《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、課程目標通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到如下目標：課程目標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)雜工程問題進行可視分析和有效表達，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)表達得準確、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、課程目標與畢業(yè)要求《數(shù)據(jù)可視化》課程教學(xué)目標對數(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)目標與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度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)雜工程問題進行可視分析和有效表達，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)、運行和維護等。課程目標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)表達得準確、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)不同的表達內(nèi)容，設(shè)計不同的詞云圖形狀、顏色，精準分詞和設(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、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，以知識點講授和操作演示相結(jié)合的方式進行；精選教學(xué)案例，以既能涵蓋教學(xué)大綱知識點，又能切實增強可視化表達能力為原則，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年文獻的CiteSpace可視化分析[J].工業(yè)控制計算機,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/評價細則及對課程目標的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標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?！獭獭?3.53.5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?！獭獭?44期末機試考核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?！獭獭?02525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)、期末機試等方式對學(xué)生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀C試成績和過程性評價成績組成。其中：期末機試成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為操作題；期末機試中基本知識、