數(shù)據(jù)可視化課程教學大綱課程基本信息課程代碼：課程名稱（中/英）：數(shù)據(jù)可視化/DataVisualization學分：3總學時：45理論學時：33實踐學時：12課程性質(zhì)：選修開課學期：5適用專業(yè)：計算機類先修課程：高級程序設計開課單位：計算機學院大綱版本：2024.4一、課程簡介數(shù)據(jù)可視化是計算機科學與認知心理學兩大科學相結(jié)合的產(chǎn)物，是當前最為活躍的研究方向之一。數(shù)據(jù)是記錄科學現(xiàn)象和客觀世界的基本信息單元。當今世界每時每刻都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可視化主要是借助于圖形化手段，清晰有效地傳達與溝通信息，從而為人類洞察數(shù)據(jù)的內(nèi)涵、理解數(shù)據(jù)蘊藏的規(guī)律提供了重要的手段。隨著計算機的廣泛應用，人機交互與數(shù)據(jù)可視化已在多個領(lǐng)域發(fā)揮越來越多的作用。本課程是計算機科學技術(shù)專業(yè)一門重要的專業(yè)選修課，主要講述人機交互與數(shù)據(jù)可視化的基本概念和基本方法，以及可視化展示和交互技術(shù)。主要內(nèi)容有：(1)原理篇：人機交互和可視化概述、數(shù)據(jù)可視化基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)可視化過程、數(shù)據(jù)可視化方法。(2)技術(shù)篇：介紹可視化工具ECharts的綜合應用，同時介紹流行語言Python可視化上的應用。(3)應用篇：可視化在微信公眾號輿情系統(tǒng)中的應用。二、課程目標（一）課程具體目標1．理解人機交互與可視化基礎(chǔ)知識，了解數(shù)據(jù)基本概念，視覺感知，理解數(shù)據(jù)可視化的流程，數(shù)據(jù)可視化方法，以及人機交互與可視化的關(guān)系。2.掌握繪制可視圖形和界面布局方法，能夠按照數(shù)據(jù)需求進行可視形態(tài)設計和界面布局呈現(xiàn)。3.能夠根據(jù)應用領(lǐng)域需求，選擇恰當?shù)目梢曅螒B(tài)、交互技術(shù)并結(jié)合數(shù)據(jù)可視化方法開發(fā)完整的交互式可視化系統(tǒng)。4.理解數(shù)據(jù)可視化在不同行業(yè)領(lǐng)域的實際應用案例。

（二）課程目標與專業(yè)畢業(yè)要求的關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標相關(guān)教學活動如何支撐指標點1-4分析人工智能系統(tǒng)的復雜性，優(yōu)選解決人工智能系統(tǒng)工程問題的解決方案。1．理解人機交互與可視化基礎(chǔ)知識，了解數(shù)據(jù)基本概念，視覺感知，理解數(shù)據(jù)可視化的流程，數(shù)據(jù)可視化方法，以及人機交互與可視化的關(guān)系。達成途徑：通過課堂講解和討論、作業(yè)，使學生了解人機交互與數(shù)據(jù)可視化的價值，能夠使用技術(shù)手段解決人工智能系統(tǒng)工程問題。評價方式：通過隨堂測試和期末考核，綜合評價學生目標能力的達成程度。3-2設計特定需求算法，能夠合理地組織數(shù)據(jù)、有效地存儲和處理數(shù)據(jù)，編寫程序，并進行算法分析和評價。2掌握繪制可視圖形和界面布局方法，能夠按照數(shù)據(jù)需求進行可視形態(tài)設計和界面布局呈現(xiàn)。達成途徑：通過課堂講解和討論、作業(yè)和上機，使學生理解各類數(shù)據(jù)可視化形態(tài)的繪制方法和界面布局的應用，編寫程序以分析、評價可視化設計。評價方式：通過上機作業(yè)和期末考核，綜合評價學生目標能力的達成程度。3-3掌握基本的算法、硬件架構(gòu)和軟硬件資源管理，設計針對特定功能要求的硬件控制模塊，并完成器件選型和硬件調(diào)試等。