虚拟仿真教学案例精选(九篇)

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第1篇：虚拟仿真教学案例范文

论文关键词：国际贸易；模拟课程；教学案例；特点

近年来，大学实践类课程的教学设计和教学模式探讨成为热点。借鉴国外职业教育的先进经验，比如德国的“双元制”即教学活动的一元是在学校教学另一元是在企业实训，加拿大的CBE(CompetencBasedEducation)模式即能力本位教育，结合我国大学教育的人才培养功能、社会对于人才的实际工作要求在国际贸易课程中开始越来越重视学生实践能力的培养。但是，招生规模的扩大与外贸企业的减少矛盾突出，商业机密和工作效率导致外贸公司不愿接纳学生实习…，使得企业作为实践教学资源并不能完全配合学生规模、训练强度和教学时间等，拟景教育引已成为实践类课程广泛应用的新教学模式。因此教学内容不能仅仅依赖于原先的教材，而是需要根据真实交易资料和课程训练要求来设计制作一些教学案例，并配以良好的软件和硬件环境来运行，探究实践教学案例的特点，能让教师在设计、制作、应用、优化这类新型教学资源的工作中进一步明确基本原则和理论依据。

一、充分认识教学案例应切合课程目标

国际贸易模拟TMT(TeachMeTrade)课程就是为了培养学生国际贸易实际操作能力而开设的仿真实习依托精心设计的课程平台，学生进入一家虚拟的中国贸易公司，以公司实习生身份亲身体验一笔出口贸易的全过程，动手完成各业务环节的业务操作，通过“做中学”，来实现“熟悉贸易流程、掌握操作技能的课程目标。因此，高质量、仿真度高的教学案例设计是实现课程目标的关键。TMT课程的教学案例区别于其他课程教学案例的最大特点，就在于它已经成为教学内容的主体部分。

从教学角度来看它就是通过网络平台呈现的电子版的动态开放式的国际贸易实务训练教材；从实习角度来看它就是一份完整的出易业务资料，包括从交易磋商、合同签订、合同履行到交易善后的全过程中出口商与进口商或相关机构的所有业务往来文件。教师在设计、制作、应用教学案例前充分认识关键两点：第一、学生在TMT课程中能学习到什么?国际贸易的业务流程和操作技能。第二、学生该如何参与TMT课程的学习?利用网络平台自主训练、“做中学”、发现问题时与同学或教师交流以解决问题。这完全区别于传统教学中“教师主动讲授、学生被动接受”的教学方法。

在充分认识上述两点的基础上，TMT课程教学团队通过数十年来的不断思考和实践，共制作教学案例20多套，全部以拟景操作形式呈现于课程平台www．scicib．conl，已有近万名本科学生利用TMT课程教学案例进行模拟实习。

二、全面把握教学案例应具备的特点

在实践和总结中，T课程教学团队对于该课程教学案例的特点有了全面透彻的认识和把握，不断优化教学案例，以更符合课程目标、更利于学生自主训练、更切合实际工作要求。TMT课程的教学案例具备以下四个突出的特点：

(一)完整性

一方面，为了让学生熟悉国际贸易业务流程，教学案例的设计不能只是出口业务涉及的某个方面、某个阶段或某个片段，而是一笔出口业务完整的操作流程及涵盖的全部操作文件。教学案例的设计内容完整地涵盖实际业务中的每～个操作环节，包括l2周次的实习任务，按照此笔交易的进程依次完成，从而使得学生对于一笔出易的全部流程和各环节具体操作有了直观的体验和整体的把握。另一方面，除了在整体上把握流程外，课程要求学生在每个操作环节中根据业务信息制作每个具体文件，共20个操作文件涵盖了国际贸易专业人才所需的六大操作技能：商务信函拟写、出口价格核算、出口合同填制、信用证操作、出口货物托运报关、出口单据填制审核。

