虚拟仿真实验教学中心建设与实践 课件.ppt

虚拟仿真实验教学中心建设与实践,虚拟仿真实验教学中心建设与实践,/教授/EMAIL：TEL：,2015年-,虚实结合,机遇寻发展业绩为驱动,奉献奠基础工作促成效,如何让别人重视（实践）教学？,内 容,B,虚拟中心建设的目的和意义,C,如何建设：虚拟实验中心平台设计,D,如何建设：虚拟实验资源设计,E,电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心简介,关于虚拟中心建设与实践的几点思考,F,A,虚拟实验教学产生的背景,1.如何满足新型教育手段对实验的要求？自主学习开放课程大规模在线开放课堂（MOOC）2.真实实验项目开设困难怎么办？危险性破坏性如：网络安全的实验环境在现实网络中具有不可逆性，同时攻防实验具有强烈的对抗性和破坏性，而且会产生一定的安全隐患和法律风险。,一、虚拟实验教学产生的背景,A1,3.实验成本如何控制？传统实验室搭建环境相对复杂，实验成本高，实验设备和环境需要持续的人力和经费投入进行维护传统实验设备的老化对于实验内容的及时更新造成了瓶颈4.如何实现优质资源共享？高校间实验资源的拥有情况是不均衡的传统实验室受限于场地和时间的制约无法实现资源共享实验资源共享不仅提高共享度和受益面，也节约教学成本,A2,一、虚拟实验教学产生的背景,5.建设虚拟仿真实验中心的条件已经具备资源条件足够好：实验室建设投入大幅度提高，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实验师资队伍 以电子科技大学为例，近年在信息与网络安全实验室建设方面，累计投入约400万元，实验室硬件条件、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、虚拟实验教学产生的背景,二、建设的目的和意义,B1,1.我们要建设的系统对于实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实验资料是远远不够的不仅要通过网络让学生可以在线接受教师的指导还要提供给学生一个可以参与其中进行操作的实验环境仅仅提供仪器设备和文档类资源的共享也是不够的虚拟环境下的仪器设备，除了摸不着，别的功能应该和实物一样学生可以根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、建设的目的和意义,B2,2.我们建设的虚拟实验室应当具有哪些功能特点？实验应当具有网络化：在虚拟现实技术支持下，虚拟实验室里的虚拟实验与实际设备仪器功能和操作方法大致相同虚拟实验系统应当具有开放性：远程登录控制技术和安全性保证实验过程应该具有简单性：学生不需要经过复杂的培训即可上手完成实验,二、建设的目的和意义,B3,硬盘开盘与修复实验,3.虚拟仿真教学模式对于实践教学的影响为现代教育方法和手段提供了工程实践支持：以网络化、远程操作的模式提供了线上工程实践的机会实现了实践环节整体网络化：解决了优质实验资源网络化共享的问题提升了学生在实践教学中的主导地位：学生可对难点进行反复操作，直到完全掌握为止。提高了实验管理的效率：实验内容、实验文档和实验管理电子化，节约人力物力资源,二、建设的目的和意义,B4,1.仿真中心平台应该具备哪些功能？,三、仿真中心的平台设计,C1,教学管理平台,实验管理平台,2.根据功能划分 分为实验资源管理系统和实验教学管理系统。实验资源管理系统：是可以远程共享的虚拟实验仿真系统，学生可以根据所选的课程实验自由设计实验电路和实验内容，完成实验要求。实验教学管理系统：是针对教师和管理员而言的，主要完成对实验课程的组课、排课、学生实验进程监控、学生实验报告处理以及实验资源整合和实验数据处理等内容。,三、仿真中心的平台设计,C2,三、仿真中心的平台设计,C3,3.根据使用对象划分 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实验资料、评阅实验报告、监控学生实验进程等应用。学生端：提供了学生下载实验资料、自由选择实验项目、提交实验报告等应用。后台处理系统：则提供了统一整合实验资源、保存实验档案、实验报告查重等应用。,以“信息与网络安全虚拟实验室”为例，我们自主研发的实验教学管理平台主要有三个子系统：1）实验报告防抄袭“防火墙”系统,三、仿真中心的平台设计,C4,2）开放式实验教学网络信息化服务系统,三、仿真中心的平台设计,C5,3）信息化实验教学管理平台,三、仿真中心的平台设计,C6,4.