应用物理学专业学生应选择数值计算类毕业论文题目

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摘要

  高等学校的毕业论文是本科人才培养中十分重要的实践性教学环节,毕业论文的完成过程包括毕业论文选题、文献查阅、方案设计、实验研究、数据分析与处理、毕业论文撰写等多个阶段。其中,选题是毕业论文教学的起点,也是决定毕业论文框架、论文主要内容和论文质量的关键因素之一,合理选择和确定毕业论文的课题对保证毕业论文工作的顺利开展和完成有重要推动作用[1-2].

  应用物理学专业是高等教育中的重要专业之一,目标是培养掌握物理学基本理论与方法,具有良好的数学基础和基本实验技能,掌握电子技术、计算机技术、光纤通信技术等方面的应用基础知识和技术,能在物理学、计算机技术及应用、光电子技术等相关技术领域从事科研、教学、技术开发与应用、管理等工作的高级专门人才。本文针对应用物理学专业特点,分析了目前应用物理专业学生毕业论文选题存在的问题,认为在选择合适的计算软件基础上,数值计算类毕业论文适合本专业学生的实际情况,能有效避免空洞的概述类论文,提高学生的数值计算能力和分析问题能力,能为学生将来进行科学研究和工程设计打下良好的基础。

  1 明确应用物理学专业论文选题存在的问题

  在应用物理学专业的培养计划中,毕业论文一般是作为学生在校的最后一个教学环节安排在第四学年进行,完成毕业论文的时间在不同的学校间也有较大差异,一般在十几周到二十几周不等[3].下面从教师和学生两方面分析目前应用物理学专业毕业论文选题中存在的问题:

  1.1 对教师而言,指导学生人数多

  指导教师是影响毕业论文质量的重要因素,教师的时间、精力投入影响毕业论文指导的质量。由于近几年的连续扩招,学生人数不断增加,造成指导教师资源相对紧缺,对应的每个教师指导的学生数量相对增加,有的教师指导十几甚至几十个学生;另一方面,多数本科高等院校毕业论文采用/一人一题0的方式,而且为了避免学生抄袭,要求教师所出的论文题目几年内不能重复,这就要求教师要出非常多的题目,这往往会超出教师自身研究方向的范围。因此为了完成任务,且满足学校要求,很多教师出的论文题目都是综述性的或者概述性的,这类题目很容易导致学生在毕业论文环节上投入的时间、精力不足,毕业论文质量难以得到保障。

  1.2 对学生而言,难以将精力集中在论文写作

  准备找工作的学生,面临较大的就业压力,往往提早择业时间,导致就业与毕业论文工作发生较大冲突。就业压力使学生不得不把主要精力放在解决就业问题上,对毕业论文只好匆忙应付,毕业论文的质量自然难以保证。还有一些学生则在毕业论文尚未完成之时就已与用人单位签好了合同,在他们看来,毕业论文的成绩与就业没有直接关系,毕业论文质量的好差不会影响其就业。有些用人单位要求签约学生提前上岗,致使这些学生无暇顾及毕业论文。在这些功利之心的支配下,不少学生采取消极应付的态度对待毕业论文,必然会影响毕业论文的质量[4].

  准备考研的学生要拿出大量精力准备研究生的初试和复试,即使复试通过了,有了大量时间,也会觉得已经考取了研究生,毕业论文只需要随便应付就可以,甚至出现过有些学生请求老师更换论文题目,减少论文撰写工作量的情况。

  目前大部分学生在毕业设计选题时显得十分被动,倾向于随意选一些验证性的、总结性的或概况性的题目,希望能减少论文的写作工作量,这类论文写作的随意性比较大,而且也没有非常明确的量化考核标准,既缺乏创新性,又缺乏理论价值和应用背景。

  2 结合应用物理学专业特点,选择数值计算类论文题目

  随着计算机技术的发展、科学技术的进步,计算机的应用范围已扩大到许多学科领域,数值计算已成为人类进行科学活动的一个重要途径。应用物理学专业强调物理学在国民工业当中的应用,近年来应用物理专业又大力加强了电子技术和计算机技术方面的基础研究。因此,应用物理专业的学生应该发挥自身理工结合的特点,注重学习计算机知识,有意识地培养自己的数值计算能力,并能够熟练地利用计算机辅助自己的工作和学习,这样才能更加发挥应用物理专业人才的优势[5-6].

