虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與實(shí)踐 (周世杰)課件

1、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與實(shí)踐 周世杰 博士/教授/副院長(zhǎng)電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院EMAIL：sjzhouTEL：02861831566第七屆高等學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)論壇報(bào)告（2015年-哈爾濱）虛實(shí)結(jié)合機(jī)遇尋發(fā)展業(yè)績(jī)?yōu)轵?qū)動(dòng)奉獻(xiàn)奠基礎(chǔ)工作促成效如何讓別人重視（實(shí)踐）教學(xué)？?jī)?nèi) 容B虛擬中心建設(shè)的目的和意義C如何建設(shè)：虛擬實(shí)驗(yàn)中心平臺(tái)設(shè)計(jì)D如何建設(shè)：虛擬實(shí)驗(yàn)資源設(shè)計(jì)E電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心簡(jiǎn)介關(guān)于虛擬中心建設(shè)與實(shí)踐的幾點(diǎn)思考FA虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生的背景1.如何滿足新型教育手段對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求？自主學(xué)習(xí)開(kāi)放課程大規(guī)模在線開(kāi)放課堂（MOOC）2.真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)設(shè)困難怎么辦？危險(xiǎn)性破壞性

2、如：網(wǎng)絡(luò)安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中具有不可逆性，同時(shí)攻防實(shí)驗(yàn)具有強(qiáng)烈的對(duì)抗性和破壞性，而且會(huì)產(chǎn)生一定的安全隱患和法律風(fēng)險(xiǎn)。一、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生的背景A13.實(shí)驗(yàn)成本如何控制？傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室搭建環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)成本高，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境需要持續(xù)的人力和經(jīng)費(fèi)投入進(jìn)行維護(hù)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的老化對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的及時(shí)更新造成了瓶頸4.如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享？高校間實(shí)驗(yàn)資源的擁有情況是不均衡的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室受限于場(chǎng)地和時(shí)間的制約無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享實(shí)驗(yàn)資源共享不僅提高共享度和受益面，也節(jié)約教學(xué)成本A2一、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生的背景二、建設(shè)的目的和意義B11.我們要建設(shè)的系統(tǒng)對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)說(shuō)意味著什么？?jī)H僅依靠制作一些教學(xué)視頻，或者

3、建立一些課程網(wǎng)站供學(xué)生下載實(shí)驗(yàn)資料是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的不僅要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讓學(xué)生可以在線接受教師的指導(dǎo)還要提供給學(xué)生一個(gè)可以參與其中進(jìn)行操作的實(shí)驗(yàn)環(huán)境僅僅提供儀器設(shè)備和文檔類(lèi)資源的共享也是不夠的虛擬環(huán)境下的儀器設(shè)備，除了摸不著，別的功能應(yīng)該和實(shí)物一樣學(xué)生可以根據(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)的目的和意義B22.我們建設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)當(dāng)具有哪些功能特點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)具有網(wǎng)絡(luò)化：在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下，虛擬實(shí)驗(yàn)室里的虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際設(shè)備儀器功能和操作方法大致相同虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有開(kāi)放性：遠(yuǎn)程登錄控制技術(shù)和安全性保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程應(yīng)該具有簡(jiǎn)單性：學(xué)生不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的培訓(xùn)即可上手完成實(shí)驗(yàn)3.虛擬

4、仿真教學(xué)模式對(duì)于實(shí)踐教學(xué)的影響為現(xiàn)代教育方法和手段提供了工程實(shí)踐支持：以網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程操作的模式提供了線上工程實(shí)踐的機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐環(huán)節(jié)整體網(wǎng)絡(luò)化：解決了優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源網(wǎng)絡(luò)化共享的問(wèn)題提升了學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中的主導(dǎo)地位：學(xué)生可對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)操作，直到完全掌握為止。提高了實(shí)驗(yàn)管理的效率：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)文檔和實(shí)驗(yàn)管理電子化，節(jié)約人力物力資源二、建設(shè)的目的和意義B41.仿真中心平臺(tái)應(yīng)該具備哪些功能？三、仿真中心的平臺(tái)設(shè)計(jì)C1教學(xué)管理平臺(tái)實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃管理子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)帳號(hào)管理子系統(tǒng)學(xué)生選課子系統(tǒng)整合管理實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和文檔教師開(kāi)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