3.能夠根據(jù)應用領(lǐng)域需求，選擇恰當?shù)目梢曅螒B(tài)、交互技術(shù)并結(jié)合數(shù)據(jù)可視化方法開發(fā)完整的交互式可視化系統(tǒng)。達成途徑：通過課堂講解、討論、作業(yè)和上機，使學生掌握可視化開發(fā)方法和開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)一個完整的交互式可視化系統(tǒng)。評價方式：通過上機作業(yè)和期末考核，綜合評價學生目標能力的達成程度。7-2了解信息化與環(huán)境保護、信息化與社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，并深入理解人工智能專業(yè)工程實踐在信息安全方面給社會可持續(xù)發(fā)展帶來的影響。4.理解數(shù)據(jù)可視化在不同行業(yè)領(lǐng)域的實際應用案例。達成途徑：課堂講解和討論、作業(yè)和上機，使學生理解交互式可視化技術(shù)在不同行業(yè)領(lǐng)域的解決方案。評價方式：通過上機作業(yè)和期末考核，綜合評價學生目標能力的達成程度。表1課程目標與專業(yè)畢業(yè)要求關(guān)系表（三）課程對解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)本課程的教學過程應充分體現(xiàn)和落實對學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)，理解復雜工程問題的內(nèi)涵，認識復雜工程問題的特征，有針對性的培養(yǎng)和提高學生在數(shù)據(jù)可視化等領(lǐng)域應用實踐中解決復雜工程問題的能力。在課程理論知識講授環(huán)節(jié)，不但注重培養(yǎng)學生對數(shù)據(jù)可視分析基本概念原理的深入理解，使學生掌握數(shù)據(jù)可視分析領(lǐng)域復雜工程問題所需的基本理論以及了解相關(guān)技術(shù)對數(shù)據(jù)可視化、社會文化等的影響，跟蹤人機交互與可視化技術(shù)發(fā)展前沿，探討當前熱點問題激發(fā)學生學習興趣。并通過適當?shù)恼n后作業(yè)鍛煉檢驗學生解決復雜工程問題的能力。在上機環(huán)節(jié)中，以培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力為目的，圍繞課程目標安排上機項目，設計上機內(nèi)容，明確上機要求，指導上機過程，嚴格上機成果考核。在課程考核環(huán)節(jié)，根據(jù)課程目標選擇合適的考核方式，考題設置完全覆蓋課程支撐的畢業(yè)要求指標點，考題設計充分體現(xiàn)對學生解決復雜工程問題能力的考查，考題的難度和深度應能夠體現(xiàn)復雜工程問題的特征?？傊?，本課程的教學通過在理論講授、課后作業(yè)、課內(nèi)上機、課程考核等環(huán)節(jié)充分貫徹培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力的理念和要求，實現(xiàn)本課程目標。

三、教學內(nèi)容及基本要求（一）理論教學第1單元人機交互與可視化概述（2學時）1．教學內(nèi)容（1）數(shù)據(jù)可視化發(fā)展歷程（2）數(shù)據(jù)可視化的目標和作用（3）數(shù)據(jù)可視化的優(yōu)勢（4）數(shù)據(jù)可視化與人機交互技術(shù)2．基本要求（1）掌握人機交互與可視化的基本概念；（2）理解可視化的目標、作用和優(yōu)勢；（3）了解數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展歷程，以及人機交互的關(guān)系。3．