  选择数值计算类的论文题目,将计算机的应用和学生的论文写作结合在一起,有助于应用物理专业学生进一步学习计算机的应用,有利于学生熟悉相关的计算软件,熟悉数值计算的一般方法和过程,对以后的工作或学习都会有很好的帮助。

  2.1 与专业特点相结合,更好地培养学生的计算机应用能力

  应用物理学专业学生本身具有较好的计算机应用能力,通过掌握数值计算的方法,可以进一步解决一些复杂的、原先无法求解或深入探讨的问题,这种解决问题过程的训练,能帮助学生清晰、明确地理解物理规律,提高分析问题、解决问题的能力,使他们在探索用计算机解决物理问题时,模拟计算能力及创新能力得以提高。

  2.2 论文任务明确,有效避免空洞的综述类论文

  综述类的论文,虽然看似也可以严格要求,但是很难归纳出定量的写作要求,也没有明确的衡量标准,因此学生在写作过程中随意性比较大,即使资料查找得不完备也很难体现出来,这种论文缺乏理论价值和应用背景。数值计算类的论文,首先具有非常明确的研究内容,要求学生用某一种软件,进行某一方面的数值计算,能够让学生很短时间内集中精力专心解决具体问题,能提高学生写作的成就感和兴趣,有利于培养学生的自主能力和科学探索精神。

  2.3 合理选择计算软件,能够节省论文写作时间

  好的数值计算软件,具有良好的人机交互性能,大学低年级的学生和非计算专业的学生只要经过数小时的学习就可以入门,经过数十小时的使用就可基本掌握,节省大量的学习程序的时间。

  2.4 更容易提高论文的创新性

  数值计算类论文的写作过程为查资料、模拟计算、分析讨论、归纳总结以及撰写论文。利用数值计算,可以在分析中随时改动参数值,便于发现物理规律,更深刻地理解物理现象。有助于学生分析问题、解决问题能力的提高,培养他们的科学探索精神。与实验研究和理论研究相比较,数值计算更容易有创新。

  2.5 有利于学生毕业后的进一步发展

  应用物理学专业毕业后参加工作的学生,大多在物理学或相关的科学技术领域从事技术类工作。在工程技术开发领域中,人们经常需要对研究对象进行数值模拟计算:首先建立模型,用计算机程序实现系统的运行过程和得到运算结果,寻找出最优方案,然后再予以物理实现。因此,选择模拟计算类的毕业论文,初步掌握模拟计算方法,有利于学生在以后工作中的发展。

  本专业考取研究生的学生,主要在物理学或相关的科学技术领域中从事科研工作。随着计算机技术的发展,模拟计算已成为人类进行科研工作的一个重要途径,从事科研工作已经离不开数值计算。数值计算类的论文有利于这些学生掌握基本的数值计算研究方法,培养运用计算机解决复杂、抽象问题的能力,初步形成科学精神和科学态度。在掌握了这种新的解决物理问题的工具的情况下,学生科学研究的兴趣和积极性必然会有所提高,也可以加强他们对现代科学技术的热爱,培养学生钻研问题的习惯,这些科学素养的形成也为他们将来进入研究生阶段更好地深造打下了基础。

  3 数值计算软件的选择

  通常程序的编制过程是比较繁琐的,它不仅要求我们熟练掌握所使用的计算机语言,深刻了解所要求解的问题以找到一个可靠性较好的算法,还必须考虑各种可能的条件。选择恰当的数值计算软件,是非计算机专业学生和教师充分利用计算机的有效途径,优秀的数值计算软件可以为使用者节省大量学习程序的时间,摆脱传统非交互式程序设计语言的编辑模式,避免资源浪费,提高工作效率,起到事半功倍的效果。对于非计算机专业的学生和教学人员,常用的数值计算软件有Matlab、Mathematica和Maple,它们共同的优点是:

  具有良好的人机交互能力,功能强大,简单易学,可以节省大量的学习程序的时间;使用方便、输入便捷、运算功能齐全,并且带有大量的函数库可供使用;用它来编写程序,不需要大量繁琐的编程过程,只需以数学方式表达和描述,因此特别适合数值计算和工程计算。

  4 数值计算类论文写作的实践

  学生选择数值计算类论文后,会有非常明确的任务,首先要根据自身情况合理选择一种数值计算软件,应用物理专业的学生在大学期间都会接触到计算机程序的设计,或多或少都会接触到以上三个软件中的一种或几种,这是进行数值计算的一个很大的优点;明确需要通过数值计算软件计算的内容;在理论上对研究内容有透彻的了解;进行程序设计;调试程序;程序确定。

  4.1 Maple的应用---混沌系统中庞加莱截面的数值计算

  量子混沌是相对比较复杂的理论,由于缺少处理手段应用物理专业学生在专业学习阶段没有学习。作为数值计算应用的尝试,我们从量子混沌理论中选取了一部分内容,让学生进行数值计算。实践表明,通过数值计算这一有利的工具,即使是本科生在短时间里也能对量子混沌有非常形象的了解。

  庞加莱截面是研究量子混沌问题经常采用的模型,也是反映经典系统是否达到混沌的有力手段。庞加莱截面的计算比较复杂,通常没有解析解,而数值计算提供了一种有效的求解途径。图1所示是在Maple中计算的着名的Henon-Heiles系统在不同能量下的庞加莱截面。可以看到,随着能量增大,系统由可积,到出现被KAM分割的混沌区域,到KAM环面破裂,混沌区域连成整体的详细过程。利用数值计算的优势,在Maple中依次改变参量,就能形象地观察到混沌形成的过程,非常利于对复杂问题的演示和理解。

  4.2 Matlab的应用---联合变换相关图像识别

  联合变换相关是光学图像识别的一种重要技术,最早是在1966年由Weaver和Goodman以及Rau等提出。

  这是光电信息处理方面非常重要的内容,但是相关这方面的仪器设备针对性较强、价格较贵,因此一般学校不会选购。通过数值计算软件Matlab可以很方便地进行编程,模拟实现这一复杂的识别过程,编程得到的程序甚至可以打包生成能够脱离Matlab环境的EXE文件。图2是利用Matlab编程得到的图形用户界面的联合相关变换程序。图3是数值计算结果:其中图a、d是输入的作相关运算的物体;图b、d和图c、f是对应输入的相关峰的二维和三维显示,通过相关峰的分析,我们就可以判断待识别图像和参考图像之间的关系及相关程度。

  5 总结

  通过近几年的实践可以发现,基本上所有选择数值计算类毕业论文的学生,都能够在规定的时间内完成论文的任务安排,说明对于应用物理专业的学生,依据自身较好的计算机应用能力,在较短时间内学习和初步掌握新的数值计算软件,并应用数值计算软件进行较复杂问题的计算是完全可行的。此外,由于数值计算类论文的任务非常具体,学生可以较快地将注意力集中在论文写作中。实践表明,专注于论文内容写作的学生,由于对研究问题明确、熟悉,总是能够在后期程序调制过程中产生很多创新的想法,例如通过参数的设置,研究某些极值问题,或是最佳值问题,产生创新性的结论。同时,这类论文也为学生将来利用物理学知识进行科学研究和工程设计打下良好的基础。

  参考文献:
  [1]詹华伟,张瑜。电子信息工程专业毕业设计选题的质量控制[J].理工高教研究,2010(1):74-77.
  [2]李欣。当前本科毕业设计中存在的主要问题与对策探讨[J].教育教学论坛,2011(17):26-28.
  [3]柳巧玲,米天胜。高校本科毕业设计(论文)教学质量综合评价研究[J].南京审计学院学报,2010(3):100-104.
  [4]胡小燕。本科毕业论文(设计)质量滑坡原因分析及对策[J].科技广场,2005(11):113-114.
  [5]张明,李良荣。计算机仿真技术在实验教学中的应用[J].长春师范学院学报:自然科学版,2010(6):117-119.
  [6]王岚,王听忠。信息技术教育下学生实践能力的培养[J].长春师范学院学报:自然科学版,2007(3):101-103.

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