Origin 軟件在大學生創新項目中的應用實踐

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無錫城市職業技術學院，無錫 214153；②無錫環境科學與工程研究中心，無錫 214153；③南京信息工程大學，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 大學生創新項目由來

江蘇省教育廳根據“江蘇省高等學校教學質量與教學改革工程”總體安排，啟動實施了江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃，以貫徹落實《教育部財政部關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見》（教高〔2007〕1 號）和《教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》（教高〔2007〕2 號）精神并不斷的提高大學生的實踐創新能力。在進一步推動高等教育教學改革的同時創新培養人才的模式和教學方法，并且鼓勵和支持大學生盡早參與科學研究、技術開發以及社會實踐等創新活動，最終不斷激發大學生學習的主動性、積極性和創造性，在提高大學生科學素質和文化素養的同時培養大學生的創新精神、創業精神和實踐能力。在實施大學生創新項目過程中涉及到數據處理和分析，學生一般采用的是Excel 軟件，本文介紹另一種較新、更為實用和高級的數據分析軟件——Origin 軟件。

2 Origin 軟件簡介

Origin 作為科學工作者和工程師常用的高級數據分析和制圖工具，是OriginLab 公司開發的圖形可視化和數據分析軟件。特別是Origin 軟件就像使用Excel 和Word 那樣簡單，既不需要具備計算機編程知識和矩陣知識，更不需要熟悉大量的函數和命令，只需要點擊鼠標選擇命令即可完成大部分工作，并獲取滿意的結果，是國際流行的分析軟件之一。Origin 主要包括數據制圖和數據分析兩大重要功能。用戶在制圖的過程中既可以使用既定的模板，也可以根據自己需要設置模板，這是因為Origin 數據系統提供了各種2D和3D 的圖形模板。Origin 數據分析主要包括排序、計算、統計、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大的工具。

3 Origin 和Excel 比較

雖然Excel 也具有數據可視化的功能，但是其以提供電子表格功能為主，僅是將數據進行簡單的可視化，且在作圖方面也不如Origin 功能強大。如：限制數據的行數；分析圖形時不能進行函數擬合，只能添加簡單的趨勢線，更沒有積分和微分等計算功能。而Origin 除了根據數據繪制滿意圖形外，還能夠將幾組數據放在同一個圖中進行比較處理，更重要的實現了圖形分析。因此，Origin 很快成為大學生、研究生以及科技工作中常用的軟件之一。本文結合大學生創新項目實施中涉及到的部分數據處理和分析，得出一些有關Origin 軟件的使用體會。

4 Origin 應用實戰示例

4.1 Origin 軟件界面 Origin 軟件與當前流行的Windows 界面相似，是一個多文檔界面應用程序。由于其能夠提供多個子窗口，因此用戶能夠通過不同的方式表現數據，且對數據進行直觀、快捷以及方便的分析。如圖1。

4.4 多層圖 在Origin 中，一個十分重要的概念就是圖層。允許一個Graph 窗口有多個圖層，利用圖層能夠對多個曲線或圖形對象進行高效的創建和管理。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尺度對相同的數據進行顯示；②在同一個Graph 窗口中繪制尺度相差較大的曲線；③將多個關聯或獨立的圖形繪制在Graph 窗口中，并對其位置進行合理的安排；④將新圖形插入到Graph 窗口。

例如，水平三屏圖：選中數據，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行數據分析，還能實現數據圖形的各種用途。本文中出現圖表為作者在研項目部分實驗數據，該數據本身的科學意義文中不予解釋，只涉及Origin軟件工具的數據表達。

4.2 二維折線、散點、折線＋符號圖 其作為Origin 中最基本的圖形，有利于顯示數據之間的變化規律。包括折線圖、散點圖以及階梯圖等多種類型。

步驟：選中數據后在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 工具條中相應的按鈕即可制圖。

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

例如，堆壘多層圖：選中數據，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據之間大小的比較。

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，其中心為相應的X 值，如圖3。

例如，雙Y 軸圖：如果數據中兩個因變量數列具有相同的自變量數列，使用Double Y Axis（雙Y 軸圖形）模板制圖比較理想。

步驟：選中數據，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據曲線進行線性擬合。

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

圖7 線性回歸擬合圖

4.6 多項式回歸圖 對于線性擬合誤差較大的數據曲線，可以嘗試采用多項式回歸擬合。

步驟：激活Graph 窗口，選擇菜單命令Analysis｜Fit Polynomial，Origin 根據數據的特征會給出擬合所需的參數，用戶也可以根據需要進行修改（圖8）。

4.7 更多綜合圖例 實際上，大學生在科研創新訓練中遇到的大部分需要處理的圖形都無法直接套用現成的Graph 模板，所以要不斷學習研究繪制復雜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，將前面的內容融會貫通，提高大學生應用Origin 軟件的綜合實戰能力。

例如，圖9 是一個折線＋符號圖，右下角的圖形為一個縮小顯示的圖層。

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）

和其他計算機應用軟件一樣，Origin 7.5 也是一門操作性很強的軟件，建議大學生在學習使用的過程中能夠一邊學習，一邊結合練習實踐，使最終得出的可視化的數據制圖和數據分析更科學、直觀和美觀，為實施大學生創新項目提供更完美的數據表達。

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[3]金哲,金林虎.Origin6.1 在實驗數據處理和分析中的應用[J].延邊大學學報(自然科學版)，2002(04).