支撐的課程目標本單元教學通過“互動、開放”的課堂形式，采用探究式學習、基于問題的教學方法，使學生掌握人機交互與可視化的基本概念、理解數(shù)據(jù)可視化的目標、作用和優(yōu)勢，以及人機交互與可視化的關(guān)系，激發(fā)學生的學習興趣，依據(jù)所掌握的知識點，提高分析解決復雜工程問題的能力，從而達到課程目標的要求?？梢灾握n程目標1。第2單元數(shù)據(jù)可視化基礎(chǔ)（4學時）1．教學內(nèi)容（1）數(shù)據(jù)對象與屬性類型（2）數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計描述（3）數(shù)據(jù)的相似性和相異性度量（4）視覺感知（5）視覺通道（6）可視化的組件 2．基本要求（1）理解視覺感知視覺通道；（2）掌握數(shù)據(jù)基本概念、統(tǒng)計描述和數(shù)據(jù)度量；（3）熟悉概念模型；（4）了解可視化的組件；3．支撐的課程目標本單元教學通過“互動、開放”的課堂形式，采用探究式學習、基于問題的教學方法，使學生理解視覺感知和視覺通道等認知原理，掌握數(shù)據(jù)基本概念、統(tǒng)計描述和數(shù)據(jù)度量，提高學生解決復雜工程問題的能力；依據(jù)所掌握的知識點，分析相關(guān)因素的影響，并發(fā)表自己的見解，達到課程目標的要求。可以支撐課程目標1。第3單元數(shù)據(jù)可視化過程（2學時）1．教學內(nèi)容（1）數(shù)據(jù)可視化流程（2）數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)變換（3）可視化映射2．基本要求（1）理解數(shù)據(jù)可視化流程；（2）掌握數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)變換；（3）掌握可視化映射；3．支撐的課程目標本單元教學通過“互動、開放”的課堂形式，采用探究式學習、基于問題的教學方法，使學生理解數(shù)據(jù)可視化流程，掌握數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)變換和可視化映射，提高學生解決復雜工程問題的能力；依據(jù)所掌握的知識點，分析相關(guān)因素的影響，并發(fā)表自己的見解，達到課程目標的要求。可以支撐課程目標1、課程目標2和課程目標3。第4單元數(shù)據(jù)可視化方法（4學時）1．教學內(nèi)容（1）二維標量場數(shù)據(jù)可視化方法（2）三維標量場數(shù)據(jù)可視化方法（3）向量場可視化方法（4）時間序列數(shù)據(jù)可視化方法（5）地理空間數(shù)據(jù)可視化方法（6）文本與文檔可視化方法（7）層次數(shù)據(jù)可視化方法2．基本要求（1）了解二維標量場、三維標量場和向量場可視化方法；（2）理解文本與文檔可視化方法；（3）掌握時間序列數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)和層次數(shù)據(jù)可視化方法；3．支撐的課程目標本單元教學通過“互動、開放”的課堂形式，采用探究式學習、基于問題的教學方法，使學生了解二維標量場、三維標量場和向量場可視化方法、掌握時間序列數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)和層次數(shù)據(jù)可視化方法、加深理解文本與文檔可視化方法，提高學生解決復雜工程問題的能力；依據(jù)所掌握的知識點，分析相關(guān)因素的影響，并發(fā)表自己的見解，達到課程目標的要求?？梢灾握n程目標1和課程目標3。第5單元可視化開發(fā)基礎(chǔ)（4學時）1．教學內(nèi)容（1）ECharts簡介和使用（2）Javascript編程基礎(chǔ)（3）SVG基礎(chǔ)知識（4）DOM（5）Canvas（6）CSS語法基礎(chǔ)2．基本要求（1）了解ECharts簡介和使用；（2）理解DOM和CSS；（3）掌握Javascript、SVG、Canvas；3．