计算机仿真在理工科毕业论文中的实践与探索
梁兰菊，闫昕，韦德泉，张兴坊，吕依颖
（枣庄学院 光电工程学院，山东 枣庄）
摘 要： 探讨了理工科毕业论文中计算机仿真应用的必要性，分析了几种计算机仿真方法，通过教师传授、延伸课本、仿真与实验结合进行毕业论文指导，列举了相应的措施，提高了计算机仿真在理工科毕业论文的应用。
关键词： 理工科毕业论文；计算机仿真；实践与探索
本科毕业论文是教育部对高等学校进行本科教学质量评估和审核评估一个非常重要的考核点，本科毕业论文也是教学计划中的一个重要教学环节，本科毕业论文的质量能够反映高等学校的教学质量，能够客观评价教与学，体现学生的创新创业能力，是学生毕业取得学位资格认定的重要依据。可以说本科毕业论文对于高等学校本科教育具有重要意义，但是本科毕业论文在管理系统[1]、质量评估[2]、档案管理[2]、重复率检测[3]、质量监管[2,4,5]、写作方法[6,7]等方面还存在各种不完善，从而导致本科毕业论文质量得不到保障。体现本科毕业论文的核心是本科毕业论文的内容，学生能否独立查阅论文，并对获取的信息进行正确的分类、归纳、总结和应用，并应用所学习的专业知识提出问题，并找到问题的切入点，应用科学的计算方法解决问题，使研究内容具有一定的创新型。计算机仿真是科学的计算方法之一，如何有效学习和利用计算机仿真方法决定着毕业论文的内容和质量。本论文以理工科毕业论文中计算机仿真的应用进行探索和研究。
一 计算机仿真的必要性
计算机仿真在理工科本科毕业论文中的应用是必要的，是由理工科的学科特点决定的。理工科知识的学习以高等数学、专业英语和基本的计算机语言等专业知识为基础，专业知识根据理工科学科特点的不同而有所不同，课本知识都有一个共同点，那就是理论性都比较强，以电磁场理论这门课程为例，课程的基础课程是高等数学、大学物理学，学完这两门课程，打下一个基础才能学习电磁场理论这门课程，电磁场理论也是基于数学理论知识开始学习的，在课程的第一章一般要介绍一些数学基本知识梯度、散度和旋度的基本概念，有了这些概念为基础，将电磁学知识按照数学思路进行展开，研究电场、磁场的梯度、散度和旋度，以及所表现出来的各种电磁特性，学生在学习的过程中，如果数学知识打得不是很牢固，那么学习电磁场理论这门课程就比较困难，如何破解这个难题，将计算机仿真应用其中是将抽象的理论课程变成可视化过程的方法之一。理工课程的这一特点也直接反映到本科生毕业论文上面，本科毕业论文就是在所学习基本知识基础上开展科学研究的，而计算机仿真能够很好地拓展现有基本知识，并且可以验证你手工完成的计算结果，为你提供了一个后台检查工具，同时可将抽象的难懂的物理概念变得可视化，也可将无法实现的动态物理现象展现出来，因此计算机仿真在本科毕业论文的应用就有一定的必要性。
二 几种典型的计算机仿真软件
以电子信息、光学工程和通讯工程为例介绍几种典型的计算机仿真软件。
（一）MATLAB语言编程。MATLAB语言是科学工程中一个广泛使用的计算工具，是理工科学生应用最为广泛的计算机编程语言。MATLAB是Matrix Laboratory(矩阵实验室）的缩写，20世纪80年代初，MATLAB的创始人Cleve Moler博士在美国New Mexico大学讲授线性代数时，发现采用高级编程语言编写程序很不方便，为了减轻学生编程的负担，他构思开发了MATLAB软件[8]，经过不断发展，MATLAB已经成为国际上最流行的编程软件之一。MATLAB语言以数学矩阵为基本编程单元，编程语言简单，具有强大的图形表达功能，还可以提供许多面向应用问题求解的工具箱函数，并且具有强有力的系统仿真功能，MATLAB还可以与其他计算软件进行很好的兼容。 根据中国知网统计数据，以MATLAB与主题关键词的有2976篇，以MATLAB仿真为主题关键词的有1756篇，以MATLAB/Simulink为主题关键词的有749篇。上面是在文章题目中含有MATLAB字句的检索结果，还有论文中应用MATLAB编程的没有统计在内，可见用MATLAB语言编程进行论文写作是大家常采用的一种科研方法。
