虚拟仿真实验教学中心建设与实践 (周世杰)市公开课一等奖省名师优质课赛课一等奖课件

虚拟仿真试验教学中心建设与实践周世杰博士/教授/副院长

电子科技大学计算机科学与工程学院EMAIL：sjzhou@TEL：02861831566第七届高等学校计算机实践教学论坛汇报（-哈尔滨）虚实结合机遇寻发展业绩为驱动贡献奠基础工作促成效怎样让他人重视（实践）教学？内容B虚拟中心建设目标和意义C怎样建设：虚拟试验中心平台设计D怎样建设：虚拟试验资源设计E电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心介绍关于虚拟中心建设与实践几点思索FA虚拟试验教学产生背景1.怎样满足新型教育伎俩对试验要求？自主学习开放课程大规模在线开放课堂（MOOC）2.真实试验项目开设困难怎么办？危险性破坏性如：网络安全试验环境在现实网络中含有不可逆性，同时攻防试验含有强烈反抗性和破坏性，而且会产生一定安全隐患和法律风险。一、虚拟试验教学产生背景A13.试验成本怎样控制？传统试验室搭建环境相对复杂，试验成本高，试验设备和环境需要连续人力和经费投入进行维护传统试验设备老化对于试验内容及时更新造成了瓶颈4.怎样实现优质资源共享？高校间试验资源拥有情况是不均衡传统试验室受限于场地和时间制约无法实现资源共享试验资源共享不但提升共享度和受益面，也节约教学成本A2一、虚拟试验教学产生背景5.建设虚拟仿真试验中心条件已经具备资源条件足够好：试验室建设投入大幅度提升，具备了一批优质资源技术条件足够好：计算机（如多媒体）技术为实现网络化虚拟仿真提供了条件网络通信条件足够好：带宽增加，成本降低，接入方面，方式多样管理条件足够好：示范中心建设培养了一批专职试验师资队伍

以电子科技大学为例，近年在信息与网络安全试验室建设方面，累计投入约400万元，试验室硬件条件、网络通信条件和师资队伍均使得相关资源共享成为了可能。A3一、虚拟试验教学产生背景二、建设目标和意义B11.我们要建设系统对于试验教学来说意味着什么？仅仅依靠制作一些教学视频，或者建立一些课程网站供学生下载试验资料是远远不够不但要经过网络让学生能够在线接收教师指导还要提供给学生一个能够参加其中进行操作试验环境仅仅提供仪器设备和文档类资源共享也是不够虚拟环境下仪器设备，除了摸不着，别功效应该和实物一样学生能够依据需要对仪器设备进行参数配置，输入输出，从而进行数据分析二、建设目标和意义B22.我们建设虚拟试验室应该含有哪些功效特点？试验应该含有网络化：在虚拟现实技术支持下，虚拟试验室里虚拟试验与实际设备仪器功效和操作方法大致相同虚拟试验系统应该含有开放性：远程登录控制技术和安全性确保试验过程应该含有简单性：学生不需要经过复杂培训即可上手完成试验二、建设目标和意义B3硬盘开盘与修复试验3.虚拟仿真教学模式对于实践教学影响为当代教育方法和伎俩提供了工程实践支持：以网络化、远程操作模式提供了线上工程实践机会实现了实践步骤整体网络化：处理了优质试验资源网络化共享问题提升了学生在实践教学中主导地位：学生可对难点进行重复操作，直到完全掌握为止。提升了试验管理效率：试验内容、试验文档和试验管理电子化，节约人力物力资源二、建设目标和意义B41.仿真中心平台应该具备哪些功效？三、仿真中心平台设计C1教学管理平台试验管理平台试验项目管理子系统试验教学计划管理子系统试验帐号管理子系统学生选课子系统整合管理试验资源、试验项目和文档教师开课申请与审核管理教师和学生账号管理本校学生及校外学生选课后台管理子系统试验课程管理及评价子系统学生试验管理子系统试验平台后台数据维护试验课程指导资料管理，下载及评阅试验汇报学生登录课程、提交试验汇报2.依据功效划分分为试验资源管理系统和试验教学管理系统。试验资源管理系统：是能够远程共享虚拟试验仿真系统，学生能够依据所选课程试验自由设计试验电路和试验内容，完成试验要求。试验教学管理系统：是针对教师和管理员而言，主要完成对试验课程组课、排课、学生试验进程监控、学生试验汇报处理以及试验资源整合和试验数据处理等内容。三、仿真中心平台设计C2三、仿真中心平台设计C33.依据使用对象划分

分为教师端、学生端以及后台处理系统。教师端：提供给教师上传下载试验资料、评阅试验汇报、监控学生试验进程等应用。学生端：提供了学生下载试验资料、自由选择试验项目、提交试验汇报等应用。后台处理系统：则提供了统一整合试验资源、保留试验档案、试验汇报查重等应用。

