《Python數據分析》教學大綱一、課程概述課程名稱Python數據分析英文名稱DataAnalysisbasedonPython課程性質專業選修課課程代碼22125025總學時32學時學分2開課學期第五學期先修課程程序設計基礎、數據結構適用專業計算機類專業開課單位計算機與電氣工程學院二、課程簡介《Python數據分析》是計算機專業重要課程，是一門實踐性很強的重要課程，主要學習Python語言的基本語法、語句以及結構化程序設計的基本思想和面向對象程序設計方法，學習實現網頁爬取、數據可視化、數據分析等功能。本課程的主要目的是通過學習該課程，培養學生應用計算機解決和處理實際問題的思維方法與基本能力，并培養規范化的編程風格和良好計算思維，并為后續課程的知識、能力、素養的實現積累知識儲備和技能基礎，打下良好的工程基礎。本課程的先修課為：Java程序設計、C程序設計、數據結構等。課程的內容主要包括：理論部分和實踐部分。理論部分是Python開發的基本概念：主要包括面向對象的編程思想，涵蓋數據類型、字符串、列表、元組、字典、函數、文件操作，以及Numpy數值計算、Pandas統計分析、數據存儲、數據清洗、數據標準化、Matplotlib數據可視化、機器學習等內容；實踐部分是針對前面基礎理論設計的案例實踐，以進一步鞏固理論知識。課程目標通過本課程的理論學習和上機實踐，要求學生掌握基于Python開發技術的基礎知識。主要達到以下目標：課程目標1：（結果分析）引導學生認識和處理數據，能結合具體的項目背景經過分析給出恰當解釋和評價。（支撐畢業目標4.1）課程目標2：（知識目標）掌握Python開發環境的搭建和使用、數據類型、字符串、列表、元組、字典、函數、文件操作，以及Numpy數值計算、Pandas統計分析、數據存儲、數據清洗、數據標準化、Matplotlib數據可視化、機器學習等；（支撐畢業目標5.1）課程目標3：（素質目標）培養學生誠實、守信、吃苦耐勞的思想品德；培養學生善于動腦、勤于思考的學習習慣；培養學生規范的軟件代碼編寫習慣；培養學生良好的溝通能力和團隊協作精神。（支撐畢業目標5.2）四、課程目標對畢業要求指標點的支撐表4-1課程目標對畢業要求指標點的支撐畢業要求畢業要求指標點課程目標1231研究4.1具有計算機網絡相關的工程基礎實驗驗證與實現能力，能夠對實驗數據進行解釋與分析，給出實驗的結論。M2使用現代工具5.1了解網絡工程專業重要資料與信息的來源及其獲取方法，掌握運用現代信息技術和工具獲取相關信息的基本方法。H3使用現代工具5.2學會使用互聯網、移動互聯網和大數據分析等現代信息技術工具。H注：分別用“H、M、L”對應表示“高、中、低”支撐。五、教學內容及實施手段表5-1教學內容與進度要求章節小節內容要求具體要求學生成果課程目標學時1、Python數據分析與可視化(1)Python語言簡介、安裝與配置Python環境、Python開發環境IDLE簡介、基本輸入輸出認知理解了解程序設計發展歷程、了解Python代碼規范、熟悉簡單的輸入/輸出實現方法Python開發環境、程序設計的基本過程21(2)Python可視化認知熟練掌握Python常用類庫環境安裝使用212、Python編程基礎(1)Python數據類型、常量和變量分析了解Python基本數據類型使用。常見的基本數據類型、輸入輸出21(2)運算符與表達式分析掌握各類運算符的含義、優先級，掌握表達式的正確書寫。運算符和表達式21(3)序列數據結構理解掌握Python序列數據結構。序列數據結構223、Python的流程控制(1)選擇結構程序認知選擇結構的控制及實現，各種流程控制語句的正確使用選擇結構程序設計20.5(2)循環結構程序認知循環結構的控制及實現，各種流程控制語句的正確使用循環結構程序設計21(3)常用算法及應用實例綜合掌握幾種重要算法的設計思想常用算法20.54、Python函數(1)函數定義與調用方法；函數的實參與形參調用過程認知理解函數定義與調用方法；理解函數的調用過程；理解實參與形參學會定義和使用函數、參數傳遞、遞歸的定義和調用21(2)掌握Python的內置函數理解掌握Python的內置函數Python內置函數的特殊性20.5(3)函數調用過程中變量的生命周期和作用域認知理解函數調用過程中變量的生命周期和作用域掌握函數的嵌套調用和遞歸調用20.55、文件的使用（1）文件的概念、訪問認知CSV、JSON、Excel文件操作理解大量數據處理與文件的關系31（2）文件夾的操作理解文件夾基本操作理解掌握使用Python在磁盤上創建、讀寫以及關閉文件的基本操作316、Tkinter圖形界面設計（1）Python圖形開發庫、常用Tkinter組件的使用認知掌握Tkinter組件的使用方法常用Tkinter組件的使用30.5（2）Canvas圖形繪制、Tkinter字體、Python事件處理認知掌握使用事件處理函數來處理當觸發某個事件時所做的反應Python事件處理30.5（3）圖形界面程序設計的應用理解會使用Canvas繪制圖形界面能夠結合實際使用設計界面117、Numpy數值計算基礎（1）Numpy多維數組認知理解數組的創建、數組變換合理地定義和組織數組32（2）數組的索引和切片、理解數據統計分析初步掌握數組的讀寫、基本數據分析328、Pandas統計分析基礎（1）Pandas中的數據結構認知系列(Series)的使用、數據框（DataFrame）的使用掌握基本Pandas基本數據結構30.5（2）Pandas庫中數據運算認知索引、查詢編輯、分組聚合、可視化掌握Pandas數據處理過程31（3）Pandas可視化理解線性圖、柱狀圖、直方圖、密度圖、散點圖掌握可視化基本圖形展示12.59、Pandas數據載入與預處理（1）數據載入、數據合并、數據清洗認知文件操作、數據連接與合并、數據清洗、熟悉對于缺失值、重復值、異常值的處理32（2）數據標準化理解數據變換、離差標準化、啞變量、連續變量離散化熟練操作數據的轉換3210、Matplotlib數據可視化基礎（1）繪圖基礎、設置參數認知理解畫布、繪圖填充學會設置參數、配置繪圖環境31（2）常用繪圖理解折線圖、直方圖、散點圖、餅圖、箱線圖、雷達圖、概率圖、流向圖熟練運用常用繪圖1111、其他可視化庫的基本應用（1）Seaborn可視化認知直方圖、散點圖、箱線圖、小提琴圖、回歸圖、熱力圖等學會運用常用繪圖31（2）Pycharts可視化理解柱狀圖、餅圖、漏斗圖、K線圖、儀表盤、桑葚圖、詞云、地圖學會運用常用圖表3112、統計與機器學習（1）SKlearn庫主要功能、回歸分析認知一元回歸方法、邏輯回歸初步掌握SKlearn庫的基本應用31（2）分類、聚類理解決策樹、支持向量機、K-Means聚類學會基本分類、聚類操作11表5-2課程實施手段序號采用手段具體目標1以課堂教學為主，理論教學、小組討論與課后作業相結合。強化學生工程觀點的建立和工程分析能力的培養。2課堂教學采用多媒體課件、電子教案、傳統教學方法和線上教學輔助結合。提高效率，增強教學的直觀性和課堂教學的信息量。3小組討論采用啟發式教學，通過學生協作、自主學習的答辯模式進行。讓學生自主分工、查閱資料、研究分析與制作匯報報告，培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。六、課程思政表6-1課程思政內容課程思政教學內容=1\*GB3①工匠精神、科技報國：認真付出，努力做事，堅持科學觀和實事求是精神。=2\*GB3②奉獻精神、創新精神：做事可以吃苦耐勞，工作能夠精益求精。富有不斷學習和探索進取的工作態度，熱愛本專業。=3\*GB3③家國情懷、敢為人先：科學發展觀及積極向上的人生觀。=4\*GB3④情緒穩定、和諧社會：分析矛盾、發現問題，保持平和、寬容的心去對人做事，團結協作，尊長愛幼。表6-2課程思政具體案例序號所屬章節/案例名稱案例教學目標思政元素1Python語法基礎編程實現簡單的Python小功能，如中國剩余定理引出雞兔同籠、韓信點兵等系列問題進行求解，掌握不同的求解方法，加強計算思維能力訓練。工匠精神，科技報國：布置學習任務，要求學生誠實守信完成；引導學生認知數學對工程的聯系和應用，體驗科學知識應用于實踐的科技生產力。2序列數據類型（列表、元組、字典、集合）通過楊輝三角問題應用，引出各種不同求解方法，體會Python編程方法的風格，深入理解組合類型元素的使用，通過各種項目問題中的小訓練，加強編程技術提升。家國情懷，敢為人先：楊輝三角是中國數學史上的一個偉大成就，通過討論我國軟件開發現狀，引導學生思考時代背景下自主研發的重要性，增強學生民族自信、文化自信、教育自信。3Numpy、Pandas庫的使用、學會數據分析初步通過對Numpy庫、Pandas庫的基本應用，了解數據分析的基本流程環節，如數據一致性處理、數據清洗、數據篩選等操作，了解對海量數據分析的過程。