摘要：做科研时，冗长凌乱的科研数据是否让你无从下手？写论文时，不知如何简明扼要地呈现实验结果是否让你一筹莫展？这时，就需要一种跨越语言的力量——可视化艺术来破局。通过Origin和Python等科研领域主流作图软件，结合Adobe Illustrator的图形美化技
做科研时，冗长凌乱的科研数据是否让你无从下手？写论文时，不知如何简明扼要地呈现实验结果是否让你一筹莫展？这时，就需要一种跨越语言的力量——可视化艺术来破局。通过Origin和Python等科研领域主流作图软件，结合Adobe Illustrator的图形美化技巧，就能将数据转化成兼具科学性和美学价值的图表，这便是山西大学“科研作图与数据可视化”课程的魅力所在。
数据破滞碍匠心致精微
13张扑克牌在讲台上被打乱顺序，随着学生随机报出的数字，老师逐张将牌数到桌面。三次看似随意的操作后，原本的底牌竟奇迹般跃至牌顶。再一次数牌后，扑克牌赫然恢复初始顺序。伴随着雷鸣般的掌声，授课老师开始揭秘其中蕴含的数学原理……这是“科研作图与数据可视化”课堂上的真实场景。课程首创“数学魔术 + 编程实践”的融合教学模式——将魔术表演的视觉冲击力、数学原理的逻辑严谨性与编程工具的实操性深度结合，让学生在惊叹与思考中，深刻理解数据呈现与视觉感受的奥秘。“这种充满趣味与智慧的教学方式，让我不再觉得Python难学，它如同魔法钥匙，能把神秘的数学现象还原成可解释、可操作的过程。”数学与统计学院硕士研究生赵志鱼对这门课的特色教学模式颇有感触。
这一创新教学模式已引发学界与社会的广泛关注：受邀在“国际数学日”主讲“魔法π日：见证魔术奇迹，领略数学魅力”科普讲座(线下300余人参与，蔻享平台直播观看量达6000余人次)，近期在“师说三晋”平台推出的“魔术？数学！预言牌&读心术的神秘逻辑”在线讲座更是吸引了超过132万人次观看直播。
“科研作图与数据可视化”课程由祁宏教授(博士生导师)担纲主讲，其研究方向涵盖计算系统生物学、机器学习与深度学习。课程将生物、物理、数学等多领域思维融入教学，为学生提供兼具科学性与创新性的学习视角。授课老师在本硕博的学术生涯及从教过程中，敏锐察觉到学生科研作图能力培养的缺失。无论是本科生的毕业论文，还是研究生的学术成果，因作图能力不足导致的返工与延误屡见不鲜，严重制约科研效率与成果质量。“自硕士阶段起，我便通过互联网自学数据可视化知识，在反复实践中攻克诸多难题，也逐步提炼出一套行之有效的解决方案。” 基于数据可视化知识体系，祁宏教授精心编撰了一套简洁实用的入门教程。这套教程首先在课题组内部进行分享，收获良好反馈后，进一步面向部分学院师生推广。由于院校教学计划中一直缺乏相关课程，他便将这套成熟的教学体系纳入通识课程，由此开启了“科研作图与数据可视化”课程。
“科研作图与数据可视化”课程自2019年至今已开设四次，累计吸引350名选课学生。教学过程中，课程影响力持续辐射至不同学术群体：每年均有很多研究生主动申请旁听，更吸引来自学校及太原理工大学、中北大学、山西财经大学、太原师范学院、运城学院等多所省内高校的青年教师慕名参与学习，形成了“本科生—研究生—青年教师”的多层次跨校交流学习场景。无论是初涉科研的新手小白，还是醉心于钻研数据的数据爱好者，这门课都将成为打开通往“一图胜千言”的启蒙之门的金钥匙。
课程常以选课学生的基础数据与社会热点事件作为切入点，将抽象的数据可视化概念转化为具象的视觉冲击，引导学生直观感受数据可视化的魅力，迅速点燃学生学习热情。随后，在课程中系统阐释科研作图与数据可视化的基本流程和指导思想。在此基础上，聚焦Adobe Illustrator、Origin、Excel、Python等常用绘图和数据可视化软件，帮助学生掌握这些软件的基本操作和绘图技巧。最后，引导学生突破技术层面，学习颜色搭配原理，探索科研成果艺术化表达，提升图表审美与创新设计能力。物理电子工程学院电子信息科学与技术专业的陈罡目前在华东师范大学攻读硕士学位，他回忆道：“通过该课程，我学习到了各种作图与数据可视化的方法，对未来学习和工作将产生重要影响。”
课程精心打造了极具特色的教学素材库，将专业性与趣味性深度融合，帮助学生直观感受数据可视化的强大能力。素材库分为“学生画像”与“社会洞察”两大模块。前者生动解构学生群体特征，如用矩形树图呈现学生姓氏分布，用旭日图显示不同学院和专业的比例，用气泡图展示班级分布，用玉玦图表述选课原因，用南丁格尔玫瑰图揭示出生月份情况等。后者则以社会热点为载体，如用峰峦图展示太原市四季气温变迁、借柱状图对比各省GDP发展态势、以堆叠柱状图解析奥运奖牌格局、用维诺图揭示世界杯进球数的分布情况。
