计算机仿真毕业论文探索

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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MatrixLaboratory(矩阵实验室）的缩写，20世纪80年代初，MATLAB的创始人CleveMoler博士在美国NewMexico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。

（三）COMSOL多物理场耦合分析计算软件。COMSOLAB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]。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。

三计算机仿真在理工科本科毕业论文中应用措施

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。

（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。

作者:梁兰菊 闫昕 韦德泉 张兴坊 吕依颖 单位:枣庄学院光电工程学院