- 相關(guān)推薦
指導(dǎo)物理類本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些嘗試
指導(dǎo)物理類本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些嘗試郭立平 劉傳勝
�。ㄎ錆h大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北武漢430072）
[摘要] 介紹了筆者在指導(dǎo)物理類大學(xué)本科生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中的一些思考和嘗試。針對不同學(xué)生的畢業(yè)去向和個人興趣，結(jié)合筆者的科研需要，提出畢業(yè)設(shè)計(jì)題目、研究目標(biāo)和應(yīng)當(dāng)完成的基本任務(wù)。將畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與畢業(yè)后繼續(xù)攻讀研究生學(xué)位相結(jié)合、與出國留學(xué)相結(jié)合、與參加工作的職業(yè)性質(zhì)相結(jié)合，盡可能使學(xué)生獲得基本的科研和技術(shù)訓(xùn)練，為畢業(yè)后盡快向所從事工作的順利過渡打下基礎(chǔ)。
[關(guān)鍵詞] 畢業(yè)設(shè)計(jì)；學(xué)術(shù)研究；研究生學(xué)位；出國留學(xué)；職業(yè)發(fā)展
[中圖分類號]G642.477
[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A
[文章編號] 1005-4634 （2012） 06-0049-03
0 引言
作為大學(xué)教學(xué)的最后一個綜合性環(huán)節(jié)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生極為重要的一個學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過程。畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。對理工科學(xué)生而言，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，是學(xué)生提高技術(shù)能力并獲取初步科研能力的一個重要環(huán)節(jié)。不同的學(xué)生未來所面臨的實(shí)際問題可能差別很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近五年來，武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理類專業(yè)的本科生畢業(yè)后約65%繼續(xù)攻讀研究生學(xué)位，20%的學(xué)生出國留學(xué)，其他學(xué)生參加工作。對這些畢業(yè)后不同去向的學(xué)生，在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段盡可能進(jìn)行一些有針對性的科研和技術(shù)訓(xùn)練，對于學(xué)生畢業(yè)后盡快向工作過渡是很有意義的。筆者在2008年至2012年期間共指導(dǎo)了23名物理系本科畢業(yè)生作畢業(yè)設(shè)計(jì)，題目全部來自于所承擔(dān)的科研項(xiàng)目，要求學(xué)生參加科研項(xiàng)目的某個部分或者環(huán)節(jié)。本文介紹了筆者在指導(dǎo)物理專業(yè)本科生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)方面的一些思索、嘗試和效果。
1 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與出國留學(xué)相結(jié)合
在筆者指導(dǎo)的本科生中，先后有多人被國外高校錄取為研究生繼續(xù)深造，如2009屆學(xué)生徐水鋼被香港科技大學(xué)錄取，2012屆學(xué)生周明亮被美國石溪大學(xué)錄取。相對而言，國內(nèi)高校的本科生在理論知識的學(xué)習(xí)上比較系統(tǒng)、深入，而動手能力的培養(yǎng)則比較薄弱；對傳統(tǒng)知識的掌握比較牢固，而對學(xué)科前沿的最新動態(tài)則了解不多，專業(yè)知識面和學(xué)科視野不夠?qū)拸V。對于這些即將出國深造的學(xué)生而言，國外的課程學(xué)習(xí)并不困難，比較困難的是研究能力的欠缺，因此盡快過渡并適應(yīng)國外高校的研究工作顯得比較迫切。在指導(dǎo)這些本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)時，特別注意對文獻(xiàn)調(diào)研能力和動手能力的鍛煉。
