資源簡(jiǎn)介

《信息技術(shù)-數(shù)據(jù)與計(jì)算》教案
課 題 第 3章數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用3.3數(shù)據(jù)分析與可視化 課 型 班課 課 時(shí) 1
授課班級(jí) 高一1班
學(xué)習(xí)目標(biāo) 3.3.1 數(shù)據(jù)分析 理解數(shù)據(jù)分析的基本概念和作用：學(xué)生能夠描述數(shù)據(jù)分析的定義，并解釋其在了解事物現(xiàn)狀、剖析發(fā)展歷程、預(yù)測(cè)未來(lái)走向中的作用。 掌握數(shù)據(jù)分析的基本方法：學(xué)生能夠識(shí)別并應(yīng)用對(duì)比分析法、平均分析法和結(jié)構(gòu)分析法等基本數(shù)據(jù)分析方法，并能選擇合適的方法對(duì)具體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 實(shí)踐數(shù)據(jù)分析工具的使用：通過(guò)電子表格軟件、在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)及編程工具（如Python）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使學(xué)生能夠?qū)嶋H操作并理解不同工具的應(yīng)用。 體驗(yàn)實(shí)際數(shù)據(jù)分析案例：通過(guò)具體的數(shù)據(jù)分析案例（如南水北調(diào)中線工程各地區(qū)水資源情況的分析），讓學(xué)生從實(shí)際數(shù)據(jù)中提取信息，增強(qiáng)理解和應(yīng)用能力。 3.3.2 數(shù)據(jù)可視化 理解數(shù)據(jù)可視化的重要性和功能：學(xué)生能夠描述數(shù)據(jù)可視化的定義和目的，并解釋其如何幫助人們更好地理解數(shù)據(jù)。 學(xué)習(xí)和應(yīng)用多種數(shù)據(jù)可視化形式：學(xué)生能夠識(shí)別并使用圖表（如折線圖、柱形圖、餅圖、散點(diǎn)圖和雷達(dá)圖）和詞云等多種可視化工具來(lái)表達(dá)和分析數(shù)據(jù)。 掌握使用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化的技巧：通過(guò)Matplotlib庫(kù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，使學(xué)生能夠自主創(chuàng)建各種圖表，有效地展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果。 完成一個(gè)數(shù)據(jù)可視化項(xiàng)目：指導(dǎo)學(xué)生完成至少一項(xiàng)數(shù)據(jù)可視化項(xiàng)目，如制作詞云或繪制圖表，以增強(qiáng)其數(shù)據(jù)呈現(xiàn)能力。
學(xué)習(xí)重難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 理解數(shù)據(jù)分析的基本概念和作用：強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)分析的定義、目的以及在不同領(lǐng)域（了解現(xiàn)狀、剖析歷程、預(yù)測(cè)未來(lái)）的應(yīng)用重要性。 掌握和應(yīng)用基本的數(shù)據(jù)分析方法：包括對(duì)比分析法、平均分析法和結(jié)構(gòu)分析法，使學(xué)生能夠選擇合適的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用：通過(guò)圖表（折線圖、柱形圖等）和詞云的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠選擇合適的工具進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化，清晰展示數(shù)據(jù)分析結(jié)果。 實(shí)踐操作數(shù)據(jù)分析和可視化工具：使用電子表格軟件、在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)及編程工具（如Python），實(shí)際操作數(shù)據(jù)處理和可視化，加深理解和應(yīng)用。 教學(xué)難點(diǎn) 數(shù)據(jù)分析方法的選擇和應(yīng)用：學(xué)生需要根據(jù)具體問(wèn)題選擇合適的數(shù)據(jù)分析方法，這要求他們不僅理解每種方法的原理，還要能靈活運(yùn)用到實(shí)際問(wèn)題中。 編程工具的運(yùn)用：對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，使用編程工具如Python進(jìn)行數(shù)據(jù)分析可能較為困難，需要從基礎(chǔ)語(yǔ)法教起，逐步引導(dǎo)至數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。 數(shù)據(jù)可視化的有效表達(dá)：選擇最合適的圖表類型來(lái)表達(dá)特定的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，這不僅需要對(duì)數(shù)據(jù)有深刻理解，還需要對(duì)各種可視化工具的使用有足夠的掌握。 綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)：將數(shù)據(jù)采集、處理、分析和可視化全過(guò)程融會(huì)貫通，解決實(shí)際問(wèn)題，這需要較強(qiáng)的綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累。