支撐的課程目標本單元教學通過“互動、開放”的課堂形式，采用探究式學習、基于問題的教學方法，使學生了解ECharts簡介和使用，理解DOM和CSS，掌握Javascript、SVG和Canvas編程基礎(chǔ)；提高學生解決復雜工程問題的能力；依據(jù)所掌握的知識點，分析相關(guān)因素的影響，并發(fā)表自己的見解，達到課程目標的要求?？梢灾握n程目標1。第6單元ECharts繪制圖表入門（2學時）1．教學內(nèi)容（1）ECharts圖表入門（2）ECharts配置項和組件（3）ECharts數(shù)據(jù)集（4）獲取外部數(shù)據(jù)2．基本要求（1）理解ECharts的基本概念、應用場景及其重要性。理解繪制柱狀圖和折線圖。（2）理解并掌握ECharts配置項的結(jié)構(gòu)和常用配置項的使用方法。（3）掌握數(shù)據(jù)綁定和獲取外部數(shù)據(jù)方法。3．支撐的課程目標本單元教學通過“互動、開放”的課堂形式，采用探究式學習、基于問題的教學方法，使學生理解并掌握ECharts配置項和組件，掌握數(shù)據(jù)綁定和獲取外部數(shù)據(jù)方法，提高學生解決復雜工程問題的能力；依據(jù)所掌握的知識點，分析相關(guān)因素的影響，并發(fā)表自己的見解，達到課程目標的要求?？梢灾握n程目標1和課程目標2。第7單元ECharts常用圖表繪制（4學時）1．教學內(nèi)容（1）顏色（2）SVG（3）圖形生成器（4）繪制柱狀圖（5）繪制折線圖2．基本要求（1）了解ECharts所提供的各類圖表類型。（2）獨立使用ECharts創(chuàng)建各類圖表，并熟悉圖表的初始化、配置項設置和基本的樣式調(diào)整。（3）掌握如何根據(jù)數(shù)據(jù)特點和可視化需求選擇合適的圖表類型，以及如何通過調(diào)整配置項來優(yōu)化圖表的顯示效果。3．支撐的課程目標本單元教學使學生掌握ECharts所提供的各類圖表類型實現(xiàn)方法，能夠根據(jù)具體需求快速選擇合適的圖表類型，掌握ECharts常用圖表可視化的制作技巧。培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)可視化設計能力，使其能夠根據(jù)數(shù)據(jù)特點和業(yè)務需求，設計并制作出美觀、直觀、有效的數(shù)據(jù)可視化圖表?？梢灾握n程目標2和課程目標3。第8單元ECharts高級應用（4學時）1．教學內(nèi)容（1）圖表混搭和多圖表聯(lián)動（2）切換主題（3）自定義ECharts主題、ECharts中的事件和行為（4）使用異步數(shù)據(jù)加載和顯示加載動畫2．基本要求（1）理解ECharts中圖表混搭和多圖表聯(lián)動的概念。（3）熟悉ECharts提供的動態(tài)切換主題功能。（4）理解ECharts中的事件機制，知道如何監(jiān)聽和處理圖表中的各類事件，以及如何通過行為（如單擊、懸停等）觸發(fā)特定的操作或動畫。（5）熟練掌握ECharts的異步數(shù)據(jù)加載功能。3．支撐的課程目標通過本單元學習，學生應能夠熟練運用ECharts的圖表混搭和多圖表聯(lián)動功能，提升數(shù)據(jù)加載與處理能力。設計出具有復雜交互和數(shù)據(jù)同步能力的數(shù)據(jù)可視化作品?？梢灾握n程目標2和課程目標3。第9單元Python科學計算和可視化應用（3學時）1．教學內(nèi)容（1）Python基礎(chǔ)知識（2）NumPy庫的使用（3）Matplotlib繪圖可視化（4）文本可視化實戰(zhàn)——爬取豆瓣影評生成詞云2．基本要求（1）了解Python基礎(chǔ)知識（2）掌握NumPy庫的使用和Matplotlib繪圖可視化。（2）理解文本可視化實戰(zhàn)。3．支撐的課程目標本單元教學通過“互動、開放”的課堂形式，采用探究式學習、基于問題的教學方法，使學生掌握Python環(huán)境下NumPy庫的使用和Matplotlib繪圖可視化，提高學生解決復雜工程問題的能力；可以支撐課程目標2、課程目標3和課程目標4。