因材施教提高“并行计算”课程教学效果研究.pdf

因材施教，提高“并行计算课程教学效果 刘建丽 ， 北京工业大学计算机学院，北京 100022 摘要：随着并行处理技术和并行计算机的普及化，目前“并行计算”课程已成为很多高 等院校计算机专业本科生和研究生的必修或选修课程。如何利用现有资源讲好这门课 是每一位任课教师必须认真考虑的问题。本文就北京工业大学计算机学院的本科生及 研究生的“并行计算”课程的教学讨论一些有关的问题。 关键词：并行计算、课程改革 1 引言 早在1996年，北京工业大学就作为专业选修课为研究生开设了“并行计算”课程。由于当时的 并行计算机以对称多处理机SMP和大规模并行机MPP为主，所以在早期的课程中，我们除了介绍并 行计算和并行计算机基础知识外，教学内容主要是数据并行算法和少量的控制并行算法。但近年来 工作站机群的软件平台的不断完善，使并行计算机不再是计算机领域中的“阳春白雪”，我们能够方 便地利用手头空闲的计算机构建一个机群系统。另外，随着计算机的飞速发展，应用问题的计算规模 和操作对象在不断地扩大，同时。其复杂性也在不断地提高。从中我们可以看到计算机应用和计算机 技术两者的发展是相互依存，共同发展的。 在这种的形势下，我们如何设计“并行计算”课程，使之能够满足学生对该领域知识和技能的需 要?如何利用有限的教学时间和教学资源让学生们得到更多的相关信息、能够尽可能深入地理解并 行计算技术?这就需要我们认真研究并行计算技术的核心内容和发展趋势，研究学生们的知识需求， 并使之融入到教学环节当中。 2并行计算课程的设置和实施 在早期的“并行计算”课程中，我们的教学对象主要是研究生。由于当时的并行计算机是以对称 多处理机SMP和大规模并行机MPP为主流机型(1996年6月全球Top500计算机中SMP占43．2％， MPP占46．8％)，我们很难为学生提供上机实践的机会。那时，我们采用了MichaelJ．Quinn的 《ParallelComputing)(1994年McGraw—HillIne．出版)作为教材，该教材介绍的主要内容包括： (1)当时最著名的几款并行计算机结构，如Thinking XP／s等； Paragon (2)当时几种最流行的并行程序语言，如Fortran90、C宰、Linda以及OCCAM； (3)PRAM算法、常用的数值和非数值算法； (4)并行计算中的映射和调度问题等。 ·联系作者。E-mail：liujianl@bjut．edu．ca 因材施教，提高。并行计算’课程教学效果 这本教材以讲授数据并行算法为主，通过教学使学生能够理解并行算法的运行机理，从中体会到 与串行程序本质的不同。由于当时的并行计算机仅被国家重点研究机构和极少数高等院校拥有。我 们的教学只能是“纸上谈兵”。 20世纪末随着并行计算机的迅速发展，机群系统在整个并行计算机的比例越来越大，我们可以 利用手头的PC机构建一个小型的机群系统。并行计算机已不再被极少数“高精尖”部门或人才所拥 有，其研究和应用也从国防、天文、气象等高端计算领域扩展到一般应用领域。并行机的发展为我们 的教学提供了硬件支持，同时也使“并行计算”课程从少数研究生的选修课扩大到本科生教学中。这 些变化迫使我们教师也必须改变教学方法以适应计算机的发展和学生求知欲。事实说明我们的课程 改革是必要的，2006年6月全球Top500计算机中仅机群就占72．8％；而在中低档计算机中机群所占 的比例也呈指数上升。 2001年为了适应新形势，我们为研究生更换了教材，希望通过该课程的学习使学生具有编写和 Wilkinson和MichaelAllen编写的《Parallel 调试并行程序的能力。我们采用了Barry Programming— Parallel and NetworkedWorkstationsand 999年Prentice TechniquesApplicationsUsing