《Python科學(xué)計算與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)大綱

《Python科學(xué)計算與數(shù)據(jù)處理》教學(xué)大綱課程英文名Pythonscientificcomputinganddataprocessing課程代碼A0802Z12學(xué)分2總學(xué)時32理論學(xué)時實驗/實踐學(xué)時課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)任選先修課程無適用專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化開課學(xué)院機電工程學(xué)院注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標（一）課程地位《Python科學(xué)計算與數(shù)據(jù)處理》是一門培養(yǎng)學(xué)生具Python編程和科學(xué)計算的學(xué)科基礎(chǔ)課。在機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)教學(xué)計劃中，它是必修課程。本課程在教學(xué)內(nèi)容方面應(yīng)著重基本知識、基本理論和基本方法，在培養(yǎng)實踐能力方面應(yīng)著重Python編程和科學(xué)計算的基本訓(xùn)練。（二）課程目標1.了解python的開發(fā)環(huán)境和語言特點，掌握Python語言的基本語法；掌握if語句、switch語句、while語句、do-while語句、for語句的使用；掌握分支、循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計的方法；掌握數(shù)組的定義和引用、字符串的處理方式以及利用數(shù)組解決實際問題的方法；理解模塊化程序設(shè)計概念；掌握函數(shù)定義與調(diào)用方法以及有效利用模塊化程序設(shè)計方法解決常用實際問題。（使用現(xiàn)代工具5.1/M）2.掌握Numpy模塊，能利用Numpy模塊進行矩陣運算和線性方程求解；掌握Sicpy模塊，能用Sicpy模塊進行微積分，方程組求解等高等數(shù)學(xué)運算；掌握Pandas模塊，能用Pandas進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)分析；掌握Matplotlib模塊，能用Matplotlib模塊進行數(shù)據(jù)可視化處理；掌握Scikit-learn模塊，能用Scikit-learn模塊進行回歸分析等數(shù)學(xué)建模。同時講解Python科學(xué)計算在科學(xué)研究、人工智能、國民經(jīng)濟中的應(yīng)用。激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，將Python應(yīng)用到將來的工作中（使用現(xiàn)代工具5.1/H）二、課程目標達成的途徑與方法《Python科學(xué)計算與數(shù)據(jù)處理》課程教學(xué)以課堂教學(xué)為主，結(jié)合實驗教學(xué)，使學(xué)生能夠掌握Python語言程序設(shè)計的思想、具有初步的程序設(shè)計能力，通過多項實驗的系統(tǒng)訓(xùn)練，為各種應(yīng)用程序的開發(fā)奠定良好基礎(chǔ)。（1）課堂教學(xué)主要講述Python語言的基本知識，基本語法、程序框架、程序設(shè)計算法。在課堂教學(xué)中，充分引入互動環(huán)節(jié)，提高教學(xué)效果。（2）由于該課程主要講述的是如何編程，所以在課堂上，利用教師電腦不斷演示程序的設(shè)計、編寫、調(diào)試的過程，同時讓學(xué)生通過練習(xí)程序填空、程序修改等將本堂課的知識點融入進來，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。（3）由于該課程是實踐性很強的課程，所以跟隨理論教學(xué)的進度安排相應(yīng)的課程在機房上，采用實驗教學(xué)方式，上機之前布置相應(yīng)的題目，要求學(xué)生在上課之前預(yù)習(xí)，完成題目的分析和流程圖的繪制，上課的時候進行程序的調(diào)試和修改，最終完成題目要求。這樣的方式可以訓(xùn)練學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力，以及在編程過程中的查錯和改錯能力。三、課程目標與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標課程目標對畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求1畢業(yè)要求2課程目標15.1M課程目標25.1H注：1.支撐強度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。