并行計算課程設(shè)計

并行計算課程設(shè)計一、課程目標

知識目標：

1.讓學(xué)生理解并行計算的基本概念，掌握并行計算的發(fā)展歷程及分類；

2.培養(yǎng)學(xué)生掌握并行編程的基本方法，了解并行算法的設(shè)計原則；

3.使學(xué)生了解并行計算在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，并能結(jié)合實際問題進行分析。

技能目標：

1.培養(yǎng)學(xué)生運用并行計算技術(shù)解決實際問題的能力，提高計算思維；

2.培養(yǎng)學(xué)生掌握并行編程工具和軟件的使用，能進行簡單的并行程序設(shè)計；

3.培養(yǎng)學(xué)生通過團隊合作，進行問題分析、方案設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)的能力。

情感態(tài)度價值觀目標：

1.培養(yǎng)學(xué)生對并行計算的興趣，激發(fā)其探索未知領(lǐng)域的熱情；

2.培養(yǎng)學(xué)生具備良好的團隊合作精神，學(xué)會尊重他人、溝通協(xié)作；

3.培養(yǎng)學(xué)生認識到科技發(fā)展對社會進步的重要性，樹立正確的科技觀。

課程性質(zhì)：本課程為選修課，旨在拓展學(xué)生的計算思維和編程技能，提高解決實際問題的能力。

學(xué)生特點：學(xué)生具備一定的計算機基礎(chǔ)，對編程有一定了解，對并行計算感興趣，但可能對并行編程方法和技巧掌握不足。

教學(xué)要求：結(jié)合學(xué)生特點和課程性質(zhì)，注重理論與實踐相結(jié)合，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和實踐能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)⒉⑿杏嬎慵夹g(shù)應(yīng)用于實際問題，達到學(xué)以致用的目的。在教學(xué)過程中，將目標分解為具體的學(xué)習(xí)成果，便于教學(xué)設(shè)計和評估。

二、教學(xué)內(nèi)容

1.并行計算基本概念：包括并行計算的定義、發(fā)展歷程、分類及特點。

教材章節(jié)：第一章并行計算概述

2.并行編程模型：介紹Flynn分類法，講解共享內(nèi)存和分布式內(nèi)存編程模型。

教材章節(jié)：第二章并行編程模型

3.并行編程語言與工具：學(xué)習(xí)MPI、OpenMP、CUDA等并行編程語言和工具。

教材章節(jié)：第三章并行編程語言與工具

4.并行算法設(shè)計：講解并行算法設(shè)計原則，分析常見并行算法。

教材章節(jié)：第四章并行算法設(shè)計

5.并行計算應(yīng)用：介紹并行計算在科學(xué)計算、大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域的應(yīng)用。

教材章節(jié)：第五章并行計算應(yīng)用

6.實踐環(huán)節(jié)：安排學(xué)生進行并行程序設(shè)計和實現(xiàn)，針對實際問題進行團隊協(xié)作。

教材章節(jié)：第六章實踐環(huán)節(jié)

教學(xué)內(nèi)容安排與進度：

第一周：并行計算概述

第二周：并行編程模型

第三周：并行編程語言與工具

第四周：并行算法設(shè)計

第五周：并行計算應(yīng)用

第六周：實踐環(huán)節(jié)（上）

第七周：實踐環(huán)節(jié)（下）

第八周：課程總結(jié)與展示

三、教學(xué)方法

本課程采用以下多樣化的教學(xué)方法，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的主動性和實踐能力。

1.講授法：教師通過生動的語言、形象的表達，系統(tǒng)講解并行計算的基本概念、發(fā)展歷程、編程模型等理論知識，為學(xué)生奠定扎實的理論基礎(chǔ)。

2.討論法：針對課程中的重點和難點問題，組織學(xué)生進行課堂討論，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，培養(yǎng)其分析和解決問題的能力。

3.案例分析法：通過剖析典型的并行計算應(yīng)用案例，使學(xué)生了解并行計算在實際問題中的應(yīng)用，提高學(xué)生的實踐操作能力。

4.實驗法：結(jié)合課程內(nèi)容，安排相應(yīng)的實驗課，讓學(xué)生動手實踐并行編程，掌握并行計算工具和軟件的使用，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力。