（二）CST三维电磁仿真软件。CST电磁仿真软件是德国CST股份有限公司设计的，CST软件主要应用于电磁兼容、天线/RCS、核磁共振、超构材料以及高压配电等领域[9]。CST现在被广泛应用于各个领域，CST也是科研工作者最喜欢应用的一款电磁计算软件，据中国知网的数据显示，以CST为主题检索词的文章有919篇，可见CST也是科研工作者最常用的一种计算机仿真软件。
在辅助系统完成调试并获得相关监管许可后，该加速器将于2019年启动常规生产。在用于生产FDG的液体靶和用于生产锗-68、钯-103及其他同位素的固体靶完成调试后，将开始研究与安装碘-123生产靶相关的事宜。
以本校电子信息、光学工程学科等为例介绍计算机仿真在理工科本科毕业论文中应用措施。
上面介绍了三种典型的理工科所用计算软件，这些计算软件都是基于数学的基本原理，将应用到各个领域，也被科研工作者广泛应用于数值仿真当中，作为理工科本科毕业论文中也可以广泛的应用这些软件解决所学知识，拓展所学知识，将有效提升本科毕业论文的质量，更好得与社会需要接轨。
（三）COMSOL多物理场耦合分析计算软件。COMSOL AB公司是在瑞典的斯德哥尔摩成立，COMSOL软件是一款基于全新的有限元理论、直接针对偏微分方程为研究对象的大型数值仿真软件，可直接实现任意多模物理场、直接、双向、实时耦合，在全球领先的数值仿真中得到了广泛应用。在全球各高校中COMSOL软件已经成为教授有限元分析和多模物理场耦合分析的标准工具。通用电气、法国太阳能研发中心、日本丰田/本田汽车公司等国际知名公司都在使用这款软件进行产品研发[10]。
三 计算机仿真在理工科本科毕业论文中应用措施
本文通过对民宿的概念的了解，结合宜兴湖父镇民宿的实际状况，对湖父镇民宿的自然条件、旅游资源、交通条件进行深度的分析。知道了目前湖父镇民宿的各方面发展还不是很完善，在法律法规、基础的设施建设、服务人员的素质方面都需要进行改正，但是我们可以通过一系列的措施去解决这些发展中必不可少的问题。民宿的发展也一定会带动宜兴市旅游业的发展，民宿的发展也会创造更多的就业岗位，民宿的发展更加带动了宜兴的经济效益。虽然我国的民宿产业发展的比较晚，但是在旅游业高速发展的今天，民宿一定会向观光旅游一样成为旅游业的支柱。宜兴湖父镇民宿也一定会发展至宜兴旅游业的一大亮点。
线上：从之前的线上统计情况来看，参加线上问卷调查的人有60.49%的人参观过一两次南京城墙，有6.17%的人经常前往参观，24.69%的人虽然没去过但是愿意前往参观，但也有8.64%的人对此没有兴趣。数据说明，大多数人对于南京城墙还是有一定的了解和兴趣的，但是也有一小部分人对此比较淡漠。
（一）教师将计算机仿真方法传授给学生。作者将CST三维电磁仿真软件教授给学生，为了做好毕业论文，作者对所带学生进行了CST软件使用操作，并给学生布置了模拟已发表论文的作业，学生通过CST软件练习，逐步掌握了CST的使用，也基本熟知了太赫兹超构材料基本结构的设计原理的流程，基本都能够独立的设计出自己的模型。在作者的指导下，学生做本科毕业论文设计了太赫兹生物传感器模型，并对所设计模型进行了多种参数的计算机仿真，并结合origin软件，通过改变四个微纳金属结构的旋转角度、位置对其仿真数据进行了分析，并进一步研究了微流通道的通道高度、覆盖层和基底不同材料对灵敏度的影响。通过数据的对比分析，最终能够实现太赫兹超材料生物传感器的灵敏度为0.0936THz/RIU。这个传授过程是根据学生的兴趣展开的，可以个别传授，也可以集体传授，需要教师有耐心，花费时间，否则学生很难在短时间内掌握熟练，并加以应用。
