《數(shù)據(jù)可視化》教學(xué)大綱

《數(shù)據(jù)可視化》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：08130301課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：4學(xué)分學(xué)時：64學(xué)時（理論48學(xué)時，實驗16學(xué)時）先修課程：Python程序設(shè)計、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)后續(xù)課程：無適用專業(yè)：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)開課單位：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院一、課程說明《數(shù)據(jù)可視化》是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課。數(shù)據(jù)是信息時代的石油，但有了數(shù)據(jù)還不夠，還需要正確并且快速地理解數(shù)據(jù)，才能真正做到數(shù)據(jù)為我所用。數(shù)據(jù)可視化可以將抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形、圖像等，讓普通人可以快速理解數(shù)據(jù)所代表的涵義或趨勢，為人類洞察數(shù)據(jù)真相、理解數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏的規(guī)律提供了重要的手段。該課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為更符合人類認(rèn)知規(guī)律的可視化呈現(xiàn)方式的能力，主要介紹數(shù)據(jù)可視化的基本理論和方法。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生能夠根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型和可視化需求，設(shè)計不同的數(shù)據(jù)可視化方案，并選用合適的可視化手段實現(xiàn)這些方案。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握數(shù)據(jù)可視化的基本理論和基本方法，并能夠應(yīng)用于解決大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。同時，在先修課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步熟悉和掌握大數(shù)據(jù)相關(guān)項目開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計方法和技術(shù)，能夠根據(jù)實際情況設(shè)計大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的整體項目解決方案。課程目標(biāo)2：逐步培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)據(jù)內(nèi)涵和數(shù)據(jù)內(nèi)在規(guī)律的洞察能力，能基于大數(shù)據(jù)專業(yè)知識，對大數(shù)據(jù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行可視分析和有效表達(dá)，能將數(shù)據(jù)可視化的理論與方法應(yīng)用于大數(shù)據(jù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題解決方案的分析與優(yōu)化。課程目標(biāo)3：深入了解各種可視化工具和圖表的特點、適用場合及其局限性，能根據(jù)數(shù)據(jù)特征和可視化需求選擇合適的可視化平臺和工具，設(shè)計出有效的數(shù)據(jù)可視化方案。另外，能將數(shù)據(jù)表達(dá)得準(zhǔn)確、簡潔、優(yōu)美、直擊人心，需要不斷的學(xué)習(xí)和借鑒別的領(lǐng)域的靈感和經(jīng)驗。要通過數(shù)據(jù)可視化實踐，逐步促進(jìn)同學(xué)們終身學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成和跨領(lǐng)域思考問題視野的生成。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《數(shù)據(jù)可視化》課程教學(xué)目標(biāo)對數(shù)據(jù)科學(xué)專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識1.3掌握相關(guān)自然科學(xué)知識、工程基礎(chǔ)知識和思維方法，能夠?qū)⑵溆糜诮鉀Q數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，能夠?qū)?shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)知識用于對復(fù)雜工程問題解決方案的分析與優(yōu)化。