教學(xué)方法 講授法：老師通過(guò)講解數(shù)據(jù)分析的定義、作用、應(yīng)用領(lǐng)域以及基本方法，幫助學(xué)生建立對(duì)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)知識(shí)體系。 案例分析法：通過(guò)具體的數(shù)據(jù)分析案例（如南水北調(diào)工程水資源分析），展示數(shù)據(jù)分析在實(shí)際中的應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和理解深度。 實(shí)踐操作法：學(xué)生通過(guò)使用電子表格軟件、在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)及編程工具（Python等）親自進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，加深對(duì)數(shù)據(jù)分析方法和工具的掌握。 探究式學(xué)習(xí)法：鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)編寫程序來(lái)探索數(shù)據(jù)背后的信息，例如統(tǒng)計(jì)分析南水北調(diào)中線工程各地區(qū)水資源情況，并利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)呈現(xiàn)分析結(jié)果。 視覺(jué)教學(xué)法：利用圖表、詞云等多種數(shù)據(jù)可視化形式直觀展示數(shù)據(jù)關(guān)系和趨勢(shì)，幫助學(xué)生更好地理解復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其分析結(jié)果。 小組討論與合作學(xué)習(xí)：在實(shí)踐操作和探究式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可能需要分組合作，共同討論問(wèn)題解決方案，增進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作能力。
課前準(zhǔn)備 課程內(nèi)容的規(guī)劃與設(shè)計(jì)：教師需要全面了解數(shù)據(jù)分析與可視化的基本概念、方法和應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)采集、整理、分析及可視化展示等。同時(shí)，設(shè)計(jì)適合學(xué)生理解和掌握的課程結(jié)構(gòu)，確保內(nèi)容的邏輯性和實(shí)用性。 案例和實(shí)例的準(zhǔn)備：挑選或創(chuàng)建相關(guān)的數(shù)據(jù)分析案例和實(shí)例，如南水北調(diào)工程的水資源分析、智能電表用電模式預(yù)測(cè)等，以便在授課中具體說(shuō)明數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用。 教學(xué)工具和材料的準(zhǔn)備： 準(zhǔn)備電子表格軟件（如Excel）、在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)及編程工具（如Python）的使用教程和示例。 收集或制作數(shù)據(jù)可視化的案例，如柱形圖、折線圖、餅圖等，以及詞云生成的示例和代碼。 互動(dòng)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)課堂討論問(wèn)題、小組合作任務(wù)或?qū)嵺`操作練習(xí)，促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和深入理解。 評(píng)估與反饋機(jī)制的建立：制定適當(dāng)?shù)脑u(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和反饋方式，以監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和理解程度，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和內(nèi)容。
教學(xué)媒體 電子表格軟件：用于數(shù)據(jù)的格式編輯、統(tǒng)計(jì)計(jì)算和圖表處理。 在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)：提供多種分析功能和簡(jiǎn)單易用的交互界面，適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。 編程工具（如Python）：用于編寫程序進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，例如分析公共交通運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)或用戶行為數(shù)據(jù)。 圖表繪制工具（如Matplotlib庫(kù)）：用于創(chuàng)建各種圖表，如折線圖、柱形圖、餅圖等，以可視化展示數(shù)據(jù)。 詞云生成工具：利用wordcloud庫(kù)生成詞云，可視化文本數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵詞頻率。
教學(xué)過(guò)程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng)設(shè)計(jì) 學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)意圖
活動(dòng)一： 創(chuàng)設(shè)情境 生成問(wèn)題 向?qū)W生介紹數(shù)據(jù)分析與可視化的基本概念和重要性。 解釋數(shù)據(jù)分析在了解現(xiàn)狀、剖析發(fā)展歷程和預(yù)測(cè)未來(lái)走向中的應(yīng)用。 展示數(shù)據(jù)分析的三種基本方法：對(duì)比分析法、平均分析法和結(jié)構(gòu)分析法。 講解如何使用電子表格軟件、在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)和編程工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 演示數(shù)據(jù)可視化的不同形式（圖表、詞云）及其實(shí)現(xiàn)方式。 聽(tīng)取教師關(guān)于數(shù)據(jù)分析與可視化的介紹。 觀察并思考數(shù)據(jù)分析在不同領(lǐng)域的應(yīng)用案例。 學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析的三種基本方法，并嘗試?yán)斫馄溥m用場(chǎng)景。 了解不同的數(shù)據(jù)分析工具，包括電子表格軟件、在線平臺(tái)和編程工具。 觀看數(shù)據(jù)可視化的示例，并思考其對(duì)信息表達(dá)的作用。 使學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析與可視化有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。 通過(guò)實(shí)際應(yīng)用案例，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析作用的理解。 引導(dǎo)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)分析的基本方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下基礎(chǔ)。 展示多種數(shù)據(jù)分析工具，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。 通過(guò)數(shù)據(jù)可視化實(shí)例，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)可視化在信息傳達(dá)中的重要性。
