毕业设计（论文）开题阶段的学习方式探讨

陶志阔 薛俊俊

摘要：本科毕业设计（论文）是大学本科教学工作的最后一个环节，这一环节持续时间常且极为重要。本文以磁性材料研究相关课题为例，探讨了在毕业设计（论文）开题阶段，如何引导学生进入该研究领域并进行自主学习，进而完成一份合格的开题报告等相关问题。

关键词：毕业设计（论文），开题报告，磁性材料

中图分类号：G642.477 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）39-0201-02

本科毕业设计（论文）是本科实践教学最后一个环节，也是本科教学所有环节中极为重要的一个环节。通过这一环节，学生一方面对前三年半的大学学习进行一个综合性的回顾，另一方面，对学生在下一步的就业、读研等也起到了一定的指导作用。对于大部分毕业设计课题而言，其课题直接来源于指导教师的科研项目，其内容与深度与学生前三年的专业知识多少有些脱节，尤其是对于一些刚刚参加工作的青年教师而言，其所拟指导的毕业设计题目往往直接脱胎于博士阶段的研究内容，与本科生所掌握的基础知识具有一定差距。所以，这就需要一个合理的方式使学生快速理解和掌握该课题的研究背景及研究内容，顺利开题，同时撰写出一份合格的本科毕业设计开题报告。

本文就《GaN上Fe3N磁性薄膜材料的结构特性研究》毕业设计课题为例，探索在开题阶段，如何使学生从一无所知达到对课题具有一定的理解深度，进而撰写出合格的开题报告。正如毕业设计题目所述，该课题属于新材料、新结构研究，该课题的研究目标是对不同条件下制备的Fe3N磁性薄膜基本结构进行研究，采用表征手段有X射线衍射技术（X-ray Diffraction，XRD）、透射电镜（Transmission Electron Microscope，TEM）以及原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）等，该课题的参与学生来自笔者所在专业即电子科学与技术专业。

对于该毕业设计课题，首先学生应该明确，该课题属于自旋电子学的研究领域，而对于一名普通的电子科学与技术的本科生，其三年半的基础、专业课程基本没有涉及到该课题方向，所以在文献调研阶段、开题报告撰写阶段很有必要从无到有、循序渐进使学生对该课题内容进行学习。而作为指导教师，仅仅是提供参考文献是不够的，在关键概念上需要及时进行指导以及扩展阅读。自旋电子学是一门既传统又新颖的学科。谓之传统，因为其脱胎于80年代的磁电子学；谓之新颖，因为伴随一些新的概念、新的机制、新的材料不断涌现，该学科在诸多领域都蓬勃发展。对于本专业学生，材料特性研究往往不能引起他们的学习兴趣，而器件特性往往更加能够激发其学习和探索的动力，所以在开题阶段宜多多介绍和了解自旋电子学的基本器件以及器件设计发展方向。从最初的自旋阀结构、巨磁电阻效应以及诺贝尔物理学奖，到90年代自旋场效应管的提出，再到自旋转移力矩效应的发现以及应用，逐步把自旋电子学器件的发展简史和器件的相关特性介绍给学生，尤其是要介绍相关的器件应用对电子学尤其是微电子学、纳电子学领域的推动作用。作为指导教师，在开题阶段，可以从以下几个方面循序渐进指导学生对该课题从总体上进行调研，最终掌握该课题的研究目标和内容。

一、大概念的引入

该毕业设计课题属于自旋电子学研究领域，学生首先需要了解的就是自旋电子学的概念和研究领域。该专业的本科生在《大学物理》、《量子物理》等课程中接触过电子自旋的概念，但对电子自旋在电子学中的应用了解很少。作为指导教师，可以简单的介绍传统电子学的概念和研究领域，从而引出自旋的相关概念以及自旋电子学的研究领域—自旋电子学主要研究自旋的产生、操控和探测，并着重提出，与本毕业设计密切相关的是上述第一点，即自旋极化电流的产生。

接着，继续引入自旋极化电流的产生方式：自旋极化电流的产生主要有两种方式-电学注入和光学注入。对于笔者所在的電子科学与技术专业，其本科生培养方向之一是光电子方向，该方向的学生在本科阶段学习过《物理光学》《量子物理》《光电子学》以及《激光原理》等课程，所以对于应用光学注入产生自旋极化电流，学生完全有能力通过文献调研掌握其相关基本概念；而对于自旋极化电流的电学注入方式，就需要学生进行相关背景专业知识的深入学习。