奉獻精神，創新精神：通過對歸國華僑著名物理科學家黃大年的事跡介紹，學習他刻苦鉆研、勇于創新的愛國主義精神，秉承科技報國的理想，把為祖國富強、民族振興、人民幸福做為畢生追求。4科學計算和可視化應用結合Pandas庫學習，進行數據分析，掌握Matplotlib繪圖可視化，初步掌握繪制條形圖、餅狀圖、散點圖，利于分析決策。情緒穩定、和諧社會：要想成就一番事業，靠自己一個人打拼是不現實的，細化分工，才可以提高工作效率，團隊協作，每個人完成一部分任務，然后達到合作完成的目的。學會欣賞團隊中的每一位成員，就是在為團隊增加助力。只有相互信任、真誠的相互交流，共享工作成果，增加團隊凝聚力，提高項目開發效率。七、考核及成績評定1、考核方法本課程考核采用平時成績+期末考試的綜合考核方式，即：總成績=平時成績*50%+期末考試成績*50%平時成績分為3部分：作業（10%）、課堂練習（20%）、操作實踐（20%）。各考核環節及權重如表7-1所示。表7-1考核環節及權重表項目名稱課程目標考核環節及成績占比（%）課程目標權重（%）課堂測試（1）課后作業（2）操作實踐（3）期末成績（4）課程目標12641022課程目標22641527課程目標33461528課程目標43461023合計102020501002、考核內容及評價標準=1\*GB3①操作實踐：占總成績的20%。分為四次實踐操作，各占成績25%；每次評分施行百分制，評分內容包括到課、課堂表現、實際操作和運行結果，評分標準如表7-2所示。表7-2實驗考核方案及評價標準課程目標考核內容優秀良好中等及格不及格課程目標1程序流程控制設計方案通過并實現，能解決實驗過程中出現的問題；能夠獨立完成報告的撰寫，內容全面；能夠詳細記錄實驗過程，對數據進正確分析、討論，并能得到有效結論。操作步驟較正確、實驗預習較完整、準確，數據處理及討論較正確操作步驟基本正確、實驗預習基本完整、準確，數據處理及討論基本正確操作步驟不夠正確實驗預習不夠完整、準確，數據處理及討論不夠正確不做實踐操作、不設計實驗數據課程目標2組合類型的應用課程目標3數據分析初步課程目標4數據可視化效果=2\*GB3②課堂測試：占總成績的10%。每次課程結束后通過雨課堂進行線上小測試。同時結合隨機課間考勤和互動，每名學生不少于5次，每缺一次扣2%，扣完10%為止，無故缺勤5次以上者取消本門課程的考核資格。=3\*GB3③課后作業：占總成績的20%。本門課程每章均布置作業，布置次數不低于2次，每次作業的占比均分，根據學生作業是否按時上交、是否獨立完成以及作業完成準確性與可讀性評分。作業具體評分標準如表7-3所示。=4\*GB3④期末考試：占總成績50%。開卷考試，考試時間120分鐘，成績采用百分制，卷面成績總分100分，考試范圍包括1,2,4課程目標。具體考試時間與教務辦公室聯系協商通知進行。表7-3作業評價標準考核內容優秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（60分以下）作業按時足量提交，90%以上的概念與計算正確，方案合理，書寫清晰且文本規范。按時足量提交，80%以上的概念與計算正確，方案較合理，書寫比較清晰、規范。缺量提交，70%以上的概念與計算正確，方案基本合理，書寫基本清晰、規范。補交，60%以上的概念與計算正確，方案不夠合理，書寫不夠清晰、規范。提交作業錯誤過多，書寫混亂潦草。（不交作業、抄襲記零分）。3、按照工程教育認證標準和學校人才培養要求，考核以學生能力是否有效達成為基準。為保障學生課程培養能力的達成，規定期末考試卷面成績應高于一定分數。4、考核周期為一個學年。為使評價結果盡快反饋給各個教學環節，促使各個教學環節盡快改進，保證教學效果的快速提升，課程考核成績評價每學年進行1次。5、考核依據《計算機與電氣工程學院課程目標達成評價實施辦法》文件進行。八、課程質量評價和持續改進課程結束后由課程責任人以定量和定性評價方法，針對具體課程目標形成文字或圖表形式的報告，針對學生個體和整體的學習成果評價并對相關問題進行分析；課程目標達成與課程在培養學生解決復雜工程問題能力的具體環節任務的達成相關性分析；對以上各薄弱環節進行原因分析，提供持續改進建議，并由學院教學指導委員會進行審核。針對學生個體和整體的課程目標評價方法如下：1、課程考核成績算分評價法：課程目