课程助发展 来者皆收获
“科研作图与数据可视化”课程旨在教授学生使用软件实现科研图表制作和数据可视化，培养学生发现问题、解决问题及清晰呈现研究成果的能力，提升其科研素养，引导其养成循序渐进、勇于探究、乐学善学的学习习惯。优秀的图表和可视化作品，能将作者的成果与观点生动、直观地传递给读者，让人快速捕捉数据背后隐藏的模式、问题或机遇。图像与数据可视化在科研成果的呈现、产品业务的介绍、各类工作的总结等几乎所有行业的很多场景中均具有独特而重要的地位，切实赋能学生的科研发展与职业规划。曾获全国大学生数学建模竞赛一等奖的物理与电子科学学院的李晨凯，目前为中国科学技术大学硕士研究生。他系统地学习数据可视化方面的知识长达三年：“在数学建模竞赛中，我不仅利用这门课所学技能绘制出了精美的图，还练就了从数据中迅速得到准确结果的能力。每当需要绘图时，我都会利用所学技能轻松完成任务。数据可视化不仅提升了我的科研表达能力，更让我建立起了数据思维，学会关注数据背后的结构与规律，这已成为我科研道路上的核心竞争力。”
由于选课学生来自不同专业，知识基础与需求也不尽相同。针对这一特点，课程一方面精心设计一系列通俗易懂的经典教学案例，以激发学生学习兴趣，帮助学生直观感受数据可视化的价值；另一方面系统介绍不同数据可视化软件，兼顾不同基础学生的能力提升。选修该课程的数学与统计学院数学与应用数学专业的吕峰同学回忆：“老师以贝克汉姆、马云、姚明的身高、财富数据为例，直观展现图表在数据对比中的优势；结合自身对足球的热爱，用雷达图分析球员技能得分，引导我们思考球员定位，这种贴近年轻人兴趣的教学方式让人印象深刻；疫情趋势、天气变化、文学作品等数据，都能通过不同图表清晰呈现，极具启发性。”
在编程软件教学中，课程以Python、R语言和Matlab为例，通过入门级案例讲解数据可视化逻辑，对比编程语言与鼠标操作类软件的特点，帮助学生根据专业需求选择工具。数学与统计学院统计学专业的王世苗现在是北京计算科学研究中心的博士研究生。她表示，课程对科研绘图零基础学生十分友好，手把手、沉浸式的实操训练让她快速入门。基于对课程的兴趣，她加入祁宏老师课题组深入学习编程与科学研究，期间参与发表两篇SCI论文，利用科研作图与数据可视化的知识撰写毕业论文，并荣获校级本科优秀毕业论文论文。
智汇数据海 艺启未来门
“锐意创新，不断进取”是课程贯穿教学的核心理念。为不断提升教师业务素质，采取“以教促学”的方式，祁宏老师与刘利利老师在周末举办R语言和Python数据可视化学习班，不仅帮助学生掌握前沿的数据可视化技能，也促使教师在教学相长中不断深化对课程内容的理解，让这门课程愈发专业。
“科研作图与数据可视化”的课堂始终保持对学术与社会热点的敏锐洞察，每年都为学生复现当年的诺贝尔奖官网科普图表，从图表的色彩搭配、构图逻辑到数据呈现方式进行全方位剖析，让学生在实践中领悟顶尖学术机构的数据可视化思路。针对 Nature 、 Science 、 Cell 等顶刊最新发表的研究成果，带领学生拆解图表背后的数据逻辑，分析如何通过可视化手段将复杂的科研发现清晰地传递给读者。在社会热点结合上，将社会热搜事件转化为可视化教学素材，引导学生思考如何用数据图表讲好现实故事。
课程对经典教学案例进行精益求精的优化，力求每个案例都能精准传递科学内涵与视觉美感，让学生既能学到扎实的技术，又能培养出良好的图表审美能力。随着AI技术的爆发式发展，课程将向“AI 融合教学”升级，探索大语言模型在数据预处理、辅助图表生成等场景的应用，让课程始终站在技术革新的潮头。
在数字化浪潮席卷科研与职场的今天，“科研作图与数据可视化”的价值早已超越“软件操作教学”的范畴。课程提出构建“技术—思维—艺术”三位一体的培养体系：既涵盖Origin、Python 等工具的前沿技法，又注重“数据叙事思维”的培养——让学生学会用图表揭示研究逻辑、用视觉语言增强学术说服力。当散点图的轨迹勾勒变量关联，气泡图的半径丈量数据差异，学生经历的不仅是软件操作训练，更是科学与艺术的共振。正如物理电子工程学院电子信息科学与技术专业的谌雨杰同学所言：“老师从初学者角度入手教会学生如何使用各类工具，使我受益匪浅，我凭借课程所学设计的关于圆周率的可视化作品得到了老师的高度称赞！”
站在AI与大数据的新起点，教学团队以锐意创新为帆，持续丰富课程内容与教学形式，让课程成为连接科学严谨性与艺术创造力的桥梁：每个数据点都是故事的起点，每幅图表都是学术影响力的延伸，引领学生在数据海洋中锚定科研与职业的双维发展方向，培养出兼具技术能力、创新思维和美学素养的复合型人才。（通讯员：安子盈 张灵韵 程怡静 张艺馨）
来源：高校圈的那些事儿