2.畢業(yè)要求應(yīng)根據(jù)課程所在專業(yè)培養(yǎng)方案進行描述。3.通識選修課程可不填寫上表。四、課程主要內(nèi)容與基本要求知識點主要內(nèi)容基本要求1、Python概述①Python的發(fā)展歷史，語言特點及應(yīng)用領(lǐng)域理解2、Python開發(fā)環(huán)境配置①Anaconda集成開發(fā)環(huán)境在Windows系統(tǒng)的安裝。理解②Jupyternotebook和PyCharm兩種IDE的安裝和配置。掌握3、Python基本語法①Python的標準輸入，格式化輸出。掌握②常量，變量，標識符，運算符以及運算符的優(yōu)先級掌握③列表，元組，字典和集合的定義和操作。掌握4、Python控制語句①if語句，while語句和for語句，三元運算語句。熟練掌握②break語句，continue語句和pass語句。熟練掌握5Python的函數(shù)與模塊①函數(shù)的定義，形參與實參的定義。必需參數(shù)，關(guān)鍵字參數(shù)，默認參數(shù)和可變長參數(shù)。掌握②模塊的引用，異常的處理。掌握文本文件的讀取，寫入和保存。熟練掌握6Numpy模塊①Numpy數(shù)值和矩陣的創(chuàng)建，索引和切片處理。熟練掌握②Numpy進行常規(guī)的矩陣運算熟練掌握③求解線性方程組的精確解和線性方程組的最小二乘解。掌握7Scipy模塊①Scipy微積分運算，能求解定積分和多重積分。理解②利用Scipy進行復(fù)雜的矩陣運算，圖像處理。理解8Pandas模塊①Pandas的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用Pandas進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)理統(tǒng)計。掌握9Matplotlib模塊①Matplotlib繪圖表的基本流程。理解②利用Matplotlib繪制二維數(shù)據(jù)圖表和三維數(shù)據(jù)圖表。掌握10Scikit-Learn模塊①Scikit-Learn機器學(xué)習(xí)的基本概念理解五、課程學(xué)時安排章節(jié)號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時分配學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標第1章第2章概述和開發(fā)環(huán)境配置21.1，1.2，1.2，2.2課程目標1第3章第4章標準輸入，格式化輸出，變量，運算符23.1，3.24.1，4.2課程目標1第5章數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)25.1，5.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用課程目標1第6章第7章條件控制語句和循環(huán)控制語句26.1，6.27.1，7.2討論循環(huán)結(jié)構(gòu)的特點課程目標1第8章第9章函數(shù)，模塊，異常處理28.1，8.29.1，9.2課程目標1第10章文件操作，面向?qū)ο蠛喗?面向?qū)ο笾R課程目標1第11章Numpy模塊411.1，11.2課程目標2第12章Scipy模塊212.1，12.2課程目標2第13章Pandas模塊213.1，13.2課程目標2第14章Matplotlib模塊214.1，14.2課程目標2第15章Scikit-Learn模塊215.1，15.2課程目標2六、實踐環(huán)節(jié)及基本要求序號實驗項目名稱學(xué)時基本要求學(xué)生任務(wù)實驗性質(zhì)實驗類別1格式輸出與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2熟悉上機過程、掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用正確輸入代碼并得到結(jié)果驗證必做2控制語句2掌握分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計的基本方法正確輸入代碼并得到結(jié)果驗證必做3Numpy模塊2掌握Numpy矩陣操作的基本方法正確輸入代碼并得到結(jié)果驗證必做4Pandas模塊2掌握Pandas模塊數(shù)據(jù)處理的基本方法正確輸入代碼并得到結(jié)果驗證必做注：1.實驗性質(zhì)指演示性、驗證性、設(shè)計性、綜合性等；2.實驗類別指必做、選做等?？己朔绞郊俺煽冊u定考核內(nèi)容考核方式評定標準（依據(jù)）占總成績比例過程考核考核課堂教學(xué)各知識點的復(fù)習(xí)程度、聽課效果和掌握熟練度。以到課率、課堂回答和和平時作業(yè)等形式，檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度。中國計量大學(xué)學(xué)生課程平時成績考核細則