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

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(jì)原則；

3.使學(xué)生了解并行計(jì)算在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，并能結(jié)合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析。

技能目標(biāo)：

1.培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用并行計(jì)算技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高計(jì)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(jìn)行簡(jiǎn)單的并行程序設(shè)計(jì)；

3.培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作，進(jìn)行問(wèn)題分析、方案設(shè)計(jì)和程序?qū)崿F(xiàn)的能力。

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)其探索未知領(lǐng)域的熱情；

2.培養(yǎng)學(xué)生具備良好的團(tuán)隊(duì)合作精神，學(xué)會(huì)尊重他人、溝通協(xié)作；

3.培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)到科技發(fā)展對(duì)社會(huì)進(jìn)步的重要性，樹(shù)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(jì)算思維和編程技能，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

學(xué)生特點(diǎn)：學(xué)生具備一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，對(duì)編程有一定了解，對(duì)并行計(jì)算感興趣，但可能對(duì)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(diǎn)和課程性質(zhì)，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)⒉⑿杏?jì)算技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題，達(dá)到學(xué)以致用的目的。在教學(xué)過(guò)程中，將目標(biāo)分解為具體的學(xué)習(xí)成果，便于教學(xué)設(shè)計(jì)和評(píng)估。

二、教學(xué)內(nèi)容

1.并行計(jì)算基本概念：包括并行計(jì)算的定義、發(fā)展歷程、分類(lèi)及特點(diǎn)。

教材章節(jié)：第一章并行計(jì)算概述

2.并行編程模型：介紹Flynn分類(lèi)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(yǔ)言與工具：學(xué)習(xí)MPI、OpenMP、CUDA等并行編程語(yǔ)言和工具。

教材章節(jié)：第三章并行編程語(yǔ)言與工具

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

教材章節(jié)：第四章并行算法設(shè)計(jì)

5.并行計(jì)算應(yīng)用：介紹并行計(jì)算在科學(xué)計(jì)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(jì)算應(yīng)用

6.實(shí)踐環(huán)節(jié)：安排學(xué)生進(jìn)行并行程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作。

教材章節(jié)：第六章實(shí)踐環(huán)節(jié)

教學(xué)內(nèi)容安排與進(jìn)度：

第一周：并行計(jì)算概述

第二周：并行編程模型

第三周：并行編程語(yǔ)言與工具

第四周：并行算法設(shè)計(jì)

第五周：并行計(jì)算應(yīng)用

第六周：實(shí)踐環(huán)節(jié)（上）

第七周：實(shí)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(dòng)性和實(shí)踐能力。

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

2.討論法：針對(duì)課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，組織學(xué)生進(jìn)行課堂討論，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，培養(yǎng)其分析和解決問(wèn)題的能力。

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

4.實(shí)驗(yàn)法：結(jié)合課程內(nèi)容，安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐并行編程，掌握并行計(jì)算工具和軟件的使用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力。

5.任務(wù)驅(qū)動(dòng)法：在教學(xué)過(guò)程中，布置具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生以團(tuán)隊(duì)合作的形式，共同分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、編寫(xiě)程序，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新精神。

6.作品展示法：鼓勵(lì)學(xué)生在課程結(jié)束后，展示自己的實(shí)踐成果，通過(guò)互相評(píng)價(jià)和交流，促進(jìn)學(xué)生間的相互學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的溝通表達(dá)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(guò)程中，針對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，組織學(xué)生進(jìn)行討論，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考。

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

4.實(shí)驗(yàn)法：與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，讓學(xué)生動(dòng)手操作，鞏固所學(xué)知識(shí)。

5.任務(wù)驅(qū)動(dòng)法：在實(shí)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(jìn)行交流和評(píng)價(jià)。

四、教學(xué)評(píng)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(píng)估方式，旨在客觀、公正地評(píng)價(jià)學(xué)生的表現(xiàn)。

1.平時(shí)表現(xiàn)（占總評(píng)30%）：

-課堂參與度：鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂討論，提問(wèn)和回答問(wèn)題，充分展示自己的思考過(guò)程；

-課堂紀(jì)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(píng)30%）：

-個(gè)人作業(yè)：布置與課程內(nèi)容相關(guān)的個(gè)人作業(yè)，評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度；

-團(tuán)隊(duì)作業(yè)：安排團(tuán)隊(duì)合作的作業(yè)，考察學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通技巧和解決問(wèn)題的能力。

3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告（占總評(píng)20%）：

-實(shí)驗(yàn)過(guò)程：評(píng)估學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作技能、觀察分析能力和解決問(wèn)題的能力；

-實(shí)驗(yàn)報(bào)告：考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理、分析和總結(jié)能力。

4.考試（占總評(píng)20%）：

-期中考試：對(duì)課程前半部分的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行閉卷考試，評(píng)估學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握；

-期末考試：對(duì)整個(gè)課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行閉卷考試，全面考察學(xué)生的理論水平和實(shí)踐能力。

5.加分項(xiàng)（額外加分）：

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

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

教學(xué)評(píng)估具體安排如下：

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

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

3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告：每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，收取實(shí)驗(yàn)報(bào)告，給予評(píng)價(jià)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(xiàng)：在課程末期對(duì)作品展示和競(jìng)賽獲獎(jiǎng)進(jìn)行評(píng)估和加分。

五、教學(xué)安排

為確保課程教學(xué)的順利進(jìn)行，本課程的教學(xué)安排如下：

1.教學(xué)進(jìn)度：

-課程共分為8周，每周安排一次理論課和一次實(shí)驗(yàn)課；

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

-實(shí)驗(yàn)課與理論課相結(jié)合，讓學(xué)生在實(shí)踐中鞏固理論知識(shí)。

2.教學(xué)時(shí)間：

-理論課：每周一上午9:00-11:30，共8周；

-實(shí)驗(yàn)課：每周三下午2:00-4:30，共8周；

-考試時(shí)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(diǎn)：

-理論課：教學(xué)樓A101教室；

-實(shí)驗(yàn)課：計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室B201。

4.教學(xué)安排考慮因素：

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