活動(dòng)二： 調(diào)動(dòng)思維 探究新知 回顧數(shù)據(jù)分析的定義、作用和方法。 提問(wèn)學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)分析工具的使用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)。 組織小組討論，讓學(xué)生分享對(duì)數(shù)據(jù)可視化形式的理解。 提供幾個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析案例，讓學(xué)生嘗試指出使用的方法。 總結(jié)學(xué)生的討論和回答，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵概念。 參與重點(diǎn)概念的回顧和復(fù)習(xí)。 回答問(wèn)題，分享自己對(duì)數(shù)據(jù)分析工具的認(rèn)識(shí)。 參與小組討論，與同學(xué)交流對(duì)數(shù)據(jù)可視化的見(jiàn)解。 分析簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析案例，識(shí)別所使用的分析方法。 聽(tīng)取教師的總結(jié)，鞏固對(duì)關(guān)鍵概念的理解。 通過(guò)復(fù)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的記憶。 通過(guò)互動(dòng)提問(wèn)和討論，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)概念的掌握程度。 促進(jìn)學(xué)生之間的交流與合作，共同探討數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用。 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力，通過(guò)實(shí)際案例鍛煉其應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。 幫助學(xué)生整理思路，明確數(shù)據(jù)分析的核心要點(diǎn)。
活動(dòng)三： 調(diào)動(dòng)思維 探究新知 選取歷年的真題或模擬題，涉及數(shù)據(jù)分析與可視化的內(nèi)容。 指導(dǎo)學(xué)生如何審題，理解題目的要求和解題步驟。 監(jiān)督學(xué)生獨(dú)立完成真題演練，提供必要的輔導(dǎo)和支持。 組織小組討論，讓學(xué)生分享解題過(guò)程和答案。 對(duì)學(xué)生的答案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，給出正確答案和解析。 仔細(xì)閱讀并理解所選真題的內(nèi)容和要求。 獨(dú)立思考并嘗試解答真題，運(yùn)用所學(xué)的數(shù)據(jù)分析方法。 參與小組討論，與同學(xué)分享自己的解題思路和答案。 聽(tīng)取教師的點(diǎn)評(píng)和解析，對(duì)照自己的答案找出不足之處。 根據(jù)教師的反饋修正自己的理解和答題方法。 通過(guò)真題演練，讓學(xué)生熟悉考試的題型和難度。 培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和解決問(wèn)題的能力。 促進(jìn)學(xué)生之間的交流與合作，共同提高解題水平。 及時(shí)反饋和糾正學(xué)生的錯(cuò)誤理解，幫助他們掌握正確的答題方法。 增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)試信心，為正式考試做好準(zhǔn)備。
活動(dòng)四： 鞏固練習(xí) 素質(zhì)提升 準(zhǔn)備一些涉及數(shù)據(jù)分析與可視化的練習(xí)題。 指導(dǎo)學(xué)生如何運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決這些問(wèn)題。 巡視課堂，觀察學(xué)生的解題過(guò)程并提供即時(shí)幫助。 收集學(xué)生的練習(xí)成果，進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)。 根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)給予鼓勵(lì)和建議，指出改進(jìn)方向。 認(rèn)真聽(tīng)取教師的指導(dǎo)，理解練習(xí)題的要求。 獨(dú)立完成練習(xí)題，運(yùn)用所學(xué)的數(shù)據(jù)分析方法和工具。 遇到困難時(shí)主動(dòng)尋求教師或同學(xué)的幫助。 將自己的練習(xí)成果提交給教師，接受點(diǎn)評(píng)和反饋。 根據(jù)教師的建議反思自己的解題過(guò)程，尋找提升空間。 通過(guò)課內(nèi)練習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析與可視化知識(shí)的掌握。 培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際操作能力，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中。 提供個(gè)性化的指導(dǎo)和反饋，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)和疑惑。 通過(guò)點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，讓學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)成果和不足之處。 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，促進(jìn)他們的自我提升和發(fā)展。
