《Python从入门到数据分析应用》教案全套（48学时）第1-8次课 Python编程入门-综合练习

《Python从入门到数据分析应用》教案学院：课程/项目名称Python程序设计课程编号总学时：48学时理论：32学时课内实验：16学时学分3课程课程类别：专业必修■专业必修□公共必修□公共选修授课教师授课专业信息管理与信息系统、电子商务、大数据管理与应用、审计等信息管理类相关专业、其他非计算机类专业授课班级教学目的和要求课程教学目标是培养学生利用Python语言结合相关的数学知识以及信息技术基础理论，解决实际问题的能力。本门课的教学内容为学生后续数据挖掘、人工智能应用技术等相关专业课程的学习以及毕业设计奠定基础。课程思政贯穿整体教学内容，引导学生树立正确的人生观与价值观，让学生感悟国家建设的责任感与使命感。1.知识：本课程的教学内容主要由以下部分组成：Python基础知识、数据分析以及实践部分。基础知识部分主要要求学生掌握编程的基础理论，如运行环境安装、数据类型的使用、函数、类与模块、文件操作。数据分析部分主要涉及Numpy、Pandas和Matplotlib/Seaborn库等。在实践部分，要求学生能够进行数据获取、数据预处理，数据分析和可视化。2.能力：引导学生开展科学思维、系统分析及技术工具应用的训练，培养学生获取知识、应用知识及创新的能力。3.要求能够利用所学的Python编程基础知识实现一般问题编程。能够利用编程与数据分析的知识，对给定数据集进行预处理、分析及可视化。在本门课的学习中，需要学生具备一定的数学理论基础，如概率论与数理统计和线性代数等，同时还要有先修的信息技术基础。旨在培养学生利用数据进行预处理、抽象建模、分析并可视化的实践能力，培养学生解决工程问题的能力，为学生后续专业课学习以及毕业设计奠定基础。编程环境搭建以及调试程序是学生在编程过程中不断积累经验与收获知识的过程。Python语言具有丰富的第三方库、良好的跨平台、可移植性等特点，要求学生能够在Windows或者Linux平台上熟练操作并运行程序。教学重点1.Python编程的基础知识（1）掌握编程环境Anaconda下的Spyder、JupyterNotebook；Pycharm工具运行程序的基本方法。（2）掌握顺序结构、选择结构和循环结构的用法。（3）掌握元组、列表、字典与集合的用法。（4）掌握函数的定义、参数传递的用法。（5）掌握面向对象编程的基本概念与用法。理解对象与类的含义。掌握类/对象的属性与方法的访问用法。掌握封装性、继承性与多态性的含义与用法。（6）掌握字符串的内置函数和字符串的常用方法。（7）理解正则表达式的基础语法，掌握re库的使用。（8）掌握基本的文件读/写方法，如CSV、JSON文件。（9）掌握Datetime、Random等模块的使用。（10）程序调试的基本方法以及常见错误的处理。2.数据分析中常用的第三方库（1）掌握NumPy中ndarray对象的创建、属性和基本操作。（2）掌握Pandas数据对象的创建及基本操作。（3）掌握Matplotlib/Seaborn可视化作图的基本方法。（4）掌握数据分析的流程，数据预处理、简单模型构建与训练、分析结果可视化的基本方法。3.数据分析实践（1）通过上机实验进行基础练习，巩固所学知识。（2）通过编程实践，利用数据分析工具解决相关行业问题。教学资源教材、PPT课件、教学微视频、习题、上机实验、教学大纲、教案、测试卷习题答案、上机实验答案其他教学资源：教学环境多媒体教学线上、线下混合教学《Python从入门到数据分析》教案第1次课2学时授课内容Python编程入门教学目的与要求通过本次课的学习，要求学生掌握或了解以下知识：（1）了解Python语言的发展与应用概况。（2）掌握Python语言程序开发环境Pycharm、Anaconda3的安装（3）掌握Spyder及Jupyternotebook的使用。（4）掌握pip命令的用法。重点难点重点：掌握Python开发环境的安装与基本使用方法教学进程安排主要介绍Python的概况、开发环境及使用方法。（1）Python语言的发展。（2）Python语言的特点及应用。（3）Python语言的开发环境与工具的使用。课后学习任务布置要求学生掌握编程环境Anaconda3下的Spyder、JupyterNotebook以及Pycharm工具运行程序的基本方法。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第2次课2学时授课内容编写简单的程序教学目的与要求通过本次课的学习，让学生能够通过较少的代码编写简单的程序，并用turtle库制作图案，旨在培养学生的编程兴趣。重点难点学会使用turtle库绘制简单的图形。教学进程安排讲解简单的语法规则，然后引导学生运用turtle库编写简单的程序。（1）掌握变量、保留字、运算符、赋值语句及缩进等基本用法。（2）学会简单的输入输出语句写法。（3）按照样例，利用turtle库绘制图案。课后学习任务布置用turtle库自拟绘制一个图案。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第3次课2学时授课内容程序设计的基本结构教学目的与要求（1）理解程序设计三种基本结构的适用条件，语句结构差异对运行结果的影响。（2）掌握if、while、for、break、continue语句的用法。（3）掌握for循环语句与range函数结合的用法；循环嵌套的用法。重点难点重点：分析分支选择语句、循环语句的结构；for循环结合range函数的用法教学进程安排讲解顺序结构、选择结构和循环结构的使用方法。（1）顺序结构。（2）选择结构：if语句。