以“信息与网络安全虚拟试验室”为例，我们自主研发试验教学管理平台主要有三个子系统：1）试验汇报防剽窃“防火墙”系统三、仿真中心平台设计C42）开放式试验教学网络信息化服务系统三、仿真中心平台设计C53）信息化试验教学管理平台三、仿真中心平台设计C64.建设中关键问题1）试验资源怎样共享：试验资源在试验室内，将试验资源提供给互联网上远程用户，是需要处理首要问题。试验资源远程共享方法：远程控制：经过互联网向试验室物理设备发送控制命令，并观察、统计和分析该设备输出远程操作：经过互联网远程使用试验资源，并观察、统计和分析该设备输出试验预约：经过互联网提交试验需求，等候试验资源提供方返回试验结果三、仿真中心平台设计C72）怎样实现试验资源远程访问？远程用户经过互联网访问到试验资源是需要处理主要问题远程访问试验资源方法：通用访问法：利用通用软件（如浏览器）来访问远程试验资源专用访问法：利用专门试验客户端软件来访问远程试验资源其它方法：经过某种方式提交试验预约资源三、仿真中心平台设计C83）远程访问试验关键技术伎俩：经过VPN接入：处理试验资源因为受安全限制，而只能当地访问问题经过使用远程桌面技术：处理试验资源因为受自生不足，而只能当地访问问题三、仿真中心平台设计C94）系统安全问题虚拟试验平台安全机制主要针对存在WEB服务安全问题应该从身份认证、授权访问、安全传输三个方面来考虑系统安全问题三、仿真中心平台设计C10试验资源设计是试验教学体系建设主要内容，遵照标准主要有：按照一定专业方向进行资源整合：而不是死板地按照课程进行资源分类建立动态试验项目库：按照试验难度进行分类整合教师按需自由组建试验课程：自由选择试验项目、试验平台、试验工具等学生按照培养方案自由选择试验课程：课程名、讲课教师四、仿真中心试验资源设计D1以“信息与网络安全虚拟试验室”为例，我们形成了3层次5模块试验教学体系四、仿真中心试验资源设计D2验证演示型试验基础验证层主要包含：密码学基础试验和系统安全加固试验项目实践性试验工程实践层主要包含：网络互联安全试验和网络攻防试验创新试验、科技竞赛创新研究层主要包含：移动智能终端系统、云计算、空天信息试验四、仿真中心试验资源设计D3信息加密系统安全加固网络互联安全攻防实战安全系统应用移动智能终端安全等2门试验课程网络攻防技术等4门试验课程网络与信息安全综合设计试验等3门试验课程计算机病毒与防护等5门试验课程信息安全导论试验等3门试验课程5模块试验教学体系1.中心建设发展历史五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心介绍E1“国家级计算机试验教学示范中心”“国家级通信与信息系统试验教学示范中心”网络互联安全虚拟仿真试验平台空天信息安全虚拟仿真试验平台移动智能终端安全虚拟仿真试验平台、信息安全基础仿真试验平台、云信息安全虚拟仿真试验平台系统安全加固仿真试验平台和网络攻防实战虚拟仿真试验平台2.中心试验环境建设

中心现有仪器设备1810台，仪器设备总值779.26万元，面积近2600平方米。中心以教育科研网西南地域节点为网络支撑基础，无线接入信号覆盖整个校园，充分保障了虚拟试验教学任务顺利进行。五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心介绍E2五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心介绍3.中心试验项目建设序号虚拟仿真试验项目课时适合开设课程对应平台1初等数论试验12信息安全导论、信息安全数学基础、密码学信息安全基础仿真试验平台2基于对称密钥算法加解密工具实现63基于非对称密钥算法加解密工具实现44基于RC4算法加解密工具实现65基于SHA-1算法消息摘要工具实现46操作系统安全策略配置技术6计算机系统与网络安技术、网络防御技术、计算机病毒与防护、计算机操作系统、系统与数据恢复系统安全加固仿真试验平台7日志去除技术68缓冲区溢出技术69恶意代码及去除610逆向工程技术811交换组网互联安全技术8计算机网络、网络工程、安全协议综合设计试验网络互联安全虚拟仿真试验平台12路由组网互联安全技术813综合组网安全工程1614网络扫描与嗅探技术4网络攻防技术、计算机系统与网络安全技术、信息反抗技术、网络与信息安全综合设计试验网络攻防实战虚拟仿真试验平台15密码破解技术416数据库攻击技术417网络坑骗技术418网络攻击实战16E3五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心介绍19安全审计功效测试试验12移动终端安全、Android开发技术基础移动终端安全虚拟仿真试验平台20数据机密性测试试验1221云计算虚拟分配网络资源8云计算基础、网络与信息安全综合设计实云信息安全虚拟仿真试验平台22云数据资源安全迁移和节点选择1223空间电磁安全模拟信号认知试验4空间电磁信号监测技术空天信息安全虚拟仿真试验平台24空间电磁安全数字信号认知试验425空间真实电磁信号检测和干扰试验626空天精密设备性能与安全单元测试试验8空天信息系统安全数据交换技术27空天精密设备性能与安全系统测试试验12累计206E44.教学结果获国家教学结果二等奖3项，获四川省教学结果一等奖4项国家级特色专业建设点3个国家级教学团体1个国家级视频公开课1门国家级精品课程3门，教育部-Intel、教育部-IBM、教育部-微软精品课程9门，四川省精品课程12门四川省教学名师4人出版教材47本，国家“十一五”规划教材11部、“十二五”规划教材4部、省级“十二五”规划教材5部五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心介绍E55.中心试验项目示例1）网络攻击实战试验“网络攻防”试验系统包括“网络扫描与嗅探”、“密码破解”、“数据库攻击”、“网络坑骗”、“网络攻击实战”等内容。五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心介绍E62）空天信息安全虚拟仿真试验包括空间电磁频谱管理信息获取、传输、交换与处理，影响和制约战场感知、指挥控制、武器装备效能发挥及部队战场生存。五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心介绍E73）移动智能终端安全虚拟仿真试验包含“安全审计功效测试”和“数据机密性测试”两个部分。五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心介绍E81.几点值得思索问题1）怎样将虚拟试验平台与MOOC结合起来（提升学生开展虚拟试验水平）？2）怎样利用云计算技术将更多试验资源聚集和整合起来（增加可选择实现项目）？3）怎样提升试验汇报管理自动化（减轻教师工作）？4）怎样保障系统高效性（提升系统访问能力）？5）怎样确保系统