課堂小結(jié) 作業(yè)布置 課堂小結(jié) 數(shù)據(jù)分析概念：數(shù)據(jù)分析是使用計(jì)算工具從收集來(lái)的數(shù)據(jù)中提取有用信息，以便支持決策。它廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，幫助我們了解事物的現(xiàn)狀、歷史和預(yù)測(cè)未來(lái)。 數(shù)據(jù)分析作用： 了解事物現(xiàn)狀：通過(guò)分析如游客人數(shù)、旅游花費(fèi)等數(shù)據(jù)，幫助理解當(dāng)前狀況。 剖析事物歷史：分析如城市降水量和航班正常率的歷史數(shù)據(jù)，揭示現(xiàn)象原因。 預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)：使用智能電表數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)電力使用，體育賽事預(yù)測(cè)等。 基本分析方法： 對(duì)比分析法：比較兩個(gè)或更多數(shù)據(jù)，可以是橫向或縱向比較。 平均分析法：用平均值描述數(shù)據(jù)特征，如國(guó)內(nèi)旅游人均消費(fèi)。 結(jié)構(gòu)分析法：分析數(shù)據(jù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如網(wǎng)站訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)。 數(shù)據(jù)分析工具： 電子表格軟件：方便進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯、統(tǒng)計(jì)和圖表處理。 在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)：簡(jiǎn)化分析流程，適合大規(guī)模數(shù)據(jù)。 編程工具：Python等語(yǔ)言用于編寫自定義腳本，處理復(fù)雜分析。 數(shù)據(jù)可視化： 可視化形式：圖表、詞云等，直觀展示數(shù)據(jù)關(guān)系和趨勢(shì)。 圖表類型：折線圖、柱形圖、餅圖等，根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)選擇合適的圖表。 詞云：顯示文本數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵詞，幫助快速理解內(nèi)容重點(diǎn)。 作業(yè)布置 選擇一個(gè)你感興趣的數(shù)據(jù)集，運(yùn)用本節(jié)課學(xué)習(xí)的基本分析方法（對(duì)比分析法、平均分析法、結(jié)構(gòu)分析法）進(jìn)行分析，并撰寫簡(jiǎn)短的報(bào)告，報(bào)告中需包括數(shù)據(jù)集的選擇理由、分析方法的應(yīng)用及分析結(jié)果。 嘗試使用電子表格軟件或在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，導(dǎo)入你選擇的數(shù)據(jù)集，練習(xí)創(chuàng)建圖表或詞云，以直觀展示你的分析結(jié)果。分享你認(rèn)為最有效和最有趣的發(fā)現(xiàn)，并解釋為什么。 探索并實(shí)踐使用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以嘗試編寫簡(jiǎn)單的程序來(lái)處理和分析數(shù)據(jù)。如果遇到困難，可查閱相關(guān)教程或文檔，并向同學(xué)或老師求助。提交一份關(guān)于你使用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的經(jīng)歷和收獲的報(bào)告。
板書設(shè)計(jì) 3.3數(shù)據(jù)分析與可視化 3.3.1數(shù)據(jù)分析 采集了所需要的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了組織和整理后，為了獲得有價(jià)值的信息，還需要對(duì)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的分析。數(shù)據(jù)分析指用適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法與工具對(duì)收集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取有用信息，形成結(jié)論從而支持決策。 數(shù)據(jù)分析的作用 數(shù)據(jù)分析廣泛應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮著日益重要的作用。數(shù)據(jù)分析可以讓我們了解事物的現(xiàn)狀、剖析其發(fā)展歷程和預(yù)測(cè)未來(lái)走向。 1.了解事物的現(xiàn)狀 通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以幫助我們更好地認(rèn)識(shí)所調(diào)研事物的目前狀況。例如，通過(guò)分析游客人數(shù)變化、旅游花費(fèi)等數(shù)據(jù)，如圖3.3.2所示，能夠了解旅游業(yè)當(dāng)前整體的發(fā)展?fàn)顩r，幫助旅游業(yè)經(jīng)營(yíng)者有針對(duì)性地調(diào)整經(jīng)營(yíng)策略，制訂發(fā)展方案。 2.剖析事物的發(fā)展歷程 通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以剖析事物的發(fā)展歷程，了解事物的過(guò)去，揭示某些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。例如，分析全國(guó)27個(gè)主要城市近50年來(lái)月平均降水量和降水天數(shù)，再對(duì)比相關(guān)城市航班正常率的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)航班正常率的走向與月降水量和天數(shù)呈相反方向變化的趨勢(shì)。對(duì)航空公司、空中交通管理措施和天氣等各方面大量歷史數(shù)據(jù)的分析研究，可以幫助管理者找到影響航班正常運(yùn)行的干擾因素，從而選擇最佳的應(yīng)對(duì)措施。 3.預(yù)測(cè)事物的未來(lái)走向 通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以預(yù)測(cè)事物未來(lái)可能會(huì)發(fā)生什么，推斷未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，并為制訂相應(yīng)的目標(biāo)及策略提供依據(jù)。