摘要：利用虛擬實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)能有效降低實(shí)驗(yàn)成本、擴(kuò)大受益面、解決優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源共享等問題。文章從分析建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的背景和意義入手，闡釋建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的目標(biāo)、平臺(tái)、內(nèi)容等；結(jié)合電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、系統(tǒng)功能、建設(shè)中存在的相關(guān)問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；實(shí)踐教學(xué)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；信息與網(wǎng)絡(luò)安全

0 引 言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是高校本科人才培養(yǎng)工作中不可或缺的重要組成部分，關(guān)系著培養(yǎng)人才的工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，受限于各種條件的約束，學(xué)生只能在限定的時(shí)間和地點(diǎn)，利用限定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完成特定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因此，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是完成具有“代表性”和“普適性”的“規(guī)定動(dòng)作”，極大地制約了對學(xué)生動(dòng)手能力及工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。此外，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)經(jīng)費(fèi)投入不可小覷，不論是實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的購置與維護(hù)，還是實(shí)驗(yàn)場地的建設(shè)與管理，都需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。因此，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，“投入產(chǎn)出比”往往受到質(zhì)疑。為此，改革傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式，探索適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)新模式，是擺在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革面前的重要課題。

自1989年虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的概念被首次提出以后，國內(nèi)外若干高校都陸續(xù)開始建設(shè)虛擬環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。究其本質(zhì)而言，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是借助于計(jì)算機(jī)、通信、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代技術(shù)于段，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)資源的遠(yuǎn)程訪問和高效共享。隨著教育技術(shù)的進(jìn)步，尤其是近年來大規(guī)模開放在線課程（MOOC）的出現(xiàn)，遠(yuǎn)程開放式虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)模式越來越得到關(guān)注和重視，而建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為解決上述若干問題提供了統(tǒng)一的平臺(tái)和方法，為實(shí)踐教學(xué)改革提供了新思路。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心產(chǎn)生的背景

1.1 如何滿足新型教育手段對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求？

首先，從現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢來看，新型的實(shí)踐教學(xué)手段應(yīng)該能引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生可以根據(jù)個(gè)人的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)習(xí)慣自豐選擇實(shí)踐項(xiàng)目內(nèi)容及其難度。通過學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，在教師的輔導(dǎo)下做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域達(dá)到因材施教的教學(xué)目的。

其次，新型實(shí)踐教學(xué)手段應(yīng)該支持將專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃里的理論課程和實(shí)驗(yàn)課程面向不同專業(yè)背景的學(xué)生開放。通過實(shí)驗(yàn)開放，學(xué)生可以跨學(xué)科、跨專業(yè)自由選擇感興趣的課程及其棚心的實(shí)踐項(xiàng)目，進(jìn)行工程實(shí)踐實(shí)訓(xùn)，從而有利于促進(jìn)學(xué)生知識(shí)面的拓展和知識(shí)應(yīng)用能力的提高。

最后，新型的實(shí)踐教學(xué)手段應(yīng)該與MOOC平臺(tái)相結(jié)合，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)雙管齊下，使學(xué)生不受地域和時(shí)間的限制，不受設(shè)備和平臺(tái)的限制，理解和掌握所學(xué)知識(shí)，并通過實(shí)踐進(jìn)行印證、應(yīng)用、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。

為此，從滿足新型教育手段的需求來看，必須開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)工作，確保在新的教育手段下學(xué)生的工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)和提高。

