大数据可视化 教案 1-2Matplotlib绘制基础图形

《大数据可视化》教案（学年第学期）课程名称： 大数据可视化所属专业： 大数据技术所属系部： 计算机与软件技术授课班级：课程总学时： 任课教师：PAGEPAGE1序号：1一、教学分析课题名称Matplotlib图表绘制（基础图）课程大数据可视化系部计算机与软件技术系任课教师教材《大数据可视化技术》课题类型理论+实践课课时2课时地点实训机房班级内容提要与时间分配：1、学习目标素质目标小组协作能力问题处理能力知识目标了解11种基础图表技能目标掌握折线图的绘制掌握直方图的绘制掌握柱状图的绘制掌握堆叠条形图的绘制掌握水平条形图的绘制掌握带标签的分组条形图的绘制掌握面积图的绘制掌握散点图的绘制掌握气泡图的绘制掌握饼图的绘制掌握雷达图的绘制2、教学内容内容布置：折线图直方图柱状图堆叠条形图水平条形图带标签的分组条形图面积图散点图气泡图饼图雷达图内容引入：使用matplotlib进行大数据可视化时会使用的较为常用的图表我们会在这两堂课中依次介绍知识讲解：11中图形的绘制内容总结：总结本节课程中遇到的问题，并对涉及到的知识点进行梳理。3、本次课程内容特点：4、教学重点与难点重点：11中基础图表绘制难点：堆叠条形图、水平条形图、带标签的水平条形图、雷达图5、学情分析1、学生在学习本课程之前已掌握了可视化的基础知识，包括可视化有哪些图表组成，初步学习Matplotlib工具。6、教学设计基本原则：1、将教学内容与信息资源进行有机整合，利用实训平台创造一个同时具备项目式体验功能、教学实施功能、学习效果评测功能和实时互动交流功能的多功能信息化教学环境。2、充分利用教材、学习通教学平台、多媒体课件和实训室等信息化教学手段，调动学生积极性和主动性，促进学生自主学习和主动学习。7、教学方法、手段：1、案例教学法：本情境教学开始引入可视化案例，引出课程目标及重点和难点。2、过程互动教学法：教学过程中使学生积极回答问题，小组内展开讨论，并组间进行分享。3、“任务驱动”法，下发随堂任务，由学生独立完成，教师当堂进行考核和讲评，解决学生遇到的问题，并就共性问题进行点评。8、内容提要与时间分配环节一：课程回顾（5分钟）环节二：折线图（5分钟）环节三：直方图（5分钟）环节四：柱状图（5分钟）环节五：堆叠柱状图（10分钟）环节六：水平条形图（10分钟）环节七：带标签的分组条形图（10分钟）环节八：面积图（5分钟）环节九：散点图（5分钟）环节十：气泡图（5分钟）环节十一：饼图（5分钟）环节十二：雷达图（10分钟）环节十五：任务总结（10分钟）9、教学材料教材《大数据可视化技术》二、教学组织方式（专业课程知识点击思政微课任务驱动方式、结合专业教师引导，完善理实一体的教学环境及方法。三、学习资源使用多媒体教学平台完成课前复习、教学资源分发、作业评分。微课教学平台完成在线课自学、教师操作视频演示、及课程思政微课的展示。3.教学反馈平台完成学情调查、教学实施效果调查，了解学生学情和课堂教学反馈。四、教学实施环节一：课程回顾（思维导图）（5分钟）课程回顾：通过思维导图，对前一章节课程知识点进行回顾。思维导图如下：环节二：折线图（5分钟）通过知识准备初步了解Matplotlib绘图函数，通过业务操作1讲解折线图绘制与实践。本节我们首先来介绍如何创建折线图，它是一个由点和线组成的统计图表，常用来表示数值随连续时间间隔或有序类别的变化。教师以在四六级单词中以各个字母开头的单词统计数据的折线图绘制作演示绘制折线图。学生跟着教师同步实践。学生参考教师示例，绘制折线图，学生实施过程中（根据教材给出的示例代码），遇到问题可随时向教师咨询，任课教师负责整体进度把控，及问题解决。环节三：直方图（5分钟）环节四：柱状图（5分钟）讲解柱状图绘制与实践。教师对柱状图定义和适用场景进行讲授。条形图是一种以长方形的长度为变量数据进行统计的图表，柱状图适用在较小数据集的分析，可以直观展示个体之间数据的差异。柱状图一般使用bar()函数实现绘制，只需在函数中定义需要绘制的两组数据，并且可以通过适当调整参数来设置颜色宽度等属性。教师对柱状图函数和参数进行讲授，然后带领学生一起编写程序实践，绘制结果如下图：环节五：堆叠条形图（10分钟）讲授堆叠条形图绘制与实践。堆叠条形图与条形图类似，常被用于比较不同类别的数值,而且它的每一类数值内部又被划分为多个子类别，这些子类别一般用不同的颜色来表示，有助于分解整体从而对各部分进行比较。堆叠条形图同样是调用bar函数，只是在参数设置上面做了调整。教师对函数和参数进行讲解，然后带领学生一起编写程序实践，绘制结果如下图：环节六：水平条形图（10分钟）讲授水平条形图绘制与实践。教师对水平直方图的实现方式进行讲授，水平条形图一般通过barh函数实现，每个柱形按照给定的对齐方式定位在y轴的指定位置，在绘制水平方向的堆叠条形图时，需要将参数bottom改为left，将参数width改为height，其他的和垂直方向的条形图的绘制类似。