目前，利用數(shù)據(jù)分析進(jìn)行預(yù)測(cè)已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括體育賽事預(yù)測(cè)、用戶行為預(yù)測(cè)、能源消耗預(yù)測(cè)、交通行為預(yù)測(cè)和人體健康預(yù)測(cè)等。例如，通過(guò)各個(gè)家庭安裝的智能電表，對(duì)電力的使用狀況進(jìn)行監(jiān)控，檢測(cè)出用電模式，從而對(duì)用電需求做出預(yù)測(cè)。 數(shù)據(jù)分析的基本方法 從統(tǒng)計(jì)應(yīng)用上講，數(shù)據(jù)分析可以分為描述性數(shù)據(jù)分析、探索性數(shù)據(jù)分析和驗(yàn)證性數(shù)據(jù)分析。其中，描述性數(shù)據(jù)分析側(cè)重于對(duì)數(shù)據(jù)的各種特征進(jìn)行分析，對(duì)變量之間的關(guān)系進(jìn)行估計(jì)和描述；探索性數(shù)據(jù)分析主要用于在數(shù)據(jù)之中發(fā)現(xiàn)新的特征；驗(yàn)證性數(shù)據(jù)分析側(cè)重于驗(yàn)證已有假設(shè)的真?zhèn)巍３Ｓ玫臄?shù)據(jù)分析方法有對(duì)比分析法、平均分析法和結(jié)構(gòu)分析法等。1.對(duì)比分析法 對(duì)比分析法也叫比較分析法，是將兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析它們的差異，揭示出這些數(shù)據(jù)所反映的事物規(guī)律的方法，是一種常用的分析方法。 對(duì)比分析法通常用于從數(shù)量上展示和說(shuō)明研究對(duì)象規(guī)模大小、水平高低、速度快慢及各種關(guān)系是否協(xié)調(diào)等。例如，在商品生產(chǎn)中，已完成商品數(shù)量與目標(biāo)數(shù)量的差距對(duì)比，本月生產(chǎn)的數(shù)量與上月生產(chǎn)數(shù)量的對(duì)比，同公司各部門間的對(duì)比等都是對(duì)比分析法的典型應(yīng)用。 對(duì)比分析法分為橫向和縱向?qū)Ρ葍纱箢?。任?wù)完成量與目標(biāo)量的對(duì)比，部門之間、地區(qū)之間的對(duì)比都是橫向?qū)Ρ龋煌瑫r(shí)期的比較則為典型的縱向?qū)Ρ?。例如，圖3.3.3中的全國(guó)水資源開(kāi)發(fā)利用綜合對(duì)比屬于橫向?qū)Ρ?，圖3.3.4中的2016年中國(guó)創(chuàng)新能力指數(shù)數(shù)據(jù)與上年數(shù)據(jù)的對(duì)比即是縱向?qū)Ρ取? 2.平均分析法 平均分析法是運(yùn)用計(jì)算平均數(shù)的方法來(lái)反映總體在一定時(shí)間、地點(diǎn)等條件下某一數(shù)量特征的一般水平。平均指標(biāo)中最常用的是算術(shù)平均數(shù)，如平均身高、平均工資和平均降水量等。圖3.3.5展示了我國(guó)2012—2016年國(guó)內(nèi)旅游人均消費(fèi)情況。 平均分析法多用于比較同類現(xiàn)象在不同地區(qū)、不同行業(yè)、不同類型單位等之間的差異程度，分析現(xiàn)象之間的依存關(guān)系，進(jìn)行數(shù)量上的推算；也可以對(duì)某一現(xiàn)象在不同時(shí)間的水平進(jìn)行比較，以說(shuō)明現(xiàn)象的發(fā)展規(guī)律及趨勢(shì)。 3.結(jié)構(gòu)分析法 結(jié)構(gòu)分析法也稱構(gòu)成分析法，是將各個(gè)部分與總體進(jìn)行對(duì)比，是分析事物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和部分與整體之間關(guān)系的方法。結(jié)構(gòu)分析法的基本表現(xiàn)形式就是計(jì)算結(jié)構(gòu)指標(biāo)。 結(jié)構(gòu)指標(biāo)即各個(gè)部分相對(duì)于總體所占的百分比，因此總體中各結(jié)構(gòu)指標(biāo)的總和等于100%。圖3.3.6為某網(wǎng)站的用戶使用不同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)該網(wǎng)站的次數(shù)統(tǒng)計(jì)情況。可以看出使用4G網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)該網(wǎng)站的占63.19%，使用WiFi的占28.08%，使用3G網(wǎng)絡(luò)的占8.73%。圖中清楚地反映出各部分在總體中所占的百分比。 上述幾種基本的數(shù)據(jù)分析方法分別適用不同的情況，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體問(wèn)題合理選取并綜合運(yùn)用。 體驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 確定了數(shù)據(jù)分析方法后，我們還需要借助合適的工具才能更快捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)算機(jī)普及前，數(shù)據(jù)分析主要依靠人工方式完成。隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，涌現(xiàn)出很多功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析工具，例如電子表格軟件、在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的程序等。 1. 用電子表格軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 電子表格軟件可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式編輯、統(tǒng)計(jì)計(jì)算和圖表處理等。在電子表格軟件中， 通常用若干工作表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。圖3.3.7就是使用電子表格軟件處理數(shù)據(jù)的示意圖。 2.用在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 隨著數(shù)據(jù)規(guī)模越來(lái)越大，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，分析數(shù)據(jù)和挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值的需求也越來(lái)越多，許多在線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。