1.2 真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)困難怎么辦？

真實(shí)環(huán)境下，受專業(yè)方向的影響，一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具有一定的危險(xiǎn)性和破壞性。搭建這類課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境難度大且成本高。為此，很多學(xué)校和專業(yè)放棄了此類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)，這不僅影響學(xué)生學(xué)習(xí)和吸收理論知識(shí)，也嚴(yán)重影響對其專業(yè)實(shí)踐能力和實(shí)用技能的培養(yǎng)。以信息安全專業(yè)為例，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)烈的對抗性和破壞性，還會(huì)產(chǎn)生一定的安全隱患和法律風(fēng)險(xiǎn)。如果因此而放棄此類實(shí)驗(yàn)教學(xué)，該專業(yè)學(xué)生就不能真正掌握現(xiàn)實(shí)世界里的安全防范控制技術(shù)，不利于培養(yǎng)該專業(yè)的實(shí)用型人才，而在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，上述問題都能迎刃而解。

1.3 實(shí)驗(yàn)成本如何控制？

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需要大量的人力物力，從設(shè)備的購置、維護(hù)到升級(jí)，以及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的建設(shè)和管理，都會(huì)受到成本預(yù)算的制約，不論哪個(gè)環(huán)節(jié)滯后或缺失，都將造成學(xué)生理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作的嚴(yán)重脫節(jié)。因此，在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必須解決如何控制實(shí)驗(yàn)成本問題，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的投入產(chǎn)出比。顯然，借助虛擬仿真教學(xué)可以減少經(jīng)費(fèi)投入，有效控制實(shí)驗(yàn)成本。

1.4 如何實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享？

實(shí)驗(yàn)資源是指實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備、軟件平臺(tái)、各類教學(xué)文檔等。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室模式下，這些資源都?xì)w屬特定的物理場地、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備或內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生受限于使用時(shí)間和場地，資源利用率不高，共享受益面不大。同時(shí)，受專業(yè)劃分的影響，不同課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源分散隔離，不利于學(xué)生進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。虛擬仿真教學(xué)中心打破了局域網(wǎng)的限制，重新整合了實(shí)驗(yàn)資源，使得學(xué)生在校外和校內(nèi)一樣，隨時(shí)隨地訪問自己感興趣的實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，極大地提高了優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源的利用率，擴(kuò)大了受益面。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)目標(biāo)

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有仿真性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)目標(biāo)之一就是要確保實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有高度仿真性。所謂仿真性，就是在計(jì)算機(jī)、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等支持下，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（甚至達(dá)到“逼真”的程度）。例如，為了向?qū)W生開設(shè)“硬盤開盤實(shí)驗(yàn)”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，首先我們采用動(dòng)畫的形式向?qū)W生介紹開盤需要的主要工具；其次，借助于Flash等技術(shù)，以高逼真的三維立體模型，完整、真實(shí)地呈現(xiàn)硬盤的組成和結(jié)構(gòu)；最后，當(dāng)學(xué)生需要完成所要求的開盤實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，借助于可視化工具，可以像在真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)室中一樣對硬盤“實(shí)時(shí)進(jìn)行”拆卸操作。

2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有開放性

借助于計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代技術(shù)手段，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)該提供用戶跨網(wǎng)訪問功能?？缇W(wǎng)訪問將原來環(huán)境受限的實(shí)驗(yàn)室拓展到了“無限”的網(wǎng)絡(luò)空間中，從而允許用戶在不同的物理地點(diǎn)都可以方便使用實(shí)驗(yàn)資源。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還需要滿足不同教師對實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排的需求，允許教師借助于開放的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)按照本校培養(yǎng)方案和自己的授課特色開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程。當(dāng)然，為了確保實(shí)驗(yàn)資源的安全訪問，需要借助于遠(yuǎn)程登錄等控制技術(shù)和安全性保證方法。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)具有易操作性

在虛擬仿真條件下，參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在學(xué)科、專業(yè)、基礎(chǔ)和能力方面均有較大差異，因此實(shí)驗(yàn)過程必須具有易操作的特點(diǎn)，從而保證不論學(xué)生專業(yè)背景和能力如何，均不需要經(jīng)過復(fù)雜的培訓(xùn)即可上手完成實(shí)驗(yàn)，這要求實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)具有友好的操作界面和簡潔的操作流程。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了便于開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅要能確保學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)在線接受教師的指導(dǎo)，還要提供給學(xué)生一個(gè)可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。同時(shí)，僅僅提供儀器設(shè)備和文檔類資源的共享是不夠的，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)需要對儀器設(shè)備進(jìn)行參數(shù)配置、輸入/輸出和數(shù)據(jù)分析。這就要求提供一個(gè)架構(gòu)合理、功能全面的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)

