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并行计算系列课程教学团队建设
作者：孙广中 陈国良 徐 云 郑启龙 吴俊敏
关键词：并行计算；系列课程：教学团队
近几年来，高性能并行计算机的发展取得了长足的进展，每秒数十万亿次乃至数百万亿次计算能力的高端并行机已相继研制成功。同时，廉价的PC机群、多CPU(多核)的桌面系统和个人高性能计算机的出现与发展，更是使得今日的并行计算机，已经“飞入寻常百姓家”了。价廉的桌面式并行系统中，有多个处理器可供使用，迫使人们必须学习并行计算，才能有效地利用手边的丰富资源。这就为并行计算的教学的发展和推广带来了新机遇，也对并行计算系列课程的建设与推广提出了新要求。在此条件下，为了适应高性能并行计算迅速发展的需要，充分发挥计算学科在现代科学和技术发展中的作用，在高校中普遍开设高性能并行计算类的课程就显得尤为重要。与之相应的，配合该学科发展的课程建设也是刻不容缓。
20多年来，中国科学技术大学在并行计算相关的教学和科研中积累了许多经验，取得了一些成绩，逐渐形成了并行计算系列课程的教学团队。教师是教学过程中最为重要的因素，教学团队的建设决定了课程建设的效果。本文主要介绍我们在教学团队建设过程中的一些经验和体会，希望可以有助于并行计算课程的推广，并为其他课程教学团队建设提供有益的思路。
一、教学团队的基本情况
1 并行计算系统课程特色
并行计算系列课程包括并行计算、并行计算机体系结构、并行算法和并行程序设计等课程，力图适应培养面向21世纪的宽口径、通才、适应性强的高等人才的培养需要，定位于全国计算机专业的专业基础课，面向全国普通高校中计算机专业，兼顾全国高校中面向计算型的非计算机专业。系列课程将“并行计算机”、“并行算法”和“并行编程”融为一体，将“课堂讲授”与“上机实践”融为一体，将“基础理论”与“学科前沿”融为一体，将“基础教学”与“培养学生创新能力”融为一体，努力沟通“计算机科学”、“计算科学”和“计算型应用科学”。
2 团队的结构及特色
在并行计算系列课程长期建设过程中，逐步形成了相对稳定的老中青相结合的教学团队。教学团队的带头人为中国科学院院士、首届高等学校教学名师奖获得者陈国良教授。他长期致力于本团队课程建设，坚持在本校教学第一线为本科生和研究生授课，指导和培养年轻教师的教学工作。教学团队成员中包括多名教授、副教授、讲师，年轻教师基本具有博士学位。
团队成员具有良好的知识结构，坚持教学科研相结合，专业蕴含了并行算法、并行计算机体系结构和并行程序设计等领域。每门课程都配备至少两位教师，以便轮流执教。通过在职培养和短期出国进修，进一步拓宽团队成员的知识面，优化知识结构。
二、教学团队的作用
1 教学团队带动了系列课程的教材建设
课程建设的核心是教材建设，中国科学技术大学历来就非常重视教材建设工作。20世纪90年代中期以来，教学团队酝酿和筹划并行计算课程的配套系列教材建设工作，根据并行计算的课程体系，规划了并行计算课程的系列教材——并行计算系列从书：
《并行计算——结构·算法·编程》教材，是以并行计算为主题，探讨了并行计算的硬件平台(并行计算机)、并行计算的理论基础(并行算法)和并行计算的软件支撑(并行程序设计)，强调了融并行计算机结构、并行算法设计和并行编程为一体，涉及的内容比较广泛。该教材为“九五”国家规划教材(1996)、面向21世纪课程教材(1999)、高等教育出版社“高等教育百门精品课程教材建设计划”精品项目(2002)，2000年获中国高校科学技术一等奖，2006年入选“十一五”国家规划教材。
《并行算法的设计与分析(修订版)》教材，是以并行计算模型为主线，探讨了计算机科学中诸多常用的数值和非数值计算问题的并行算法设计及其分析方法，加强了学科发展趋势的论述，充分吸收了学术界的最新成果。该教材为“八五”国家规划教材(1991)，获得1995年国家优秀教材一等奖，1997年国家级教学成果二等奖，2006年入选“十一五”国家规划教材。
《并行计算机体系结构》教材，是以当代可扩放并行计算机系统结构为主题，着重论述了对称多处理机、大规模并行处理机、机群系统和分布共享存储多处理机系统的组成原理、结构特性、设计方法、性能分析，增加了相应系统的实例，强调了软件与硬件的结合。
《并行算法实践》教材，是以并行算法编程实现为主题，详细介绍了并行程序设计的有关内容、典型的非数值并行算法和数值并行算法的MPI编程实现过程，突出了算法设计与实现的结合。
2 教学团队推动了系列课程的教学建设和改革
团队推动了教学改革，形成了完整的教改思路。将并行机体系结构、并行算法设计、并行数值计算和并行程序设计有机结合在一起，在国内形成一门新型“并行计算”课程。在保持本学科的经典完整内容的同时，力图反应本学科最新成果以及发展趋势。保持内容先进与新颖，广泛吸取国际多本同期同类教材中的优质内容。以计算机专业高年级本科生和研究生为主，兼顾信息科学、计算科学等相关专业的研究生，同时考虑国际交流的需要。并行计算课程于2003年入选首批国家精品课程。
团队在教改思路的指导下，加强了实验教学部分。实验教学强化学生“结构一算法一编程”一体化学习方法的意识，让学生充分理解对于求解一个给定问题的任何并行算法，都必须采用某种并行编程语言，最终运行在一台具体的并行计算机上。
团队在资源建设方面，针对不同的课程设置和专业要求，制作了中文和英文的两套电子讲稿， 并根据科学的最新发展不断加以补充和修订。对于教学中存在的一些难点和重点，采用了课件动画演示的方法来加强教学效果。此外，还针对部分内容进行了示范性教学录像，可在课堂教学中使用。
并行计算系列课程的推广需要加强网络教学。教学团队制作的网上教学环境是一个相对完整的自学环境，其中包括各章节的知识点、重点难点、例题讲解、习题实例和学习参考资料，并在网上提供讨论答疑。此外，为了更好地推广，在并行计算课程建设过程中，教学团队完成了示范教学录像(10学时)和全程教学录像(60学时上网。实验教学中的相关素材，如上机演示、示例程序等也都成为网上教学资源的一部分。
3 教学团队创建了全国并行计算教育与培养基地
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