這些平臺(tái)集成了多種分析功能，提供了簡(jiǎn)單易用的交互界面，使得多種數(shù)據(jù)分析需求得以實(shí)現(xiàn)。 數(shù)據(jù)分析除了可以對(duì)數(shù)值型數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和描述以外，還可以對(duì)文本、圖像等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。常用的文本分析有字詞頻率統(tǒng)計(jì)、語(yǔ)句分詞、句法分析、分類分析和情感分析等。例如，對(duì)一段描述南水北調(diào)工程的文字進(jìn)行文本分析后，得到的結(jié)果如圖3.3.8所示。 3.使用編程工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 除了使用現(xiàn)成的工具分析數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要編寫程序進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。例如，可以使用Python語(yǔ)言編寫程序?qū)步煌ㄟ\(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出不同線路的發(fā)展特點(diǎn)，針對(duì)線路的歷史成本，分析線路發(fā)展的基本規(guī)律，從而找出有用的信息；還可以編寫程序分析海量用戶行為數(shù)據(jù)，從而了解用戶的真實(shí)需求，為用戶建立獨(dú)有的行為檔案，提供個(gè)性化服務(wù)。 例1：編寫程序統(tǒng)計(jì)分析南水北調(diào)中線工程各地區(qū)水資源情況。 問(wèn)題：分析南水北調(diào)中線工程各地區(qū)水資源數(shù)據(jù)，有助于了解我國(guó)水資源的分布情況。將采集并整理后的中線工程各地區(qū)水資源數(shù)據(jù)保存為“07—16nsbd.csv”文件，如圖3.3.10所示。編寫程序，計(jì)算中線工程各地區(qū)2007—2016年水資源總量的平均值，并將結(jié)果保存到CSV文件中。 (1)分析問(wèn)題 已知條件：已有中線工程各地區(qū)水資源數(shù)據(jù)文件“07—16nsbd.csv”，其中包含了2007—2016年相關(guān)地區(qū)水資源數(shù)據(jù)。 求解目標(biāo)：統(tǒng)計(jì)計(jì)算中線工程各地區(qū)2007—2016年水資源總量的平均值，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果保存為CSV文件“nsbd_avg.csv”，并顯示中線工程各地區(qū)十年來(lái)的平均水資源總量。 已知與未知的關(guān)系：可以根據(jù)中線工程各地區(qū)水資源數(shù)據(jù)文件“07—16nsbd.csv”中的2007—2016年水資源數(shù)據(jù)，計(jì)算出各地區(qū)這十年水資源總量的平均值。 （2）規(guī)劃問(wèn)題求解流程 首先導(dǎo)人用到的庫(kù)，讀人“07—16nsbd.csv”文件中的全部數(shù)據(jù)，然后統(tǒng)計(jì)各地區(qū)十年水資源總量的平均值，生成一個(gè)數(shù)據(jù)表，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果寫人CSV文件。 （3）編程實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，程序示例如下： #導(dǎo)入所需庫(kù)并設(shè)置別名 import pandas as pd df=pd.readcsv("07-16nsbd.csv",encoding="gbk",header=1) #為DataFrame增加“平均水資源總量”列，并計(jì)算各地區(qū)2007—2016年水資源量的平均值填入該列df["平均水資源總量"]=df.mean(axis=1) #顯示各地區(qū)十年的平均水資源總量 print（df[[“地區(qū)”，“平均水資源總量”]） df.to_csv("nsbd_avg.csv",encoding="gbk",float_format="%.3f") （4）保存文件，調(diào)試運(yùn)行程序 程序運(yùn)行結(jié)果如圖3.3.11所示。 通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)分析，用數(shù)據(jù)展現(xiàn)了我國(guó)部分地區(qū)水資源的實(shí)際情況：南方地區(qū)湖北省水資源較為豐富，而北京市、河北省等北方地區(qū)水資源相對(duì)匱乏。因此，政府實(shí)施南水北調(diào)工程意義重大，有助于優(yōu)化我國(guó)水資源配置，緩解北方地區(qū)水資源短缺局面，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。 3.3.2數(shù)據(jù)可視化 數(shù)據(jù)可視化是以圖形、圖像和動(dòng)畫等方式直觀生動(dòng)地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析結(jié)果，揭示數(shù)據(jù)之間的關(guān)系、趨勢(shì)和規(guī)律等，便于人們更好地理解數(shù)據(jù)?？梢暬淖饔皿w現(xiàn)在多個(gè)方面，如觀察事物變化的趨勢(shì)、揭示想法和關(guān)系、總結(jié)或匯聚數(shù)據(jù)、形成論點(diǎn)或意見(jiàn)等。例如，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站中以可視化的形式呈現(xiàn)的全國(guó)交通運(yùn)輸狀況，如圖3.3.14所示。其中，各柱形的高低呈現(xiàn)了各年的貨物運(yùn)輸總量情況，折線點(diǎn)的變化反映出運(yùn)輸量增長(zhǎng)速度在幾年內(nèi)的變化趨勢(shì)。 數(shù)據(jù)可視化的形式 數(shù)據(jù)可視化的形式豐富多樣，常見(jiàn)的有圖表、詞云等。例如，圖3.3.15形象地展示了某公交線路的路線及客流情況。圖中的藍(lán)色線條顯示了公交車行進(jìn)的路線，右側(cè)的柱形圖顯示了各站點(diǎn)乘車的人數(shù)，折線圖顯示出客流隨時(shí)間的變化情況。 數(shù)據(jù)可視化的實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)可視化幫助人們形象地獲取其中的信息。