建设中的关键问题1）实验资源如何共享：实验资源在实验室内，将实验资源提供给互联网上的远程用户，是需要解决的首要问题。实验资源远程共享的方法：远程控制：通过互联网向实验室的物理设备发送控制命令，并观察、统计和分析该设备的输出远程操作：通过互联网远程使用实验资源，并观察、统计和分析该设备的输出实验预约：通过互联网提交实验需求，等待实验资源提供方返回实验结果,三、仿真中心的平台设计,C7,2）如何实现实验资源远程访问？远程用户通过互联网访问到实验资源是需要解决的重要问题远程访问实验资源的方法：通用访问法：利用通用软件（如浏览器）来访问远程实验资源专用访问法：利用专门的实验客户端软件来访问远程实验资源其他方法：通过某种方式提交实验预约资源,三、仿真中心的平台设计,C8,3）远程访问实验的关键技术手段：通过VPN接入：解决实验资源由于受安全限制，而只能本地访问的问题通过使用远程桌面技术：解决实验资源由于受自生局限性，而只能本地访问的问题,三、仿真中心的平台设计,C9,4）系统安全问题虚拟实验平台安全机制主要针对存在的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的安全问题,三、仿真中心的平台设计,C10,实验资源设计是实验教学体系建设的主要内容，遵循的原则主要有：按照一定的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实验项目库：按照实验难度进行分类整合教师按需自由组建实验课程：自由选择实验项目、实验平台、实验工具等学生按照培养方案自由选择实验课程：课程名、授课教师,四、仿真中心的实验资源设计,D1,以“信息与网络安全虚拟实验室”为例，我们形成了3层次5模块的实验教学体系,四、仿真中心的实验资源设计,D2,四、仿真中心的实验资源设计,D3,5模块的实验教学体系,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简介,E1,“国家级计算机实验教学示范中心”,“国家级通信与信息系统实验教学示范中心”,网络互联安全虚拟仿真实验平台,空天信息安全虚拟仿真实验平台,移动智能终端安全虚拟仿真实验平台、信息安全基础仿真实验平台、云信息安全虚拟仿真实验平台,系统安全加固 仿真实验平台和网络攻防实战虚拟仿真实验平台,2.中心实验环境建设 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区节点为网络支撑基础，无线接入信号覆盖整个校园，充分保障了虚拟实验教学任务的顺利进行。,五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心简介,E2,五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心简介,3.中心实验项目建设,E3,五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心简介,E4,4. 教学成果获国家教学成果二等奖3项，获四川省教学成果一等奖4项国家级特色专业建设点3个国家级教学团队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简介,E5,5.中心实验项目示例1）网络攻击实战实验 “网络攻防”实验系统涉及“网络扫描与嗅探”、“密码破解”、“数据库攻击”、“网络欺骗”、“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简介,E6,2）空天信息安全虚拟仿真实验 涉及空间电磁频谱管理的信息获取、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的战场生存。,五、电子科技大学信息与网络安全虚拟仿真中心简介,E7,3）移动智能终端安全虚拟仿真实验 包括“安全审计功能测试”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简介,E8,1.几点值得思考的问题1）如何将虚拟实验平台与MOOC结合起来（提高学生开展虚拟实验的水平）？2）如何运用云计算技术将更多的实验资源聚集和整合起来（增加可选择的实现项目）？3）如何提高实验报告管理的自动化（减轻教师的工作）？4）如何保障系统的高效性（提高系统的访问能力）？5）如何保证系统的网络安全（增强系统的安全性）？6）如何对外运营（保证系统的持续性）？7）。,六、思考与规划,F1,六、思考与规划,F2,2.未来规划,