二、小方向的切入

对自旋电子学以及自旋极化电流相关概念有了一定的了解之后，就可以从铁磁金属/半导体（FM/SC）结构这一小方向切入，对课题研究内容进行更加深入的梳理。如果要把铁磁金属/半导体这一结构相关概念、相关特性弄清楚，首先必须了解磁性材料相关概念。对于本专业的学生，磁电子学尤其是磁性材料相关内容在专业课程中鲜有涉及，所以指导老师可以略加详细的进行展开介绍。比如从介绍离子磁性和巡游电子磁性入手，进而介绍磁性材料的分类、磁畴的概念、磁化和退磁化的过程，矫顽力的概念等。

了解了磁性材料基本特性，进而指导学生对自旋极化电流的产生进行学习。这里涉及到两个重要的概念—自旋极化率和自旋扩散长度。笔者所在专业学生在大二下学期学习了《量子物理》课程，在大三上学期学习了《固体物理》课程，所以可以直接从能带结构、态密度计算的角度引入自旋极化率的概念、半金属的概念，并指导学生自行文献调研一些主要磁性材料的自旋极化率具体数值。而对于第二个概念—自旋扩散长度，学生在大三下学习了《半导体物理与器件》课程，所以可以从半导体中的散射机制入手，直接引入自旋相关散射的概念和内容。有了这几个相关概念，就可以比较顺利的引入铁磁金属/半导体这一新型的异质结结构。

三、研究目标的明确

在对自旋极化电流、自旋注入以及磁性材料的基本概念掌握之后，下面可以明确了研究目标—磁性材料的结构特性。本毕业设计课题研究的是Fe3N这一新型磁性材料，其结构比较复杂，需要学生下一定工夫才能搞懂。首先，对于本专业学生，在大三上学期学习了《固体电子导论》这门课程。该课程在开篇即先讲授了晶体基本结构、晶格特性等相关内容。Fe3N属于六角晶系，N原子占据八面体空位，但同时仍存有大量的八面体空位，这对于仅仅接触过书本知识的学生来讲理解起来比较吃力。当然，虽然Fe3N材料的晶体结构比较复杂，但可以从Fe的基本结构、八面体基本单元结构、替位间隙位等概念入手，使学生逐渐对其空间结构建立清晰的图像。

其次，本毕业设计研究课题需要使用XRD等表征手段对Fe3N材料的晶体结构进行表征，这就需要学生在开题阶段对这些表征手段具有一定的了解，同时，在对表征手段进行调研的阶段也可以通过对表征手段原理的学习加深对材料晶体结构的理解。对于本毕业设计课题需要用到的几种表征手段，在学生研究生阶段会深入且广泛的接触以及使用，但在本科阶段对学生来讲还是比较陌生。尽管如此，指导教师在此可以在学生结合书本知识进行自我学习的同时，带领学生去相关的分析测试机构进行参观学习，使学生在开题阶段即对需要使用的分析测试手段有一个比较直观的理解，这对开题报告研究方案的可行性撰写、研究内容的充实将会很有帮助。

四、研究内容的细化

在毕业设计开题阶段，尤其是在开题报告撰写过程当中，研究内容的细化这一部分尤其重要。一方面，它反映了学生在开题阶段对研究课题研究目标、研究方法的理解。另一方面，也直接影响着学生下一步具体的工作计划以及实施中具体遇到的问题。对于没有经过系统科学研究训练的本科生，对研究目标、研究方法的理解有可能比较片面，所以拟定的研究内容有可能比较肤浅且导致很容易得到预期结果，同时又有可能不切实际导致研究无法进行下去。不管如何，这都能反映了学生在开题阶段对研究课题的理解。

所以，作为大学本科教学工作的最后一个环节，本科毕业设计环节的顺利进行尤其需要指导老师有效的引导。通过有效引导，学生可以很快进入一个比较陌生甚至从没有接触过的研究领域，同时积极的进行自主学习，进而能够完成一份合格的开题报告。