并行計算的課程設(shè)計一、課程目標

知識目標：

1.讓學生理解并行計算的基本概念，掌握并行計算的核心原理。

2.學會分析問題，識別適合并行計算的算法和場景。

3.掌握并行編程的基本技巧，能運用所學知識對簡單程序進行并行化改造。

技能目標：

1.培養(yǎng)學生運用并行計算技術(shù)解決問題的能力，提高計算效率。

2.培養(yǎng)學生具備團隊協(xié)作和溝通能力，能參與并行計算項目的開發(fā)和優(yōu)化。

3.培養(yǎng)學生具備自主學習能力，能夠緊跟并行計算領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

情感態(tài)度價值觀目標：

1.激發(fā)學生對并行計算的興趣，培養(yǎng)其探索精神和創(chuàng)新意識。

2.培養(yǎng)學生具備良好的科學素養(yǎng)，認識到并行計算在科技發(fā)展中的重要作用。

3.引導學生樹立正確的價值觀，明確并行計算為社會進步帶來的積極影響。

分析課程性質(zhì)、學生特點和教學要求，本課程將目標分解為以下具體學習成果：

1.學生能夠解釋并行計算的基本概念，闡述并行計算的核心原理。

2.學生能夠分析實際問題，提出并行計算解決方案，并評估其性能。

3.學生能夠掌握并行編程技巧，完成至少一個簡單的并行程序設(shè)計。

4.學生能夠積極參與團隊合作，共同完成并行計算項目。

5.學生能夠關(guān)注并行計算領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，了解其應(yīng)用前景。

二、教學內(nèi)容

本課程教學內(nèi)容依據(jù)課程目標，結(jié)合教材章節(jié)，科學系統(tǒng)地組織如下：

1.并行計算基本概念：介紹并行計算的定義、分類及其發(fā)展歷程，使學生了解并行計算的基本框架。

2.并行計算原理：講解并行計算的基本原理，如并發(fā)性、并行性、數(shù)據(jù)并行、任務(wù)并行等，并通過實例分析，使學生掌握并行計算的核心思想。

3.并行計算模型：介紹Flynn分類法、SIMD、MIMD等并行計算模型，讓學生了解不同并行計算模型的特點及應(yīng)用場景。

4.并行編程技術(shù)：講解并行編程的基本方法，如OpenMP、MPI、CUDA等，使學生掌握并行編程的技巧和注意事項。

5.并行算法設(shè)計：分析常見并行算法設(shè)計方法，如分治法、迭代法、管道線法等，并通過實例讓學生學會設(shè)計并行算法。

6.并行計算應(yīng)用：介紹并行計算在科學計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的應(yīng)用，提高學生的實際應(yīng)用能力。

7.并行計算性能評估：講解并行計算性能指標，如加速比、效率等，讓學生學會評估并行程序的性能。

教學內(nèi)容安排和進度如下：

1.第1-2周：并行計算基本概念及發(fā)展歷程。

2.第3-4周：并行計算原理和模型。

3.第5-6周：并行編程技術(shù)。

4.第7-8周：并行算法設(shè)計。

5.第9-10周：并行計算應(yīng)用及性能評估。

三、教學方法

針對并行計算課程的特點和教學目標，采用以下多樣化的教學方法：

1.講授法：通過教師系統(tǒng)的講解，使學生掌握并行計算的基本概念、原理和編程技術(shù)。講授過程中注重啟發(fā)式教學，引導學生主動思考和提問，提高課堂互動性。

2.案例分析法：結(jié)合實際案例，分析并行計算在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，使學生了解并行計算的實際價值。通過案例對比，讓學生深入理解并行算法的優(yōu)勢和適用場景。

3.討論法：組織課堂討論，讓學生就并行計算的相關(guān)問題展開探討，培養(yǎng)學生的問題分析能力和團隊合作精神。討論主題包括并行計算模型的選擇、并行編程技巧、性能優(yōu)化等。

