虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與實(shí)踐 (周世杰)市公開課一等獎(jiǎng)省名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

虛擬仿真試驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與實(shí)踐周世杰博士/教授/副院長

電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院EMAIL：sjzhou@TEL：02861831566第七屆高等學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)論壇匯報(bào)（-哈爾濱）虛實(shí)結(jié)合機(jī)遇尋發(fā)展業(yè)績?yōu)轵?qū)動(dòng)貢獻(xiàn)奠基礎(chǔ)工作促成效怎樣讓他人重視（實(shí)踐）教學(xué)？內(nèi)容B虛擬中心建設(shè)目標(biāo)和意義C怎樣建設(shè)：虛擬試驗(yàn)中心平臺(tái)設(shè)計(jì)D怎樣建設(shè)：虛擬試驗(yàn)資源設(shè)計(jì)E電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心介紹關(guān)于虛擬中心建設(shè)與實(shí)踐幾點(diǎn)思索FA虛擬試驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生背景1.怎樣滿足新型教育伎倆對(duì)試驗(yàn)要求？自主學(xué)習(xí)開放課程大規(guī)模在線開放課堂（MOOC）2.真實(shí)試驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)困難怎么辦？危險(xiǎn)性破壞性如：網(wǎng)絡(luò)安全試驗(yàn)環(huán)境在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中含有不可逆性，同時(shí)攻防試驗(yàn)含有強(qiáng)烈反抗性和破壞性，而且會(huì)產(chǎn)生一定安全隱患和法律風(fēng)險(xiǎn)。一、虛擬試驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生背景A13.試驗(yàn)成本怎樣控制？傳統(tǒng)試驗(yàn)室搭建環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，試驗(yàn)成本高，試驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境需要連續(xù)人力和經(jīng)費(fèi)投入進(jìn)行維護(hù)傳統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備老化對(duì)于試驗(yàn)內(nèi)容及時(shí)更新造成了瓶頸4.怎樣實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享？高校間試驗(yàn)資源擁有情況是不均衡傳統(tǒng)試驗(yàn)室受限于場地和時(shí)間制約無法實(shí)現(xiàn)資源共享試驗(yàn)資源共享不但提升共享度和受益面，也節(jié)約教學(xué)成本A2一、虛擬試驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生背景5.建設(shè)虛擬仿真試驗(yàn)中心條件已經(jīng)具備資源條件足夠好：試驗(yàn)室建設(shè)投入大幅度提升，具備了一批優(yōu)質(zhì)資源技術(shù)條件足夠好：計(jì)算機(jī)（如多媒體）技術(shù)為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化虛擬仿真提供了條件網(wǎng)絡(luò)通信條件足夠好：帶寬增加，成本降低，接入方面，方式多樣管理?xiàng)l件足夠好：示范中心建設(shè)培養(yǎng)了一批專職試驗(yàn)師資隊(duì)伍

以電子科技大學(xué)為例，近年在信息與網(wǎng)絡(luò)安全試驗(yàn)室建設(shè)方面，累計(jì)投入約400萬元，試驗(yàn)室硬件條件、網(wǎng)絡(luò)通信條件和師資隊(duì)伍均使得相關(guān)資源共享成為了可能。A3一、虛擬試驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生背景二、建設(shè)目標(biāo)和意義B11.我們要建設(shè)系統(tǒng)對(duì)于試驗(yàn)教學(xué)來說意味著什么？僅僅依靠制作一些教學(xué)視頻，或者建立一些課程網(wǎng)站供學(xué)生下載試驗(yàn)資料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠不但要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)讓學(xué)生能夠在線接收教師指導(dǎo)還要提供給學(xué)生一個(gè)能夠參加其中進(jìn)行操作試驗(yàn)環(huán)境僅僅提供儀器設(shè)備和文檔類資源共享也是不夠虛擬環(huán)境下儀器設(shè)備，除了摸不著，別功效應(yīng)該和實(shí)物一樣學(xué)生能夠依據(jù)需要對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置，輸入輸出，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析二、建設(shè)目標(biāo)和意義B22.我們建設(shè)虛擬試驗(yàn)室應(yīng)該含有哪些功效特點(diǎn)？試驗(yàn)應(yīng)該含有網(wǎng)絡(luò)化：在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下，虛擬試驗(yàn)室里虛擬試驗(yàn)與實(shí)際設(shè)備儀器功效和操作方法大致相同虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)該含有開放性：遠(yuǎn)程登錄控制技術(shù)和安全性確保試驗(yàn)過程應(yīng)該含有簡單性：學(xué)生不需要經(jīng)過復(fù)雜培訓(xùn)即可上手完成試驗(yàn)二、建設(shè)目標(biāo)和意義B3硬盤開盤與修復(fù)試驗(yàn)3.