良好的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)不僅可以確保實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，而且在將來需要對系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)時(shí)具有良好的可擴(kuò)展性。圖1是電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的架構(gòu)，整個(gè)架構(gòu)包括實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)區(qū)。

其中，實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)包括安全驗(yàn)證服務(wù)器、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)服務(wù)區(qū)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)區(qū)以及其他服務(wù)器等實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)由虛擬中心服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)教學(xué)支撐系統(tǒng)等組成，具有實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源管理、實(shí)驗(yàn)室虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示等功能，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的核心組成部分。學(xué)生實(shí)驗(yàn)區(qū)是虛擬仿真中心的本地實(shí)驗(yàn)支撐平臺(tái)，由實(shí)驗(yàn)室終端及相關(guān)儀器設(shè)備組成，主要提供本地虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和基于儀器設(shè)備的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)功能。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)區(qū)通過網(wǎng)絡(luò)與實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器群相聯(lián)結(jié)，遠(yuǎn)程用戶通過瀏覽器登錄實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器，可以進(jìn)行相關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

在接人方式方面，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)區(qū)通過VPN、遠(yuǎn)程桌面和直接訪問3種方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。在VPN方式中，互聯(lián)網(wǎng)上的遠(yuǎn)程用戶通過VPN接入到局域網(wǎng)，從而突破實(shí)驗(yàn)設(shè)備只能在局域網(wǎng)內(nèi)訪問的限制，直接訪問實(shí)驗(yàn)資源。在遠(yuǎn)程桌面方式中，用戶利用遠(yuǎn)程桌面開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，解決了由于物理?xiàng)l件的局限性而只能訪問本地實(shí)驗(yàn)資源的問題。在直接訪問方式中，用戶使用瀏覽器訪問實(shí)驗(yàn)室門戶網(wǎng)站，通過WEB服務(wù)器接入虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)器，進(jìn)而訪問實(shí)驗(yàn)資源。

3.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能和教學(xué)管理功能。以電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為例，其主要功能包括：

（1）虛擬實(shí)驗(yàn)。提供虛擬實(shí)驗(yàn)的人口，按類型列出虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)提供課程與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目關(guān)聯(lián)表。實(shí)驗(yàn)分為自選和必修兩類，必修實(shí)驗(yàn)在規(guī)定時(shí)限內(nèi)必須進(jìn)行一次，自選實(shí)驗(yàn)沒有時(shí)間和次數(shù)限制。

（2）實(shí)驗(yàn)資源。按多媒體課件、應(yīng)用軟件、仿真案例等進(jìn)行分類，提供信息資源的瀏覽、下載、上傳等功能。上傳的信息資源須經(jīng)系統(tǒng)管理員審核后列入相關(guān)欄目。

（3）實(shí)驗(yàn)管理。主要包括實(shí)驗(yàn)計(jì)劃安排、實(shí)驗(yàn)過程管理、實(shí)驗(yàn)成績評(píng)定等內(nèi)容。由教師實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃安排、系統(tǒng)化的自動(dòng)批閱、集中化的成績管理等功能。

（4）學(xué)生中心。主要包括個(gè)人信息、個(gè)人實(shí)驗(yàn)安排及其完成日志以及實(shí)驗(yàn)交流等內(nèi)容。

（5）系統(tǒng)管理。主要包括學(xué)生管理、教師管理、信息發(fā)布、資源管理、實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)等內(nèi)容。

