應用物理學專業(yè)學生應選擇數(shù)值計算類畢業(yè)論文題目
應用物理學專業(yè)是高等教育中的重要專業(yè)之一，目標是培養(yǎng)掌握物理學基本理論與方法，下面是小編搜集整理的一篇相關論文范文，供大家閱讀借鑒。
高等學校的畢業(yè)論文是本科人才培養(yǎng)中十分重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，畢業(yè)論文的完成過程包括畢業(yè)論文選題、文獻查閱、方案設計、實驗研究、數(shù)據(jù)分析與處理、畢業(yè)論文撰寫等多個階段。其中，選題是畢業(yè)論文教學的起點，也是決定畢業(yè)論文框架、論文主要內(nèi)容和論文質(zhì)量的關鍵因素之一，合理選擇和確定畢業(yè)論文的課題對保證畢業(yè)論文工作的順利開展和完成有重要推動作用[1-2].
應用物理學專業(yè)是高等教育中的重要專業(yè)之一，目標是培養(yǎng)掌握物理學基本理論與方法，具有良好的數(shù)學基礎和基本實驗技能，掌握電子技術、計算機技術、光纖通信技術等方面的應用基礎知識和技術，能在物理學、計算機技術及應用、光電子技術等相關技術領域從事科研、教學、技術開發(fā)與應用、管理等工作的高級專門人才。本文針對應用物理學專業(yè)特點，分析了目前應用物理專業(yè)學生畢業(yè)論文選題存在的問題，認為在選擇合適的計算軟件基礎上，數(shù)值計算類畢業(yè)論文適合本專業(yè)學生的實際情況，能有效避免空洞的概述類論文，提高學生的數(shù)值計算能力和分析問題能力，能為學生將來進行科學研究和工程設計打下良好的基礎。
1 明確應用物理學專業(yè)論文選題存在的問題
在應用物理學專業(yè)的培養(yǎng)計劃中，畢業(yè)論文一般是作為學生在校的最后一個教學環(huán)節(jié)安排在第四學年進行，完成畢業(yè)論文的時間在不同的學校間也有較大差異，一般在十幾周到二十幾周不等[3].下面從教師和學生兩方面分析目前應用物理學專業(yè)畢業(yè)論文選題中存在的問題：
1.1 對教師而言，指導學生人數(shù)多
指導教師是影響畢業(yè)論文質(zhì)量的重要因素，教師的時間、精力投入影響畢業(yè)論文指導的質(zhì)量。由于近幾年的連續(xù)擴招，學生人數(shù)不斷增加，造成指導教師資源相對緊缺，對應的每個教師指導的學生數(shù)量相對增加，有的教師指導十幾甚至幾十個學生;另一方面，多數(shù)本科高等院校畢業(yè)論文采用/一人一題0的方式，而且為了避免學生抄襲，要求教師所出的論文題目幾年內(nèi)不能重復，這就要求教師要出非常多的題目，這往往會超出教師自身研究方向的范圍。因此為了完成任務，且滿足學校要求，很多教師出的論文題目都是綜述性的或者概述性的，這類題目很容易導致學生在畢業(yè)論文環(huán)節(jié)上投入的時間、精力不足，畢業(yè)論文質(zhì)量難以得到保障。
1.2 對學生而言，難以將精力集中在論文寫作上
準備找工作的學生，面臨較大的就業(yè)壓力，往往提早擇業(yè)時間，導致就業(yè)與畢業(yè)論文工作發(fā)生較大沖突。就業(yè)壓力使學生不得不把主要精力放在解決就業(yè)問題上，對畢業(yè)論文只好匆忙應付，畢業(yè)論文的質(zhì)量自然難以保證。還有一些學生則在畢業(yè)論文尚未完成之時就已與用人單位簽好了合同，在他們看來，畢業(yè)論文的成績與就業(yè)沒有直接關系，畢業(yè)論文質(zhì)量的好差不會影響其就業(yè)。有些用人單位要求簽約學生提前上崗，致使這些學生無暇顧及畢業(yè)論文。在這些功利之心的支配下，不少學生采取消極應付的態(tài)度對待畢業(yè)論文，必然會影響畢業(yè)論文的質(zhì)量[4].
