《计算神经建模与应用实验》课程教学大纲

ADDINCNKISM.UserStyle《计算神经建模与应用实验》课程教学大纲（实验课程）一、课程基本信息课程号1323S08037开课单位电子信息工程学院课程名称（中文）计算神经建模与应用实验（英文）ExperimentforComputationalNeuralModelingandApplication课程性质选修考核类型考查课程学分0.5课程学时17课程类别学科拓展课适用专业（类）智能医学工程二、课程描述及目标（一）课程简介《计算神经建模与应用实验》是智能医学工程本科专业学生的一门学科拓展选修课，是一门单独设立的实验课程，为《计算神经建模与应用实验》理论课程的配套的单元实验环节。学生通过本课程的学习可以掌握计算神经建模的基本知识，计算机建模和仿真的基本思路、方法和主要工具。本课程以上机编程实验为主要形式，在计算机机房进行。（二）教学目标课程目标1：通过上机编程实验，使学生熟练掌握计算神经建模仿真的基本概念、操作流程，以及参数设置的一般方法与知识，以期更好地掌握理论课程中讲授的知识；课程目标2：掌握常用的建模仿真平台Brian2、NEURON操作方法，掌握神经元、突触、星形胶质细胞、神经网络建模和数据分析方法。为今后针对神经系统建模的设计与仿真实际问题打下坚实的基础，满足实际的类脑计算和神经系统建模仿真工作的需求。课程目标3：教学过程中突出综合应用能力、创新能力和实践能力的培养，以及学生的科学精神、敬业精神、科学态度、创新意识、批判性思维以及提出和解决问题的能力。三、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标4-2：能够基于科学原理，采用科学方法，针对系统测试需要设计实验所需元部件、装置、系统等，并进行测试实验。课程目标1课程目标24-3：能够对实验结果，采用科学方法进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。课程目标1课程目标25-1：掌握智能医学系统实现手段（智能信息系统和智能仪表开发），并将其用于智能医学系统方案的设计、检测、统计分析，并能理解其局限性。课程目标1课程目标2课程目标3四、教学方式与方法根据课程特点采用理论+实践的一体化教学模式，使理论教学和实践教学有机结合。本课程属于实验课程，为达到本课程的课程目标，采用以学生实际操作、教师个别指导为主要教学形式，遇到集中和突出问题，教师统一讲解和示范。以单元实验为课程实施的载体，每个单元实验针对一个典型知识点，以任务驱动的方式设置每个单元实验的内容。在实验内容上采用启发式设置实验任务，倡导学生勤于思考和举一反三的学习方法，让学生做学习的主体。在实验内容的完成过程中训练学生发现问题并学会解决问题，以此开发学生个人的学习潜能。学生在平时的学习态度、实验完成情况、实验报告的成绩和期末考试均作为衡量学生是否达到教学目的的标准。五、教学重点与难点（一）教学重点计算神经科学发展史，IntegrateFire与Hodgkin-Huxley等神经元模型及其分岔，电突触与化学突触的基础理论，神经系统的小世界与无标度特性，多尺度神经建模理论等。（二）教学难点神经系统动力学与编码原理，非线性动力学系统分析方法，突触的短期、长期可塑性，神经场理论及其在多脑区交互建模中的应用等。六、实验内容、基本要求与学时分配序号实验项目名称实验内容与要求学时类型对应课程目标1单神经元细胞建模学习并搭建神经元建模仿真平台，学习H-H模型及其它神经元模型运行、仿真结果输出，掌握单神经元建模方法。2演示性课程目标12突触和耦合神经元建模掌握突触模型构建方法，掌握基于突触连接的耦合神经元建模方法4探究性课程目标13神经元网络建模理解神经系统的网络结构，掌握多脑区交互的数学模型构建方法2设计性课程目标14星形胶质细胞建模掌握星形胶质细胞模型构建方法2探究性课程目标1课程目标25神经胶质网络建模掌握神经元、星形胶质细胞三元突触模型，掌握神经-胶质网络建模方法3探究性课程目标1课程目标26宏观大脑建模学习脑组织三维重建过程，以及电磁刺激加载有限元仿真过程；了解电磁场分析的步骤和特点；掌握多场耦合问题的分析过程。4探究性课程目标1课程目标2课程目标3合计17注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括“验证性”、“设计性”等。七、学业评价和课程考核（一）考核类型：考试考查（二）考核方式：实验报告实验作品其它：（填写具体考核方式）（三）成绩评定：考核依据建议分值（百分比）考核/评价细则对应课程目标过程考核100%课堂出勤10%5次实验课，检查每次考勤情况，每缺课一次扣2分。课程目标1课堂表现20%1、根据实验内容，每次课前发布预习内容，课堂中首先进行预习内容提问。主要考察学生的学习主动性。提问评分细则：A：能正确回答记为2分；B：回答不准确记为1分；C：回答完全不正确或不回答记为0分；2、课堂发布主题讨论，全体学生参与：考查学生课堂上参与主题讨论的积极性。围绕5次实验中涉及生物医学建模中的基本知识，发布5次讨论。主题讨论的学生回复准确性评价细则：A：学生的回复被点赞一次得2分；B：没有点赞的记为1分；C：没有回复的记为0分；课程目标1课程目标2实验报告70%5次实验课，共进行5次实验报告的撰写。实验报告评分准则：A：实验报告书写规范、格式正确、字迹工整、实验现象记录完整、实验结果正确，记为10分。B：实验报告书写基本规范、格式基本正确、实验现象记录欠缺、实验结果基本正确，记为8分。C:实验报告书写基本规范、格式基本正确、实验现象记录欠缺较多、实验结果部分丢失，记为6分。D：实验报告书写不规范、格式潦草随意、实验结果不正确，记为4分。课程目标1课程目标2课程目标3八、课程目标达成评价课程目标的实际达成效果计算方式如下，达成值越高，教学效果越好。课程目标达成度毕业要求指标点达成度九、教材与教学参考书（一）教材《SpikingNeuronModels：SingleNeurons,Populations,Plasticity》，WulframGerstner，WernerM.Kis