3.3 實(shí)驗(yàn)資源遠(yuǎn)程共享的方式

根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的不同要求，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)向用戶提供遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程操作和實(shí)驗(yàn)預(yù)約3類實(shí)驗(yàn)資源共享方式。遠(yuǎn)程控制方式是通過互聯(lián)網(wǎng)向?qū)嶒?yàn)室的物理設(shè)備發(fā)送控制命令，觀察、統(tǒng)計(jì)和分析該設(shè)備的輸出。遠(yuǎn)程操作是通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程使用實(shí)驗(yàn)資源，觀察、統(tǒng)計(jì)和分析該設(shè)備的輸出。實(shí)驗(yàn)預(yù)約是通過互聯(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。

4 電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)

4.1 中心簡介

建于2009年的電子科技大學(xué)信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（以下簡稱“中心”），依托信息與通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程3個(gè)一級(jí)學(xué)科以及計(jì)算機(jī)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的教學(xué)資源，服務(wù)于信息安全、信息對抗、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、通信工程、探測制導(dǎo)與控制技術(shù)等10個(gè)專業(yè)，年均受益人數(shù)約為4500人。

通過多年的建設(shè)，中心形成了“攻防兼?zhèn)?、以攻促防、?yīng)用牽引、資源共享”的建設(shè)理念，以“基礎(chǔ)驗(yàn)證、工程實(shí)踐和創(chuàng)新研究”以及“信息加密、系統(tǒng)安全加固、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全、網(wǎng)絡(luò)攻防到安全應(yīng)用”為主線，建成了信息安全基礎(chǔ)、系統(tǒng)安全加固、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全、網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)戰(zhàn)、移動(dòng)智能終端安全、云信息安全、空天信息安全等7個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建設(shè)并開設(shè)了27個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，涵蓋了從信息、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的安全，到移動(dòng)智能終端、云計(jì)算等新型應(yīng)用安全，以及空天信息等高端軍事應(yīng)用安全等內(nèi)容。

中心自主開發(fā)了信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有支持動(dòng)態(tài)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫和教師按需自主創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等文檔管理的電子化，解決了信息與網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)破壞性強(qiáng)和搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜且成本高的問題，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在時(shí)空上的限制，有力地支撐了教師“按需開課”的實(shí)驗(yàn)開課機(jī)制和“學(xué)生隨時(shí)隨地實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)機(jī)制。

4.2 建設(shè)必要性及目標(biāo)

1）必要性。

因網(wǎng)絡(luò)信息安全與攻防技術(shù)本身所具有的破壞性，為教學(xué)而設(shè)置網(wǎng)絡(luò)安全漏洞會(huì)產(chǎn)生巨大風(fēng)險(xiǎn)。在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中開展網(wǎng)絡(luò)攻擊、病毒注入等實(shí)驗(yàn)，將釀成災(zāi)難性后果。實(shí)驗(yàn)性計(jì)算機(jī)病毒流向公共網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上不乏其例，如世界上第一例病毒就是從實(shí)驗(yàn)室流出到公共網(wǎng)絡(luò)，這些使得該類實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須依賴于虛擬仿真技術(shù)和手段。為此，中心通過虛擬手段仿真上述實(shí)驗(yàn)的過程，學(xué)生遠(yuǎn)程登錄，參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)工程項(xiàng)目，在達(dá)到相同教學(xué)效果的前提下，大大降低了開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)的破壞性。

網(wǎng)絡(luò)信息安全與攻防實(shí)驗(yàn)對環(huán)境要求具有特殊性，如網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)涉及網(wǎng)絡(luò)搭建、環(huán)境配置、攻擊日標(biāo)定制、數(shù)據(jù)處理、防護(hù)及綜合滲透測試等過程，對實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建技術(shù)和維護(hù)成本要求都很高。

總之，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)解決了開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目破壞性大、搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)成本高等問題，同時(shí)也為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)跨校的高水平實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程共享打下良好的基礎(chǔ)。