4.實驗法：設(shè)置實驗課程，讓學生動手實踐并行編程，加深對并行計算原理和技術(shù)的理解。實驗內(nèi)容包括并行程序設(shè)計、性能測試和優(yōu)化等，提高學生的實際操作能力。

5.小組合作法：將學生分組進行項目實踐，共同完成并行計算任務(wù)。通過團隊合作，培養(yǎng)學生具備實際項目開發(fā)和優(yōu)化能力，鍛煉溝通與協(xié)作技巧。

6.翻轉(zhuǎn)課堂法：引入翻轉(zhuǎn)課堂模式，讓學生在課前自主學習理論知識，課堂上進行討論和實踐。提高學生的自主學習能力和課堂參與度。

7.情景教學法：創(chuàng)設(shè)實際應(yīng)用場景，讓學生在特定情境中學習并行計算知識，提高學生的興趣和積極性。

教學方法具體應(yīng)用如下：

1.講授法與案例分析相結(jié)合，貫穿課程始終。

2.每周安排一次課堂討論，針對本周學習內(nèi)容進行深入探討。

3.每章設(shè)置一次實驗課，讓學生動手實踐所學知識。

4.課程中期安排一次小組合作項目，為期4周。

5.翻轉(zhuǎn)課堂模式應(yīng)用于部分課程內(nèi)容，鼓勵學生自主學習。

6.情景教學法在課程中的應(yīng)用，以實際應(yīng)用場景激發(fā)學生學習興趣。

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)：占總評的30%。包括課堂出勤、課堂討論、提問及回答問題、小組合作表現(xiàn)等。評估學生在課堂中的積極參與程度和團隊協(xié)作能力。

2.作業(yè)：占總評的20%。布置課后作業(yè)，包括理論題和編程實踐題，以檢驗學生對課堂所學知識的掌握程度和實際應(yīng)用能力。

3.實驗報告：占總評的20%。要求學生完成每個實驗后撰寫實驗報告，報告內(nèi)容應(yīng)包括實驗?zāi)康摹⒃?、過程、結(jié)果及分析。評估學生在實驗過程中的觀察、分析和解決問題的能力。

4.期中考試：占總評的20%?？荚囆问綖殚]卷，包括選擇題、填空題、簡答題和編程題，全面考察學生對課程知識的掌握程度。

5.小組項目：占總評的10%。評估學生在項目中的貢獻、團隊協(xié)作和項目完成情況，包括項目報告、項目展示和項目成果。

具體評估方法如下：

1.平時表現(xiàn)：由教師根據(jù)學生在課堂上的實際表現(xiàn)進行評分，每兩周進行一次評價。

2.作業(yè)：教師對作業(yè)進行批改，給予評分和反饋。學生需根據(jù)反饋進行改進，以提高后續(xù)作業(yè)質(zhì)量。

3.實驗報告：教師對實驗報告進行評分，重點關(guān)注實驗原理理解、實驗過程描述和問題分析。

4.期中考試：考試結(jié)束后，教師及時批改試卷，為學生提供成績和解答疑問。

5.小組項目：項目完成后，組織項目評審，由教師和其他小組共同評分。評分依據(jù)包括項目完成度、創(chuàng)新性、團隊合作和現(xiàn)場展示等方面。

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1-2周：并行計算基本概念、原理及發(fā)展歷程。

-第3-4周：并行計算模型、編程技術(shù)和算法設(shè)計方法。

-第5-6周：并行計算應(yīng)用及性能評估方法。

-第7-8周：實驗課程及實踐案例分析。

-第9-10周：小組項目實踐及中期檢查。

-第11-12周：課程復習、討論及答疑。

-第13-14周：期中考試及成績反饋。

2.教學時間：

-理論課：每周2課時，共計14周。

-實驗課：共計4周，每周2課時。

-小組項目：為期4周，每周1課時。

-期中考試：2課時。

3.教學地點：

-理論課：學校多媒體教室。

-實驗課：計算機實驗室。

-小組項目：學校創(chuàng)新實驗室或教室。

教學安排考慮因素：

1.學生的作息時間：教學時間安排在學生的正常上課時間