準備考研的學生要拿出大量精力準備研究生的初試和復試，即使復試通過了，有了大量時間，也會覺得已經(jīng)考取了研究生，畢業(yè)論文只需要隨便應付就可以，甚至出現(xiàn)過有些學生請求老師更換論文題目，減少論文撰寫工作量的情況。
目前大部分學生在畢業(yè)設計選題時顯得十分被動，傾向于隨意選一些驗證性的、總結性的或概況性的題目，希望能減少論文的寫作工作量，這類論文寫作的隨意性比較大，而且也沒有非常明確的量化考核標準，既缺乏創(chuàng)新性，又缺乏理論價值和應用背景。
2 結合應用物理學專業(yè)特點，選擇數(shù)值計算類論文題目
隨著計算機技術的發(fā)展、科學技術的進步，計算機的應用范圍已擴大到許多學科領域，數(shù)值計算已成為人類進行科學活動的一個重要途徑。應用物理學專業(yè)強調(diào)物理學在國民工業(yè)當中的應用，近年來應用物理專業(yè)又大力加強了電子技術和計算機技術方面的基礎研究。因此，應用物理專業(yè)的學生應該發(fā)揮自身理工結合的特點，注重學習計算機知識，有意識地培養(yǎng)自己的數(shù)值計算能力，并能夠熟練地利用計算機輔助自己的工作和學習，這樣才能更加發(fā)揮應用物理專業(yè)人才的優(yōu)勢[5-6].
選擇數(shù)值計算類的論文題目，將計算機的應用和學生的論文寫作結合在一起，有助于應用物理專業(yè)學生進一步學習計算機的應用，有利于學生熟悉相關的計算軟件，熟悉數(shù)值計算的一般方法和過程，對以后的工作或學習都會有很好的幫助。
2.1 與專業(yè)特點相結合，更好地培養(yǎng)學生的計算機應用能力
應用物理學專業(yè)學生本身具有較好的計算機應用能力，通過掌握數(shù)值計算的方法，可以進一步解決一些復雜的、原先無法求解或深入探討的問題，這種解決問題過程的訓練，能幫助學生清晰、明確地理解物理規(guī)律，提高分析問題、解決問題的能力，使他們在探索用計算機解決物理問題時，模擬計算能力及創(chuàng)新能力得以提高。
2.2 論文任務明確，有效避免空洞的綜述類論文
綜述類的論文，雖然看似也可以嚴格要求，但是很難歸納出定量的寫作要求，也沒有明確的衡量標準，因此學生在寫作過程中隨意性比較大，即使資料查找得不完備也很難體現(xiàn)出來，這種論文缺乏理論價值和應用背景。數(shù)值計算類的論文，首先具有非常明確的研究內(nèi)容，要求學生用某一種軟件，進行某一方面的數(shù)值計算，能夠讓學生很短時間內(nèi)集中精力專心解決具體問題，能提高學生寫作的成就感和興趣，有利于培養(yǎng)學生的自主能力和科學探索精神。
2.3 合理選擇計算軟件，能夠節(jié)省論文寫作時間
好的數(shù)值計算軟件，具有良好的人機交互性能，大學低年級的學生和非計算專業(yè)的學生只要經(jīng)過數(shù)小時的學習就可以入門，經(jīng)過數(shù)十小時的使用就可基本掌握，節(jié)省大量的學習程序的時間。
2.4 更容易提高論文的創(chuàng)新性
數(shù)值計算類論文的寫作過程為查資料、模擬計算、分析討論、歸納總結以及撰寫論文。利用數(shù)值計算，可以在分析中隨時改動參數(shù)值，便于發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，更深刻地理解物理現(xiàn)象。有助于學生分析問題、解決問題能力的提高，培養(yǎng)他們的科學探索精神。與實驗研究和理論研究相比較，數(shù)值計算更容易有創(chuàng)新。
2.5 有利于學生畢業(yè)后的進一步發(fā)展
應用物理學專業(yè)畢業(yè)后參加工作的學生，大多在物理學或相關的科學技術領域從事技術類工作。在工程技術開發(fā)領域中，人們經(jīng)常需要對研究對象進行數(shù)值模擬計算：首先建立模型，用計算機程序實現(xiàn)系統(tǒng)的運行過程和得到運算結果，尋找出最優(yōu)方案，然后再予以物理實現(xiàn)。因此，選擇模擬計算類的畢業(yè)論文，初步掌握模擬計算方法，有利于學生在以后工作中的發(fā)展。
本專業(yè)考取研究生的學生，主要在物理學或相關的科學技術領域中從事科研工作。隨著計算機技術的發(fā)展，模擬計算已成為人類進行科研工作的一個重要途徑，從事科研工作已經(jīng)離不開數(shù)值計算。數(shù)值計算類的論文有利于這些學生掌握基本的數(shù)值計算研究方法，培養(yǎng)運用計算機解決復雜、抽象問題的能力，初步形成科學精神和科學態(tài)度。在掌握了這種新的解決物理問題的工具的情況下，學生科學研究的興趣和積極性必然會有所提高，也可以加強他們對現(xiàn)代科學技術的熱愛，培養(yǎng)學生鉆研問題的習慣，這些科學素養(yǎng)的形成也為他們將來進入研究生階段更好地深造打下了基礎。
