引入类脑计算的计算机基础类课程教学方式.doc

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1、引入类脑计算的计算机基础类课程教学方式黄宏博崇美英北京信息科技大学计算中心摘要：分析大学计算机课程体系设置和教学背景以及类脑计算的发展现状，探讨将类脑计算引入计算机基础类课程体系中的必要性和可行性，说明各部分内容的教学安排和类脑计算的授课方式并提出具体建议，最后指出类脑计算在计算机基础类课程体系中的引入对于以计算思维培养为指导的计算机课程改革与新时代人才培养的现实意义。关键词：类脑计算;计算思维;大学计算机;教学改革;作者简介：黄宏博，男，副教授，研宄方向为计算机视觉、机器学习、人工智能等，hhb@bistu.edu.

2、cno基金：北京信息科技人学课程建设一教学方式方法改革项0(2015KGYB56,2015KGYB59);北京信息科技大学教改项目(2015JGZD05,2017JGYB82)0引言在信息化高度普及的背景下，计算机基础类教育对各专业来说都是一个必不可少的环节。计算机基础类教育的普及程度和深度，在很大程度上决定了高层次人才的信息化素养。虽然各学科专业人才培养的目标不同，但是对计算能力、信息素养和逻辑思维能力的基础需求都是一样的。然而对计算机棊本素养的培养，大学计算机基础类课程承担着主要责任，也被寄予了很大的期望。传统的计

3、算机结构体系以冯•诺依曼型计算机为主，这种结构体系也决定了目前计算机实践和教学中思维和行为方式。冯•诺依曼型的结构体系极人地促进了计算机科学和工程的发展，在人类文明史上留下丫浓墨重彩的篇章。近年来，得益于人工智能的最新进展，类脑计算、深度学习等新型计算模式取得了令人瞩目的成就，在许多领域有了突破性的进展。这种以深度神经网络为基础的新型计算模式有望突破传统冯•诺依曼型计算体系的框架，为计算科学的发展带来新的驱动力。抓住新的历史机遇，尽早在人学计算机课程体系中体现类脑计算的内容,有利于尽快推广计算机科学的新发展，为适应新形

4、势下的计算机教育改革奠定基础。1大学计算机基础类课程体系的设置和教学现状分析计算机基础类课程的教学F1标要求学生能够通过课程学习掌握计算机的棊础知识和基本原理，初步掌握使用计算机解决实际问题的基本方式、方法，具备基本的信息能力和信息素养。国内高校中的计算机基础类课程体系设罝主要有两类课程:一类是大学计算机基础，主要培养学生对计算机基木原理的认知和基木技能的应用；另一类是程序设计类课程，主要培养学生的逻辑思维能力和用汁算机解决实际问题的棊础能力。长期以來，国内高校的计算机棊础教学都以典型软件的应用教学为主m。随着教学改革

5、的推进，很多高校开始在教学内容上加入更多计算机基本原理的和关知识和内容。但是，典型软件的应用训练仍然占据课程教学相当多的比例。以某些软件应用为主的教学缺乏灵活性和变通性，教学中依赖具体软件和版本，不利于计算机基本原理和内涵的掌握，不符合教育的基本规律。自从美国卡耐棊•梅隆大学周以真教授在2006年提出计算思维以來计算思维以其深层的内涵、高度的抽象和推广的普遍性受到了越来越多的关注。计算思维和基本的阅读、书写、表达等能力一样，是人类需要掌握的最基本技能。因此，在计算机基础课程中体现计算思维的基木思想被越来越多的高校认可[

6、3]。近年来，包括计算机技术在内的信息技术发展异常迅速，新技术、新模式和新潮流不断涌现。大数据、云计算、人工智能、深度学习、类脑计算等技术得到了迅速发展，形成了信息技术发展的新热点。然而，国内高校的大学计算机基础类课程在教学中还是以传统教学内容为主，信息技术的最新发展在课程教学中少有体现。虽然计算机基础类课程以基本理论和基本原理为主线，但是脱离最新发展的课程教学必然难以适应新形势的要求。探讨和研宂如何在大学计算机棊础类课程中体现计算的新形式和新方法，对于高素质人j培养具有显著的现实意义。2类脑计算对于计算机基础课程的意

7、义类脑计算是对比H•算机信息技术与脑神经信息功能的智能差距后提出的技术理想，A标是发展仿脑的高智能计算机器U1。类脑计算是在脑科学研宂的棊础上,通过探求人脑神经网络学习的方式，模拟高等生物的认知和思考模式进行信息变换的一种计算模式。类脑计算以人工神经网络为基础，对传统神经网络的层次进行深度扩充，以卷积祌经网络、自编码器、深度置信M络等形式简化层与层之间的网络参数量级，在目前蓬勃发展的人数据和并行高性能计算的协助下，完成模式的认知和分类in。这种计算模式有别于传统的冯*诺依曼型计算机的计算架构，有望突破冯•诺依曼计算机的

8、瓶颈，为计算的新发展探求新方向[4-6]O近年来，国内外已经掀起了类脑计算的研宄热潮。不论是AlphaGo在传统被认为智能化难度非常高的围棋领域战胜人类九段棋手，还是不断刷新纪录的ImageNet识别竞赛，到处都有类脑计算带来的震撼性效果。为推动类脑研究的发展，发达国家和组织也相继推出了大型脑研宄计划。其中最受关注的有美国和欧盟在