《數據可視化》教學大綱

《數據可視化》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：08130301課程性質：專業(yè)必修課學分：4學分學時：64學時（理論48學時，實驗16學時）先修課程：Python程序設計、數據挖掘技術后續(xù)課程：無適用專業(yè)：數據科學與大數據技術開課單位：計算機科學與技術學院一、課程說明《數據可視化》是數據科學與大數據技術專業(yè)學生的專業(yè)必修課。數據是信息時代的石油，但有了數據還不夠，還需要正確并且快速地理解數據，才能真正做到數據為我所用。數據可視化可以將抽象的數據轉化為圖形、圖像等，讓普通人可以快速理解數據所代表的涵義或趨勢，為人類洞察數據真相、理解數據蘊藏的規(guī)律提供了重要的手段。該課程的主要任務是培養(yǎng)學生的將數據轉化為更符合人類認知規(guī)律的可視化呈現方式的能力，主要介紹數據可視化的基本理論和方法。通過本課程的教學，使學生能夠根據不同數據類型和可視化需求，設計不同的數據可視化方案，并選用合適的可視化手段實現這些方案。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握數據可視化的基本理論和基本方法，并能夠應用于解決大數據領域的復雜工程問題。同時，在先修課程的基礎上，進一步熟悉和掌握大數據相關項目開發(fā)全周期、全流程的基本設計方法和技術，能夠根據實際情況設計大數據領域的整體項目解決方案。課程目標2：逐步培養(yǎng)學生對數據內涵和數據內在規(guī)律的洞察能力，能基于大數據專業(yè)知識，對大數據領域復雜工程問題進行可視分析和有效表達，能將數據可視化的理論與方法應用于大數據領域復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，能根據數據特征和可視化需求選擇合適的可視化平臺和工具，設計出有效的數據可視化方案。另外，能將數據表達得準確、簡潔、優(yōu)美、直擊人心，需要不斷的學習和借鑒別的領域的靈感和經驗。要通過數據可視化實踐，逐步促進同學們終身學習習慣的養(yǎng)成和跨領域思考問題視野的生成。三、課程目標與畢業(yè)要求《數據可視化》課程教學目標對數據科學專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.3掌握相關自然科學知識、工程基礎知識和思維方法，能夠將其用于解決數據科學與大數據技術領域的復雜工程問題，能夠將數據科學與大數據技術專業(yè)知識用于對復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)學生對數據內涵和數據內在規(guī)律的洞察能力，能基于大數據專業(yè)知識，對大數據領域復雜工程問題進行可視分析和有效表達，能將數據可視化的理論與方法應用于大數據領域復雜工程問題解決方案的分析與優(yōu)化。M3．設計/開發(fā)解決方案3.2能夠針對大數據應用相關領域的復雜工程問題設計整體項目解決方案，掌握項目開發(fā)全周期、全流程的基本設計/開發(fā)方法和技術，完成項目的軟硬件設計、仿真、實現、運行和維護等。課程目標1：掌握數據可視化的基本理論和基本方法，并能夠應用于解決大數據領域的復雜工程問題。同時，在先修課程的基礎上，進一步熟悉和掌握大數據相關項目開發(fā)全周期、全流程的基本設計方法和技術，能夠根據實際情況設計大數據領域的整體項目解決方案。H5．使用現代工具5.3能夠針對大數據應用開發(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，能根據數據特征和可視化需求選擇合適的可視化平臺和工具，設計出有效的數據可視化方案。另外，能將數據表達得準確、簡潔、優(yōu)美、直擊人心，需要不斷的學習和借鑒別的領域的靈感和經驗。要通過數據可視化實踐，逐步促進同學們終身學習習慣的養(yǎng)成和跨領域思考問題視野的生成。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯度。四、教學內容、基本要求與學時分配1．理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.數據可視化概述1.1為什么要數據可視化1.2什么是數據可視化1.3可視化的作用1.4什么是“好”的數據可視化教學要求：（1）理解為什么要數據可視化、什么是數據可視化。（2）理解數據可視化有哪些作用。（3）明白什么是“好”的數據可視化。重點：為什么要數據可視化。難點：真正理解什么是“好”的數據可視化。201、2、32.數據可視化常用圖表2.1數據可視化常用圖表的基本類型2.2數據可視化常用圖表的進階類型教學要求：（1）掌握常用數據可視化圖表的類型、特點和擅長表達的內容。（2）能根據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容。難點：根據不同的可視化場景選擇不同的圖表。202、33.數據可視化常用工具3.1入門類3.2在線美顏類3.3專業(yè)類3.4代碼類教學要求：（1）掌握不同類型工具的特點和適用場合。（2）能結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：根據可視化需求和當前實際情況選擇最合適的工具。202、34.Tableau數據可視化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、詞云教學要求：（1）掌握使用Tableau繪制各種圖表的步驟和方法。（2）能結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：能舉一反三設計并實現各種圖表的繪制。842、35.Python可視化基礎5.1熟悉Python集成開發(fā)環(huán)境JupyterNotebook5.2用Python讀取數據5.3用Python讀取處理數據教學要求：（1）熟悉Python集成開發(fā)環(huán)境JupyterNotebook；（2）掌握用Python進行數據可視化時，不同類型數據的讀取方法；（3）掌握用Python進行數據可視化時，不同可視化需求情境下數據的處理和準備。重點：不同類型數據的讀取方法和處理方法。難點：不同可視化需求情境下數據的處理和準備。222、36.matplotlib數據可視化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，能根據實際需求設計圖表并舉一反三實現。622、37.seaborn數據可視化7.1seaborn繪圖基礎7.2繪制分類圖7.3繪制分布圖7.4繪制關系圖教學要求：（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)可視化數據8.1pyecharts繪圖基礎8.2繪制交互式基礎圖形8.3繪制交互式高級圖形教學要求：（1）了解pyecharts庫繪圖的基礎知識。