求簽約學(xué)生提前到單位實習(xí)，實習(xí)時間一般都會與畢業(yè)設(shè)計時間相沖突。但是要正常畢業(yè)拿到文憑又必須拿到該項學(xué)分，這就使得學(xué)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(fù)制、粘貼，東拼西湊的方式僅完成一篇畢業(yè)論文應(yīng)付了事。另外，隨著高等院校的大幅擴招導(dǎo)致學(xué)生數(shù)量劇增，造成了師資力量的嚴重不足，出現(xiàn)了一個指導(dǎo)教師指導(dǎo)數(shù)名畢業(yè)生的情況，這就使得指導(dǎo)教師選題時需要提出多個畢業(yè)設(shè)計題目，導(dǎo)致題目與實際脫離，超出專業(yè)要求范圍等問題。表1，表2分別是某高校安全工程專業(yè)五年內(nèi)的畢業(yè)設(shè)計題目性質(zhì)和題目來源統(tǒng)計表。從表中統(tǒng)計數(shù)據(jù)也可以看出，雖然每年都會有一部分與科研和生產(chǎn)實際相結(jié)合的工程設(shè)計類、技術(shù)科學(xué)研究和工程技術(shù)研究類、軟件開發(fā)類的畢業(yè)論文（設(shè)計）題目，但是理論研究類題目的數(shù)量依然占據(jù)較大的比重，在畢業(yè)論文（設(shè)計）選題方面存在著與生產(chǎn)實踐脫節(jié)，創(chuàng)新能力不足等諸多問題。

二、高校工科類畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量關(guān)口前移管理方式

基于質(zhì)量管理八項原則對高校畢業(yè)設(shè)計（論文）管理探討，提出了以學(xué)生為關(guān)注焦點，關(guān)口前移，提出提高題目質(zhì)量和指導(dǎo)水平的新方式；基于事實決策，持續(xù)改進，完善現(xiàn)有質(zhì)量監(jiān)控體系；全過程質(zhì)量管理，預(yù)防為主，構(gòu)建畢業(yè)設(shè)計質(zhì)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(yīng)用，包括畢業(yè)設(shè)計時間前移及畢業(yè)設(shè)計形式多樣兩方面展開具體討論。

1.畢業(yè)設(shè)計時間前移本科生畢業(yè)設(shè)計時間前移是指在完成基礎(chǔ)課程和相關(guān)專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，利用學(xué)校及學(xué)院的實驗和科研條件，讓本科生提前進入實驗室，由學(xué)生本人主導(dǎo)并依據(jù)自己興趣在相關(guān)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下直接參與科研項目及各種科研活動，并提出畢業(yè)設(shè)計的整體思路和題目。這種方式不僅體現(xiàn)了“以學(xué)生的關(guān)注為焦點”的基本原則，還在很大程度上避免了在第七學(xué)期末由指導(dǎo)教師集中出題所出現(xiàn)的題目質(zhì)量不高，題目與科研脫離的問題。畢業(yè)設(shè)計提前的時間不宜過早，過早會導(dǎo)致學(xué)生沒有足夠的基礎(chǔ)知識儲備，難以完成相對復(fù)雜的實驗和實踐過程。經(jīng)過對某高校安全工程專業(yè)教學(xué)大綱及專業(yè)課程體系的研究，本科生提前進行畢業(yè)設(shè)計的時間宜從大三結(jié)束的暑假開始。在大三年級結(jié)束時，安全工程專業(yè)的學(xué)生已經(jīng)完成了高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、普通物理、物理實驗、大學(xué)英語、大學(xué)計算機基礎(chǔ)等公共基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生已經(jīng)通過了計算機等級考試和英語的等級考試，已經(jīng)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(xué)、系統(tǒng)分析與安全系統(tǒng)工程、質(zhì)量安全管理與ISO9000族標(biāo)準、職業(yè)健康與環(huán)境管理體系、安全風(fēng)險管理原理等學(xué)科基礎(chǔ)與專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，具備了安全工程專業(yè)所要求的基本的理論知識；完成了安全心理學(xué)及測試實驗、安全管理學(xué)及實驗、認知實習(xí)和金工實習(xí)等實踐實習(xí)科目的學(xué)習(xí)，具備了安全工程專業(yè)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(jīng)擁有初步的論文寫作的能力。在此時盡早的進行畢業(yè)設(shè)計的相關(guān)工作，可以使傳統(tǒng)上一個學(xué)期就要完成的工作擴展到包含有寒暑假的一年之內(nèi)，時間上有了充分的保證。另外，在第七學(xué)期的專業(yè)課選課及學(xué)習(xí)過程中也會更加有針對性，學(xué)生可以帶著相關(guān)課題進行課程的學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率，加深對課程的理解。另外由于提前進行畢業(yè)設(shè)計，指導(dǎo)教師與學(xué)生接觸交流的機會增多，指導(dǎo)教師可以更系統(tǒng)全面的掌握學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的總體情況，更有效的對癥下藥指導(dǎo)學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計。這樣，通過半年的工作和學(xué)習(xí)，在最后一個學(xué)期前，包括文獻查閱、實驗、調(diào)研等畢業(yè)設(shè)計的大部分工作已經(jīng)完成，在第八學(xué)期，畢業(yè)生只需要對前期的工作進行總結(jié)就可以順利的完成論文的撰寫工作，參加畢業(yè)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(yè)進入工作崗位。