我們可以使用多種形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。 1.用圖表將數(shù)據(jù)可視化 圖表是數(shù)據(jù)處理中常用的數(shù)據(jù)可視化形式之一。常用的圖表包括折線圖、柱形圖、餅圖、散點(diǎn)圖和雷達(dá)圖等。各種圖表呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的形式各有特點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要選擇不同的圖表進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。 折線圖：折線圖可顯示隨時(shí)間而變化的連續(xù)數(shù)據(jù)，常用于分析相等時(shí)間間隔下數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)。圖3.3.17呈現(xiàn)了2017年2月—2018年1月鮮果類居民消費(fèi)價(jià)格的變化趨勢(shì)。 柱形圖：通常用于顯示一定范圍內(nèi)數(shù)據(jù)的變化情況或用于各項(xiàng)數(shù)據(jù)的比較。例如，圖3.3.18可以對(duì)比2012—2016年全國(guó)研究生招生人數(shù)。 餅圖：用于顯示各部分?jǐn)?shù)據(jù)在總數(shù)據(jù)中的大小和比例關(guān)系。例如，圖3.3.19呈現(xiàn)了2016年全國(guó)各類用水總量在用水總量中所占的比例。 散點(diǎn)圖：用于表示若干數(shù)據(jù)系列中各數(shù)值之間的關(guān)系，以便判斷兩個(gè)變量之間是否存在某種關(guān)聯(lián)。適用于三維數(shù)據(jù)集，但其中只有兩維需要比較。圖3.3.20展現(xiàn)了4種產(chǎn)品每月銷售量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。 雷達(dá)圖：用來(lái)比較每個(gè)數(shù)據(jù)相對(duì)中心的數(shù)值變化，適用于多維數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，且每個(gè)維度可以排序。例如，圖3.3.21顯示了用戶1和用戶2在購(gòu)買頻率、購(gòu)買商品種類等5個(gè)維度上的情況。 使用Python語(yǔ)言可以靈活地制作出以上圖表，繪制時(shí)可以使用Matplotlib庫(kù)。該庫(kù)是提供數(shù)據(jù)繪圖功能的第三方擴(kuò)展庫(kù)，其pyplot子庫(kù)主要用于實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)圖表的繪制。繪圖時(shí)可使用import matplotlib.pyplot as plt語(yǔ)句導(dǎo)入該庫(kù)，在后續(xù)的代碼中，則用plt代替pyplot。 例如，使用pyplot子庫(kù)中的畫圖函數(shù)plot（x，y）可以繪制折線圖，程序如下： import matplotlib.pyplot as plt x=[1,2.2,3,4,5,6,7] y=[1,7,25,11,8,10,16] #繪制折線圖 plt. plot(x, y) #顯示圖表 plt. show() 該程序運(yùn)行的效果如圖3.3.22所示。 若將plot（x，y）修改為plot（x，y，“o”），則可繪制出散點(diǎn)圖（函數(shù)中的“o”表示的是點(diǎn)形標(biāo)記符），程序運(yùn)行效果如圖3.3.23所示。 使用pyplot子庫(kù)我們還可以繪制其他圖表，也可以為圖表添加需要的文字，比如標(biāo)題、橫縱坐標(biāo)軸的文字說(shuō)明等。 例2：編寫程序用圖表可視化呈現(xiàn)南水北調(diào)中線工程各地區(qū)水資源總量數(shù)據(jù)。 問(wèn)題：前面，我們已經(jīng)計(jì)算出中線工程各地區(qū)水資源總量的10年平均值，為便于直觀地對(duì)比分析中線工程各地區(qū)水資源情況，需編寫程序繪制適當(dāng)?shù)膱D表進(jìn)行呈現(xiàn)。 (1)分析問(wèn)題 已有需要進(jìn)行可視化的水資源數(shù)據(jù)，即供水區(qū)湖北省數(shù)據(jù)，受水區(qū)河南省、河北省、北京市和天津市數(shù)據(jù)，需制作圖表呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。為了便于對(duì)比各區(qū)域數(shù)據(jù)，選擇用柱形圖呈現(xiàn)。 （2）規(guī)劃問(wèn)題求解流程 首先導(dǎo)人繪制圖表需要用到的Matplotlib庫(kù)，然后從“nsbd_avg.csv”文件中讀取數(shù)據(jù)，再繪制圖表，設(shè)置圖表標(biāo)題和橫、縱坐標(biāo)軸，最后顯示出柱形圖。 （3）編程實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 （4）保存文件，調(diào)試運(yùn)行程序程序運(yùn)行結(jié)果如圖3.3.24所示。 通過(guò)對(duì)比圖3.3.24中的柱形圖，能夠直觀地看到供水區(qū)湖北省水資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于受水區(qū)各省市。使用類似的方法，我們可以選擇適當(dāng)?shù)膱D表可視化南水北調(diào)工程的各種數(shù)據(jù)。2.用詞云將數(shù)據(jù)可視化 日常生活中需要處理大量的文本數(shù)據(jù)，如新聞、郵件、報(bào)告等。面對(duì)日益加快的工作節(jié)奏，人們需要更高效的文本閱讀和分析方法。文本可視化通過(guò)豐富的圖形或圖像，以易于理解和接受的方式揭示文本中的信息，因而得到廣泛應(yīng)用。 詞云是目前常用的關(guān)鍵詞可視化形式，它能直接抽取文本中的關(guān)鍵詞，并將其按照一定順序和規(guī)律整齊美觀地呈現(xiàn)在屏幕上。關(guān)鍵詞是從文本的文字描述中提取的語(yǔ)義單元，可反映出文本內(nèi)容的重點(diǎn)。用詞云可視化文本數(shù)據(jù)可以幫助人們快速地了解文本的內(nèi)容和特征等信息。 詞云通常使用字體的大小和顏色表示關(guān)鍵詞的重要程度或出現(xiàn)頻次。圖3.3.26是為50首唐詩(shī)制作的詞云，字越大表示該關(guān)鍵詞使用頻率越高。從圖中可以看出，50首唐詩(shī)中使用頻率比較高的詞有長(zhǎng)安、門前、子夜等。 例3：編寫程序制作詞云。 問(wèn)題：《2021年中國(guó)水資源公報(bào)》中從水資源量、蓄水動(dòng)態(tài)和水資源開(kāi)發(fā)利用等方面全面描述了我國(guó)2021年水資源的整體情況。