并行計算 課程設計

并行計算課程設計一、課程目標

知識目標：

1.學生理解并行計算的基本概念，掌握并行計算的發(fā)展歷程和主要應用領域。

2.學生掌握并行計算機體系結(jié)構(gòu)的基本原理，了解不同類型的并行計算模型。

3.學生掌握并行算法的設計方法和性能評估，能夠分析并行算法的優(yōu)勢和局限性。

技能目標：

1.學生能夠運用并行計算的基本原理，設計和實現(xiàn)簡單的并行程序。

2.學生能夠運用并行算法分析方法，評估并行程序的性能，并提出優(yōu)化策略。

3.學生能夠運用并行計算工具和庫，解決實際問題，提高計算效率。

情感態(tài)度價值觀目標：

1.學生培養(yǎng)對并行計算的興趣，激發(fā)探究未知領域的熱情。

2.學生樹立團隊合作意識，學會與他人共同分析和解決問題。

3.學生認識到并行計算在科技發(fā)展和社會進步中的重要作用，增強社會責任感和使命感。

課程性質(zhì)分析：

本課程為高中信息技術課程，旨在讓學生了解并行計算的基本概念和原理，掌握并行算法設計方法，培養(yǎng)計算思維和解決問題的能力。

學生特點分析：

高中學生具備一定的計算機基礎和編程能力，對新鮮事物充滿好奇，喜歡挑戰(zhàn)性任務，但可能對抽象概念理解有一定難度。

教學要求：

1.注重理論與實踐相結(jié)合，讓學生在動手實踐中掌握并行計算知識。

2.采用案例教學，引導學生運用所學知識解決實際問題。

3.創(chuàng)設情境，激發(fā)學生興趣，培養(yǎng)團隊合作精神和創(chuàng)新意識。

二、教學內(nèi)容

1.并行計算概述

-并行計算的發(fā)展歷程

-并行計算的應用領域

2.并行計算機體系結(jié)構(gòu)

-SMP對稱多處理

-MPP大規(guī)模并行處理

-GPU圖形處理器

3.并行計算模型

-數(shù)據(jù)并行

-任務并行

-模型比較與選擇

4.并行算法設計

-并行算法基本原理

-并行算法設計方法

-性能評估指標

5.并行編程

-并行編程模型

-并行編程語言和工具

-并行程序調(diào)試與優(yōu)化

6.并行計算案例分析

-經(jīng)典并行算法案例

-實際應用案例

-學生項目實踐

教學安排與進度：

第1周：并行計算概述

第2周：并行計算機體系結(jié)構(gòu)

第3周：并行計算模型

第4周：并行算法設計

第5周：并行編程

第6-8周：并行計算案例分析及學生項目實踐

教材章節(jié)關聯(lián)：

本教學內(nèi)容與教材第XX章“并行計算”相關聯(lián)，涵蓋教材中關于并行計算的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、模型、算法設計和編程等內(nèi)容，旨在幫助學生系統(tǒng)地掌握并行計算相關知識。

三、教學方法

為了提高教學效果，激發(fā)學生的學習興趣和主動性，本課程將采用以下多樣化的教學方法：

1.講授法：通過生動的語言和豐富的案例，講解并行計算的基本概念、原理和算法設計方法。在講授過程中，注重啟發(fā)式教學，引導學生主動思考和提問。

2.討論法：針對并行計算模型、編程方法和案例分析等內(nèi)容，組織學生進行小組討論，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，加強團隊合作。

3.案例分析法：精選經(jīng)典并行算法和實際應用案例，引導學生通過分析、討論，掌握并行計算的核心技術和應用場景。

4.實驗法：結(jié)合教材內(nèi)容，設計一系列實驗任務，讓學生動手實踐，加深對并行計算機體系結(jié)構(gòu)、編程模型和算法設計的理解。

5.任務驅(qū)動法：以解決實際問題為驅(qū)動，引導學生自主探究和學習，提高學生運用并行計算知識解決問題的能力。

6.小組合作學習：鼓勵學生組成學習小組，共同完成項目實踐，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力和溝通技巧。

7.情境教學法：創(chuàng)設真實的問題情境，讓學生在解決實際問題的過程中，掌握并行計算知識，提高學習的趣味性。

8.互動式教學：利用提問、回答、討論等方式，增加課堂互動，提高學生的參與度和積極性。

9.反饋評價法：及時對學生的學習成果給予反饋，指導學生進行自我評價和同伴評價，幫助學生發(fā)現(xiàn)不足，提高教學效果。

四、教學評估

為確保教學評估的客觀性、公正性和全面性，本課程采用以下評估方式：

1.平時表現(xiàn)（占總評30%）

-課堂參與度：評估學生在課堂討論、提問、回答問題等方面的積極性。

-小組合作：評估學生在學習小組中的貢獻，包括團隊合作、溝通協(xié)調(diào)能力等。

-實驗報告：評估學生在實驗過程中的認真程度、實驗報告的撰寫質(zhì)量等。

2.作業(yè)（占總評20%）

-布置與課程內(nèi)容相關的作業(yè)，包括理論題和編程實踐題，以檢驗學生對課程知識的掌握。

-評估學生作業(yè)的完成情況，關注學生的思考過程和知識運用能力。

3.考試（占總評50%）

-期中考試（占考試部分40%）：主要包括基本概念、原理和算法設計方法等，檢驗學生對課程知識的掌握程度。

-期末考試（占考試部分60%）：綜合運用所學知識，解決實際問題，考查學生的綜合分析能力和實際應用能力。

4.項目實踐（額外加分項）

-學生可自主選擇實際項目，運用并行計算知識進行解決，以提高學生的創(chuàng)新能力。

-根據(jù)項目完成情況和成果展示，給予一定的加分獎勵。

5.自我評價與同伴評價

-鼓勵學生進行自我評價，反思學習過程中的優(yōu)點和不足。

-同伴評價：學生之間相互評價，促進相互學習和共同進步。

五、教學安排

為確保教學進度合理、緊湊，同時考慮學生的實際情況和需求，本課程的教學安排如下：

1.教學進度：

-第1周：并行計算概述、發(fā)展歷程及應用領域。

-第2周：并行計算機體系結(jié)構(gòu)、SMP、MPP和GPU。

-第3周：并行計算模型、數(shù)據(jù)并行和任務并行。

-第4周：并行算法設計原理、方法及性能評估。

-第5周：并行編程模型、語言和工具。

-第6-8周：案例分析、學生項目實踐及總結(jié)。

-第9周：期中考試。

-第10-12周：課程復習、期末考試準備。

2.教學時間：

-每周2課時，共計18周。

-課時安排在學生精力充沛的時間段，如上午或下午。

3.教學地點：

-理論課：學校多媒體教室，便于使用PPT、教學視頻等資源。

-實踐課：計算機實驗室，確保學生能夠動手實踐。

4.考試安排：

-期中考試：第9周進行，考查學生對課程知識的掌握。

-期末考試：第18周進行，綜合考查學生的知識運用能力。

5.課外輔導：

-針對學生疑問