（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.文本數據可視化9.1文本類數據可視化的常用方法9.2詞云的設計與制作教學要求：（1）掌握文本數據可視化的常用方法。（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:根據不同的表達內容，設計不同的詞云圖形狀、顏色，精準分詞和設置停用詞。422、310.大數據可視化綜合案例10.1共享單車可視化案例實戰(zhàn)10.2廣電大數據可視化案例實戰(zhàn)10.3新零售智能銷售數據可視化案例實戰(zhàn)10.4北京租房數據可視化案例實戰(zhàn)教學要求：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學期的3~4個熱點問題，設計可視化方案并實現。重點：分析可視化需求，設計方案，選用合適技術手段實現方案。難點:明確可視化需求、設計可視化方案，能綜合運用本學期所學數據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內容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗內容與學時實驗項目實驗內容和要求實驗學時對應的課程目標1.數據可視化基礎實驗內容：掌握數據可視化的目標、原理、流程和原則，熟悉基礎可視化工具的使用，能實現常用可視化圖表的繪制。實驗要求：嘗試使用數據可視化工具畫出至少五種常用圖表。41、22.數據可視化的簡單設計實驗內容：掌握分類數據、時序數據和空間數據等的可視化方法；掌握可視化設計的一般技巧。實驗要求：面對一個具體的可視化需求，能判斷出其數據類型，比如分類數據、時序數據和空間數據等，并能根據數據類型和可視化需求設計出可視化方案并實現方案。41、23.數據可視化的高階設計實驗內容：掌握不同類型數據的可視化方法；掌握數據可視化大屏的布局原則和實現方法。實驗要求：面對較復雜的可視化需求，能準確識別出其包含的不同數據類型，并設計出合適的大屏可視化方案并實現。41、2、34.數據可視化綜合實踐實驗內容：梳理所學圖表類型，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計和實現。實驗要求：選取開課當學期的1~2個熱點問題，設計可視化方案并實現。41、2、3合計16五、教學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合的方式進行；精選教學案例，以既能涵蓋教學大綱知識點，又能切實增強可視化表達能力為原則，講練結合，穩(wěn)步提升可視化設計和實現能力；課程提供豐富的線上資源鏈接，鼓勵學生以線上線下相結合的方式進行學習。在實驗教學中，初期的重點是培訓學生如何使用各類數據可視化工具并制作圖表。隨后，著重于依據數據特征和可視化需求來設計有效的可視化方案，并將其落實實現。我們鼓勵學生們進行相互討論，并適時組織小組匯報，以培養(yǎng)他們在大數據領域中綜合應用可視化方案設計與實施的能力。六、課程資源庫1.推薦教材（1）劉禮培.Python數據可視化實戰(zhàn)[M].北京:人民郵電出版社,2021.（2）王國平.Tableau數據可視化從入門到精通[M].北京:清華大學出版社,2020.（3）陳繼.數據可視化[M].北京:機械工業(yè)出版社,2020.2.參考書（1）黃源.大數據可視化技術與應用[M].北京:清華大學出版社,2020.（2）朱曉峰.數據可視化導論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2021.（3）黑馬程序員.Python數據可視化[M].北京:人民郵電出版社,2021.（4）王大偉.Echarts數據可視化[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狀與趨勢的可視化分析[J].西華師范大學學報(自然科學版),2021,26(19):55-57.（2）鄭玉冰.基于軌跡數據的非機動車道內沖突事件自動識別與可視化[J].中國公路學報,2021,19(09):123-126.（3）易文思.國內創(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:信息科學,2021,51(11):1777-1801.（5）CoutyVictoretal.SafetyLens:VisualDataAnalysisofFunctionalSafetyofVehicles[J].IEEETransactionsonVisualizationandComputerGraphics,2021,19(16):278-283.4.網絡資源（1）百度Echarts團隊.百度圖說[EB/OL]./.（2）B站佚名.大屏數據可視化展示[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.數據之美：迄今10佳數據可視化示例[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成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表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10（1）根據隨堂練習、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。√√√244課內實驗10（1）根據每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質量單獨評分，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）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、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）每學期至少每上完課程理論學時的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習的主要情況，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）主要考核選擇結構、循環(huán)結構、序列結構、函數和面向對象編程等內容。（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、實驗、作業(yè)、期末機試等方式對學生進行考核評價?？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（權重60%），試題類型為操作題；期末機試中基本知識、