課程目標(biāo)2：逐步培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)據(jù)內(nèi)涵和數(shù)據(jù)內(nèi)在規(guī)律的洞察能力，能基于大數(shù)據(jù)專業(yè)知識，對大數(shù)據(jù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行可視分析和有效表達(dá)，能將數(shù)據(jù)可視化的理論與方法應(yīng)用于大數(shù)據(jù)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題解決方案的分析與優(yōu)化。M3．設(shè)計/開發(fā)解決方案3.2能夠針對大數(shù)據(jù)應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題設(shè)計整體項目解決方案，掌握項目開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計/開發(fā)方法和技術(shù)，完成項目的軟硬件設(shè)計、仿真、實現(xiàn)、運(yùn)行和維護(hù)等。課程目標(biāo)1：掌握數(shù)據(jù)可視化的基本理論和基本方法，并能夠應(yīng)用于解決大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。同時，在先修課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步熟悉和掌握大數(shù)據(jù)相關(guān)項目開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計方法和技術(shù)，能夠根據(jù)實際情況設(shè)計大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的整體項目解決方案。H5．使用現(xiàn)代工具5.3能夠針對大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)需要選擇和使用合適的平臺和開發(fā)工具，并能夠理解其局限性。課程目標(biāo)3：深入了解各種可視化工具和圖表的特點、適用場合及其局限性，能根據(jù)數(shù)據(jù)特征和可視化需求選擇合適的可視化平臺和工具，設(shè)計出有效的數(shù)據(jù)可視化方案。另外，能將數(shù)據(jù)表達(dá)得準(zhǔn)確、簡潔、優(yōu)美、直擊人心，需要不斷的學(xué)習(xí)和借鑒別的領(lǐng)域的靈感和經(jīng)驗。要通過數(shù)據(jù)可視化實踐，逐步促進(jìn)同學(xué)們終身學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成和跨領(lǐng)域思考問題視野的生成。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1．理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.數(shù)據(jù)可視化概述1.1為什么要數(shù)據(jù)可視化1.2什么是數(shù)據(jù)可視化1.3可視化的作用1.4什么是“好”的數(shù)據(jù)可視化教學(xué)要求：（1）理解為什么要數(shù)據(jù)可視化、什么是數(shù)據(jù)可視化。（2）理解數(shù)據(jù)可視化有哪些作用。（3）明白什么是“好”的數(shù)據(jù)可視化。重點：為什么要數(shù)據(jù)可視化。難點：真正理解什么是“好”的數(shù)據(jù)可視化。201、2、32.數(shù)據(jù)可視化常用圖表2.1數(shù)據(jù)可視化常用圖表的基本類型2.2數(shù)據(jù)可視化常用圖表的進(jìn)階類型教學(xué)要求：（1）掌握常用數(shù)據(jù)可視化圖表的類型、特點和擅長表達(dá)的內(nèi)容。（2）能根據(jù)不同的可視化需求選擇不同的圖表。重點：不同圖表的特點和擅長表達(dá)的內(nèi)容。難點：根據(jù)不同的可視化場景選擇不同的圖表。202、33.數(shù)據(jù)可視化常用工具3.1入門類3.2在線美顏類3.3專業(yè)類3.4代碼類教學(xué)要求：（1）掌握不同類型工具的特點和適用場合。（2）能結(jié)合實際情況選用最合適的工具。重點：不同類型工具的優(yōu)缺點。難點：根據(jù)可視化需求和當(dāng)前實際情況選擇最合適的工具。202、34.Tableau數(shù)據(jù)可視化4.1條形圖4.2折線圖4.3餅圖4.4直方圖4.5散點圖4.6箱線圖4.7帕累托圖4.8甘特圖4.9填充地圖、符號地圖、混合地圖4.10樹狀圖、氣泡圖、詞云教學(xué)要求：（1）掌握使用Tableau繪制各種圖表的步驟和方法。（2）能結(jié)合實際情況選用最合適的圖表。重點：掌握使用Tableau繪圖的方法和技巧。難點：能舉一反三設(shè)計并實現(xiàn)各種圖表的繪制。