5.任務(wù)驅(qū)動法：在教學(xué)過程中，布置具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生以團隊合作的形式，共同分析問題、設(shè)計方案、編寫程序，提高學(xué)生的團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新精神。

6.作品展示法：鼓勵學(xué)生在課程結(jié)束后，展示自己的實踐成果，通過互相評價和交流，促進學(xué)生間的相互學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的溝通表達能力。

具體教學(xué)方法安排如下：

1.講授法：在課程初期，主要用于講解基本概念和理論，為學(xué)生奠定基礎(chǔ)。

2.討論法：在教學(xué)過程中，針對關(guān)鍵知識點，組織學(xué)生進行討論，促進學(xué)生主動思考。

3.案例分析法：在講解并行計算應(yīng)用時，引入實際案例，引導(dǎo)學(xué)生分析討論。

4.實驗法：與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，讓學(xué)生動手操作，鞏固所學(xué)知識。

5.任務(wù)驅(qū)動法：在實踐環(huán)節(jié)中，設(shè)置具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能。

6.作品展示法：在課程末期，組織學(xué)生展示作品，進行交流和評價。

四、教學(xué)評估

為確保教學(xué)質(zhì)量和全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，本課程采用以下評估方式，旨在客觀、公正地評價學(xué)生的表現(xiàn)。

1.平時表現(xiàn)（占總評30%）：

-課堂參與度：鼓勵學(xué)生積極參與課堂討論，提問和回答問題，充分展示自己的思考過程；

-課堂紀律：考察學(xué)生的出勤、遲到、早退等情況，以及課堂行為規(guī)范。

2.作業(yè)（占總評30%）：

-個人作業(yè)：布置與課程內(nèi)容相關(guān)的個人作業(yè)，評估學(xué)生對知識點的掌握程度；

-團隊作業(yè)：安排團隊合作的作業(yè)，考察學(xué)生的團隊協(xié)作能力、溝通技巧和解決問題的能力。

3.實驗報告（占總評20%）：

-實驗過程：評估學(xué)生在實驗過程中的操作技能、觀察分析能力和解決問題的能力；

-實驗報告：考察學(xué)生的實驗結(jié)果整理、分析和總結(jié)能力。

4.考試（占總評20%）：

-期中考試：對課程前半部分的知識點進行閉卷考試，評估學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握；

-期末考試：對整個課程的知識點進行閉卷考試，全面考察學(xué)生的理論水平和實踐能力。

5.加分項（額外加分）：

-作品展示：鼓勵學(xué)生在課程結(jié)束前進行作品展示，表現(xiàn)優(yōu)異者給予額外加分；

-競賽獲獎：參加與課程相關(guān)的競賽并獲獎的學(xué)生，可獲得額外加分。

教學(xué)評估具體安排如下：

1.平時表現(xiàn)：持續(xù)關(guān)注學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，及時給予反饋；

2.作業(yè)：定期布置作業(yè)，及時批改和反饋，指導(dǎo)學(xué)生改進；

3.實驗報告：每個實驗結(jié)束后，收取實驗報告，給予評價和建議；

4.考試：分別在課程中期和末期組織期中、期末考試；

5.加分項：在課程末期對作品展示和競賽獲獎進行評估和加分。

五、教學(xué)安排

為確保課程教學(xué)的順利進行，本課程的教學(xué)安排如下：

1.教學(xué)進度：

-課程共分為8周，每周安排一次理論課和一次實驗課；

-理論課按照教學(xué)內(nèi)容安排逐步推進，確保學(xué)生掌握各知識點；

-實驗課與理論課相結(jié)合，讓學(xué)生在實踐中鞏固理論知識。

2.教學(xué)時間：

-理論課：每周一上午9:00-11:30，共8周；

-實驗課：每周三下午2:00-4:30，共8周；

-考試時間：期中考試安排在第4周周一上午，期末考試安排在第8周周一上午。

3.教學(xué)地點：

-理論課：教學(xué)樓A101教室；

-實驗課：計算機實驗室B201。

4.教學(xué)安排考慮因素：

-學(xué)生的作息時間：課程時間安排避開學(xué)生午休時間，確保學(xué)生精力充沛地參與教學(xué)活動；