Origin軟件在《數(shù)據(jù)處理與論文寫作》課程教學(xué)中的應(yīng)用

張媛媛++李斌

摘要：《數(shù)據(jù)處理與論文寫作》是農(nóng)科院校多個(gè)專業(yè)的必修課程。該課程中的數(shù)據(jù)處理部分因理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象等原因嚴(yán)重影響該課程的教學(xué)效果。將功能強(qiáng)大、靈活易用的Origin軟件應(yīng)用到《數(shù)據(jù)處理與論文寫作》課程的數(shù)據(jù)處理中，既能提高教學(xué)效果，又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和實(shí)際運(yùn)用能力。本文將介紹Origin軟件的特點(diǎn)和功能，并通過實(shí)例演示分析Origin軟件在數(shù)據(jù)處理教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)處理；Origin軟件；軟件教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）28-0231-02

《數(shù)據(jù)處理與論文寫作》是農(nóng)科院校多個(gè)專業(yè)的必修課程。該課程對(duì)于指導(dǎo)、幫助本科生開展課程實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)論文設(shè)計(jì)以及畢業(yè)后從事科學(xué)研究及生產(chǎn)實(shí)踐具有重要作用。該課程包括數(shù)據(jù)處理和論文寫作兩部分，其中數(shù)據(jù)處理是該課程的重點(diǎn)。但對(duì)工科基礎(chǔ)比較薄弱的農(nóng)科院校學(xué)生而言，數(shù)據(jù)處理部分具有理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、對(duì)高等數(shù)學(xué)和概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等先修課程要求較高等特點(diǎn)[1]，使學(xué)生難以掌握該部分內(nèi)容。課堂調(diào)查表明，學(xué)生在心理上對(duì)該部分內(nèi)容容易產(chǎn)生一定的抵觸情緒，學(xué)習(xí)興趣較低，學(xué)習(xí)效果較差。因此，在學(xué)生認(rèn)知不足、學(xué)習(xí)積極性不高的情況下，如何加強(qiáng)學(xué)生在數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)中的主動(dòng)性，提高教學(xué)效果，是《數(shù)據(jù)處理與論文寫作》課程教師迫切需要解決的問題。

鑒于現(xiàn)在大學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作能力普遍較強(qiáng)的特點(diǎn)，在《數(shù)據(jù)處理與論文寫作》教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)教學(xué)為該課程改革提供了契機(jī)。本課程選擇當(dāng)今世界上最著名的科技繪圖和數(shù)據(jù)分析軟件之一——Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)教學(xué)。

一、Origin軟件的簡(jiǎn)介和特點(diǎn)

Origin軟件是美國OriginLab公司開發(fā)的科技繪圖和數(shù)據(jù)分析軟件。自1991年問世以來，該軟件一直在不斷升級(jí)，目前已發(fā)展到Origin 9.1版[2]。

和當(dāng)前流行的圖形和可視化的數(shù)據(jù)分析軟件Matlab、Mathmatica、SAS等相比，采用Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和科學(xué)繪圖，不需要任何計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)，也無需熟悉大量的函數(shù)和命令，只需單擊工具條按鈕或者選擇菜單命令即可以完成大部分工作。此外，Origin可使用自身的腳本語言LabTalk控制軟件，該語言可使用內(nèi)置的基于C/C++的編譯語言O(shè)rigin C進(jìn)行擴(kuò)展。因此，Origin軟件具有功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，既適合于一般的作圖需求，也能夠滿足復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和圖形處理。因此，Origin軟件已經(jīng)成為廣泛流行和國際科技出版界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)作圖工具，是科學(xué)研究和工程工作者常用的軟件之一[3]。

二、Origin軟件的基本功能

Origin軟件在科技繪圖、統(tǒng)計(jì)描述和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)等方面功能豐富，這為《數(shù)據(jù)處理與論文寫作》課程中的數(shù)據(jù)處理提供了便利條件。其功能可分類總結(jié)如下：（1）科技繪圖：Origin軟件可以提供幾十種二維和三維的圖形模板，包括直線圖、描點(diǎn)圖、向量圖、柱狀圖、餅圖、區(qū)域圖、箱線圖、極坐標(biāo)圖、氣泡圖、三角坐標(biāo)圖、彩色映射圖以及各種3D圖和統(tǒng)計(jì)用圖等，用戶可以使用這些模板制圖，還可以自定義繪圖模板；Origin還具備繪制更為復(fù)雜的多變量、多數(shù)據(jù)集的多層圖的功能，可以產(chǎn)生雙X軸、雙Y軸圖等；可以進(jìn)行線性擬合、多項(xiàng)式擬合、S形曲線擬合等，還可以根據(jù)需要設(shè)定函數(shù)進(jìn)行擬合；同時(shí)，Origin能夠提供擬合參數(shù)等[3]。（2）統(tǒng)計(jì)描述：可以采用Origin進(jìn)行常用的統(tǒng)計(jì)描述，如最大值、最小值、中位數(shù)、極差、和、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差、平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差、權(quán)重和、峰度、偏度及百分位數(shù)等。（3）統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)：Origin軟件中常見的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)函數(shù)有單樣本t檢驗(yàn)、獨(dú)立雙樣本t檢驗(yàn)、卡方檢驗(yàn)、單因素方差分析、雙因素方差分析、存活率分析等。