(二)仿真性TMT教学案例尽可能地与实际的外贸业务相符合，包括远程实习的平台环境及现场实习的办公环境、交易商品、费用信息、客户、出口履约中各受理机构的办事程序及机构文件的样式和内容等等，让学生在模拟实习中仿佛置身于一场正在进行的贸易实战。这种高度的仿真性会让学生更投入公司实习生这一角色，感受学习乐趣的同时从一个贸易理论的学习者向外贸工作人员过渡。而在整个教学案例的编写过程中，始终以真实的出口业务资料为参考，结合模拟实习的需要进行整理、设计和编写，以交易进程为主线，从实际业务的角度去考虑各个环节设计的合理性和必要性，让教学案例尽可能地呈现出客观真实性。

比如在进行出口认证时，出口商应根据客户的要求去申领不同的认证文件，若客户要求的是普惠制原产地证明格式A，学生则应在课程平台下载相应格式的申请文件，填制好后交由上海出入境检验检疫局认证签署，随后会收到受理机构反馈的已签署的浅绿色底的普惠制原产地证明格式A。这就充分体现了该履约过程的高度仿真性：第一、办理流程、受理机构及提交文件完全与实际业务相符合；第二、即使是同一个履约环节，由于客户的要求不同，其办理的相关文件也不同，这也与实际业务相符合；第三、上述两种原产地证明的样式、颜色、填制内容与实际业务完全相符。

(三)实践性

TMT课程利用教学案例运行教学过程，全过程模拟实习淋漓尽致地体现了学生的主体性。学生登录课程平台，按照课程平台的“操作要求”结合自己的思考判断去跟进业务，理解每个环节“做什么”，通过自己动手完成每个操作文件并在线提交，将学习的理论知识运用于实践。而教师在学生实践过程中也有其不可忽视的引导作用，通过课程平台的“操作示范”提供每份操作文件的示范样本，让学生查看后反思自己的文件“做得如何”，同时通过阶段讲座、在线讨论等多种形式和学生交流，引导他们思考“为什么要这么做”和“如何做得更好”。这样让学生收获的不仅是知识和技能，还有学习的方法和工作的态度。

比如客户需要产品插页，教学案例中已通过课程平台为实习公司建立了相应的商品信息库。学生在课程平台的“商品查询”栏目中根据商品类别查询，然后在下载的实习公司信纸上自行制作各种直观生动的产品插页以提供给客户，待学生提交文件时间截止后教师会在课程平台的“操作示范”中提供一份规范的产品插页供学生参考，让学生在自己动手操作后通过查看示范明确自己制作的产品插页是否符合要求，包括信息是否齐全、格式是否工整、图片是否清楚美观。

(四)可控性

TMT课程的教学案例是依托精心设计的课程平台和先进的教学软件来呈现的。尽管学生可以通过网络不受时空限制地参与模拟实习，但教师可通过课程平台的管理端、教师端、学生端来控制业务的进展，并且平台各模块设计充分体现了网络课程设计的指标体系的5个一级指标即课程内容设计、课程交互设计、课程结构设计、课程导航设计及学习评价设计。

第2篇：虚拟仿真教学案例范文

【关键词】：仿真实验；软件；教学案例

一、软件特点

1　器件的仿真性。

软件提供与真实器件完全相同的虚拟实验仪器，如电流表、电压表、电阻箱、灯泡、电键、电铃、干电池、蓄电池等，还提供了一些设置物理情景时常用的构件，像带电粒子、斜面、长直木板、弹簧、连接细绳、磁场、电场、重力场等，使用时构建出的实验及问题情景视觉效果非常逼真。

2　操作的简易性。

软件使用时，只需用鼠标将要利用的器件从工具栏中拖进界面即可，然后再根据实验或情景的需要来设置器件之间的物理联系，运行后，软件会依据你的设定表现出问题的动态变化过程。图1所示是演示电容充放电的实验电路图，图2中的蓝色曲线是电容上的电压随时间变化关系，红色曲线是充电时回路中的电流。

3　文件的多样性。

软件提供了三种文件保存方式，分别是可执行文件、网页文件、仿真实验室文件(.ele文件)，这样可以在软件支持下运行、也可以脱离软件运行、还可以在浏览器中显示，非常方便。

4　内容的模块化。

软件将整个中学物理分成了主模块、电学模块、光学模块、热学模块、初中模块，由于各个模块中构建物理情景的独特性，所以各个模块可以独立运行，这样减少了工具栏中器件的数目，使用时更加方便。