虛擬仿真教學(xué)模式對(duì)于實(shí)踐教學(xué)影響為當(dāng)代教育方法和伎倆提供了工程實(shí)踐支持：以網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程操作模式提供了線上工程實(shí)踐機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐步驟整體網(wǎng)絡(luò)化：處理了優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)資源網(wǎng)絡(luò)化共享問題提升了學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中主導(dǎo)地位：學(xué)生可對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)操作，直到完全掌握為止。提升了試驗(yàn)管理效率：試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)文檔和試驗(yàn)管理電子化，節(jié)約人力物力資源二、建設(shè)目標(biāo)和意義B41.仿真中心平臺(tái)應(yīng)該具備哪些功效？三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C1教學(xué)管理平臺(tái)試驗(yàn)管理平臺(tái)試驗(yàn)項(xiàng)目管理子系統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃管理子系統(tǒng)試驗(yàn)帳號(hào)管理子系統(tǒng)學(xué)生選課子系統(tǒng)整合管理試驗(yàn)資源、試驗(yàn)項(xiàng)目和文檔教師開課申請(qǐng)與審核管理教師和學(xué)生賬號(hào)管理本校學(xué)生及校外學(xué)生選課后臺(tái)管理子系統(tǒng)試驗(yàn)課程管理及評(píng)價(jià)子系統(tǒng)學(xué)生試驗(yàn)管理子系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)后臺(tái)數(shù)據(jù)維護(hù)試驗(yàn)課程指導(dǎo)資料管理，下載及評(píng)閱試驗(yàn)匯報(bào)學(xué)生登錄課程、提交試驗(yàn)匯報(bào)2.依據(jù)功效劃分分為試驗(yàn)資源管理系統(tǒng)和試驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)。試驗(yàn)資源管理系統(tǒng)：是能夠遠(yuǎn)程共享虛擬試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，學(xué)生能夠依據(jù)所選課程試驗(yàn)自由設(shè)計(jì)試驗(yàn)電路和試驗(yàn)內(nèi)容，完成試驗(yàn)要求。試驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)：是針對(duì)教師和管理員而言，主要完成對(duì)試驗(yàn)課程組課、排課、學(xué)生試驗(yàn)進(jìn)程監(jiān)控、學(xué)生試驗(yàn)匯報(bào)處理以及試驗(yàn)資源整合和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C2三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C33.依據(jù)使用對(duì)象劃分

分為教師端、學(xué)生端以及后臺(tái)處理系統(tǒng)。教師端：提供給教師上傳下載試驗(yàn)資料、評(píng)閱試驗(yàn)匯報(bào)、監(jiān)控學(xué)生試驗(yàn)進(jìn)程等應(yīng)用。學(xué)生端：提供了學(xué)生下載試驗(yàn)資料、自由選擇試驗(yàn)項(xiàng)目、提交試驗(yàn)匯報(bào)等應(yīng)用。后臺(tái)處理系統(tǒng)：則提供了統(tǒng)一整合試驗(yàn)資源、保留試驗(yàn)檔案、試驗(yàn)匯報(bào)查重等應(yīng)用。

以“信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬試驗(yàn)室”為例，我們自主研發(fā)試驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)主要有三個(gè)子系統(tǒng)：1）試驗(yàn)匯報(bào)防剽竊“防火墻”系統(tǒng)三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C42）開放式試驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息化服務(wù)系統(tǒng)三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C53）信息化試驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C64.建設(shè)中關(guān)鍵問題1）試驗(yàn)資源怎樣共享：試驗(yàn)資源在試驗(yàn)室內(nèi)，將試驗(yàn)資源提供給互聯(lián)網(wǎng)上遠(yuǎn)程用戶，是需要處理首要問題。試驗(yàn)資源遠(yuǎn)程共享方法：遠(yuǎn)程控制：經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)向試驗(yàn)室物理設(shè)備發(fā)送控制命令，并觀察、統(tǒng)計(jì)和分析該設(shè)備輸出遠(yuǎn)程操作：經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程使用試驗(yàn)資源，并觀察、統(tǒng)計(jì)和分析該設(shè)備輸出試驗(yàn)預(yù)約：經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)提交試驗(yàn)需求，等候試驗(yàn)資源提供方返回試驗(yàn)結(jié)果三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C72）怎樣實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源遠(yuǎn)程訪問？