三、教學(xué)實(shí)例分析

《數(shù)據(jù)處理與論文寫作》的數(shù)據(jù)處理部分包括很多理論內(nèi)容，例如假設(shè)檢驗(yàn)和方差分析及多重比較的基本原理等。這些內(nèi)容的講授通常涉及到大量的公式推導(dǎo)和計(jì)算，這使得教師難以在有限的課堂時(shí)間內(nèi)高效地傳遞這些信息，還易引起學(xué)生的厭學(xué)情緒，使學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受程度較低，教學(xué)效果不理想。例如，在講解有重復(fù)的雙因素方差分析時(shí)，需要計(jì)算矯正數(shù)、總平方和及其自由度、水平組合平方和及其自由度、兩個(gè)因素的平方和及其自由度、交互作用平方和及其自由度、誤差平方和及其自由度、相應(yīng)均方等統(tǒng)計(jì)量，計(jì)算任務(wù)繁重，學(xué)生尤其難以接受手工計(jì)算，故在教學(xué)過程中將Origin軟件引入教學(xué)。具體實(shí)現(xiàn)過程如下例題所示。

例題：為提高果汁飲料的口感，研究果汁的pH值（A）和蔗糖添加量（B）兩個(gè)因素不同水平組合對(duì)果汁感官評(píng)分的影響。果汁的pH值為3.5、4.0、4.5，蔗糖添加量為10%、15%、20%。每個(gè)水平組合重復(fù)3次，進(jìn)行完全隨機(jī)化試驗(yàn)。試驗(yàn)指標(biāo)為感官評(píng)分越高越好。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。試分析各pH值和蔗糖添加量水平下果汁的感官評(píng)分是否存在顯著差異？

該題目的完成需要先分析pH值和蔗糖添加量對(duì)果汁的感官評(píng)分是否有顯著影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多重比較。采用Origin軟件分析，步驟如下：（1）按照下列方式將數(shù)據(jù)錄入到origin軟件的工作表中，或者選擇File/Import將其他數(shù)據(jù)文件直接調(diào)入工作表中；（2）在Statistics選項(xiàng)中選擇ANOVA/Two-way ANOVA；（3）在所彈出的對(duì)話框中的數(shù)據(jù)錄入?yún)^(qū)域錄入對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，選擇結(jié)果輸出的內(nèi)容：統(tǒng)計(jì)描述（Descriptive Statistics）和多重比較（Means Comparison），并明確多重比較結(jié)果輸出時(shí)所采用的顯著性水平和多重比較的方法（如Tukey、Fisher檢驗(yàn)等），點(diǎn)擊OK確認(rèn)輸出結(jié)果；（4）根據(jù)結(jié)果（如表2所示）做出判斷。

從表2的結(jié)果可以看出，Origin軟件所輸出的結(jié)果直觀，無需進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算和查找F值表等即可做出判斷。

在實(shí)際教學(xué)過程中，可以先進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的軟件演示，讓學(xué)生對(duì)采用Origin軟件開展方差分析建立感性認(rèn)識(shí)，減少學(xué)生的畏難心理，為進(jìn)行方差分析的理論教學(xué)做好鋪墊；同時(shí)，在后期的上機(jī)操作訓(xùn)練中，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到調(diào)動(dòng)，教學(xué)效果得到充分提升。

Origin軟件靈活、多變、強(qiáng)大的科技繪圖功能能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的繪圖水平，對(duì)進(jìn)一步順利完成畢業(yè)論文乃至未來的科研任務(wù)也起到了至關(guān)重要的作用。采用Origin進(jìn)行多個(gè)統(tǒng)計(jì)量計(jì)算時(shí)，單擊工具條按鈕可一步完成所有統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算，通過簡(jiǎn)單的課堂練習(xí)即可掌握；而在統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)中，學(xué)生在軟件操作過程中營造了互動(dòng)的課堂氛圍，提高了他們的課堂參與度。Origin軟件在《數(shù)據(jù)處理與論文寫作》中的應(yīng)用很好地詮釋了現(xiàn)代信息技術(shù)與教育事業(yè)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，使得該課程數(shù)據(jù)處理部分的教學(xué)變得更加容易、簡(jiǎn)便，擺脫了傳統(tǒng)的利用計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算的方式，簡(jiǎn)化了計(jì)算程序，優(yōu)化了該課程的教學(xué)效果。值得注意的是，盡管Origin軟件能夠幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算，但在教學(xué)中也應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到Origin軟件只是工具，必要的理論知識(shí)學(xué)習(xí)才是用好該工具的前提。此外，由于課堂中的學(xué)習(xí)時(shí)間有限，而軟件的使用需要在實(shí)際應(yīng)用中反復(fù)探索、實(shí)踐與總結(jié)，因此應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)課后的練習(xí)和使用，使之完全掌握該軟件，以適應(yīng)新的經(jīng)濟(jì)形式下社會(huì)對(duì)理論與實(shí)踐能力兼?zhèn)湫腿瞬诺男枨蟆?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]王欽德，楊堅(jiān).食品試驗(yàn)設(shè)計(jì)與統(tǒng)計(jì)分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2]http：//www.originlab.com/.

[3]方安平，葉衛(wèi)平.Origin 8.0實(shí)用指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.endprint