2）建設(shè)理念及目標(biāo)。

中心依托電子科技大學(xué)國家級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的教學(xué)資源，以學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和創(chuàng)新能力教育為宗旨，以全面提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力為目標(biāo)，堅(jiān)持“攻防兼?zhèn)?、以攻促防、?yīng)用牽引、資源共享”的建設(shè)理念，利用現(xiàn)代信息和虛擬仿真技術(shù)豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，全面提高本科生的創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力。

中心旨在建成國內(nèi)一流、具有國際影響力的信息與網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的虛擬仿真教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)。

4.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

中心構(gòu)建了以“3層次5模塊7平臺(tái)”為內(nèi)容的信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系。根據(jù)信息與網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的特點(diǎn)，在信息安全基礎(chǔ)等7個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上，建立了以“信息加密一系統(tǒng)安全加固一網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全一攻防實(shí)戰(zhàn)→安全應(yīng)用”5個(gè)模塊構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，覆蓋了信息與網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域各環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，從“基礎(chǔ)驗(yàn)證層→工程實(shí)踐層→創(chuàng)新研究層”3個(gè)小川層次對學(xué)生進(jìn)行綜合訓(xùn)練，增強(qiáng)了學(xué)生對知識(shí)的理解，提高了學(xué)生的實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系如圖2所示。

4.4 特色與創(chuàng)新

1）建成了內(nèi)容涵蓋從信息、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的安全，到移動(dòng)智能終端、云計(jì)算等新型應(yīng)用安令以及空天信息等高端軍事應(yīng)用安全的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系。

中心依托信息與通信T程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程3個(gè)一級(jí)學(xué)科和國家級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，建成了涵蓋信息、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)智能終端、云計(jì)算、空天等領(lǐng)域的“3層次5模塊7平臺(tái)”的信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系。

“3層次”模型為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)劃提供了方法論的指導(dǎo)；“5模塊”解決了如何建設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的問題；“7平臺(tái)”解決了數(shù)據(jù)恢復(fù)開盤、網(wǎng)絡(luò)滲透攻擊、虛擬路由器模擬、網(wǎng)絡(luò)入侵檢測、網(wǎng)絡(luò)攻防、移動(dòng)智能終端安全等27個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如何開設(shè)的問題。

2）開發(fā)了支持動(dòng)態(tài)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)日庫及自主創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)課程的信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)。

借助于本系統(tǒng)，教師可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷完善和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不斷擴(kuò)充和豐富實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫的內(nèi)容。此外，系統(tǒng)還支持教師自主創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)課程，按照課程需求從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫中選出滿足課程要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，動(dòng)態(tài)組建和開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，從而有助于形成教師“按需開課”的實(shí)驗(yàn)開課機(jī)制

對學(xué)生而言，信息與網(wǎng)絡(luò)安全虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)具有實(shí)驗(yàn)過程網(wǎng)絡(luò)化和虛擬化的特點(diǎn)借助于本系統(tǒng)，學(xué)生可以進(jìn)行網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)選課、實(shí)驗(yàn)資料下載、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計(jì)，網(wǎng)上提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告等操作。此外，學(xué)生還可通過遠(yuǎn)程在線方式完成不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其過程猶如在“真實(shí)”實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，有助于形成學(xué)生“隨時(shí)隨地實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)機(jī)制。

3）借力國內(nèi)外著名企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建了科研與教學(xué)相融合的、校企合作的、虛實(shí)結(jié)合的高水平實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

中心始終堅(jiān)持科研與教學(xué)相融合的理念，從科研成果中提煉實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，依托“通信抗干擾技術(shù)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”“網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”等科研團(tuán)隊(duì)，在本科虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中按照“新技術(shù)引進(jìn)一教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改造一本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用”的思路，不斷將重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研成果向教學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。近年來，中心將信息安全、數(shù)字媒體等科研成果轉(zhuǎn)化為虛擬教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，豐富了本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，提升了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平。