5、選課后臺(tái)管理子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程管理及評(píng)價(jià)子系統(tǒng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)管理子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后臺(tái)數(shù)據(jù)維護(hù)實(shí)驗(yàn)課程指導(dǎo)資料管理，下載及評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生登錄課程、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告2.根據(jù)功能劃分 分為實(shí)驗(yàn)資源管理系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)資源管理系統(tǒng)：是可以遠(yuǎn)程共享的虛擬實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，學(xué)生可以根據(jù)所選的課程實(shí)驗(yàn)自由設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完成實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)：是針對(duì)教師和管理員而言的，主要完成對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的組課、排課、學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)程監(jiān)控、學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告處理以及實(shí)驗(yàn)資源整合和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。三、仿真中心的平臺(tái)設(shè)計(jì)C2 以“信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬實(shí)驗(yàn)室”為例，我們自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)主要有三個(gè)子系統(tǒng)：1）實(shí)驗(yàn)報(bào)告防抄

6、襲“防火墻”系統(tǒng)三、仿真中心的平臺(tái)設(shè)計(jì)C42）開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息化服務(wù)系統(tǒng)三、仿真中心的平臺(tái)設(shè)計(jì)C54.建設(shè)中的關(guān)鍵問(wèn)題1）實(shí)驗(yàn)資源如何共享：實(shí)驗(yàn)資源在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將實(shí)驗(yàn)資源提供給互聯(lián)網(wǎng)上的遠(yuǎn)程用戶，是需要解決的首要問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)資源遠(yuǎn)程共享的方法：遠(yuǎn)程控制：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向?qū)嶒?yàn)室的物理設(shè)備發(fā)送控制命令，并觀察、統(tǒng)計(jì)和分析該設(shè)備的輸出遠(yuǎn)程操作：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程使用實(shí)驗(yàn)資源，并觀察、統(tǒng)計(jì)和分析該設(shè)備的輸出實(shí)驗(yàn)預(yù)約：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提交實(shí)驗(yàn)需求，等待實(shí)驗(yàn)資源提供方返回實(shí)驗(yàn)結(jié)果三、仿真中心的平臺(tái)設(shè)計(jì)C72）如何實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源遠(yuǎn)程訪問(wèn)？遠(yuǎn)程用戶通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)到實(shí)驗(yàn)資源是需要解決的重要問(wèn)題遠(yuǎn)程訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)資源的方法：通用訪

7、問(wèn)法：利用通用軟件（如瀏覽器）來(lái)訪問(wèn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)資源專(zhuān)用訪問(wèn)法：利用專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)客戶端軟件來(lái)訪問(wèn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)資源其他方法：通過(guò)某種方式提交實(shí)驗(yàn)預(yù)約資源三、仿真中心的平臺(tái)設(shè)計(jì)C83）遠(yuǎn)程訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)手段：通過(guò)VPN接入：解決實(shí)驗(yàn)資源由于受安全限制，而只能本地訪問(wèn)的問(wèn)題通過(guò)使用遠(yuǎn)程桌面技術(shù)：解決實(shí)驗(yàn)資源由于受自生局限性，而只能本地訪問(wèn)的問(wèn)題三、仿真中心的平臺(tái)設(shè)計(jì)C94）系統(tǒng)安全問(wèn)題虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)安全機(jī)制主要針對(duì)存在的WEB服務(wù)安全問(wèn)題應(yīng)該從身份認(rèn)證、授權(quán)訪問(wèn)、安全傳輸三個(gè)方面來(lái)考慮系統(tǒng)的安全問(wèn)題三、仿真中心的平臺(tái)設(shè)計(jì)C10實(shí)驗(yàn)資源設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)的主要內(nèi)容，遵循的原則主要有：按照一定的專(zhuān)業(yè)方向進(jìn)行

