并行计算 课程设计

并行计算课程设计一、课程目标

知识目标：

1.学生理解并行计算的基本概念，掌握并行计算的发展历程和主要应用领域。

2.学生掌握并行计算机体系结构的基本原理，了解不同类型的并行计算模型。

3.学生掌握并行算法的设计方法和性能评估，能够分析并行算法的优势和局限性。

技能目标：

1.学生能够运用并行计算的基本原理，设计和实现简单的并行程序。

2.学生能够运用并行算法分析方法，评估并行程序的性能，并提出优化策略。

3.学生能够运用并行计算工具和库，解决实际问题，提高计算效率。

情感态度价值观目标：

1.学生培养对并行计算的兴趣，激发探究未知领域的热情。

2.学生树立团队合作意识，学会与他人共同分析和解决问题。

3.学生认识到并行计算在科技发展和社会进步中的重要作用，增强社会责任感和使命感。

课程性质分析：

本课程为高中信息技术课程，旨在让学生了解并行计算的基本概念和原理，掌握并行算法设计方法，培养计算思维和解决问题的能力。

学生特点分析：

高中学生具备一定的计算机基础和编程能力，对新鲜事物充满好奇，喜欢挑战性任务，但可能对抽象概念理解有一定难度。

教学要求：

1.注重理论与实践相结合，让学生在动手实践中掌握并行计算知识。

2.采用案例教学，引导学生运用所学知识解决实际问题。

3.创设情境，激发学生兴趣，培养团队合作精神和创新意识。

二、教学内容

1.并行计算概述

-并行计算的发展历程

-并行计算的应用领域

2.并行计算机体系结构

-SMP对称多处理

-MPP大规模并行处理

-GPU图形处理器

3.并行计算模型

-数据并行

-任务并行

-模型比较与选择

4.并行算法设计

-并行算法基本原理

-并行算法设计方法

-性能评估指标

5.并行编程

-并行编程模型

-并行编程语言和工具

-并行程序调试与优化

6.并行计算案例分析

-经典并行算法案例

-实际应用案例

-学生项目实践

教学安排与进度：

第1周：并行计算概述

第2周：并行计算机体系结构

第3周：并行计算模型

第4周：并行算法设计

第5周：并行编程

第6-8周：并行计算案例分析及学生项目实践

教材章节关联：

本教学内容与教材第XX章“并行计算”相关联，涵盖教材中关于并行计算的基本概念、体系结构、模型、算法设计和编程等内容，旨在帮助学生系统地掌握并行计算相关知识。

三、教学方法

为了提高教学效果，激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用以下多样化的教学方法：

1.讲授法：通过生动的语言和丰富的案例，讲解并行计算的基本概念、原理和算法设计方法。在讲授过程中，注重启发式教学，引导学生主动思考和提问。

2.讨论法：针对并行计算模型、编程方法和案例分析等内容，组织学生进行小组讨论，培养学生分析和解决问题的能力，加强团队合作。

3.案例分析法：精选经典并行算法和实际应用案例，引导学生通过分析、讨论，掌握并行计算的核心技术和应用场景。

4.实验法：结合教材内容，设计一系列实验任务，让学生动手实践，加深对并行计算机体系结构、编程模型和算法设计的理解。

5.任务驱动法：以解决实际问题为驱动，引导学生自主探究和学习，提高学生运用并行计算知识解决问题的能力。

6.小组合作学习：鼓励学生组成学习小组，共同完成项目实践，培养学生的团队协作能力和沟通技巧。

7.情境教学法：创设真实的问题情境，让学生在解决实际问题的过程中，掌握并行计算知识，提高学习的趣味性。

8.互动式教学：利用提问、回答、讨论等方式，增加课堂互动，提高学生的参与度和积极性。

9.反馈评价法：及时对学生的学习成果给予反馈，指导学生进行自我评价和同伴评价，帮助学生发现不足，提高教学效果。

四、教学评估

为确保教学评估的客观性、公正性和全面性，本课程采用以下评估方式：

1.平时表现（占总评30%）

-课堂参与度：评估学生在课堂讨论、提问、回答问题等方面的积极性。

-小组合作：评估学生在学习小组中的贡献，包括团队合作、沟通协调能力等。

-实验报告：评估学生在实验过程中的认真程度、实验报告的撰写质量等。

2.作业（占总评20%）

-布置与课程内容相关的作业，包括理论题和编程实践题，以检验学生对课程知识的掌握。

-评估学生作业的完成情况，关注学生的思考过程和知识运用能力。

3.考试（占总评50%）

-期中考试（占考试部分40%）：主要包括基本概念、原理和算法设计方法等，检验学生对课程知识的掌握程度。

-期末考试（占考试部分60%）：综合运用所学知识，解决实际问题，考查学生的综合分析能力和实际应用能力。

4.项目实践（额外加分项）

-学生可自主选择实际项目，运用并行计算知识进行解决，以提高学生的创新能力。

-根据项目完成情况和成果展示，给予一定的加分奖励。

5.自我评价与同伴评价

-鼓励学生进行自我评价，反思学习过程中的优点和不足。

-同伴评价：学生之间相互评价，促进相互学习和共同进步。

五、教学安排

为确保教学进度合理、紧凑，同时考虑学生的实际情况和需求，本课程的教学安排如下：

1.教学进度：

-第1周：并行计算概述、发展历程及应用领域。

-第2周：并行计算机体系结构、SMP、MPP和GPU。

-第3周：并行计算模型、数据并行和任务并行。

-第4周：并行算法设计原理、方法及性能评估。

-第5周：并行编程模型、语言和工具。

-第6-8周：案例分析、学生项目实践及总结。

-第9周：期中考试。

-第10-12周：课程复习、期末考试准备。

2.教学时间：

-每周2课时，共计18周。

-课时安排在学生精力充沛的时间段，如上午或下午。

3.教学地点：

-理论课：学校多媒体教室，便于使用PPT、教学视频等资源。

-实践课：计算机实验室，确保学生能够动手实践。

4.考试安排：

-期中考试：第9周进行，考查学生对课程知识的掌握。

-期末考试：第18周进行，综合考查学生的知识运用能力。

5.课外辅导：

-针对学生疑问