同時(shí)，中心主要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)先后與華為、Intel、中國西昌衛(wèi)星發(fā)射中心以及多家國內(nèi)外著名電子信息企業(yè)進(jìn)行合作建設(shè)。通過企業(yè)捐贈(zèng)或部分捐贈(zèng)實(shí)驗(yàn)設(shè)施等手段，將企業(yè)主流產(chǎn)品應(yīng)用到本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來，結(jié)合課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作，實(shí)現(xiàn)校企雙贏。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)，極大地拓展了信息與網(wǎng)絡(luò)安全課程實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，豐富了實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練手段，進(jìn)一步形成虛從實(shí)中來、虛為實(shí)服務(wù)、虛實(shí)互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新機(jī)制。

5 關(guān)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)的幾點(diǎn)思考

5.1 如何將虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與MOOC結(jié)合起來？

隨著客戶終端的多元化，接受在線教育的載體可以是電腦、手機(jī)、iPad等多種可以連接互聯(lián)網(wǎng)的個(gè)人終端設(shè)備。這樣，如何使虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在不同的終端上運(yùn)行，并將其數(shù)據(jù)和分析結(jié)果與MOOC教學(xué)網(wǎng)站進(jìn)行集合，是我們需要考慮的問題。一旦將二者結(jié)合起來，將提高M(jìn)OOC教學(xué)的成效，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐深度融合。針對這一問題，中心將結(jié)合以面向西南地區(qū)的“西南學(xué)府”MOOC平臺(tái)開放中心實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，大力發(fā)展并完善已有的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

5.2 如何實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源的匯聚和整合？

隨著實(shí)驗(yàn)資源和訪問量的不斷增大，如何對大量實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行有效存儲(chǔ)并分類管理，也是未來虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)面臨的問題。在實(shí)驗(yàn)資源的匯聚和整合方面，可借助云計(jì)算技術(shù)有效降低系統(tǒng)成本，確保系統(tǒng)的不斷更新和發(fā)展。

此外，隨著系統(tǒng)訪問用戶的不斷增加，受網(wǎng)絡(luò)帶寬、訪問方式等條件的制約，訪問速度會(huì)受到不同程度的影響，如何最大化地降低影響，平衡符個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，是值得進(jìn)一步研究的問題。

針對上述問題，中心將充分利用已有的及兄弟高校的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，動(dòng)態(tài)更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫。同時(shí)，積極促進(jìn)校企合作，開發(fā)更多優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)資源，更好地為兄弟院校和社會(huì)服務(wù)。通過與國家教育資源公共服務(wù)平臺(tái)和高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心網(wǎng)站連接，中心將不斷完善實(shí)驗(yàn)資源庫。

5.3 如何對外運(yùn)營？

隨著用戶訪問量和實(shí)驗(yàn)資源的增加，虛擬中心及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的升級(jí)、運(yùn)行和維護(hù)成本必然濕著上升，而高校受制度、人員和經(jīng)費(fèi)的制約，難以承擔(dān)相應(yīng)的運(yùn)營和維護(hù)工作。此外，一大規(guī)模開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，也需要相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)支持才能保證其穩(wěn)定、可靠和持續(xù)運(yùn)營。此外，隨著塒外運(yùn)營的開展，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)安全性保障也必將面臨新的問題。因此，中心在未來如何開展大規(guī)模虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的對外運(yùn)營工作，也是值得深入探討的一個(gè)問題。

6 結(jié)語

從實(shí)驗(yàn)教學(xué)最新發(fā)展趨勢來看，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)是新時(shí)期下高校本科人才培養(yǎng)中的一個(gè)重要任務(wù)，也是未來實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。在建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，不僅需要明確其意義和目標(biāo)，而且需要特別重視虛擬仿真實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的建設(shè)，以滿足大規(guī)模虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。從目前的情況來看，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與改革仍處于起步階段，尚有大量工作需要開展。