第10單元可視化在微信公眾號輿情系統(tǒng)中的應用（2學時）1．教學內(nèi)容（1）系統(tǒng)背景（2）功能需求（3）系統(tǒng)實現(xiàn)2．基本要求（1）理解功能需求。（2）掌握交互式可視化系統(tǒng)實現(xiàn)方案。3．支撐的課程目標本單元教學通過“互動、開放”的課堂形式，采用探究式學習、基于問題的教學方法，使學生掌握交互式可視化系統(tǒng)實現(xiàn)方案，提高學生解決復雜工程問題的能力；可以支撐課程目標3和課程目標4。（二）上機教學上機項目1．ECharts環(huán)境安裝配置（2學時）1．上機內(nèi)容（1）下載ECharts開發(fā)包和簡單例子；（2）配置本地ECharts運行環(huán)境；（3）運行示例；（4）改變數(shù)據(jù)比較運行結(jié)果；（5）配置瀏覽器調(diào)試環(huán)境。2．基本要求（1）掌握搭建ECharts運行環(huán)境和調(diào)試環(huán)境；（2）理解ECharts可視化數(shù)據(jù)綁定機制；（3）掌握柱狀圖的繪制。折線圖的繪制。3．支撐的課程目標本上機通過啟發(fā)方式引導學生依據(jù)所掌握的相關(guān)知識點，掌握搭建ECharts運行環(huán)境和調(diào)試環(huán)境，加深對ECharts可視化數(shù)據(jù)綁定機制的理解，達到課程目標要求?？梢灾握n程目標1和課程目標2。上機項目2．繪制圖表（2學時）1．上機內(nèi)容（1）基于數(shù)據(jù)集的基本圖表繪制；（2）餅圖、折線圖、雷達圖和熱圖的繪制。2．基本要求（1）熟悉ECharts開發(fā)環(huán)境。（2）掌握ECharts的配置項和數(shù)據(jù)格式。（3）掌握餅圖、折線圖、雷達圖和熱圖的繪制。3．支撐的課程目標本上機通過啟發(fā)方式引導學生依據(jù)所掌握的相關(guān)知識點，學生將掌握ECharts的基本使用方法，能夠繪制出常見的圖表類型，如柱狀圖、折線圖、餅圖、雷達圖和熱圖等，并理解ECharts的配置項和數(shù)據(jù)格式?？梢灾握n程目標2和課程目標3。上機項目3．銷售數(shù)據(jù)可視化（2學時）1．上機內(nèi)容（1）編寫二維數(shù)據(jù)JSON；（2）繪制對應散點圖、柱狀圖、圓餅圖和折線圖。（3）編寫動態(tài)改變數(shù)據(jù)項進行展示事件；2．基本要求（1）掌握JSON數(shù)據(jù)格式（2）熟悉常見圖表可視化方法（3）掌握可視化中事件機制3．支撐的課程目標本上機通過啟發(fā)方式引導學生依據(jù)所掌握的相關(guān)知識點，掌握JSON數(shù)據(jù)格式，熟悉常見二維圖可視化方法，掌握可視化中事件機制，達到課程目標要求。可以支撐課程目標2和課程目標3。上機項目4．個人電腦目錄可視化（2學時）1．上機內(nèi)容（1）編寫樹型目錄可視化算法。（2）增加單擊節(jié)點展開細節(jié)。（3）實現(xiàn)界面布局縮放。2．基本要求（1）熟悉常見樹型可視化形態(tài)編碼。（2）掌握按需展開細節(jié)。（3）掌握界面布局縮放等交互技術(shù)。3．支撐的課程目標本上機通過啟發(fā)方式引導學生依據(jù)所掌握的相關(guān)知識點，，熟悉常見樹型可視化形態(tài)編碼，掌握按需展開細節(jié)和界面布局縮放等交互技術(shù)，達到課程目標要求。可以支撐課程目標2、課程目標3。上機項目5．Python環(huán)境下標簽云可視化（2學時）1．上機內(nèi)容（1）以一段文本為例，計算出該文本的詞頻向量。（2）用標簽云進行可視化。（3）增加交互功能。2．基本要求（1）熟悉Python可視化開發(fā)環(huán)境。（2）掌握Python環(huán)境下的可視化實現(xiàn)方法。（3）掌握交互技術(shù)。3．支撐的課程目標本上機通過啟發(fā)方式引導學生依據(jù)所掌握的相關(guān)知識點，搭建Python可視化開發(fā)環(huán)境，掌握Python環(huán)境下的可視化實現(xiàn)方法，掌握濾鏡和魚眼交互技術(shù)，達到課程目標要求?？