在文獻(xiàn)調(diào)研方面，要求學(xué)生做系統(tǒng)深入的國內(nèi)外文獻(xiàn)檢索，完成對被國際權(quán)威數(shù)據(jù)庫SCI和EI收錄的英文論文的檢索，特別是對本學(xué)科國際和國內(nèi)主要專業(yè)期刊和國際頂級權(quán)威期刊的論文檢索，獲得所研究課題的最新文獻(xiàn)和最權(quán)威文獻(xiàn)，以及發(fā)展過程中的關(guān)鍵文獻(xiàn)和早期的基礎(chǔ)文獻(xiàn)。在充分掌握文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，先閱讀中文文獻(xiàn)，后閱讀英文文獻(xiàn)，并在組內(nèi)做文獻(xiàn)閱讀報(bào)告，進(jìn)行文獻(xiàn)討論，幫助學(xué)生理解文獻(xiàn)內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，撰寫調(diào)研報(bào)告，并在組內(nèi)做文獻(xiàn)綜述報(bào)告。通過完整的文獻(xiàn)調(diào)研、大量的文獻(xiàn)閱讀、深入的文獻(xiàn)討論和系統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述，學(xué)生不僅極大地開拓了視野，更重要的是大大提高了獲取知識的能力，為日后快速適應(yīng)國外研究生生活打下良好基礎(chǔ)。
例如，2012屆學(xué)生周明亮同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是《武漢大學(xué)離子槍一電鏡聯(lián)機(jī)裝置》，所研究的裝置是我國唯一的一臺，目前國際上正在運(yùn)行的類似裝置總共只有不到十臺。這種裝置可以在離子輻照注入現(xiàn)場原位研究材料的微觀結(jié)構(gòu)變化過程，是研究離子束與物質(zhì)相互的極富特色的稀有設(shè)備。該同學(xué)不僅對國際上現(xiàn)有裝置進(jìn)行了全面調(diào)研，而且調(diào)研了自1961年P(guān)ashley和Pre sland國際上首次報(bào)道利用80 kV透射電子顯微鏡原位觀察Au的電子束輻照損傷以來至今50年來的全部類似裝置。通過對該類裝置發(fā)展歷程的完整調(diào)研，對該類裝置的技術(shù)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)、技術(shù)難點(diǎn)、主要應(yīng)用和未來發(fā)展趨勢有了全面深入的了解，并提高了文獻(xiàn)調(diào)研、閱讀和綜述能力。
對于動手能力的培養(yǎng)，往往有一個誤區(qū)，就是培養(yǎng)學(xué)生儀器設(shè)備的操作能力。筆者認(rèn)為，只會操作是不夠的，而是更加強(qiáng)調(diào)對設(shè)備的結(jié)構(gòu)、部件的加工、功能的改進(jìn)、故障的排除等多方面的鍛煉。例如，給周明亮同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是繪制工圖、改進(jìn)真空、調(diào)節(jié)離子光路、測量離子束流。首先要求該生對裝置進(jìn)行工程制圖，這對一個從未接觸過工程制圖的學(xué)物理的學(xué)生來說有一定難度，但他去美國攻讀研究生的研究方向會經(jīng)常涉及制圖問題。(畢業(yè)設(shè)計(jì) www.panasonaic.com)由于了解工程制圖對其未來研究工作的重要性，該生積極自學(xué)，在1個月時間內(nèi)就掌握了基本的電腦制圖技術(shù)，并繪制了滿足基本要求的圖紙，包括該裝置的主要部件：離子源、聚焦透鏡、雙偏轉(zhuǎn)板、四刀狹縫、光闌、離子束與電鏡接口和真空接口的圖紙，以及按離子光路傳輸?shù)膶?shí)際幾何布局進(jìn)行組裝的完整裝置圖紙。在繪制圖紙過程中，利用裝置出現(xiàn)故障的機(jī)會，拆開了裝置并測量其中各部件的尺寸。通過這一過程，該生既培養(yǎng)了繪圖能力，又對裝置的原理有了更直觀的理解，并為后面的裝置改進(jìn)和調(diào)試打下了基礎(chǔ)。例如，加工并改進(jìn)了聚焦器與偏轉(zhuǎn)器之間的過渡板，提高了裝置的真空度；用激光準(zhǔn)直完成了離子傳輸光路的調(diào)整。在測束流時發(fā)現(xiàn)聚焦高壓加不上去，出現(xiàn)打火現(xiàn)象，高壓搖表測試發(fā)現(xiàn)聚焦透鏡的中間圓筒與地之間電阻很低，于是判斷中間圓筒出現(xiàn)故障，取下后發(fā)現(xiàn)果然是圓筒被擊穿，處理后恢復(fù)正常。通過參與束流測試工作，獲得滿意的測量結(jié)果。通過這些繪圖、加工、改進(jìn)、反復(fù)拆裝、多次測量、故障排除、反復(fù)調(diào)試等過程，在使學(xué)生能力得到鍛煉的同時，也對實(shí)際科研中的物理實(shí)驗(yàn)研究所需要的細(xì)致、堅(jiān)持、創(chuàng)新等必備品質(zhì)有了真切的體會。