教师对函数和参数进行讲解，然后带领学生一起编写程序实践，绘制结果如下图：环节七：带标签的分组条形图（10分钟）讲解带标签的分组条形图绘制与实践。分组条形图应用的也是绘制条形图使用的bar()方法，这里需要通过设置坐标来实现，绘制的方法是：在一组画布上进行多组数据的绘制，调整数据的横纵坐标来实现分组绘制，教材代码中中的po_l和po_r分别表示两组数据的横坐标数据，不同的组别一般使用填充颜色进行区分，使用legend()函数显示图例，在绘制之后使用plt.xticks()函数重新设置刻度。教师对函数和参数进行讲解，然后带领学生一起编写程序实践，绘制结果如下图：环节八：面积图（5分钟）讲解面积图绘制与实践。折线图常用于描述某指标随某个时间序列的变化。往往一条折线图可以根据某个分组变量拆分成为多个折线图，其面积也通常可以有一定的含义，可以帮助我们有效观察总量的趋势，因此可以借助Matplotlib中的stackplot()函数绘制面积图。教师对函数和参数进行讲解，然后带领学生一起编写程序实践，绘制结果如下图：环节九：散点图（5分钟）讲解散点图绘制与实践。散点图有助于分析两个变量之间的相关性，或找出趋势和规律。散点图是折线图的近亲，可以使用plot()函数实现绘制，也可以使用scatter()函数。教师利用两种方法完成散点图的绘制，教师带领学生编写代码，并进行结果演示。方法一：学生参考教材中的plt.plot()方法绘制散点图方法二：学生参考教材中的plt.scatter()方法绘制散点图学生参考教师示例，绘制折线图，学生实施过程中（根据教材给出的示例代码），遇到问题可随时向教师咨询，任课教师负责整体进度把控，及问题解决。绘制结果如下图：环节十：气泡图（5分钟）讲解气泡图绘制与实践。气泡图与使用scatter()方法绘制的散点图步骤类似，只需要在绘制散点图的scatter()函数基础之上改变参数即可获得气泡图，在示例代码中，通过设置s,c,linwidth等参数改变点的大小、颜色、线宽等属性，实现气泡图的绘制。教师编写代码，并进行结果演示。学生完成同步实践。程序运行结果如下图所示。环节十一：饼图（5分钟）讲解饼图绘制与实践。在数据分析中，饼图经常被用来概览不同类别占总体的比值，在Matplotlib中一般使用pie()函数进行基础饼图绘制，在示例代码中ax.pie()函数传入的参数有：绘制数据x、各区块颜色colors、饼图半径radius、饼图中心位置center、边界wedgeprops、设置frame为True绘制轴框架。教师编写代码，并进行结果演示。学生完成同步实践。程序运行结果如下图所示。环节十二：雷达图（5分钟）讲解雷达图绘制与实践在图形绘制过程中，首先创建画布并在新建的画布上面使用add_subplot()建一个表，通过设置polar值为True绘制一个极坐标，取定义数据的第一维[38,29,8,7,28]为绘制数据values，将360度均分设置为绘制数据的角度angles(这里也可以进行自定义)，定义好数据和角度后就可以通过折线图plot()设置雷达图的x轴和y轴，以及设置颜色线条等属性，画好折线图后使用fill()填充图形区域。教师编写代码，并进行结果演示。学生完成同步实践。程序运行结果如下图所示。环节十五：任务总结（5分钟）归纳总结本任务内容。根据本节课程进度及学生对知识点的掌握情况，教师布置课后作业及测试：课后进一步分析教师所提供的应用样例，使用不同数据源进行可视化。在学习通发布测试题，对本次课教师所讲知识点进行考核。【思政作业】请搜集2016年-2022年《中国移动源环境管理年报》，参考以下数据样本：数据：2021年，全国机动车四项污染物排放总量为1557.7万吨。其中，一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）排放量分别为768.3万吨、200.4万吨、582.1万吨、6.9万吨。选择合适的图形，绘制全国机动车四项污染物排放总量的变化曲线图，以及一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）排放量近5年的变化曲线图，请结合实际数据以及数据的变化趋势，分析环境变化与移动污染源的相关性，并为下一步的环境治理工作提出合理的意见和建议。五、教学效果与课后反思1.教学效果通过多媒体教学平台，完成课前复习、任务分发、指导书下载、作业评分，方便学生实时学习。微课教学平台，完成在线课自学、教师操作视频演示、及课程思政微课的展示，培养并提高学生自主学习能力。教学反馈平台，完成学情调查、教学实施效果调查，了解学生学情和课堂教学反馈。运用兴趣导向教学方法，将知识点实例化，逐步构建学生创新思维，突出教学重点，解决教学难点，提高学生实训的兴趣。（6）教师践行工匠精神，将