遠(yuǎn)程用戶經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)訪問到試驗(yàn)資源是需要處理主要問題遠(yuǎn)程訪問試驗(yàn)資源方法：通用訪問法：利用通用軟件（如瀏覽器）來訪問遠(yuǎn)程試驗(yàn)資源專用訪問法：利用專門試驗(yàn)客戶端軟件來訪問遠(yuǎn)程試驗(yàn)資源其它方法：經(jīng)過某種方式提交試驗(yàn)預(yù)約資源三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C83）遠(yuǎn)程訪問試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)伎倆：經(jīng)過VPN接入：處理試驗(yàn)資源因?yàn)槭馨踩拗?，而只能?dāng)?shù)卦L問問題經(jīng)過使用遠(yuǎn)程桌面技術(shù)：處理試驗(yàn)資源因?yàn)槭茏陨蛔悖荒墚?dāng)?shù)卦L問問題三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C94）系統(tǒng)安全問題虛擬試驗(yàn)平臺(tái)安全機(jī)制主要針對(duì)存在WEB服務(wù)安全問題應(yīng)該從身份認(rèn)證、授權(quán)訪問、安全傳輸三個(gè)方面來考慮系統(tǒng)安全問題三、仿真中心平臺(tái)設(shè)計(jì)C10試驗(yàn)資源設(shè)計(jì)是試驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)主要內(nèi)容，遵照標(biāo)準(zhǔn)主要有：按照一定專業(yè)方向進(jìn)行資源整合：而不是死板地按照課程進(jìn)行資源分類建立動(dòng)態(tài)試驗(yàn)項(xiàng)目庫：按照試驗(yàn)難度進(jìn)行分類整合教師按需自由組建試驗(yàn)課程：自由選擇試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)平臺(tái)、試驗(yàn)工具等學(xué)生按照培養(yǎng)方案自由選擇試驗(yàn)課程：課程名、講課教師四、仿真中心試驗(yàn)資源設(shè)計(jì)D1以“信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬試驗(yàn)室”為例，我們形成了3層次5模塊試驗(yàn)教學(xué)體系四、仿真中心試驗(yàn)資源設(shè)計(jì)D2驗(yàn)證演示型試驗(yàn)基礎(chǔ)驗(yàn)證層主要包含：密碼學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)和系統(tǒng)安全加固試驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)踐性試驗(yàn)工程實(shí)踐層主要包含：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全試驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)攻防試驗(yàn)創(chuàng)新試驗(yàn)、科技競賽創(chuàng)新研究層主要包含：移動(dòng)智能終端系統(tǒng)、云計(jì)算、空天信息試驗(yàn)四、仿真中心試驗(yàn)資源設(shè)計(jì)D3信息加密系統(tǒng)安全加固網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全攻防實(shí)戰(zhàn)安全系統(tǒng)應(yīng)用移動(dòng)智能終端安全等2門試驗(yàn)課程網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)等4門試驗(yàn)課程網(wǎng)絡(luò)與信息安全綜合設(shè)計(jì)試驗(yàn)等3門試驗(yàn)課程計(jì)算機(jī)病毒與防護(hù)等5門試驗(yàn)課程信息安全導(dǎo)論試驗(yàn)等3門試驗(yàn)課程5模塊試驗(yàn)教學(xué)體系1.中心建設(shè)發(fā)展歷史五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心介紹E1“國家級(jí)計(jì)算機(jī)試驗(yàn)教學(xué)示范中心”“國家級(jí)通信與信息系統(tǒng)試驗(yàn)教學(xué)示范中心”網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)空天信息安全虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)移動(dòng)智能終端安全虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)、信息安全基礎(chǔ)仿真試驗(yàn)平臺(tái)、云信息安全虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)安全加固仿真試驗(yàn)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)戰(zhàn)虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)2.中心試驗(yàn)環(huán)境建設(shè)

中心現(xiàn)有儀器設(shè)備1810臺(tái)，儀器設(shè)備總值779.26萬元，面積近2600平方米。中心以教育科研網(wǎng)西南地域節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)支撐基礎(chǔ)，無線接入信號(hào)覆蓋整個(gè)校園，充分保障了虛擬試驗(yàn)教學(xué)任務(wù)順利進(jìn)行。五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心介紹E2五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心介紹3.