郭卫斌　郑　红　李建华　罗勇军

文章编号：1672-5913(2009)02-0082-03

摘 要：本文根据我系近年教学改革与课程建设经验，探讨了面向计算机科学与技术专业本科生的并行与分布计算课程的课程规划和建设，并总结了一些经验。

关键词：并行与分布计算；课程建设；改革

中图分类号：G642

文献标识码：A

1 引言

“并行与分布计算”是一门综合性较广的科目，属于计算机学科较前沿的课程，学习本课程必须先学习程序设计语言、计算机系统结构、计算机组成、操作系统、算法设计与分析等课程。本课程以扩展知识面、培养创新力为目标，遵循“理论联系实践”的指导思想，指导学生认知最先进的计算机系统技术，培养学生的学习兴趣和自我探索创新能力，为学生的工作和研究打下良好的基础。“并行与分布计算”这门课程培养目标主要是普及并行计算技术，使广大的程序设计与开发者可以发挥超级计算、分布计算的优势；同时，向未来的科研人员介绍多核技术及其面临的挑战，激发研究兴趣，帮助他们更有效地开展科研工作。

长期以来，我们和Intel公司保持着良好的合作关系。2008年4月，作为Intel大学合作计划的合作伙伴，华东理工大学派遣本课程的授课教师参加了相关技术培训，该课程进入“Intel大学合作计划”。2008年5月，双方正式签署了合作协议，并接收了Intel公司捐赠的相关实验设备。2008年6月，该课程被批准为2008年度“教育部－Intel精品课程”建设项目。

2 “并行与分布计算”课程建设规划

根据并行与分布计算技术的本身特点以及我校课程体系的设置情况，并行与分布计算技术涵盖了从单机、“多核”、SMP、集群以及Grid的各种尺度的并行技术。将课程平台建立在系统结构、算法、程序设计实践等方面，建立了并行和分布计算的全面的课程体系。

在本课程开展初期，由于实验条件的限制，本课程的教学主要是采用理论教学和单机实验为主。Intel多核计算机的出现，为教师和学生提供了良好的实验条件。本课程的建设将Intel多核架构增加到本课程的系统结构部分，在程序设计时重点介绍OpenMP、MPI和微软的超线程技术及其在Intel多核架构上实现；在硬件建设上，建立多核专业实验室，用于学生的实践操作；软件建设上，建立OpenMP、MPI编程环境，使学生能很方便地进行编程实践活动。

2.1 教学方式

“并行与分布计算”是一门涉及较广的课程，内容繁杂，理论知识多。为此，课程组针对本科教学的特点，采用泛讲、精讲和实践相结合的方式，设计了相应的实验来显式地说明所教授的理论，实践了以开放－研究为主的新型实验教学方法。

(1)“开放－研究”为主的教学模式

并行与分布课程涉及内容较广，内容较新，因此我们及时将先进的知识引入本课程体系，形成“开放”的教学模式；在此基础上，引导学生“研究”并行程序设计实践方法，采用MPI和OpenMP解决实践问题。

(2) 结合最先进计算机技术的教学内容，构建全面的课程体系行与分布计算技术涵盖了从“多核”、SMP、集群到Grid的各种尺度的并行技术，因此我们将课程平台建立在系统结构、算法、程序设计实践等方面，建立了并行和分布计算的全面的课程体系。

(3) 软硬件相结合的理论及实践教学方法

本课程主要关注最先进的计算机硬件设计以及为发挥先进的计算机硬件性能而必须独特设计的软件模式，因此本课程主要介绍先进计算机软硬件相结合的设计理念，在实践教学中强调计算机硬件性能对软件效率的影响。

2.2 教学条件

经过了数年教学实践，本课程组已组织编写了《并行与分布计算》课程讲义，并编写了《并行与分布计算习题解答》和实验指导讲义，通过作业和课外实验使学生能够更扎实地理解和掌握并行和分布计算的基本理论和实现技术。

另外，我们已在本校计算机教学实验中心建立了两个多核计算机实验室，拥有近200台双核微机，并在这些机器上安装相应的开源软件，使得学生能在该实验室内设计和实践并行程序。在Web服务器上建立了本课程的教学资料和辅导材料的网站，包括课程介绍、教学资源、教学实验等内容，使得学生能够通过互联网进行学习。此外，我系还计划组织安排学生参观我校的上海超级计算中心分中心。