編寫程序?qū)Α?021年中國(guó)水資源公報(bào)》中的文字進(jìn)行詞頻分析，并生成詞云。 (1)分析問(wèn)題 已知條件：已有水資源公報(bào)文本文件“2021年中國(guó)水資源公報(bào).txt”，制作詞云需要用到PIL、NumPy、wordcloud、jieba和Matplotlib等第三方擴(kuò)展庫(kù)； 求解目標(biāo)：為“2021年中國(guó)水資源公報(bào).txt”文件制作詞云； 已知與未知的關(guān)系：利用第三方擴(kuò)展庫(kù)可以對(duì)已有的文本文件進(jìn)行分詞，生成并繪制詞云。 （2）規(guī)劃問(wèn)題求解流程 首先導(dǎo)人用于制作詞云的第三方擴(kuò)展庫(kù)，再讀人報(bào)告的文本文件，然后進(jìn)行分詞，隨后配置制作詞云的各項(xiàng)參數(shù)，如字體、背景色和詞云形狀等，最后生成詞云圖片。 （3）編程實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 （4）保存文件，調(diào)試運(yùn)行程序 制作完成的詞云效果示意如圖3.3.27所示。
教學(xué)反思 本次教學(xué)反思圍繞“數(shù)據(jù)分析與可視化”展開(kāi)，旨在總結(jié)教學(xué)內(nèi)容和方法的有效性，以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)和反饋。 教學(xué)實(shí)施情況 數(shù)據(jù)采集與組織： 學(xué)生能夠理解并掌握如何采集、整理和分析數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)際例子（如旅游業(yè)發(fā)展?fàn)顩r分析），學(xué)生學(xué)會(huì)了如何使用電子表格軟件處理和組織數(shù)據(jù)。 在教學(xué)中引入了多種數(shù)據(jù)收集實(shí)例，如城市降水量與航班正常率的關(guān)系，智能電表監(jiān)控電力使用等，有效增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用場(chǎng)景的認(rèn)識(shí)。 數(shù)據(jù)分析的作用： 詳細(xì)講解了數(shù)據(jù)分析的三大作用：了解事物現(xiàn)狀、剖析事物發(fā)展歷程和預(yù)測(cè)未來(lái)走向。通過(guò)具體案例，如全國(guó)主要城市月平均降水量分析，輔助學(xué)生理解數(shù)據(jù)分析的實(shí)際意義。 強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)分析在多個(gè)領(lǐng)域（如體育賽事預(yù)測(cè)、用戶行為預(yù)測(cè)）的應(yīng)用，幫助學(xué)生拓寬了對(duì)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的視野。 數(shù)據(jù)分析的基本方法： 對(duì)比分析法、平均分析法和結(jié)構(gòu)分析法的教學(xué)使學(xué)生掌握了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析技巧。特別是通過(guò)實(shí)例（如國(guó)內(nèi)旅游人均消費(fèi)情況圖）的展示，加深了學(xué)生對(duì)分析方法應(yīng)用的理解。 編程工具的使用介紹，例如使用Python編寫程序分析公共交通運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，提高了學(xué)生的編程興趣和能力。 數(shù)據(jù)可視化： 數(shù)據(jù)可視化的重要性通過(guò)實(shí)例（如全國(guó)交通運(yùn)輸狀況圖）得到了有效傳達(dá)。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，理解了可視化在呈現(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)、關(guān)系和規(guī)律中的作用。 詞云和圖表的制作教學(xué)，特別是編寫程序制作《2021年中國(guó)水資源公報(bào)》詞云，提升了學(xué)生的實(shí)踐操作能力和創(chuàng)新思維。 學(xué)生反饋與學(xué)習(xí)效果 學(xué)生對(duì)于數(shù)據(jù)的采集、組織和分析表現(xiàn)出濃厚興趣，特別是在實(shí)操環(huán)節(jié)，如利用電子表格軟件和編程工具進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 通過(guò)作業(yè)提交和課堂討論，觀察到學(xué)生在理解數(shù)據(jù)分析方法和使用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)方面有顯著進(jìn)步。 學(xué)生反映，通過(guò)具體案例的學(xué)習(xí)，能更好地把握數(shù)據(jù)分析的實(shí)際應(yīng)用，增強(qiáng)了解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 改進(jìn)方向 在未來(lái)的教學(xué)中，可以增加更多與學(xué)生專業(yè)或興趣相關(guān)的例子，以提高學(xué)習(xí)的針對(duì)性和實(shí)用性。 考慮組織更多的小組討論和項(xiàng)目實(shí)操，促進(jìn)學(xué)生間的交流與合作，深化數(shù)據(jù)分析和可視化的理解和應(yīng)用。 加強(qiáng)對(duì)比分析法、平均分析法和結(jié)構(gòu)分析法的練習(xí)，讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，有更多機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)踐操作，以鞏固所學(xué)知識(shí)。 總體來(lái)說(shuō)，本次教學(xué)在提高學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析理論及其應(yīng)用的認(rèn)識(shí)方面取得了積極成效，學(xué)生參與度高，反饋積極。未來(lái)的教學(xué)中，將繼續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方法，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和實(shí)踐能力。

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