3 數(shù)值計算軟件的選擇
通常程序的編制過程是比較繁瑣的，它不僅要求我們熟練掌握所使用的計算機語言，深刻了解所要求解的問題以找到一個可靠性較好的算法，還必須考慮各種可能的條件。選擇恰當?shù)臄?shù)值計算軟件，是非計算機專業(yè)學生和教師充分利用計算機的有效途徑，優(yōu)秀的數(shù)值計算軟件可以為使用者節(jié)省大量學習程序的時間，擺脫傳統(tǒng)非交互式程序設計語言的編輯模式，避免資源浪費，提高工作效率，起到事半功倍的效果。對于非計算機專業(yè)的`學生和教學人員，常用的數(shù)值計算軟件有Matlab、Mathematica和Maple,它們共同的優(yōu)點是：
具有良好的人機交互能力，功能強大，簡單易學，可以節(jié)省大量的學習程序的時間;使用方便、輸入便捷、運算功能齊全，并且?guī)в写罅康暮瘮?shù)庫可供使用;用它來編寫程序，不需要大量繁瑣的編程過程，只需以數(shù)學方式表達和描述，因此特別適合數(shù)值計算和工程計算。
4 數(shù)值計算類論文寫作的實踐
學生選擇數(shù)值計算類論文后，會有非常明確的任務，首先要根據(jù)自身情況合理選擇一種數(shù)值計算軟件，應用物理專業(yè)的學生在大學期間都會接觸到計算機程序的設計，或多或少都會接觸到以上三個軟件中的一種或幾種，這是進行數(shù)值計算的一個很大的優(yōu)點;明確需要通過數(shù)值計算軟件計算的內(nèi)容;在理論上對研究內(nèi)容有透徹的了解;進行程序設計;調(diào)試程序;程序確定。
4.1 Maple的應用---混沌系統(tǒng)中龐加萊截面的數(shù)值計算
量子混沌是相對比較復雜的理論，由于缺少處理手段應用物理專業(yè)學生在專業(yè)學習階段沒有學習。作為數(shù)值計算應用的嘗試，我們從量子混沌理論中選取了一部分內(nèi)容，讓學生進行數(shù)值計算。實踐表明，通過數(shù)值計算這一有利的工具，即使是本科生在短時間里也能對量子混沌有非常形象的了解。
龐加萊截面是研究量子混沌問題經(jīng)常采用的模型，也是反映經(jīng)典系統(tǒng)是否達到混沌的有力手段。龐加萊截面的計算比較復雜，通常沒有解析解，而數(shù)值計算提供了一種有效的求解途徑。圖1所示是在Maple中計算的著名的Henon-Heiles系統(tǒng)在不同能量下的龐加萊截面�？梢钥吹�，隨著能量增大，系統(tǒng)由可積，到出現(xiàn)被KAM分割的混沌區(qū)域，到KAM環(huán)面破裂，混沌區(qū)域連成整體的詳細過程。利用數(shù)值計算的優(yōu)勢，在Maple中依次改變參量，就能形象地觀察到混沌形成的過程，非常利于對復雜問題的演示和理解。
4.2 Matlab的應用---聯(lián)合變換相關圖像識別
聯(lián)合變換相關是光學圖像識別的一種重要技術，最早是在1966年由Weaver和Goodman以及Rau等提出。
這是光電信息處理方面非常重要的內(nèi)容，但是相關這方面的儀器設備針對性較強、價格較貴，因此一般學校不會選購。通過數(shù)值計算軟件Matlab可以很方便地進行編程，模擬實現(xiàn)這一復雜的識別過程，編程得到的程序甚至可以打包生成能夠脫離Matlab環(huán)境的EXE文件。圖2是利用Matlab編程得到的圖形用戶界面的聯(lián)合相關變換程序。圖3是數(shù)值計算結果：其中圖a、d是輸入的作相關運算的物體;圖b、d和圖c、f是對應輸入的相關峰的二維和三維顯示，通過相關峰的分析，我們就可以判斷待識別圖像和參考圖像之間的關系及相關程度。
5 總結
通過近幾年的實踐可以發(fā)現(xiàn)，基本上所有選擇數(shù)值計算類畢業(yè)論文的學生，都能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成論文的任務安排，說明對于應用物理專業(yè)的學生，依據(jù)自身較好的計算機應用能力，在較短時間內(nèi)學習和初步掌握新的數(shù)值計算軟件，并應用數(shù)值計算軟件進行較復雜問題的計算是完全可行的。此外，由于數(shù)值計算類論文的任務非常具體，學生可以較快地將注意力集中在論文寫作中。實踐表明，專注于論文內(nèi)容寫作的學生，由于對研究問題明確、熟悉，總是能夠在后期程序調(diào)制過程中產(chǎn)生很多創(chuàng)新的想法，例如通過參數(shù)的設置，研究某些極值問題，或是最佳值問題，產(chǎn)生創(chuàng)新性的結論。同時，這類論文也為學生將來利用物理學知識進行科學研究和工程設計打下良好的基礎。
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