以上各种措施丰富了教学形式，极大地提高了学生学习的积极性和创造性实践的能力，使教学质量达到一个新的高度。

2.3 课程特色

(1) 提出并实施了“开放－研究”为主的课堂教学新模式

并行与分布计算技术发展很快，封闭式的教材为主的教学方式不适合本课程的教学，因此我们以网络上或者相关公司提供的最先进的计算机技术为主，在“开放”模式下有层次地“研究”最新的计算机知识，从而达到掌握相应的知识点的目的。

(2) 构建了全面的课程体系

我们从系统结构、算法、程序设计方面，建立了并行和分布计算全面的课程体系，并在不同教学阶段有所侧重。

(3) 提出了软硬件相结合的理论及实践教学方法

软件的高性能必须依赖于硬件的高性能，硬件的高性能只能依赖软件才能最大程度发挥出来。在多处理器、多核机器框架下研究软硬件之间的关系，建立以多核为主的测试环境，实践软硬件相结合产生的巨大威力。

3 课程建设的几点经验

“并行与分布计算”是当前新兴的软件设计方法和技术，它需要结合计算机系统结构、操作系统等基础理论知识，还需要掌握并行算法设计的基本思想和方法，以改进和优化已有的串行程序设计。这对课程的教学和研究都提出了新的要求。我们在该课程的建设中在以下方面取得了一些经验。

(1) 重视科研工作和教学的联系，以最新科研成果带动教学水平的提高

本课程团队长期从事计算机系统结构和基础软件的研究工作，对当前并行与分式计算技术的发展比较了解，充分认识到并行与分布计算体系结构对已有软件设计方法提出的新挑战和新问题，并在并行与分布计算出现之初就搭建了相关实验平台，开始了并行与分布计算的研究工作。正是这些研究工作使得我们具备了并行与分布计算的经验，掌握了关键技术，认识到其中可能存在的误区和问题，这为后续的课程建设奠定了坚实的基础。

同时，在科研工作中我们积累了一批项目经验，这些成果直接为建立并行与分布计算的实践案例提供了丰富的素材。

(2) 重视案例教学和动手实践能力的培养

如何通过并行与分布及多核体系结构提升软件的性能是本课程的核心目标，这需要学生具备一定的并行算法设计能力。针对本科学生的知识水平和接收能力，本课程尽量简化了相关的理论内容，而采用学生熟悉的串行算法的并行化过程作为教学案例。通过对这些教学案例的深入分析，使得学生能比较直观地理解并行算法设计的基本思路和方法。

同时，本课程还充分利用已有的多核计算机系统环境，以及Intel公司新近捐赠的多核服务器，为学生提供了良好的并行与分布计算实践环境。通过对两个经典串行问题(优先级查找和K值算法)并行化改造过程的实践，提高分析和解决问题的能力，以及实际动手编程的能力。

4 总结

“并行与分布计算”是随着并行与分布计算的出现而发展起来的一门新兴课程，内容涉及计算机体系结构、操作系统和并行算法等多个基础知识领域。在“并行与分布计算”课程中，突出了教学实践环节，强化学生对并行与分布计算基本技术的训练，引导学生自主分析、设计、实现和评估并行与分布计算上的经典并行算法，并利用多核软件分析工具对已有软件进行性能分析和改进，以期增强学生利用并行与分布计算并行特性自主解决实际问题的能力。

参考文献：

[1] 陈国良. 并行算法实践[M]. 北京:高等教育出版社,2004.

[2] J. Tourino, M.J. Martin, J. Tarrio, and M. Arenaz. “A Grid Portal for an Undergraduate Parallel Programming Course”[J]. IEEE Transactions on Education,2005,48(3):391–399.

[3] M. Paprzycki. "Integrating Parallel and Distributed Computing in Computer Science Curricula"[J]. IEEE Distributed Systems Online,2006,7(2).

Discussion on Parallel and Distributed Computing Curriculum Construction

GUO Wei-bin, ZHENG Hong, LI Jian-hua, LUO Yong-jun

Abstract: Parallel and distributed computing course, an undergraduate course, has been offered for senior undergraduates of computer sciences (CS) over ten years, in the department of computer science and engineering at East China University of Science and Technology (ECUST). This paper summarizes and discusses the experiences of course practice and curriculum construction, and gives some improvement suggestions for future curriculum construction..

Keywords: parallel and distributed computing, curriculum construction, innovation