2 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與攻讀國內(nèi)研究生學(xué)位相結(jié)合
在筆者所指導(dǎo)的本科畢業(yè)生中，有的學(xué)生考上或被保送到國內(nèi)高�；蜓芯繂挝还プx研究生學(xué)位，包括在筆者的指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)位和碩士學(xué)位。對于這樣的學(xué)生，筆者將其畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容與即將開始攻讀研究生學(xué)位期間的研究內(nèi)容緊密銜接起來，以利于學(xué)生盡快進(jìn)入研究生階段的學(xué)習(xí)。實(shí)際上，由于研究生一年級學(xué)位課程學(xué)習(xí)任務(wù)很重，很難有時間從事研究工作，大多數(shù)學(xué)生是在研究生二年級才開始真正有時間投入到科研中。因此，從大學(xué)四年級上學(xué)期修完本科學(xué)分到研究生二年級，留下了一年半的空檔期。但是，如果在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間能受到良好的科研訓(xùn)練，那么就有可能在讀研究生一年級時在課程學(xué)習(xí)的同時就能進(jìn)行一部分研究工作。按照這個思路對準(zhǔn)備繼續(xù)攻讀研究生學(xué)位的本科畢業(yè)生進(jìn)行比較深入的科研訓(xùn)練，取得了較好效果。例如，2008屆本科畢業(yè)生李鐵成考上了筆者的博士研究生，博士論文的研究方向是核技術(shù)在材料科學(xué)中的應(yīng)用，包括同步輻射和離子注入技術(shù)。為此，布置給該生的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是《Si1-xMnx稀磁半導(dǎo)體的同步輻射研究》，任務(wù)是應(yīng)用同步輻射X射線精細(xì)結(jié)構(gòu)譜學(xué)（XAFS）對過渡金屬M(fèi)n離子參雜硅所制備的磁性半導(dǎo)體進(jìn)行局域結(jié)構(gòu)分析。其學(xué)術(shù)背景是，稀磁半導(dǎo)體同時兼有鐵磁性和半導(dǎo)體性質(zhì)，是未來自旋電子學(xué)的關(guān)鍵材料，在材料如硅單晶中注入峰值濃度約1%的Mn即可產(chǎn)生鐵磁性，因此摻入的少量Mn原子對磁性的產(chǎn)生起著決定性作用。與所有其他物理性質(zhì)一樣，此磁性的產(chǎn)生也起源于其結(jié)構(gòu)的變化，因此，研究Mn原子周圍的局域結(jié)構(gòu)，對于了解鐵磁性的產(chǎn)生機(jī)理可以提供關(guān)鍵的信息，而XAFS方法則是研究局域結(jié)構(gòu)的獨(dú)特技術(shù)。該生在本科專業(yè)課學(xué)習(xí)期間曾系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過XAFS方法，但沒有用該方法研究過實(shí)際問題。畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，通過在磁性半導(dǎo)體中的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)習(xí)并熟練掌握了XAFS數(shù)據(jù)處理方法和軟件，并通過對實(shí)際數(shù)據(jù)的處理和分析，不但獲得了多個樣品的摻雜原子局域結(jié)構(gòu)結(jié)果，合理解釋了其磁性的微觀結(jié)構(gòu)起源，而且加深了對這種特色實(shí)驗(yàn)方法的理解。進(jìn)入研究生學(xué)習(xí)后，立即先后赴上海光源和北京同步輻射裝置做XAFS實(shí)驗(yàn)測量，進(jìn)一步熟悉了實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并獲取了新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該生將本科論文和研究生期間補(bǔ)充的工作進(jìn)行總結(jié)后，在國際專業(yè)期刊《Vacuum》上發(fā)表SCI論文一篇，順利實(shí)現(xiàn)了本科畢業(yè)設(shè)計(jì)與研究生階段研究工作的有機(jī)銜接。
