并行計(jì)算課程設(shè)計(jì)

并行計(jì)算課程設(shè)計(jì)一、課程目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)：

1.理解并行計(jì)算的基本概念，掌握并行計(jì)算的發(fā)展歷程。

2.學(xué)習(xí)并行計(jì)算的基本模型，如SIMD和MIMD，并了解其應(yīng)用場(chǎng)景。

3.掌握并行算法的設(shè)計(jì)原則，了解常見并行算法及其特點(diǎn)。

技能目標(biāo)：

1.能夠運(yùn)用并行計(jì)算的基本原理，分析實(shí)際問題，提出并行化解決方案。

2.學(xué)會(huì)使用至少一種并行編程語言或工具，如CUDA或OpenMP，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的并行程序。

3.能夠評(píng)估并行程序的效率，分析并行性能的影響因素。

情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)：

1.培養(yǎng)學(xué)生對(duì)并行計(jì)算的興趣，激發(fā)其探索精神，使其認(rèn)識(shí)到并行計(jì)算在現(xiàn)代科技中的重要性。

2.培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，使其在小組討論和項(xiàng)目實(shí)施中學(xué)會(huì)相互支持、共同進(jìn)步。

3.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，使其在編寫并行程序時(shí)注重代碼質(zhì)量，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。

本課程針對(duì)高中年級(jí)學(xué)生，結(jié)合課程性質(zhì)、學(xué)生特點(diǎn)和教學(xué)要求，將目標(biāo)分解為具體的學(xué)習(xí)成果。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將能夠掌握并行計(jì)算的基本知識(shí)，具備并行編程能力，并在實(shí)踐中培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和科學(xué)精神。這將為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)和從事相關(guān)領(lǐng)域研究奠定基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容

1.并行計(jì)算概述

-并行計(jì)算的定義、分類及其發(fā)展歷程。

-教材章節(jié)：第一章引言

2.并行計(jì)算模型

-SIMD和MIMD模型的特點(diǎn)與應(yīng)用。

-教材章節(jié)：第二章并行計(jì)算模型

3.并行算法設(shè)計(jì)

-并行算法設(shè)計(jì)原則與策略。

-常見并行算法案例分析：排序、矩陣乘法等。

-教材章節(jié)：第三章并行算法設(shè)計(jì)

4.并行編程語言與工具

-介紹CUDA和OpenMP等并行編程語言或工具。

-教材章節(jié)：第四章并行編程語言與工具

5.并行程序性能評(píng)估

-并行程序性能指標(biāo)與評(píng)估方法。

-影響并行性能的因素分析。

-教材章節(jié)：第五章并行程序性能評(píng)估

6.實(shí)踐項(xiàng)目

-設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的并行程序，如并行排序。

-分析并優(yōu)化所編寫并行程序的性能。

-教材章節(jié)：第六章實(shí)踐項(xiàng)目

教學(xué)內(nèi)容按照以上安排進(jìn)行，共計(jì)6個(gè)部分。在教學(xué)過程中，將依據(jù)學(xué)生的掌握程度適當(dāng)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，確保學(xué)生能夠扎實(shí)掌握并行計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，并能夠?qū)⑺鶎W(xué)應(yīng)用于實(shí)際問題的解決。

三、教學(xué)方法

本課程將采用以下多樣化的教學(xué)方法，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性：

1.講授法：

-對(duì)并行計(jì)算的基本概念、發(fā)展歷程、模型和算法設(shè)計(jì)原則等理論知識(shí)采用講授法，為學(xué)生提供系統(tǒng)的知識(shí)框架。

-結(jié)合教材內(nèi)容，以生動(dòng)的案例和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景輔助講解，增強(qiáng)學(xué)生的理解和記憶。

2.討論法：

-針對(duì)并行算法設(shè)計(jì)和性能評(píng)估等主題，組織小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表見解，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和問題解決能力。

-通過課堂提問和小組互動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)并行計(jì)算知識(shí)點(diǎn)的深入探討，提高課堂參與度。

3.案例分析法：

-以典型并行算法為例，分析其設(shè)計(jì)思路、實(shí)現(xiàn)方法和性能特點(diǎn)，使學(xué)生能夠從具體案例中總結(jié)規(guī)律，提高分析能力。

-結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目案例，讓學(xué)生了解并行計(jì)算在科研和工業(yè)界的應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)。

4.實(shí)驗(yàn)法：

-安排實(shí)踐項(xiàng)目，指導(dǎo)學(xué)生使用并行編程語言和工具，動(dòng)手實(shí)現(xiàn)并行程序，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力。