（二）应用计算机仿真软件延伸课本教学内容做毕业论文。针对所学电磁场理论知识中电偶极子近似场分析，课本知识中二项式展开只展开到第二项，后面的各项都忽略不计了，教师在课堂上启发学生，如果计算的后三项、四项等多项，理论上如何解释，用计算机仿真如何描述不同项数场强变化情况。在指导教师的启发下，学生以“电偶极子二项式展开的近似场解分析”为自己的研究课题作为毕业论文的研究内容,从理论上推导了多项展开项，并且应用MATLAB语言数值仿真了角度不同时，展开项数与电磁场强度的变化关系图，分析了远场解与场强多项式近似解的误差程度[11]。研究的结论延展了课本知识，同时对课本知识用MATLAB编程的方法对知识进行验证。
（三）仿真与实验结合提高毕业论文质量。高等学校理工科学生在进行试验前，基本要进行计算机仿真，只有仿真的比较理想，与理论计算具有一定的吻合度时，才允许学生进行实验，否则在进行试验的时候，往往会出现各种不可预测的因素，先进行计算机仿真研究有助于提高做实验的指导性，当然不是按照仿真结论去做实验，实验的目的也是进一步验证理论的正确性，在做毕业论文时，常常需要理论、计算机仿真、实验数据三者互相验证，已达到所做课题正确性。
参考文献
[1] 孙振刚,闫国琦,孔莲芳,冯先其,张钧逸.本科毕业论文(设计)管理系统研究[J].中国现代教育装备,2018(11):60-63.
[2] 陈嘉艳,黄晓林,张志俭.本科毕业论文的质量监管、评估及其电子档案管理[J].教育教学论坛,2018(04):7-10.
[3] 李瑛.本科毕业论文文字复制比检测问题及对策[J].高教论坛,2018(02):95-98.
[4] 王畅,闫莉,王锡渭,肖威,卢凌.本科毕业论文质量监测体系常效机制的构建[J].韶关学院学报,2019,40(02):28-31.
[5] 李华兰,何登良,罗娅君,唐杰.本科毕业论文质量控制体系的构建——以绵阳师范学院化学类专业为例[J].绵阳师范学院学报,2019,38(02):59-63+71.
[6] 潘声旺,赵雪峰,李文渊,黄进,周洋.本科毕业设计(论文)中统计方法的使用状况及存在的问题——以2011-2015年四川某高校为例[J].教育与教学研究,2017,31(12):88-93.
[7] 李慧迪,郑玉梅.地方本科院校毕业论文写作探析[J].邢台学院学报,2019,34(01):183-185.
[8] 陈泽,占海明.详解MATLAB在科学计算中的应用[M].北京:电子工业出版社,2011.
[9] 张敏.CST微波工作室用户全书[M].成都:电子科技大学出版社,2004.
[10] 马慧,王刚.COMSOLMultiphysics基本操作和常见问题解答[M].北京:人民交通出版社,2009.
[11] 张兴坊,刘超,张健.电偶极子二项式展开的近似场解分析[J].枣庄学院学报,2013,30(2)：60-64.
本文引用格式： 梁兰菊 等.计算机仿真在理工科毕业论文中的实践与探索[J]. 教育现代化，2019，6（72）：106-107.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.72.038
基金项目： 2018年教育部第二批产学合作协同育人项目（项目编号：201802123065，201802111030，201802111040）；枣庄学院教改立项重点项目（项目编号：YJG17001，YJG18026）。
作者简介： 梁兰菊，女，汉族，山东菏泽人，教授，博士。研究方向：电磁波与微波技术，大学生科技创新研究等。
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