8、資源整合：而不是死板地按照課程進(jìn)行資源分類(lèi)建立動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)：按照實(shí)驗(yàn)難度進(jìn)行分類(lèi)整合教師按需自由組建實(shí)驗(yàn)課程：自由選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)工具等學(xué)生按照培養(yǎng)方案自由選擇實(shí)驗(yàn)課程：課程名、授課教師四、仿真中心的實(shí)驗(yàn)資源設(shè)計(jì)D1以“信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬實(shí)驗(yàn)室”為例，我們形成了3層次5模塊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系四、仿真中心的實(shí)驗(yàn)資源設(shè)計(jì)D2驗(yàn)證演示型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)驗(yàn)證層主要包括：密碼學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)安全加固實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)工程實(shí)踐層主要包括：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、科技競(jìng)賽創(chuàng)新研究層主要包括：移動(dòng)智能終端系統(tǒng)、云計(jì)算、空天信息實(shí)驗(yàn)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

9、簡(jiǎn)介E1200720082009201020112012“國(guó)家級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”“國(guó)家級(jí)通信與信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)空天信息安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)移動(dòng)智能終端安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、信息安全基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、云信息安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)安全加固 仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)戰(zhàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2.中心實(shí)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(wàn)元，面積近2600平方米。中心以教育科研網(wǎng)西南地區(qū)節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)支撐基礎(chǔ)，無(wú)線接入信號(hào)覆蓋整個(gè)校園，充分保障了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的順利進(jìn)行。五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心簡(jiǎn)介E2五、電子科技大

10、學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心簡(jiǎn)介19安全審計(jì)功能測(cè)試實(shí)驗(yàn)12移動(dòng)終端安全、Android開(kāi)發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)移動(dòng)終端安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)20數(shù)據(jù)機(jī)密性測(cè)試實(shí)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實(shí)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空間電磁安全的模擬信號(hào)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)4空間電磁信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)空天信息安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)24空間電磁安全的數(shù)字信號(hào)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)425空間真實(shí)電磁信號(hào)的檢測(cè)和干擾實(shí)驗(yàn)626空天精密設(shè)備性能與安全單元測(cè)試實(shí)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(cè)試實(shí)驗(yàn)12合計(jì)206E44. 教學(xué)成果獲國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)3項(xiàng)

11、，獲四川省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)4項(xiàng)國(guó)家級(jí)特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)3個(gè)國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)1個(gè)國(guó)家級(jí)視頻公開(kāi)課1門(mén)國(guó)家級(jí)精品課程3門(mén)，教育部-Intel、教育部-IBM、教育部-微軟精品課程 9門(mén)，四川省精品課程12門(mén)四川省教學(xué)名師4人出版教材47本，國(guó)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)安全虛擬仿真中心簡(jiǎn)介E55.中心實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目示例1）網(wǎng)絡(luò)攻擊實(shí)戰(zhàn)實(shí)驗(yàn) “網(wǎng)絡(luò)攻防”實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)涉及“網(wǎng)絡(luò)掃描與嗅探”、“密碼破解”、“數(shù)據(jù)庫(kù)攻擊”、“網(wǎng)絡(luò)欺騙”、“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)安全虛擬仿真中心簡(jiǎn)介E62）空天信息安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn) 涉及空間

12、電磁頻譜管理的信息獲取、傳輸、交換與處理，影響和制約戰(zhàn)場(chǎng)感知、指揮控制、武器裝備效能發(fā)揮及部隊(duì)的戰(zhàn)場(chǎng)生存。五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心簡(jiǎn)介E73）移動(dòng)智能終端安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn) 包括“安全審計(jì)功能測(cè)試”和“數(shù)據(jù)機(jī)密性測(cè)試”兩個(gè)部分。五、電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真中心簡(jiǎn)介E81.幾點(diǎn)值得思考的問(wèn)題1）如何將虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與MOOC結(jié)合起來(lái)（提高學(xué)生開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)的水平）？2）如何運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)將更多的實(shí)驗(yàn)資源聚集和整合起來(lái)（增加可選擇的實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目）？3）如何提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理的自動(dòng)化（減輕教師的工作）？4）如何保障系統(tǒng)的高效性（提高系統(tǒng)的訪問(wèn)能力）？5）如何保證系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全（增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性）？6）如何對(duì)外運(yùn)營(yíng)（保證系統(tǒng)的持續(xù)