基于Python 的“大數據與包裝”案例教學設計
——以某電商平臺果汁飲料的市場分析為例

任丹 黎盛

（西南大學食品科學學院，重慶 400715）

大數據時代已經到來，在商業、經濟及其他領域基于大數據挖掘分析、發現問題并作出科學、客觀的預測或決策尤為重要[1]。大數據的典型特征為數據海量（包括各種半結構化數據和非結構化數據）和數據處理流程相對復雜。因此，常規統計軟件已無法對大數據進行及時有效的存儲、運用及分析[2]。Python 語言是目前最接近自然語言的通用編程語言，非計算機專業的學生容易上手；同時是一種解釋型、面向對象、免費開源、動態數據類型的高級程序設計語言，擁有豐富的第三庫（包括數據處理和挖掘分析的pandas庫、sklearn 庫等；數據可視化的Matplotlib 庫、wordcloud 庫等）[3]。目前，Python 已經廣泛用于人工智能、大數據、云計算等。

在大數據驅動創新發展的背景下，西南大學包裝工程專業結合學分制改革，以“新工科”為導向，培養學生具備“工程教育認證標準”中要求的應用信息技術對復雜問題進行預測、模擬和求解的能力[4]，2020 年春季增設了“大數據與包裝”課程，面向對象為包裝工程專業大學二年級學生。文中主要探討了“大數據與包裝”的課程設置與教學案例的整體設計，以及基于Python 某電商平臺果汁飲料市場分析教學案例的構建。

1 “大數據與包裝”課程設置

1.1 教學目標

新開設的“大數據與包裝”課程，應以“新工科”為導向，致力于培養學生應用信息技術解決工業問題的能力，同時以工程教育專業認證為參考，提升學生解決實際問題的能力。本課程結合所在食品科學學院，選擇果汁飲料為研究對象，基于Python 程序語言構建某電商平臺果汁飲料的市場分析，銷售前十的果汁飲料的營養成分分析，包裝材料、結構等分析，再到銷售前十的包裝裝潢設計分析等一系列案例，以期指導整體包裝設計。通過案例教學激發學生的學習興趣，讓學生利用Python 豐富的第三方庫進行可視化繪圖、數據預處理，還能利用聚類、分類等多元統計方法對實際問題進行分析與建模。同時，針對非計算機專業的學生，以“能力”驅動“知識”的漸進式教學方式，提升學生計算機編程能力。

1.2 教學內容

西南大學本科“學分制”改革后，新增設的“大數據與包裝”課程的總學時為45 學時，理論課程為18 學時，實驗課程為27 學時，具體的教學內容見表1。

表1 “大數據與包裝”案例教學課程內容的設置

圖1 “大數據與包裝”的課程考核

圖2 搭建爬蟲環境流程圖

圖3 果汁飲料價格與銷量的關系

1.3 教學實施

“大數據與包裝”課程的第一部分，即Python 基本語法，采用混合式教學模式，結合現有網絡的“慕課”，以線上課堂引導式、啟發式為主[5]，既充分發揮學生線上學習的自主性和積極性，又充分體現教師在教學過程中引導、監督的主導作用[6]。

本課程的后面4 部分內容均采用案例教學法。案例教學法由美國哈佛商學院提出，是指在教師的指導下，根據教學目的的要求，組織學生對案例的分析、討論和交流等活動[7]。案例教學法既能鍛煉學生分析和解決問題的能力，也能加深學生對基本原理和概念的理解[8]。黃天羽等[9]以圖形牽引興趣為出發點，設置了一系列Python 教學案例，包括入門案例和基于turtle 庫的相關圖形案例。趙光輝[10]基于“新工科”背景，針對非計算機專業的學生設置了一系列與學生專業相關的教學案例，并以材料專業學生為例，構建了基于Python 實現X 射線衍射圖譜、態密度、能譜帶等數據的可視化。文一憑等[11]進一步提出針對非計算機專業學生，設置應用驅動的漸進式Python 教學案例，并以商學院學生為例，構建了圖書推薦基礎案例和銷量預測的進階案例。因此，本課程設置與本專業相關的難度合適、貫穿Python 基礎學習過程的應用案例，激發學生的學習興趣。

1.4 教學效果評價與考核方式

針對包裝工程專業的學生，“大數據與包裝”課程側重于培養學生借助計算機編程來解決實際問題的能力。通過一學期的教學實踐，發現選用與本專業相關的教學案例開展Python 程序語言的學習，有助于學生在短時間內理解變量、語句與函數、程序控制等基本語法知識，同時激發學生自主學習與實踐的動力與愿望。本課程的考核方式設置為考察了，學生的成績由平時實驗作業、課堂研討活躍度以及課程論文三部分構成，見圖1。“平時試驗作業”部分，通過每位學生編寫的各類商品的分析案例，考察學生對Python 語言的基礎語法、數據獲取及可視化、數據挖掘分析的掌握程度。“課堂研討活躍度”部分，考察學生在課堂中的有效參與程度[12]。“課程論文”部分，要求學生整合平時試驗課的案例，基于大數據分析設計某款商品的整體包裝方案。