本科畢業(yè)論文是教育部對高等學(xué)校進行本科教學(xué)質(zhì)量評估和審核評估一個非常重要的考核點，本科畢業(yè)論文也是教學(xué)計劃中的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，本科畢業(yè)論文的質(zhì)量能夠反映高等學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量，能夠客觀評價教與學(xué)，體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，是學(xué)生畢業(yè)取得學(xué)位資格認定的重要依據(jù)?？梢哉f本科畢業(yè)論文對于高等學(xué)校本科教育具有重要意義，但是本科畢業(yè)論文在管理系統(tǒng)[1]、質(zhì)量評估[2]、檔案管理[2]、重復(fù)率檢測[3]、質(zhì)量監(jiān)管[2,4,5]、寫作方法[6,7]等方面還存在各種不完善，從而導(dǎo)致本科畢業(yè)論文質(zhì)量得不到保障。體現(xiàn)本科畢業(yè)論文的核心是本科畢業(yè)論文的內(nèi)容，學(xué)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(jié)和應(yīng)用，并應(yīng)用所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識提出問題，并找到問題的切入點，應(yīng)用科學(xué)的計算方法解決問題，使研究內(nèi)容具有一定的創(chuàng)新型。計算機仿真是科學(xué)的計算方法之一，如何有效學(xué)習(xí)和利用計算機仿真方法決定著畢業(yè)論文的內(nèi)容和質(zhì)量。本論文以理工科畢業(yè)論文中計算機仿真的應(yīng)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(yè)論文中的應(yīng)用是必要的，是由理工科的學(xué)科特點決定的。理工科知識的學(xué)習(xí)以高等數(shù)學(xué)、專業(yè)英語和基本的計算機語言等專業(yè)知識為基礎(chǔ)，專業(yè)知識根據(jù)理工科學(xué)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(chǔ)課程是高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理學(xué)，學(xué)完這兩門課程，打下一個基礎(chǔ)才能學(xué)習(xí)電磁場理論這門課程，電磁場理論也是基于數(shù)學(xué)理論知識開始學(xué)習(xí)的，在課程的第一章一般要介紹一些數(shù)學(xué)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(chǔ)，將電磁學(xué)知識按照數(shù)學(xué)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(xiàn)出來的各種電磁特性，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，如果數(shù)學(xué)知識打得不是很牢固，那么學(xué)習(xí)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(yīng)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(yè)論文上面，本科畢業(yè)論文就是在所學(xué)習(xí)基本知識基礎(chǔ)上開展科學(xué)研究的，而計算機仿真能夠很好地拓展現(xiàn)有基本知識，并且可以驗證你手工完成的計算結(jié)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(xiàn)的動態(tài)物理現(xiàn)象展現(xiàn)出來，因此計算機仿真在本科畢業(yè)論文的應(yīng)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(xué)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(xué)工程中一個廣泛使用的計算工具，是理工科學(xué)生應(yīng)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(chuàng)始人CleveMoler博士在美國NewMexico大學(xué)講授線性代數(shù)時，發(fā)現(xiàn)采用高級編程語言編寫程序很不方便，為了減輕學(xué)生編程的負擔(dān)，他構(gòu)思開發(fā)了MATLAB軟件[8]，經(jīng)過不斷發(fā)展，MATLAB已經(jīng)成為國際上最流行的編程軟件之一。MATLAB語言以數(shù)學(xué)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(yīng)用問題求解的工具箱函數(shù)，并且具有強有力的系統(tǒng)仿真功能，MATLAB還可以與其他計算軟件進行很好的兼容。根據(jù)中國知網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以MATLAB與主題關(guān)鍵詞的有2976篇，以MATLAB仿真為主題關(guān)鍵詞的有1756篇，以MATLAB/Simulink為主題關(guān)鍵詞的有749篇。上面是在文章題目中含有MATLAB字句的檢索結(jié)果，還有論文中應(yīng)用MATLAB編程的沒有統(tǒng)計在內(nèi)，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。

