Origin 軟件在大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目中的應(yīng)用實(shí)踐

柏雙友BAI Shuang-you；李偉LI Wei；華佳HUA Jia；李治陽LI Zhi-yang；柏艷華BAI Yan-hua

（①無錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，無錫 214153；②無錫環(huán)境科學(xué)與工程研究中心，無錫 214153；③南京信息工程大學(xué)，南京 210044）

（①Wuxi City College of Vocational Technology，Wuxi 214153，China；②Wuxi Environmental Sciences and Engineering Research Center，Wuxi 214153，China；③Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China）

1 大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目由來

江蘇省教育廳根據(jù)“江蘇省高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”總體安排，啟動實(shí)施了江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃，以貫徹落實(shí)《教育部財(cái)政部關(guān)于實(shí)施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見》（教高〔2007〕1 號）和《教育部關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》（教高〔2007〕2 號）精神并不斷的提高大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。在進(jìn)一步推動高等教育教學(xué)改革的同時(shí)創(chuàng)新培養(yǎng)人才的模式和教學(xué)方法，并且鼓勵(lì)和支持大學(xué)生盡早參與科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)以及社會實(shí)踐等創(chuàng)新活動，最終不斷激發(fā)大學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)造性，在提高大學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和文化素養(yǎng)的同時(shí)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐能力。在實(shí)施大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目過程中涉及到數(shù)據(jù)處理和分析，學(xué)生一般采用的是Excel 軟件，本文介紹另一種較新、更為實(shí)用和高級的數(shù)據(jù)分析軟件——Origin 軟件。

2 Origin 軟件簡介

Origin 作為科學(xué)工作者和工程師常用的高級數(shù)據(jù)分析和制圖工具，是OriginLab 公司開發(fā)的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件。特別是Origin 軟件就像使用Excel 和Word 那樣簡單，既不需要具備計(jì)算機(jī)編程知識和矩陣知識，更不需要熟悉大量的函數(shù)和命令，只需要點(diǎn)擊鼠標(biāo)選擇命令即可完成大部分工作，并獲取滿意的結(jié)果，是國際流行的分析軟件之一。Origin 主要包括數(shù)據(jù)制圖和數(shù)據(jù)分析兩大重要功能。用戶在制圖的過程中既可以使用既定的模板，也可以根據(jù)自己需要設(shè)置模板，這是因?yàn)镺rigin 數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供了各種2D和3D 的圖形模板。Origin 數(shù)據(jù)分析主要包括排序、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、平滑以及擬合和頻譜分析等，只需要單擊工具條按鈕或選擇菜單命令即可使用這些功能強(qiáng)大的工具。

3 Origin 和Excel 比較

雖然Excel 也具有數(shù)據(jù)可視化的功能，但是其以提供電子表格功能為主，僅是將數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的可視化，且在作圖方面也不如Origin 功能強(qiáng)大。如：限制數(shù)據(jù)的行數(shù)；分析圖形時(shí)不能進(jìn)行函數(shù)擬合，只能添加簡單的趨勢線，更沒有積分和微分等計(jì)算功能。而Origin 除了根據(jù)數(shù)據(jù)繪制滿意圖形外，還能夠?qū)捉M數(shù)據(jù)放在同一個(gè)圖中進(jìn)行比較處理，更重要的實(shí)現(xiàn)了圖形分析。因此，Origin 很快成為大學(xué)生、研究生以及科技工作中常用的軟件之一。本文結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)施中涉及到的部分?jǐn)?shù)據(jù)處理和分析，得出一些有關(guān)Origin 軟件的使用體會。

4 Origin 應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)示例

4.1 Origin 軟件界面 Origin 軟件與當(dāng)前流行的Windows 界面相似，是一個(gè)多文檔界面應(yīng)用程序。由于其能夠提供多個(gè)子窗口，因此用戶能夠通過不同的方式表現(xiàn)數(shù)據(jù)，且對數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀、快捷以及方便的分析。如圖1。

4.4 多層圖 在Origin 中，一個(gè)十分重要的概念就是圖層。允許一個(gè)Graph 窗口有多個(gè)圖層，利用圖層能夠?qū)Χ鄠€(gè)曲線或圖形對象進(jìn)行高效的創(chuàng)建和管理。多圖層Graph 意義如下：①為了突出曲線的某些特征，可以通過多層使用不同的坐標(biāo)尺度對相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示；②在同一個(gè)Graph 窗口中繪制尺度相差較大的曲線；③將多個(gè)關(guān)聯(lián)或獨(dú)立的圖形繪制在Graph 窗口中，并對其位置進(jìn)行合理的安排；④將新圖形插入到Graph 窗口。

