Комплекс деловых игр для знакомства с параллельными вычислениями в средней школе
Доклад посвящен начальному знакомству с параллельными вычислениями в средней школе. Рассматривается содержание курса. Предлагается набор деловых игр для начального знакомства с темой. Описанные игры в 2013/14 гг. прошли апробацию в начальных классах лицея №10 г.Перми, на Школе по параллельному программированию для учителей информатики в НИУ ВШЭ-Пермь, на Суперкомпьютерной академии ВМК МГУ.
Современный этап развития computerscienceсвязан с массовым распространением параллелизма. Это влечет серьезные последствия в теории и практике.
Современная теория алгоритмов создавалась для алгоритмов последовательных. Сейчас значимым свойством алгоритма становится возможная степень распараллеливания. Отдельная тема – распараллеливание уже существующих алгоритмов.
Параллельное программирование становится частью профессиональной компетенции программиста. Значит, нужны методики массового обучения этой технологии.
Массовое обучение перемещает соответствующие понятия в разряд общекультурных. Сделать это можно только одним путем – через школьный курс информатики. Значит, нужна методика начального знакомства с параллельными вычислениями в школе.Целью темы «Параллельные вычисления» в средней школе является ознакомление учащихся с соответствующим набором понятий и понимание особенностей параллельной работы. Не является целью обучение «реальному» параллельному программированию.
В курсе предлагается отразить следующие вопросы:
1. Совместная работа нескольких исполнителей и распараллеливание «внутри» одного исполнителя при наличии нескольких обрабатывающих устройств.
2. Виды параллелизма: параллелизм истинный и псевдопараллелизм.
3. Исполнители однотипные и разнотипные.
4. Работы однотипные и разнотипные.
5. Соотношение «исполнители – работы»: 1:1, 1:N, N:1, N:M.
6. Согласование деятельности исполнителей. Виды согласования: по частям работы, по времени, по результатам деятельности, по ресурсам.
7. Ресурсы. Ресурсы разделяемые и неразделяемые, расходуемые и повторно используемые. Утилизация потребленных ресурсов («сборка мусора» в широком смысле).
8. Выполнение одной и той же работы одним исполнителем и группой исполнителей. Зависимость скорости работы от количества исполнителей. Зависимость стоимости работы от количества исполнителей. Нелинейный рост скорости работы при росте количества исполнителей. Критический путь. Оптимальное количество исполнителей. Оптимальная загрузка исполнителей. Оптимальный порядок действий. Балансировка нагрузки.
9. Конкуренция исполнителей за ресурсы. Блокировка. Клинч (тупик).
10. Механизмы согласования действий исполнителей.
11. Псевдопараллельное выполнение процессов на компьютере.
12. Пригодность алгоритмов к распараллеливанию. Возможная степень распараллеливания. Существование алгоритмов, не поддающихся распараллеливанию.
Все это должно быть продемонстрировано на действиях c материальными объектами, лучше если в форме деловых игр.
На сегодня мы имеем следующий набор методических инструментов и площадок для их апробации. Тема параллелизма, начиная с 2013 г, вошла в конкурс «ТРИЗформашка» [2, 3]. Подготовлена и апробирована глава про параллелизм для новой версии учебника информатики для 4 класса [5]. Апробирован комплект деловых игр и компьютерный «параллельный исполнитель» «Танковый экипаж» [1, 4, 6]. Это комплект был представлен на Школе для учителей в НИУ ВШЭ-Пермь и Суперкомпьютерной академии ВМК МГУ.
Его же предлагается представить на данной конференции.
- Дитер М.Л., Плаксин М.А. Параллельные вычисления в школьной информатике. Игра «Стройка». //Информатика в школе: прошлое, настоящее и будущее.: материалы Всеросс. науч.-метод. конф. по вопросам применения ИКТ в образовании, 6-7 февраля 2014 г. /Перм. гос. нац. иссл. ун-т. – Пермь, 2014. – С.258-261.
- Иванова Н.Г., Плаксин М.А., Русакова О.Л. Задачи на параллельное программирование в конкурсе «ТРИЗформашка-2013». //Информационные технологии в образовании. XXIII Международная конференция-выставка: Сборник трудов. Ч.II. – М.: Издательский отдел факультета ВМК МГУ им.М.В.Ломоносова, 2013. С.9-10.
- Иванова Н.Г., Плаксин М.А., Русакова О.Л. Конкурс «ТРИЗформашка» как площадка для апробации заданий на параллельное программирование. //Информатика в школе: прошлое, настоящее и будущее.: материалы Всеросс. науч.-метод. конф. по вопросам применения ИКТ в образовании, 6-7 февраля 2014 г. /Перм. гос. нац. иссл. ун-т. – Пермь, 2014. – С.233-236.
- Кучев А.Д., Плаксин М.А. Параллельные вычисления в школьной информатике. Игра «Танковый экипаж». //Информатика в школе: прошлое, настоящее и будущее.: материалы Всеросс. науч.-метод. конф. по вопросам применения ИКТ в образовании, 6-7 февраля 2014 г. /Перм. гос. нац. иссл. ун-т. – Пермь, 2014. – С.241-243.
- Плаксин М.А. Информатика: учебник для 4 класса: в 2 ч. /М.А.Плаксин, Н.Г.Иванова, О.Л.Русакова. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 201
- Плаксин М.А. О методике начального знакомства с параллельными вычислениями в средней школе. //Информатика в школе: прошлое, настоящее и будущее.: материалы Всеросс. науч.-метод. конф. по вопросам применения ИКТ в образовании, 6-7 февраля 2014 г. /Перм. гос. нац. иссл. ун-т. – Пермь, 2014. – С.256-258.
| Тип выступления | Стендовый доклад |
| Уровень образования | Начальное общее |
| Ключевые слова | информатика, параллельное программирование, методика, начальная школа, деловая игра |