2 某電商平臺果汁飲料市場分析案例的構建

2.1 爬取某電商平臺果汁飲料的商品信息及用戶評價

在某電商平臺上以“果汁飲料”為關鍵詞進行搜索，在Anacoda 配置的Spyder 開發環境，導入Python 第三方庫resquests、re、time 和pandas 庫，搭建爬蟲環境，具體過程如圖2 所示。共獲取某平臺40 頁共計1 740 件商品的基本信息，包括商品序號、價格、商品標題名稱、發貨地以及銷量，存儲在“果汁飲料.xlsx”文件內。選取銷量第一的某款果汁飲料，搭建爬蟲環境，獲取用戶評價信息272 條，存儲在“用戶評價.txt”文本中。逐行講解代碼，讓學生采取爬蟲的方式獲取自己感興趣的大數據。

圖4 Pandas 和Matplotlib 庫實現數據可視化流程圖

圖5 果汁飲料的口味分析

圖6 果汁飲料的包裝規格分析

圖7 果汁飲料用戶評價的詞頻統計

圖8 果汁飲料用戶評價的詞云展示

2.2 商品信息數據預處理及可視化

首先對“果汁飲料.xlsx”進行去除重復數據處理，最終獲得1 670 條有效數據。采用Matplotlib 庫繪制價格與銷量的關系圖，如圖3 所示。Pandas 和Matplotlib 庫實現數據可視化的流程如圖4 所示，進一步逐行講解代碼的含義，讓學生對數據可視化的概念及操作形成初步認識。通過分析圖中的價格與銷量的分布規律，可以讓學生了解果汁飲料如何定價更有利于提高其銷量。

其次，對果汁飲料的標題內容進行分析。當下流行“標題黨”，通過統計標題里面的關鍵詞語，分析消費者對果汁飲料的關注點。具體分解為兩步：第一步，把“果汁飲料.xlsx”中標題的內容序列單獨存為一個“果汁飲料標題內容.txt”文本，導入jieba 和pandas 庫，采用jieba.lcut（）函數對標題內容進行自動分詞，而后設計for 循環函數進行詞頻統計，存儲在“標題內容詞頻統計.xlsx”文件中，關注哪些詞語在標題里出現的頻率高。第二步，關鍵詞信息歸類及數據可視化，選取果汁飲料的口味及規格作為案例進行分析。具體為在“標題內容詞頻統計.xlsx”提取與口味有關的詞語及對應的頻率次數，譬如“檸檬”“橙汁”“芒果”等；以及與規格相關的詞語及對應的頻率次數，譬如“1 000 mL”“300 mL”“840 mL”等。對圖4 所示Matplotlib 實現數據可視化流程稍作修改，采用matplotlib.pyplot.bar（）函數實現果汁飲料的口味分析（見圖5）及包裝規格分析（見圖6）的數據可視化。設置課后作業，讓學生實現果汁飲料的品牌分析。

2.3 用戶評價詞頻統計與詞云展示

消費者滿意程度在一定程度上可以反映產品的好壞。因此，本課程對某平臺銷量第一的果汁飲料進行用戶評價分析。導入jieba 和pandas 庫，采用jieba.lcut（）函數對標題內容進行自動分詞，而后設計for 循環函數對上述爬取的“用戶評價.txt”文本進行詞頻統計分析，刪除一些中性詞語，譬如“非常”“東西”“真的”“這個”“可以”“一直”等。然后對圖4 所示Matplotlib 實現數據可視化流程稍作修改，采用matplotlib.pyplot.bar（）函數實現排名前二十的詞頻統計可視化（見圖7）。通過數據分析，學生們可以了解用戶對果汁飲料的關注點在哪些方面，譬如絕大多數人會關注果汁飲料的口感，認為果汁飲料好喝，其中桃子口味的果汁飲料深受人們的喜愛；部分人會關注果汁飲料的包裝。

結合現在學生喜歡的個性化圖片展示，設置了用戶評價的個性化詞云展示（見圖8），圖中的字體越大，表明出現的頻率越高，可以直觀反映用戶對哪些方面比較關注。本案例選擇了五角星作為背景圖片，學生可以選擇自己喜歡的個性化圖片進行嘗試。首先導入jieba 和wordcloud 第三方庫，且從imageio 庫中導入imread（）函數。然后采用imread（）函數創建五角星輪廓，接著用open（）函數打開“用戶評價.txt”文本，進而用jieba.lcut（）函數對用戶評價進行自動分詞，最后采用wordcloud.WordCloud（）函數實現詞云展示。從學生的角度出發，持續激發學生們的學習興趣，讓枯燥深奧的程序語言變得生動有趣。

通過對大數據獲取、數據預處理、數據可視化以及數據分析等一系列的學習和訓練，學生可以熟練地運用這些知識分析自己感興趣的專業問題，從而實現能力培養落到實處的目的。此外，學生具備了“新工科”人才的特點，即應用信息化技術解決工業問題的能力。

3 結語

包裝工程專業增設的“大數據與包裝”課程立足于時代特點和學校的專業特色，以“新工科”的指導思想培育學生用信息化技術解決工業問題的能力。通過一學期的實踐，初步取得一定成果，但是距離真正的“新工科”專業建設的要求相差甚遠。需要在現有的基礎上繼續推進，一方面教學老師自身的程序編程能力需要不斷提升，力爭引入一些先進的、完善的算法融入到教學內容中，提高數學模型的可靠性；同時，提高自身在試驗課上順利解決學生們遇到的各類程序語言問題的能力。另一方面，通過學生反饋的信息，不斷更新案例設置的內容及框架，始終堅持以學生為本，持續激發學生的學習興趣，快樂輕松地學習程序編程語言。