-通過實(shí)驗(yàn)過程中的觀察、調(diào)試和優(yōu)化，使學(xué)生深入理解并行程序的性能影響因素，提高解決問題的能力。

5.小組合作法：

-將學(xué)生分成小組，完成實(shí)踐項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通技巧。

-鼓勵(lì)小組成員相互學(xué)習(xí)、互補(bǔ)短板，共同提高并行計(jì)算技能。

6.情境教學(xué)法：

-創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生在實(shí)際問題中感受并行計(jì)算的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

-結(jié)合現(xiàn)實(shí)案例，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注并行計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

四、教學(xué)評(píng)估

為確保教學(xué)評(píng)估的客觀、公正和全面性，本課程采用以下評(píng)估方式：

1.平時(shí)表現(xiàn)：

-課堂參與度：鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)言、提問和參與討論，對(duì)表現(xiàn)積極的學(xué)生給予適當(dāng)加分。

-小組討論：評(píng)估學(xué)生在小組合作中的貢獻(xiàn)，包括觀點(diǎn)闡述、協(xié)作態(tài)度和解決問題的能力。

-課堂練習(xí)：定期進(jìn)行課堂練習(xí)，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為學(xué)生提供反饋。

2.作業(yè)：

-布置與課程內(nèi)容相關(guān)的作業(yè)，包括理論知識(shí)和實(shí)踐操作，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。

-對(duì)作業(yè)進(jìn)行批改，給予評(píng)分和反饋，幫助學(xué)生鞏固和提高所學(xué)知識(shí)。

3.考試：

-期中和期末考試：設(shè)計(jì)包括選擇題、填空題、簡(jiǎn)答題和計(jì)算題等多樣化的考題，全面考察學(xué)生對(duì)并行計(jì)算知識(shí)的掌握。

-實(shí)踐考試：評(píng)估學(xué)生在實(shí)踐項(xiàng)目中的表現(xiàn)，包括并行程序設(shè)計(jì)、性能分析和優(yōu)化等方面。

4.實(shí)踐報(bào)告：

-要求學(xué)生撰寫實(shí)踐報(bào)告，對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)和反思，評(píng)估學(xué)生在實(shí)踐過程中的表現(xiàn)。

-對(duì)實(shí)踐報(bào)告進(jìn)行評(píng)分，關(guān)注學(xué)生在報(bào)告中的問題分析、解決方案和心得體會(huì)。

5.課堂演示：

-學(xué)生需在課堂上展示實(shí)踐項(xiàng)目成果，評(píng)估其表達(dá)能力、項(xiàng)目完成度和創(chuàng)新意識(shí)。

-組織學(xué)生互評(píng)，鼓勵(lì)學(xué)生借鑒他人的優(yōu)點(diǎn)，提高自身能力。

6.綜合評(píng)價(jià)：

-結(jié)合平時(shí)表現(xiàn)、作業(yè)、考試和實(shí)踐報(bào)告等多方面成績(jī)，給予學(xué)生綜合評(píng)價(jià)。

-關(guān)注學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，鼓勵(lì)學(xué)生在各自擅長(zhǎng)領(lǐng)域取得優(yōu)異成績(jī)。

五、教學(xué)安排

為確保教學(xué)進(jìn)度合理、緊湊，同時(shí)考慮學(xué)生的實(shí)際情況和需求，本課程的教學(xué)安排如下：

1.教學(xué)進(jìn)度：

-課程共計(jì)16周，每周2課時(shí)，共計(jì)32課時(shí)。

-第一周至第四周：并行計(jì)算概述、模型及算法設(shè)計(jì)原則。

-第五周至第八周：并行編程語言與工具、程序性能評(píng)估。

-第九周至第十二周：實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)施、討論與優(yōu)化。

-第十三周至第十六周：復(fù)習(xí)、考試和總結(jié)。

2.教學(xué)時(shí)間：

-課時(shí)安排在學(xué)生精力充沛的時(shí)間段，如上午或下午。

-考慮學(xué)生的作息時(shí)間，避免安排在學(xué)生疲勞或注意力不集中的時(shí)段。

-實(shí)踐項(xiàng)目時(shí)間安排在連續(xù)的課時(shí)，以便學(xué)生有足夠的時(shí)間進(jìn)行編程和調(diào)試。

3.教學(xué)地點(diǎn)：

-理論課：安排在普通教室，配備投影儀和電腦，便于展示教材內(nèi)容和案例。

-實(shí)踐課：安排在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，確保學(xué)生能夠人手一機(jī)，方便實(shí)踐操作。

4.個(gè)性化安排：

-根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和興趣，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)