指导物理本科生毕业设计的几点尝试

郭莉萍和刘传声

(武汉大学物理科学与技术学院，湖北武汉430072)

文摘:介绍了作者在指导物理本科生进行毕业设计中的一些想法和尝试。根据不同学生的毕业去向和个人兴趣，结合作者的科研需求，提出毕业设计选题、研究目标和应完成的基本任务。将毕业设计的内容与毕业后继续攻读研究生学位相结合，与出国留学相结合，与参加工作的职业性质相结合，使学生尽可能地得到基本的科研和技术训练，为毕业后尽快顺利过渡到工作岗位打下基础。

[关键词]毕业设计；学术研究；研究生学历；出国留学；职业发展

【中国图书馆分类编号】G642.477

[文件识别码] A

[文章编号] 1005-4634 (2012) 06-0049-03

0简介

毕业设计作为大学教学的最后一个综合环节，是学生极其重要的学习和训练过程。毕业设计的目的是培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。对于理工科学生来说，提高毕业设计质量是学生提高技能和获得初步科研能力的重要环节。不同的学生未来面临的实际问题可能会有很大的不同。据统计，在过去的五年中，武汉大学物理科学与技术学院物理学专业的本科生中，约有65%的人毕业后继续攻读研究生学位，其中20%的人出国留学，其他学生则走上了工作岗位。对于这些毕业后去异地工作的学生来说，在毕业设计阶段尽可能的进行一些有针对性的科研和技术培训，让学生毕业后尽快过渡到工作岗位，是非常有意义的。作者* * *在2008年至2012期间，指导23名物理学研究生进行毕业设计，毕业设计均来自所承担的科研项目，要求学生参与科研项目的某一部分或环节。本文介绍了作者在指导物理本科生进行毕业设计中的一些思考、尝试和效果。

1毕业设计内容与出国留学相结合

在笔者指导的本科生中，有不少已被国外大学录取继续深造，如2009级学生徐水刚，2012级学生周，被美国石溪大学录取。相对而言，国内高校本科生对理论知识的学习比较系统深入，但实践能力的培养相对薄弱；对传统知识掌握扎实，但对学科前沿的最新动态了解不多，专业知识和学科视野不够开阔。对于这些即将出国深造的学生来说，出国留学并不难，但研究能力的缺失更难，所以急需尽快过渡和适应国外大学的研究工作。在指导这些本科生毕业设计时，特别注重文献研究能力和实践能力的培养。

文献研究方面，要求学生做系统、深入的国内外文献检索，完成国际权威数据库SCI、EI收录的英文论文检索，特别是本学科国际国内主要专业期刊、国际顶级权威期刊的论文检索，获取研究课题最新、最权威的文献，以及发展过程中的关键文献和早期基础文献。在充分掌握文献的基础上，先阅读阅读中文文献，再阅读英文文献，并做文献阅读报告，在小组内讨论文献，帮助学生理解文献内容。在此基础上，写一篇研究报告，在小组做一篇文献综述报告。通过完整的文献研究、广泛的文献阅读、深入的文献探讨和系统的文献综述，学生不仅大大开阔了视野，更重要的是大大提高了获取知识的能力，为今后快速适应国外研究生生活打下了良好的基础。

如武汉大学2012级学生周的毕业设计题目为“武汉大学离子枪与电子显微镜联机装置”。所研究的装置是国内唯一一台，目前世界上运行的同类装置不到十台。该装置可用于在离子辐照注入部位原位研究材料的微结构变化过程，是研究离子束与物质相互作用不可多得的具有独特特性的设备。这位学生不仅对世界上现有的器件进行了全面的考察，而且考察了Pashley和Pre sland在1961首次报道用80 kV透射电子显微镜原位观察到电子束辐照Au的损伤后，近50年来所有的类似器件。通过对该类装置研制过程的完整考察，全面深入了解该类装置的技术特点、关键技术、技术难点、主要应用和未来发展趋势，提高文献研究、阅读和总结能力。

对于动手能力的培养，往往有一个误区，就是培养学生对仪器设备的操作能力。笔者认为，仅仅会操作是不够的，更应该重视设备结构、部件加工、功能完善、故障排除等方面的训练。例如，周的毕业设计任务是绘制工作图、提高真空、调整离子束路径和测量离子束电流。首先要求学生制作器件的工程图，这对于一个从未接触过工程图的物理系学生来说很难，但是他去美国读研究生的研究方向往往会涉及到制图问题。(毕业设计)由于认识到工程制图对其今后研究工作的重要性，该生积极自学，在1个月内掌握了基本的计算机绘图技术，绘制出了符合基本要求的图纸，包括装置主要部件的图纸:离子源、聚焦透镜、双偏转板、四刀狭缝、光阑、离子束与电子显微镜的接口、真空接口，以及根据离子光路传输的实际几何布局组装的装置的完整图纸。在画图纸的过程中，趁着设备故障，把设备拆开，测量了各个部件的尺寸。通过这个过程，学生不仅培养了绘图能力，而且对装置的原理有了更直观的了解，为后期的装置改进和调试打下了基础。比如对聚光器和导流器之间的过渡板进行加工改进，提高了装置的真空度；离子传输光路的调整由激光准直完成。在测量束流时，发现无法加聚焦高压，出现了点火现象。高压摇床测试发现，调焦透镜的中筒对地电阻很低，因此判断中筒有故障。取下后发现气缸确实坏了，处理后恢复正常。通过参与光束测试，获得了满意的测量结果。通过这些绘图、加工、改进、反复拆卸、反复测量、排除故障、反复调试等过程。，学生的能力得到锻炼，同时在实际的科学研究中对物理实验研究所需的‘细致、执着、创新’等必备素质有了真正的了解。