二、应用类型

1　辅助探究学习活动。

比如探究点电荷的场强分布特点，可以设置一个源点电荷放置在坐标原点，用兰球表示，电荷量设置为0.003c，另设置一个试探电荷，用绿球表示，电荷量设置为0.001c，实验环境设置成不考虑电荷间的库仑力，并用箭头显示库仑力矢量。当用鼠标拖动试探电荷在源电荷附近移动时就可以动态看到库仑力矢量的变化过程，也可以在源电荷周围不同距离的地方放置一组试探电荷，对比这些电荷的库仑力矢量就可以了解电场的分布，非常的直观、形象。

2　现场模拟虚拟情景。

比如带电粒子在磁场中的圆周运动，先建立一个匀强磁场，b=1t，方向向外，设置一个带电小球，电量为q=1c，初速度为10m／s，将小球设置成用闪照记录，实验设置中考虑库仑力，并箭头显示小球的速度、洛伦兹力矢量。如果将小球放在磁场的边界处，则小球离开边界后将做匀速直线运动，如图1、2所示的情况。

3　纠正操作性实验问题中的错误。

比如在一次关于“伏安法测电阻”的电路图的练习中，学生中出现四种比较典型的错误，概括起来主要有“电流表的内外接”、“变阻器的限流和分压”两个方面不能很好的区别。用“仿真实验室”就可以实现“手把手”的矫正有关错误，而且连接的电路还可以进行动态操作，演示电路中仿真的数据变化竞效果。

三、教学案例展示

下面以“电阻串并联规律”的教学为例，展示“仿真实验室”在虚拟性探究性活动中的应用。

1　课案简介。

首先为这节课设计了一个网络课案，将“仿真实验室”开发的小积件有机的嵌入网络课案中，突出的一点就是灵活运用了探究性工具软件，它为学生营造了一个虚拟的实验系统，学生只需要用鼠标拖动实验器件，就可以完成电路的设计、测量等步骤，是一次适合于在网络环境下展开的自主学习活动。

2　电阻串联规律。

(1)定性研究。

将一个电阻与滑动变阻器串联，拖动滑动头，通过数字式欧姆表观察串联电阻值的变化趋势：串联时，当一个电阻变大时，总电阻变大

(2)定量研究。

任选提供的两个电阻，用欧姆表(可以是数字式、也可以是机械式)测出串联的总电阻，并记录结果，可以选取6种组合

3　电阻并联规律。

(1)定性研究。

将一个电阻与滑动变阻器并联，拖动滑动头，通过数字式欧姆表观察并联电阻值的变化趋势：并联时，当一个电阻变大时，总电阻变大。

(2)定量研究。

任选提供的两个电阻，用欧姆表(可以是数字式、也可以是机械式)测出并联的总电阻，并记录结果，可以选取6种组合。

4　规律总结。方法一：观察实验得到的数据，通过计算总结规律；方法二：利用“几何画板”用图像的方法处理数据，得到规律。

5　思维类比。将力学中两个弹簧的串并联问题与电阻的串并联类比，可以看到两者有相同的规律。

(1)电阻的并联规律：1／r1+1／r2=1／r，电阻的串联联规律：r=r1+r2

(2)弹簧的串联规律：1／k1+1／k2=1／k，弹簧的并联规律：k=k1+k2

四、教学反思

1　利用网络课案组织教学活动，应该充分发挥其他工具软件的功能与之优势互补，实现交互性强的网络学习空间。

第3篇：虚拟仿真教学案例范文

(一)团队原则成立组织的目的在于实现既定的目标，而虚拟企业就是为了一个特定的目标而组成的面向制造性或服务性的虚拟组织。组织存在的意义在于帮助个人实现自己的目标，因而个人需要组织这个平台。面对当今世界经济全球化，经济形势改变之快的现实，团队合作就显得尤为重要。通过虚拟企业这种形式，让学生时刻以团队为主，团队成员及时发现、分析管理中所出现的问题，并集中大家的智慧寻求解决问题对策。

