Исакова О.П., Тарасевич Ю.Ю., Юзюк Ю.И.
Обработка и визуализация данных физических экспериментов с помощью пакета Origin
2009. 136 с. 142 руб.
ISBN 978-5-397-00183-0

Содержание

Введение

Настоящее учебно-методическое пособие адресовано в первую очередь студентам-физикам. Однако, мы надеемся, что оно может быть полезно также студентам других естественнонаучных и инженерных специальностей -- всем тем, кому по роду своей деятельности приходится иметь дело с анализом и визуализацией экспериментальных данных.

На рынке программных продуктов можно найти множество коммерческих и бесплатно распространяемых программ, позволяющих облегчить трудоемкий процесс обработки данных и их представления в компактном, удобном и наглядном виде. Назовем только некоторые из них: Axum (MathSoft Inc.), SigmaPlot (Systat Software Inc.), SmartDraw, GNUplot. Каждая из этих программ имеет своих более или менее многочисленных поклонников, которые привыкли к используемой программе, научились решать с ее помощью типовые задачи, встречающиеся в их практике, и, естественно, не очень охотно согласятся потратить время и силы для освоения какой-либо иной программы до тех пор, пока не столкнутся с задачей, которая окажется не по зубам привычному пакету. Мир программных продуктов удивительно многообразен, и остается только сожалеть, что многие наши соотечественники в силу различных причин полагают, что Microsoft Office -- вершина программистской мысли. Конечно, проводить обработку и визуализацию экспериментальных данных можно и с помощью MS Excel, однако это программа разрабатывалась для решения повседневных офисных задач. Деятельность физика мало схожа с работой клерка -- для его задач необходимы программные продукты, создававшиеся совершенно для других целей. Мы не тешим себя надеждой, что наш скромный труд способен поколебать империю Microsoft и обратить значительное число пользователей в иную веру, но надеемся, что он окажется одной из тех капель, которая точит камень.

Конечно, специалист должен быть способен решать возникающие задачи с помощью любого доступного программного средства, однако лучше всего это делать с помощью специализированных программных продуктов, обеспечивающих наилучший результат при минимальных затраченных усилиях.

Изложение материала, как это следует из названия, опирается на пакет Origin. Наш выбор программного продукта во многом субъективен и определен следующими обстоятельствами. Один из соавторов настоящего учебно-методического пособия впервые от коллег-физиков услышал восторженные отзывы о пакете Origin в 1998 году на международной конференции. С тех пор он имел возможность неоднократно убедиться, что пакет Origin широко используется физиками во всем мире. Полистав какой-либо солидный физический журнал, например, Physical Review, специалист, знакомый с пакетом Origin, без труда определит, что многие иллюстрации создавались именно с помощью этого пакета. Собственный многолетний опыт использования пакета при подготовке научных публикаций позволяет утверждать, что пакет способен облегчить жизнь физика при обработке данных и подготовке иллюстраций в самых сложных случаях.

Пакет Origin широко применяется исследователями всего мира для обработки и визуализации экспериментальных данных. Пакет пользуются заслуженной популярностью среди ученых и в нашей стране, существенно облегчая трудоемкий процесс обработки данных и их подготовки для публикаций. К сожалению, на русском языке практически отсутствует литература, которую можно было бы использовать для обучения студентов физических и родственных специальностей основным приемам работы с пакетом Origin. Единственная вышедшая большим тиражом книга на русском языке [2] мало подходит для целей обучения студентов-физиков, так как в ней отсутствуют практически значимые примеры, и все изложение ориентировано на начинающего пользователя, слабо ориентирующегося в стандартном меню. Несколько учебных пособий по Origin выпущено малыми тиражами университетскими издательствами [3--5]. Однако они недоступны широкому кругу студентов и ориентированы на узкие и специфические задачи.

Особенностью данного учебно-методического пособия является то, что оно целиком опирается на реальные задачи, которые приходилось решать соавторам как в научных исследованиях, так и при проведении занятий. Мы убеждены, что учить нужно на конкретных и осмысленных примерах, которые способны убедить студента в действительной полезности преподносимых ему знаний. Тем самым мы пытаемся восстановить равновесие между классической университетской системой образования, ориентированной на фундаментальные знания, и потребностями реальной жизни, в которой зачастую требуются практические навыки ("полезные знания") -- быстро устаревающие, но приносящие прибыль здесь и сейчас.

Опыт преподавания пакета Origin на конкретных примерах убеждает нас в том, что при таком подходе студенты с первого же занятия получают стимул изучать пакет, активно применяют его при выполнении лабораторных работ и проведении научных исследований, самостоятельно осваивают дополнительные возможности пакета, обращаются с просьбами подсказать, как можно решить ту или иную возникшую у них задачу. Поскольку все студенты знакомы с MS Excel, они быстро убеждаются в том, что Origin -- именно тот инструмент, который создан специально для физиков.

Учебно-методическое пособие, естественно, не охватывает всего круга задач, с которыми может столкнуться физик. Наша задача -- убедить студентов в полезности изучения этого пакета и стимулировать их самостоятельно осваивать пакет, сообразуясь со своими конкретными потребностями.

На протяжении всего текста мы старались последовательно закреплять приобретенные знания: часть работы предлагается выполнять самостоятельно, новая информация вводится очень небольшими порциями и опирается на полученные ранее знания. В конце текста приводятся задания для самостоятельной работы, которые должны помочь закрепить изученный материал.

Решаемые задачи постепенно усложняются и опираются на уже освоенный материал. Таким образом, изученный материал оказывается востребованным при изучении новых возможностей пакета и постоянно закрепляется на практике.

Первая часть пособия посвящена простейшим методам обработки экспериментальных данных. Вторая часть знакомит с методами обработки спектров.

При работе с пособием потребуются файлы с экспериментальными данными, их можно загрузить по адресу

http://mathmod.aspu.ru/download/data.zip.

Изложение ориентировано на версию Origin 7.0. На сегодняшний день последняя версия пакета -- Origin 8.0.

Предполагается, что учебно-методическое пособие будет полезно при изучении дисциплины ЕН.Ф.02 "Общий физический практикум" и темы "Обработка экспериментальных данных" в рамках раздела "Численные методы и математическое моделирование" дисциплины ЕН.Ф.04 "Информатика" студентами направления 510400 "Физика" и других физических направлений и специальностей.

Об авторах

Сотрудник кафедры прикладной математики и информатики Астраханского государственного университета. Специалист в области применения ИТ в физико-математическом образовании.




Юрий Юрьевич ТАРАСЕВИЧ

Доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой прикладной математики и информатики, профессор кафедры теоретической физики и методики преподавания физики Астраханского государственного университета. Области научных интересов: математическое моделирование, применение ИТ в физико-математическом образовании. Автор 30 статей в рецензируемых научных журналах и 3 учебных пособий.


Юрий Иванович ЮЗЮК