中心試驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)序號(hào)虛擬仿真試驗(yàn)項(xiàng)目課時(shí)適合開設(shè)課程對(duì)應(yīng)平臺(tái)1初等數(shù)論試驗(yàn)12信息安全導(dǎo)論、信息安全數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、密碼學(xué)信息安全基礎(chǔ)仿真試驗(yàn)平臺(tái)2基于對(duì)稱密鑰算法加解密工具實(shí)現(xiàn)63基于非對(duì)稱密鑰算法加解密工具實(shí)現(xiàn)44基于RC4算法加解密工具實(shí)現(xiàn)65基于SHA-1算法消息摘要工具實(shí)現(xiàn)46操作系統(tǒng)安全策略配置技術(shù)6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)安技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)防御技術(shù)、計(jì)算機(jī)病毒與防護(hù)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、系統(tǒng)與數(shù)據(jù)恢復(fù)系統(tǒng)安全加固仿真試驗(yàn)平臺(tái)7日志去除技術(shù)68緩沖區(qū)溢出技術(shù)69惡意代碼及去除610逆向工程技術(shù)811交換組網(wǎng)互聯(lián)安全技術(shù)8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)工程、安全協(xié)議綜合設(shè)計(jì)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)12路由組網(wǎng)互聯(lián)安全技術(shù)813綜合組網(wǎng)安全工程1614網(wǎng)絡(luò)掃描與嗅探技術(shù)4網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、信息反抗技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與信息安全綜合設(shè)計(jì)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)戰(zhàn)虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)15密碼破解技術(shù)416數(shù)據(jù)庫攻擊技術(shù)417網(wǎng)絡(luò)坑騙技術(shù)418網(wǎng)絡(luò)攻擊實(shí)戰(zhàn)16E3五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心介紹19安全審計(jì)功效測試試驗(yàn)12移動(dòng)終端安全、Android開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)移動(dòng)終端安全虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)20數(shù)據(jù)機(jī)密性測試試驗(yàn)1221云計(jì)算虛擬分配網(wǎng)絡(luò)資源8云計(jì)算基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)與信息安全綜合設(shè)計(jì)實(shí)云信息安全虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)22云數(shù)據(jù)資源安全遷移和節(jié)點(diǎn)選擇1223空間電磁安全模擬信號(hào)認(rèn)知試驗(yàn)4空間電磁信號(hào)監(jiān)測技術(shù)空天信息安全虛擬仿真試驗(yàn)平臺(tái)24空間電磁安全數(shù)字信號(hào)認(rèn)知試驗(yàn)425空間真實(shí)電磁信號(hào)檢測和干擾試驗(yàn)626空天精密設(shè)備性能與安全單元測試試驗(yàn)8空天信息系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)交換技術(shù)27空天精密設(shè)備性能與安全系統(tǒng)測試試驗(yàn)12累計(jì)206E44.教學(xué)結(jié)果獲國家教學(xué)結(jié)果二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，獲四川省教學(xué)結(jié)果一等獎(jiǎng)4項(xiàng)國家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)3個(gè)國家級(jí)教學(xué)團(tuán)體1個(gè)國家級(jí)視頻公開課1門國家級(jí)精品課程3門，教育部-Intel、教育部-IBM、教育部-微軟精品課程9門，四川省精品課程12門四川省教學(xué)名師4人出版教材47本，國家“十一五”規(guī)劃教材11部、“十二五”規(guī)劃教材4部、省級(jí)“十二五”規(guī)劃教材5部五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心介紹E55.中心試驗(yàn)項(xiàng)目示例1）網(wǎng)絡(luò)攻擊實(shí)戰(zhàn)試驗(yàn)“網(wǎng)絡(luò)攻防”試驗(yàn)系統(tǒng)包括“網(wǎng)絡(luò)掃描與嗅探”、“密碼破解”、“數(shù)據(jù)庫攻擊”、“網(wǎng)絡(luò)坑騙”、“網(wǎng)絡(luò)攻擊實(shí)戰(zhàn)”等內(nèi)容。五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心介紹E62）空天信息安全虛擬仿真試驗(yàn)包括空間電磁頻譜管理信息獲取、傳輸、交換與處理，影響和制約戰(zhàn)場感知、指揮控制、武器裝備效能發(fā)揮及部隊(duì)?wèi)?zhàn)場生存。五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心介紹E73）移動(dòng)智能終端安全虛擬仿真試驗(yàn)包含“安全審計(jì)功效測試”和“數(shù)據(jù)機(jī)密性測試”兩個(gè)部分。五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心介紹E81.幾點(diǎn)值得思索問題1）怎樣將虛擬試驗(yàn)平臺(tái)與MOOC結(jié)合起來（提升學(xué)生開展虛擬試驗(yàn)水平）？2）怎樣利用云計(jì)算技術(shù)將更多試驗(yàn)資源聚集和整合起來（增加可選擇實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目）？3）怎樣提升試驗(yàn)匯報(bào)管理自動(dòng)化（減輕教師工作）？4）怎樣保障系統(tǒng)高效性（提升系統(tǒng)訪問能力）？5）怎樣確保系統(tǒng)