梢灾握n程目標2、課程目標3和課程目標4。上機項目6．班級同學微信帳戶可視化（2學時）1．上機內(nèi)容（1）用力導向圖實現(xiàn)整體網(wǎng)絡布局。（2）用樹型圖實現(xiàn)信息傳播路徑。（3）用統(tǒng)計圖形展示各種分析。（4）綜合運用多種交互技術(shù)。2．基本要求（1）掌握力導向圖的網(wǎng)絡布局方法（2）熟悉樹型圖展示層次信息。（3）掌握動態(tài)聯(lián)動和控需展開細節(jié)交互技術(shù)。3．支撐的課程目標本上機通過啟發(fā)方式引導學生依據(jù)所掌握的相關(guān)知識點，掌握力導向圖的網(wǎng)絡布局方法，掌握動態(tài)聯(lián)動和控需展開細節(jié)交互技術(shù)，達到課程目標要求?？梢灾握n程目標2、課程目標3和課程目標4。(三)思想政治教育元素1.在教學中介紹我國計算機及人機交互與可視化發(fā)展現(xiàn)狀及國家相關(guān)政策，激發(fā)學生的愛國熱情和對專業(yè)的喜愛。2.在教學中多與學生進行思想交流，循循善誘，使他們認清學習的重要性，堅定其學習的信念，提高其學習的積極性。3.讓學生了解《計算機軟件保護條例》、《中華人民共和國計算機信息系統(tǒng)安全保護條例》等相關(guān)法規(guī)條例，樹立法律意識，逐步建立自己的職業(yè)四、教學方式、教學方法及課時安排1.教學方式表2課程目標與教學環(huán)節(jié)序號課程目標教學環(huán)節(jié)講授上機作業(yè)實驗1理解人機交互與可視化基礎(chǔ)知識，了解數(shù)據(jù)基本概念，視覺感知，理解數(shù)據(jù)可視化的流程，數(shù)據(jù)可視化方法，以及人機交互與可視化的關(guān)系。2掌握繪制可視圖形和界面布局方法，能夠按照數(shù)據(jù)需求進行可視形態(tài)設計和界面布局呈現(xiàn)。3能夠根據(jù)應用領(lǐng)域需求，選擇恰當?shù)目梢曅螒B(tài)、交互技術(shù)并結(jié)合數(shù)據(jù)可視化方法開發(fā)完整的交互式可視化系統(tǒng)。4理解數(shù)據(jù)可視化在不同行業(yè)領(lǐng)域的實際應用案例。以課堂講授為主，結(jié)合課堂講授內(nèi)容安排課內(nèi)上機練習與實驗，加深對教學內(nèi)容的理解和提高應用知識解決實際復雜工程問題的能力。2.教學方法本課程教學以“學生主體、教師主導”教學思想，通過教學的“互動、開放”的課堂形式，具體以課堂教學為主，結(jié)合自學、上機練習和實驗教學，采用啟發(fā)式、問題式的教學方法，基于項目的實際問題，提高學生解決數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域中復雜工程問題的能力，達到課程目標的要求。相關(guān)課程目標支撐如下：課堂教學主要人機交互與可視化的基本理論、實現(xiàn)方法和交互技術(shù)，并將實際工程應用中所遇到的數(shù)據(jù)分析問題融入課堂的講解，使同學們更好地熟悉或掌握數(shù)據(jù)可視化理論與應用，提高學生對該課程的興趣、熟悉數(shù)據(jù)可視化思維方式和研究方法。課堂教學盡量引入互動環(huán)節(jié)，通過問題導入教學，引導學生尋找解決方案，提高教學效果，達到課程目標1、課程目標2、課程目標3、課程目標4。通過上機作業(yè)，進一步鞏固課堂教學的重點、難點知識，培養(yǎng)學生應用所學知識解決問題的綜合能力，達到課程目標1、課程目標2、課程目標3、課程目標4。3.課時安排本課程總學時45學時，其中：講授33學時，上機12學時。具體教學安排如下表：表3學時分配與教學方法序號課程內(nèi)容學時教學方式1人機交互與可視化概述2講授2數(shù)據(jù)可視化基礎(chǔ)4講授3數(shù)據(jù)可視化過程2講授4數(shù)據(jù)可視化方法4講授5