例如，水平三屏圖：選中數(shù)據(jù)，選擇菜單命令Plot｜Pane｜Horizontal 2 Panel 或單擊2D Graphs Extended 工具條中的Horizontal 2 Panel 按鈕，進(jìn)行制圖（圖4）。

由于Origin7.5 軟件中提供了大量的制圖模板，不僅能夠很好的幫助用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖形的各種用途。本文中出現(xiàn)圖表為作者在研項(xiàng)目部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)本身的科學(xué)意義文中不予解釋，只涉及Origin軟件工具的數(shù)據(jù)表達(dá)。

4.2 二維折線、散點(diǎn)、折線＋符號圖 其作為Origin 中最基本的圖形，有利于顯示數(shù)據(jù)之間的變化規(guī)律。包括折線圖、散點(diǎn)圖以及階梯圖等多種類型。

步驟：選中數(shù)據(jù)后在Plot 下拉菜單中選擇需要繪制的圖形類型，或者直接單擊2D Graphs 工具條或2D Graphs Extended 工具條中相應(yīng)的按鈕即可制圖。

例如Line＋Symbol（折線＋符號圖）：將點(diǎn)用符號標(biāo)記并用線段連接起來，詳見圖2。

例如，堆壘多層圖：選中數(shù)據(jù)，選擇菜單命令Plot｜Panel｜Stack 或單擊2D Graphs Extended 工具條中的Stack按鈕，即可制圖（圖5）。

4.3 二維柱狀、條狀圖 這類圖形利于顯示數(shù)據(jù)之間大小的比較。

步驟：與4.2 中的步驟一致。

例如，Column（二維柱狀圖）：Y 值是以柱體的高度來表示的，柱寬度是固定的，其中心為相應(yīng)的X 值，如圖3。

例如，雙Y 軸圖：如果數(shù)據(jù)中兩個(gè)因變量數(shù)列具有相同的自變量數(shù)列，使用Double Y Axis（雙Y 軸圖形）模板制圖比較理想。

步驟：選中數(shù)據(jù)，選擇菜單命令Plot｜Special Line/Symbol｜Double Y 或單擊2D Graphs Extended 工具條上的Double Y Axis 按鈕，即可制圖（圖6）。

4.5 線性回歸擬合圖 對近似于直線的一組數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行線性擬合。

步驟：激活Graph 窗口，選擇菜單命令A(yù)nalysis｜Fit Linear，Origin 將曲線擬合為直線（圖7）。

圖7 線性回歸擬合圖

4.6 多項(xiàng)式回歸圖 對于線性擬合誤差較大的數(shù)據(jù)曲線，可以嘗試采用多項(xiàng)式回歸擬合。

步驟：激活Graph 窗口，選擇菜單命令A(yù)nalysis｜Fit Polynomial，Origin 根據(jù)數(shù)據(jù)的特征會給出擬合所需的參數(shù)，用戶也可以根據(jù)需要進(jìn)行修改（圖8）。

4.7 更多綜合圖例 實(shí)際上，大學(xué)生在科研創(chuàng)新訓(xùn)練中遇到的大部分需要處理的圖形都無法直接套用現(xiàn)成的Graph 模板，所以要不斷學(xué)習(xí)研究繪制復(fù)雜Graph 圖形的技巧和方法。下面通過具體圖例展示一些常用Origin 制圖的方法和技巧，將前面的內(nèi)容融會貫通，提高大學(xué)生應(yīng)用Origin 軟件的綜合實(shí)戰(zhàn)能力。

例如，圖9 是一個(gè)折線＋符號圖，右下角的圖形為一個(gè)縮小顯示的圖層。

例如，折線＋符號圖與二維柱狀圖組合（圖10）。

例如，曲線擬合與雙層二維柱狀圖組合（圖11）。

例如，折線＋符號圖與二維柱狀圖多屏組合（圖12）。

例如，多屏圖形（圖13）。

圖13 多屏圖形（曲線已用Savitzky-Golay 濾波器平滑）

和其他計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件一樣，Origin 7.5 也是一門操作性很強(qiáng)的軟件，建議大學(xué)生在學(xué)習(xí)使用的過程中能夠一邊學(xué)習(xí)，一邊結(jié)合練習(xí)實(shí)踐，使最終得出的可視化的數(shù)據(jù)制圖和數(shù)據(jù)分析更科學(xué)、直觀和美觀，為實(shí)施大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目提供更完美的數(shù)據(jù)表達(dá)。

[1]謝寧,張毅,焦永芳,劉建靜,郭娟,曹陽,郭惠梅.巧用Origin軟件分析物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007(06).

[2]夏春蘭.Origin 軟件在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].大學(xué)化學(xué)，2003(02).

[3]金哲,金林虎.Origin6.1 在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析中的應(yīng)用[J].延邊大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002(04).