842、35.Python可視化基礎(chǔ)5.1熟悉Python集成開發(fā)環(huán)境JupyterNotebook5.2用Python讀取數(shù)據(jù)5.3用Python讀取處理數(shù)據(jù)教學(xué)要求：（1）熟悉Python集成開發(fā)環(huán)境JupyterNotebook；（2）掌握用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化時，不同類型數(shù)據(jù)的讀取方法；（3）掌握用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化時，不同可視化需求情境下數(shù)據(jù)的處理和準(zhǔn)備。重點：不同類型數(shù)據(jù)的讀取方法和處理方法。難點：不同可視化需求情境下數(shù)據(jù)的處理和準(zhǔn)備。222、36.matplotlib數(shù)據(jù)可視化6.1使用matplotlib創(chuàng)建圖表的基本方法6.2常用圖表的創(chuàng)建教學(xué)要求（1）掌握使用matplotlib繪制常用圖表的常用語法。（2）掌握折線圖、柱形圖、餅圖、散點圖、直方圖、箱線圖等常用圖表的繪制方法。重點:常用圖表的繪制。難點:掌握圖表的繪制方法，能根據(jù)實際需求設(shè)計圖表并舉一反三實現(xiàn)。622、37.seaborn數(shù)據(jù)可視化7.1seaborn繪圖基礎(chǔ)7.2繪制分類圖7.3繪制分布圖7.4繪制關(guān)系圖教學(xué)要求：（1）掌握使用seaborn繪制常用圖表的常用語法。（2）掌握分類圖、分布圖、關(guān)系圖等常用圖表類別的繪制方法。重點:seaborn繪圖特色和原理。難點:能根據(jù)實際需求，選擇合適的圖表類別和繪圖工具。622、38.使用pyecharts動態(tài)可視化數(shù)據(jù)8.1pyecharts繪圖基礎(chǔ)8.2繪制交互式基礎(chǔ)圖形8.3繪制交互式高級圖形教學(xué)要求：（1）了解pyecharts庫繪圖的基礎(chǔ)知識。（2）能用pyecharts繪制出滿足實際需求的圖表。重點:pyecharts常用圖表繪制。難點:用pyecharts解決實際的可視化問題。822、39.文本數(shù)據(jù)可視化9.1文本類數(shù)據(jù)可視化的常用方法9.2詞云的設(shè)計與制作教學(xué)要求：（1）掌握文本數(shù)據(jù)可視化的常用方法。（2）掌握詞云圖的生成步驟和方法。重點:詞云圖的生成步驟和方法。難點:根據(jù)不同的表達(dá)內(nèi)容，設(shè)計不同的詞云圖形狀、顏色，精準(zhǔn)分詞和設(shè)置停用詞。422、310.大數(shù)據(jù)可視化綜合案例10.1共享單車可視化案例實戰(zhàn)10.2廣電大數(shù)據(jù)可視化案例實戰(zhàn)10.3新零售智能銷售數(shù)據(jù)可視化案例實戰(zhàn)10.4北京租房數(shù)據(jù)可視化案例實戰(zhàn)教學(xué)要求：重溫不同類型圖表的繪制方法和注意事項。使用列出的四個案例或開課當(dāng)學(xué)期的3~4個熱點問題，設(shè)計可視化方案并實現(xiàn)。重點：分析可視化需求，設(shè)計方案，選用合適技術(shù)手段實現(xiàn)方案。難點:明確可視化需求、設(shè)計可視化方案，能綜合運(yùn)用本學(xué)期所學(xué)數(shù)據(jù)可視化知識解決實際問題。821、2、3合計48162.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.數(shù)據(jù)可視化基礎(chǔ)實驗內(nèi)容：掌握數(shù)據(jù)可視化的目標(biāo)、原理、流程和原則，熟悉基礎(chǔ)可視化工具的使用，能實現(xiàn)常用可視化圖表的繪制。實驗要求：嘗試使用數(shù)據(jù)可視化工具畫出至少五種常用圖表。41、22.數(shù)據(jù)可視化的簡單設(shè)計實驗內(nèi)容：掌握分類數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)等的可視化方法；掌握可視化設(shè)計的一般技巧。實驗要求：面對一個具體的可視化需求，能判斷出其數(shù)據(jù)類型，比如分類數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)等，并能根據(jù)數(shù)據(jù)類型和可視化需求設(shè)計出可視化方案并實現(xiàn)方案。41、23.數(shù)據(jù)可視化的高階設(shè)計實驗內(nèi)容：掌握不同類型數(shù)據(jù)的可視化方法；掌握數(shù)據(jù)可視化大屏的布局原則和實現(xiàn)方法。實驗要求：面對較復(fù)雜的可視化需求，能準(zhǔn)確識別出其包含的不同數(shù)據(jù)類型，并設(shè)計出合適的大屏可視化方案并實現(xiàn)。41、2、34.數(shù)據(jù)可視化綜合實踐實驗內(nèi)容：梳理所學(xué)圖表類型，可視化工具，綜合運(yùn)用這些圖表和工具，完成可視化案例的設(shè)計和實現(xiàn)。實驗要求：選取開課當(dāng)學(xué)期的1~2個熱點問題，設(shè)計可視化方案并實現(xiàn)。41、2、3合計16五、教學(xué)方法及手段本課程實踐性較強(qiáng)，以知識點講授和操作演示相結(jié)合的方式進(jìn)行；精選教學(xué)案例，以既能涵蓋教學(xué)大綱知識點，又能切實增強(qiáng)可視化表達(dá)能力為原則，講練結(jié)合，穩(wěn)步提升可視化設(shè)計和實現(xiàn)能力；課程提供豐富的線上資源鏈接，鼓勵學(xué)生以線上線下相結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。