2毕业设计内容及攻读国内研究生学位

在作者指导的本科毕业生中，有部分学生被国内高校或研究机构录取或保送攻读研究生学位，其中包括作者指导的博士和硕士。对于这类学生，笔者将其毕业设计的研究内容与即将开始攻读研究生期间的研究内容紧密联系起来，帮助学生尽快进入研究生阶段。事实上，由于第一年研究生学位课程学习任务繁重，很难有时间从事研究工作。大多数学生在第二年才开始有时间投入到科研中。所以从大学四年级到研究生二年级，有一年半的差距。但如果在毕业设计期间能得到良好的科研训练，那么在研究生第一年学习课程的同时做一些研究工作是有可能的。按照这一思路，对准备继续攻读研究生学位的本科毕业生进行科研训练，取得了良好的效果。比如2008级本科生李铁，就考上了笔者的博士点。他的研究方向是核技术在材料科学中的应用，包括同步辐射和离子注入。因此分配给该生的本科毕业设计题目是“Si1-xMnx稀磁半导体的同步辐射研究”，其任务是利用同步辐射X射线精细结构谱(XAFS)分析Mn掺杂过渡金属离子制备的磁性半导体的局域结构。学术背景是稀磁半导体兼具铁磁和半导体性质，是未来自旋电子学的关键材料。在硅单晶等材料中注入峰值浓度约为1%的Mn可以产生铁磁性，因此少量掺杂的Mn原子对磁性的产生起着决定性的作用。和所有其他物理性质一样，这种磁性来源于其结构的变化。因此，研究Mn原子周围的局域结构可以为理解铁磁性机制提供关键信息，而XAFS方法是研究局域结构的独特技术。该生本科期间系统学习过XAFS方法，但没有用该方法研究过实际问题。我在毕业设计期间，通过在磁性半导体中的实际应用，学习并掌握了XAFS的数据处理方法和软件。通过对实际数据的处理和分析，我不仅得到了几个样品中掺杂原子的局域结构的结果，而且合理地解释了它们的磁性微结构的起源，加深了我对这种有特色的实验方法的理解。进入研究生后，我立即去上海光源和北京同步辐射装置做XAFS实验测量，更加熟悉实验技术，获得新的实验数据。该生在总结了本科毕业论文和研究生期间的补充工作后，在国际专业期刊《真空》上发表了一篇SCI论文，成功实现了本科毕业设计与研究生科研工作的有机衔接。

3毕业设计内容与工作相结合。

笔者指导下的部分毕业生直接参加工作，他们毕业的主要去向是企业用人单位，将主要从事与生产实践相结合的技术工作，而不是实验室的基础研究。对于这些学生来说，如何让他们尽快从大学课程过渡到实际工作，也是一个值得思考的问题。作者根据毕业后的实际工作性质，有针对性地安排毕业设计的内容和任务。同时，作为一个综合性大学的物理系学生，最基础的科研训练也是不可或缺的。例如，2008届毕业生周国琴毕业后将去华为从事软件开发工作。作者给他的毕业设计题目是“低活化钢的穆斯堡尔谱研究”，主要任务是用专业软件MOSFUN和MBT拟合分析穆斯堡尔谱。同时要求完成厚度小于30微米的样品制备、穆斯堡尔谱测量和拟合结果的物理分析。该生通过毕业设计掌握了穆斯堡尔谱的数据处理方法和专业软件的使用，对软件采用的算法有了更深入的理解。这种训练对他未来的软件开发是有益的。

4结论

本文介绍了作者在指导物理学本科生毕业论文中的一些思考和尝试。主要是根据学生毕业后的去向，有针对性地安排内容和任务，提高学生的文献研究能力、动手能力、数据处理能力、分析能力和科研论文写作能力，为尽快顺利过渡到毕业后工作打下基础。通过毕业设计，部分本科生以第一作者身份在国际专业期刊发表SCI论文，部分本科生以第一作者身份获得授权实用新型专利，可见这些尝试取得了良好的效果。对于本科毕业生来说，毕业设计虽然只有短短的三个多月，只占大学四年学习时间的一小部分，但它是大学学习的最后一项工作，也是进行一些基础科研和技术训练的好机会，值得不断思考、探索和提高，为提高学生的科技素质把好最后一关。