3 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與參加工作相結(jié)合
筆者指導(dǎo)的畢業(yè)生中有一部分直接參加工作，他們畢業(yè)的主要去向是企業(yè)類用人單位，將主要從事與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的技術(shù)工作，而不是實(shí)驗(yàn)室里的基礎(chǔ)研究。對這部分學(xué)生，如何使其盡快從大學(xué)課程學(xué)習(xí)過渡到實(shí)際工作，也是值得思考的問題。筆者在指導(dǎo)其進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時，根據(jù)其畢業(yè)后實(shí)際的工作性質(zhì)，有針對性地安排畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和任務(wù)。同時，作為綜合性大學(xué)的物理系學(xué)生，最基本的科研訓(xùn)練也是不可缺少的。例如，2008屆畢業(yè)生周國芹同學(xué)畢業(yè)后將去華為公司從事軟件開發(fā)，筆者給他的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是《低活化鋼的穆斯堡爾譜學(xué)研究》，主要任務(wù)是應(yīng)用專業(yè)軟件MOSFUN和MBT對穆斯堡爾譜進(jìn)行擬合分析。同時，要求完成厚度小于30微米的樣品制備、穆斯堡爾譜測量和擬合結(jié)果的物理分析。該同學(xué)通過畢業(yè)設(shè)計(jì)掌握了穆斯堡爾譜的數(shù)據(jù)處理方法和專業(yè)軟件的使用，對軟件所采取的算法也有了比較深入的了解，這種訓(xùn)練對于其日后從事軟件開發(fā)是有益的。
4 結(jié)束語
本文介紹了筆者在指導(dǎo)物理系本科生畢業(yè)論文方面的一些思考和嘗試。主要是根據(jù)學(xué)生畢業(yè)后的去向有針對性地布置內(nèi)容和任務(wù)，提高學(xué)生的文獻(xiàn)調(diào)研能力、動手能力、數(shù)據(jù)處理能力、分析能力和科研論文寫作能力，為盡快向畢業(yè)后工作的順利過渡打下基礎(chǔ)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，有本科生作為第一作者在國際專業(yè)期刊上發(fā)表了SCI論文，有本科生作為第一作者獲得了授權(quán)的實(shí)用新型專利，表明這些嘗試獲得了良好的效果。對于本科畢業(yè)生而言，雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)只有短短的三個多月的時間，只占四年的大學(xué)學(xué)習(xí)時間的一小部分，然而卻是大學(xué)學(xué)習(xí)的收官之作，是進(jìn)行一些最基本的科研和技術(shù)訓(xùn)練的良機(jī)，值得不斷地思考、探索和改進(jìn)，為提高學(xué)生的科學(xué)和技術(shù)素質(zhì)把好最后一關(guān)。
【指導(dǎo)物理類本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些嘗試】相關(guān)文章：
畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作指導(dǎo)11-25
畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)紀(jì)要08-26
指導(dǎo)學(xué)生自改習(xí)作的嘗試08-17
初步嘗試“指導(dǎo)——自學(xué)”教改的體會08-18
畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)工作總結(jié)11-26
畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評語03-16
如何指導(dǎo)學(xué)生學(xué)好物理08-23
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)會議紀(jì)要08-23