在實驗教學(xué)中，初期的重點是培訓(xùn)學(xué)生如何使用各類數(shù)據(jù)可視化工具并制作圖表。隨后，著重于依據(jù)數(shù)據(jù)特征和可視化需求來設(shè)計有效的可視化方案，并將其落實實現(xiàn)。我們鼓勵學(xué)生們進(jìn)行相互討論，并適時組織小組匯報，以培養(yǎng)他們在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域中綜合應(yīng)用可視化方案設(shè)計與實施的能力。六、課程資源庫1.推薦教材（1）劉禮培.Python數(shù)據(jù)可視化實戰(zhàn)[M].北京:人民郵電出版社,2021.（2）王國平.Tableau數(shù)據(jù)可視化從入門到精通[M].北京:清華大學(xué)出版社,2020.（3）陳繼.數(shù)據(jù)可視化[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2020.2.參考書（1）黃源.大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2020.（2）朱曉峰.數(shù)據(jù)可視化導(dǎo)論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2021.（3）黑馬程序員.Python數(shù)據(jù)可視化[M].北京:人民郵電出版社,2021.（4）王大偉.Echarts數(shù)據(jù)可視化[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2021.3.期刊（1）王溢琛.近20年我國高中地理教材研究現(xiàn)狀與趨勢的可視化分析[J].西華師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2021,26(19):55-57.（2）鄭玉冰.基于軌跡數(shù)據(jù)的非機(jī)動車道內(nèi)沖突事件自動識別與可視化[J].中國公路學(xué)報,2021,19(09):123-126.（3）易文思.國內(nèi)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)政策知識圖譜研究—基于1998—2021年文獻(xiàn)的CiteSpace可視化分析[J].工業(yè)控制計算機(jī),2021,10(44):39-42.（4）夏佳志.可視化與人工智能交叉研究綜述[J].中國科學(xué):信息科學(xué),2021,51(11):1777-1801.（5）CoutyVictoretal.SafetyLens:VisualDataAnalysisofFunctionalSafetyofVehicles[J].IEEETransactionsonVisualizationandComputerGraphics,2021,19(16):278-283.4.網(wǎng)絡(luò)資源（1）百度Echarts團(tuán)隊.百度圖說[EB/OL]./.（2）B站佚名.大屏數(shù)據(jù)可視化展示[EB/OL]./all?keyword=%E5%8F%AF%E8%A7%86%E5%8C%96&from_source=webtop_search&spm_id_from=333.851.（3）佚名.Tableau社區(qū)[EB/OL]./zh-cn/community.（4）佚名.數(shù)據(jù)之美：迄今10佳數(shù)據(jù)可視化示例[EB/OL]./zh-cn/learn/articles/best-beautiful-data-visualization-examples.七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)隨堂練習(xí)、課堂回答問題和出勤情況等進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?44課內(nèi)實驗10（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√33.53.5平時作業(yè)10（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?3.53.5階段測試10（1）每學(xué)期至少每上完課程理論學(xué)時的1/4時，進(jìn)行一次階段性測試；（2）階段性測試重點考核本階段學(xué)習(xí)的主要情況，題型不限。（3）以階段測試成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√244期末機(jī)試考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、序列結(jié)構(gòu)、函數(shù)和面向?qū)ο缶幊痰葍?nèi)容。（3）考試題型為：編程題。√√√102525合計：100分204040八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、期末機(jī)試等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀C(jī)試成績和過程性評價成績組成。其中：期末機(jī)試成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為操作題；期末機(jī)試中基本知識、