（3）循环结构:while、for循环与range函数；break和continue；循环嵌套。课后学习任务布置三种基本结构的编程练习主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第4次课2学时授课内容Python的内置数据类型教学目的与要求掌握元组、列表、字典及集合等类型的基本概念与特点；每种数据类型的创建、添加、修改、删除等操作方法的使用；不同数据类型之间的转换方法重点难点重点：元组、列表、字典及集合的特点，列表的操作教学进程安排掌握数据的内置数据类型的特点与使用方法。（1）数据类型的划分。（2）元组的特点与操作。（3）列表的切片访问与操作。（4）字典的创建与操作。（5）集合的操作。（6）类型转换方法。课后学习任务布置课后作业：列表、元组的切片访问；类型转换主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第5次课2学时授课内容函数教学目的与要求掌握Python中函数的定义、调用过程、参数传递、lambda函数；math、random库及datetime库的使用；全局变量与局部变量重点难点重点：函数的参数传递教学进程安排讲授函数的定义、参数传递与调用过程；math、random、datetime库的使用，具体进程安排如下：（1）函数定义与调用过程。（2）参数传递的用法，如可变类型参数、不可变类型参数等。（3）Math与Random库的用法。（4）Datetime库的用法。（5）局部变量与全局变量。课后学习任务布置完成课后习题主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第6次课2学时授课内容面向对象编程教学目的与要求掌握Python面向对象编程的基本概念与使用方法。（1）掌握类与对象的概念、属性与方法。（2）理解成员私有化的用法。（3）理解封装、继承与多态的用法。重点难点重点：类/对象的含义与使用教学进程安排引导学生理解类与对象的含义，学会类与对象的属性、方法的访问方法。（1）类与对象的含义。（2）通过例题讲解对象实例化。（3）类与对象的属性与方法的访问用法。（4）理解继承、封装、多态的含义。课后学习任务布置编程实现，巩固类/对象的属性与方法的使用。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第7次课2学时授课内容字符串与正则表达式教学目的与要求掌握字符串的访问以及格式化输出；正则表达式的基本规则、re模块的使用，能够实现简单解析网页中的文本。重点难点重点：字符串的split()、join()、strip()及in等方法；re模块的使用教学进程安排引导学生学习字符串的常用方法；正则表达式re模块的使用。（1）字符串的常用方法，如split()、join()、strip()、count()等。（2）字符串的格式化输出format()。（3）正则表达式re模块。课后学习任务布置完成习题中的编程作业。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第8次课2学时授课内容文件读写教学目的与要求介绍Python语言的文件读写方法，通过本次课的学习，掌握以下知识点：（1）掌握打开、关闭文件的函数用法。（2）掌握csv、json文件的读写方法。（3）读写结构化数据指定行、列的方法。重点难点读写结构化数据指定行、列的方法。教学进程安排授课内容：1.Python语言中文件的读写方法（1）文件处理的过程。（2）数据的读取方法。（3）文件的打开、写入与关闭。2.CSV文件的读写3.JSON文件的读写课后学习任务布置课后作业：编程实现读/写csv、json文件中的指定内容主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第9次课2学时授课内容NumPy库的基本操作教学目的与要求介绍Numpy中的数组对象、数组的切片访问：（1）掌握ndarray对象的创建、属性。（2）了解NumPy库支持的标准数据类型。（3）掌握ndarray对象的基本操作。重点难点（1）数组的索引。（2）数组的切片访问。教学进程安排授课内容：（1）创建ndarray对象。（2）NumPy库的标准数据类型。（3）数组的对象属性。（4）数组的索引和切片。（5）数组的形态操作。（6）数据的拼接与切分。（7）数组的转置与翻转。课后学习任务布置NumPy库的基本操作练习主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第10次课2学时授课内容NumPy的通用函数教学目的与要求通过本次课的学习，掌握Numpy的通用函数的用法。重点难点掌握数组的通用函数并进行运算教学进程安排授课内容：NumPy数组的通用函数（1）一元ufunc。（2）常用的算术运算函数。（3）常用的内置操作函数。（4）实例操作。课后学习任务布置完成课后习题主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第11次课2学时授课内容Pandas库的基本操作教学目的与要求介绍Pandas库的数据结构及其基本操作，能够使用Pandas读/写文件、进行数据对象的索引与预处理操作，要求学生掌握或理解以下知识点。（1）了解Pandas中的数据结构。（2）掌握Pandas中数据对象的创建。（3）掌握Pandas中数据对象的索引。（4）掌握Pandas数据预处理。（5）掌握Pandas中csv文件的读/写。重点难点（1）Pandas对象的索引操作（2）数据预处理操作教学进程安排授课内容：1.Pandas中的数据结构（1）Series（2）DataFrame2.Pandas中数据对象的创建3.