談到去年這個時候收到戴姆勒-克萊斯勒（北京）公司的錄用通知，北京聯(lián)合大學(xué)畢業(yè)生小吳的興奮還是溢于言表。去年上半年小吳到該公司實習(xí)，在實習(xí)中他發(fā)現(xiàn)一個技術(shù)難題，而公司的技術(shù)人員都想不出好的解決辦法。于是小吳將這個問題帶到畢業(yè)設(shè)計中，經(jīng)過兩個月的鉆研，問題得到完美解決。公司領(lǐng)導(dǎo)得知后大為驚訝，當(dāng)即拍板：這正是我們想要的人才，畢業(yè)后就來報到吧。小吳說，他能解決這個難題，完全歸功于TRIZ理論的學(xué)習(xí)與應(yīng)用。

何為“TRIZ”

TRIZ是什么？它是俄文縮寫轉(zhuǎn)換為拉丁文字，其意義為“發(fā)明問題解決理論”，也有中國專家給它取了一個中國化的名字叫“萃智”理論。

“舉個例子，要讓干果、種子的外殼和果實分開不是一件容易的事，但是專家對許多物理現(xiàn)象和發(fā)明專利進行研究后發(fā)現(xiàn)，通過緩慢加壓（大氣壓）然后瞬間減壓，就可以使緊貼在一起的物理性狀不同的物質(zhì)分離開。掌握了這個規(guī)律，許多問題就觸類旁通了。TRIZ就是這樣一門研究發(fā)明創(chuàng)造背后的規(guī)律、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的理論?！眲?chuàng)造學(xué)專家張武城教授說。

據(jù)介紹，TRIZ理論是前蘇聯(lián)學(xué)者阿奇舒勒歷經(jīng)50多年，對數(shù)以百萬計的專利文獻加以整理、歸納、提煉和重組，建立起的一整套實用的理論方法體系。

在前蘇聯(lián)，以TRIZ為核心的創(chuàng)新方法學(xué)的教育非常普及，TRIZ是理工科本科生和研究生的必修課。

1減少理論課程數(shù)量

傳統(tǒng)的電氣工程及其自動化專業(yè)的理論課程主要包括電工技術(shù)、自動控制原理、電機與拖動基礎(chǔ)、控制電機、運動控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、可編程控制器、電力電子技術(shù)、傳感器與檢測技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、電工電子技術(shù)、電氣工程、專業(yè)英語等四十余門課程。在傳統(tǒng)的理論教學(xué)中，存在著課程數(shù)目多，面比較廣，不深入、難度大等缺陷。學(xué)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(xué)生無可厚非。而獨立院校的學(xué)生由于普遍基礎(chǔ)較差，接受能力有限，從而造成了學(xué)生的負擔(dān)過重，教學(xué)效果不好，造成了老師與學(xué)生互相埋怨。仔細一想，很多理論課程都是有調(diào)整的空間的。在信息爆炸的今天，一些課程的設(shè)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(shù)這門課程為例，這門課程多是介紹性的內(nèi)容，沒有任何公式推導(dǎo)以及分析計算，學(xué)生在工作遇到相應(yīng)的傳感器通過網(wǎng)上查閱資料即可。但是在理論教學(xué)過程中，不能一味地減少課程，要有保有壓。在教學(xué)過程中必須突出核心課程，進行大量的訓(xùn)練。例如，單片機這門課程，就需要大大增強，很多高新企業(yè)招聘學(xué)生的過程中，常常要考查單片機的相關(guān)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(yīng)的重視。

2改善實踐教學(xué)

2.1減少驗證性實驗內(nèi)容

增加設(shè)計性實驗內(nèi)容傳統(tǒng)的實驗教學(xué)大多數(shù)是驗證性的，主要讓學(xué)生通過實驗驗證某一物理定律和物理現(xiàn)象。這種教學(xué)方式學(xué)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(jié)果。這種實驗教學(xué)的缺陷在于結(jié)論已知，沒有任何神秘感。很多學(xué)生在沒有做出實驗結(jié)果的情況下，編造或者抄襲數(shù)據(jù)，造成老師無法判斷學(xué)生成績的混亂境地。在教學(xué)過程應(yīng)該逐步用一些設(shè)計性、綜合性的實驗項目取代簡單驗證性實驗。這些設(shè)計性、綜合性的實驗由于實驗結(jié)果未知，會增加學(xué)生的興趣，提高了學(xué)生自身分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生的創(chuàng)新能力得到充分的發(fā)揮。

2.2用仿真實驗來代替現(xiàn)實實驗