教育部产学合作协同育人教学内容和课程体系改革项目申报书—基于超级计算机虚拟仿真实验系统的并行计算课程教学探索.docxVIP

2023 年美丽软件科技有限公司 教育部产学合作协同育人项目申请书 项目名称： 负 责 人： 联系电话： 工作邮箱： 学校名称： 通信地址： 申请时间： 二○二三年七月制 填 表 说 明 1. 申报资格： (1) 全日制本科高校在职教师或在校学生； (2) 原则上不接受之前已获得过同类项目资助的重复申报。 2.有关项目内容、具体要求和说明请参考项目申报指南。 3.项目负责人填写的内容由所在单位负责审核，所填内容必须真实、可靠。 4. 申请书由项目负责人填写并手写签名，报送所在高校主管部门审查、签署意见并盖章后，将扫描文件上传到项目平台 () 。 项 目 概 况 项目名称 大数据分析技术师资培训 项目类型 (单选) R 教学内容和课程体系改革项目 □ 创新创业教育改革项目 □ 师资培训项目 □ 实践条件和实践基地建设项目 起止年月 2023 年 8 月至 2025 年 8 月 项 目 负 责 人 姓名 性别 出生年月 职称及所在院系 最终学位 职务及所在部门 教师个人简介 (主要教学及科研工作) 从事计科软件专业教学多年，一直承担计算机导论和操作系统教学任务；指导学生获得蓝桥杯软件设计大赛省赛二等奖；参与多个教育部产学合作协同育人项目；曾发表论文三篇。 近五年教 育教学研 究领域及 成果 起止时间 项目名称 项目级别 2019.11- 2020.10 操作系统慕课设计和制作的探究 院级 2022.6- 2024.6 疫情下教师在线教学能力提升的探究 院级 项 目 主 要 成 员 ( 不 含 项 目 负 责人) 姓名 职称 主要任务 签名 项目调研策划 组织项目实施 组织项目实施 课程建设 课程建设 课程建设 基础调研 基础调研 基础调研 组织项目研发活动 组织项目研发活动 组织项目研发活动 项目相关背景和基础介绍 超级计算机是当今国家高科技进步与突破的“发动机”，在生命科学、天体物理、人工智能、大数据处理、气象预报、核聚变等诸多研究和应用领域中发挥着极其重要的作用。超级计算机已日益成为“国之重器”之一，是国家科技实力的重要标志之一，也是国家科技竞争的焦点之一?[1-2]。超级计算机比一般计算机系统更庞大，无论是硬件和软件，还是基本原理等各个方面都异常复杂，因此对从业者的知识储备和能力要求较高。同时，行业领域对超算能力的需求日益增长，也使得领域人才匮乏。这一切都对超算人才培养的质和量提出了更高的要求。 超级计算机应用的核心技术是并行计算，作为应用工具，相关课程具有极强的应用性和实践性，实验是课程不可或缺的教学环节。然而，超级计算机的软硬件系统大而复杂，架构更具有多样性，不仅系统价格昂贵，使用和维护成本也相当高，普通高校不易配置教学实验所必需的设备。超级计算机并行计算虚拟仿真实验，旨在使用普通计算机仿真超级计算机的软硬件系统，从而替代并行计算等课程所需的实验设备，降低开展教学实验的成本，也为普通高校开设此类课程提供了可行的途径。通过仿真可视化地展示并行计算的基本原理和程序执行过程，可以帮助学生更快、更深入地领会并行思想，提高并行编程的实践能力。 1 超级计算机虚拟仿真实验系统设计与实现 1.1 系统设计 超级计算机虚拟仿真实验系统包括超级计算机架构、 MPI 通信实验、 n-body 问题实验以及流体仿真实验 4 个部分， 4 个部分的实验环环相扣，逐层递进，图 1 展示了它们之间的联系。从知识点的角度看，每部分实验都涵盖不同的课程关键知识点。从能力培养的角度看，所有实验都紧紧围绕学生的 3 个能力培养：超级计算机架构以及超级计算机硬件配置搭建实验，培养学生对超级计算机架构的设计能力；MPI 通信实验、 n-body问题实验以及流体仿真实验，培养学生对并行算法的设计能力和在超级计算机环境中的实践能力。 MPI 通信实验、 n-body 问题实验和流体仿真实验在操作前都需要学生配置好符合要求的超级计算机硬件，而对硬件的配置则要求学生首先完成对超级计算机架构的学习，之后再依次完成其他实验。MPI 通信实验帮助学生掌握进程间的通信原理；在此基础上，学生通过 n-body 实验进一步掌握并行程序的设计方法；最后，学生通过流体实验体验并行算法在解决复杂问题上的应用方法。 （1）