索引操作（1）Series对象的索引。（2）DataFrame对象的索引。4.数据预处理操作（1）数据合并。（2）数据去重及替换。（3）缺失值处理。（4）数据离散化。（5）One-Hot编码。5.掌握Pandas中csv文件的读/写课后学习任务布置Pandas的预处理操作练习、文件读写练习主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第12次课2学时授课内容Pandas统计分析基础教学目的与要求介绍数据分析中用Pandas进行数据运算、分组与聚合的用法。要求学生掌握以下知识的运用：（1）Pandas中的数据汇总与聚合。（2）Pandas中的数据统计计算。重点难点Pandas中的数据汇总与聚合教学进程安排授课内容：1.数据的分组与聚合（1）数据分组（2）数据聚合（3）分组运算2.常用的统计函数3.Pandas实例讲解课后学习任务布置Pandas数据汇总、聚合、统计等练习；课后习题主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第13次课2学时授课内容Matplotlib与Seaborn可视化工具的使用教学目的与要求掌握用Matplotlib/Seaborn工具绘制基本图形的方法；掌握坐标轴属性的设置方法；掌握子图的绘制。重点难点运用Matplotlib/Seaborn绘制基本图形教学进程安排（1）坐标轴属性的设置、子图绘制。（2）运用Matplotlib绘制柱状图、直方图、折线图、散点图和箱线图。（3）运用Seaborn绘制基本图形。课后学习任务布置完成课后习题主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第14-15次课4学时授课内容综合练习教学目的与要求了解利用Python进行数据分析的思路，并通过实例操作初步掌握原始数据获取、数据预处理、数据建模、分析及可视化的过程。重点难点数据分析综合实例，Numpy、Pandas与Matplotb/Seaborn在案例中的使用教学进程安排介绍数据分析的重要性，举例说明数据分析的案例，逐步引入到课程的内容中。（1）介绍数据分析的基本流程与应用场景。（2）数据分析的常用扩展库。（3）通过对文本数据、结构化数据的实例分析，演示数据分析流程。课后学习任务布置完成教材习题，巩固理解数据分析基本流程，学会使用第三方库进行文本或结构化数据进行数据分析。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》教案第16次课2学时授课内容Python语言的程序调试教学目的与要求介绍Spyder开发环境，了解编程中的常见错误、异常处理方法与程序调试技巧。重点难点Python语言程序设计中的常见错误分析教学进程安排授课内容：（1）Spyder的基本使用方法。（2）Python语言程序中的常见错误。（3）Python语言的异常处理方法。课后学习任务布置掌握Spyder的基本使用方法，在Spyder环境下编写与调试程序。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》实验课教案第1次课2学时授课内容Python的基础知识教学目的与要求掌握在Anaconda环境下用Python语言编写简单程序的基本方法，并了解Python语言与其他语言的异同。重点难点Python语言程序设计三种基本结构的运用教学进程安排学生按照实验指导书完成编程题目，编程题目的设计内容主要涉及以下知识点。（1）在Anaconda3环境下，用Python语言编写与运行程序的基本方法。（2）Python语言中三种程序控制结构的实现。（3）Python语言的输入、输出和赋值等语句。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》实验课教案第2次课2学时授课内容Python组合数据类型教学目的与要求掌握Python语言的内置数据类型列表、元组、集合及字典的用法。重点难点列表的切片访问；组合数据类型与循环语句的结合使用教学进程安排学生按照实验指导书完成编程题目，编程题目的设计内容主要涉及以下知识点。（1）Python中的组合数据类型：列表、元组、字典和集合的相关概念。（2）列表、元组、字典与集合的建立和使用方法。（3）列表推导式。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》实验课教案第3次课2学时授课内容函数教学目的与要求掌握函数参数传递的用法；学会使用math库、random库、datetime库重点难点函数的参数传递教学进程安排学生按照实验指导书完成编程题目，编程题目的设计内容主要涉及以下知识点。（1）函数及其参数的概念。（2）Python语言函数的定义及使用方法。（3）参数传递的用法。（4）math库、random库、datetime库，掌握其常见函数的用法。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》实验课教案第4次课2学时授课内容面向对象编程教学目的与要求掌握定义类的方法、对象的实例化、类/对象的属性与方法的访问。重点难点类/对象的使用教学进程安排学生按照实验指导书完成编程题目，编程题目的设计内容主要涉及以下知识点。（1）类和对象的概念。（2）类的继承原则；对象的引用模型。（3）自定义类；实现类的方法。主要参考资料《Python从入门到数据分析》刘亚辉郭祥云赵庆聪清华大学出版社《Python从入门到数据分析》实验课教案