（二）系统原则虚拟企业是一个系统，要产生整体大于局部的效果。虚拟企业中每个部分都有各自的分工，就像一盘棋一样，每个棋子都应该有它的用处，缺一不可。虚拟企业工作流程一环套着一环，如果少了一个环节，势必导致企业无法正常运营下去。

（三）权变原则权变一般是指在企业管理中要根据企业所处的内外条件随机应变，没有什么一成不变、普遍适用的管理理论和方法。企业内外条件的变化一般无法准确预期，领导者就要根据企业内外环境的变化，改变管理方式，而员工要能适应各种环境，来增强自己的应变能力。教师的一对多教学对于学生而言只做到了听与学，没有真正理解，而虚拟企业这种模式，通过团队中不同成员的磨合，面对不同企业之间的问题学习适应，对学生的应变能力有很强的提高，对知识的掌握能力也相对容易的多。

（四）实践原则面对当今社会不断变化的市场，企业需要的是具有实战经验、多元化等特点的复合型人才，而不是纸上谈兵的书生。这就需要学生能够在学的过程中进行角色扮演，通过虚拟实践让学生尽早适应企业竞争、就业压力环境等，对企业内部的操作有一定的了解。虚拟企业构建不能仅有形式，更要有内容的安排，每个企业的运营管理工作要有质有量的要求，学生要带着管理任务去体验与学习。

二、虚拟企业在管理学教学中的构建与运作

管理学教师在明确了管理意识与管理职能在管理学课程教学中的目标与要求后，以一定的组建原则，积极鼓励学生进行虚拟企业的构建。通过一学期的虚拟企业的模拟练习，通过企业不同角色的管理者之间的管理活动交流，使同学们的管理意识不断强化，管理能力不断提高。教师以组织为初始概念，以构建组织（主要是企业组织）为教学活动出发点，要求学生以小组为单位组建虚拟企业，进行产品策划、设置组织结构等模拟企业运作环境，学生运用管理学基本原理尝试开展虚拟企业经营管理，达到学以致用的效果。

不同的学生所组建的虚拟企业各有特色，以“动感浴室”虚拟企业为例，首先，要进行虚拟企业的命名与使命阐述。“动感浴室”虚拟企业由6名学生自由组合。该团队以满足消费者基本生活需求基础上的享受性需求为切入口，通过讨论决定发展浴室产品一条龙开发，以满足人们的休闲需求为主要目的。企业要让人记住，命名很重要，企业命名要响亮、新颖、有寓意，更要让人印象深刻。该团队由“动感地带SIM卡”进行大胆联想，在头脑风暴之后，将企业命名为“动感浴室”，寓意像“动感地带”一样闯出一片天地。同时，团队推出“使你一尘不染”的广告语吸引顾客眼球，一尘不染，顾名思义就是让顾客在使用企业的产品后能够干干净净，保持良好的状态，另一深层意义就是希望顾客有一个健康的身体，无细菌的侵入，这些也成为虚拟企业的最初使命。

其次是虚拟企业的目标设定与产品设计。“动感浴室”虚拟企业的宗旨是让顾客在使用其产品后可以心情愉悦，放松身体，让顾客感受企业产品的独特魅力，打造出国内一流的品牌，这也是“动感浴室”的主要目标。“动感浴室”虚拟企业在开始之际主要生产和销售马桶和浴缸等洗浴产品，同时设计部在原有款式上加以设计，顾客不同的品味设计独特的产品，如顾客还有其他要求，企业会为其提别改动直到顾客满意为主。经过创意大激发，企业决定设计一款从未出现的洗澡机，预计在一年内研发出来，让顾客可以不用动手也可以舒服的沐浴。再次是虚拟企业的组织结构与角色扮演。为了更好的完成组织任务，就要进行一定的组织安排，进行人员的配置与安排。“动感浴室”选择较为传统的职能部门的组织形式，主要设总经理、财务部经理，设计部经理、采购部经理、销售部经理和装修部经理等岗位与角色。根据6人的各自特点分配职务，使得“动感浴室”虚拟企业能集合核心能力与能源，使虚拟企业在管理中能正常运作。为了让每个成员能亲身体会到这种仿真企业的氛围，根据教师的情景假设方案，团队创作情景短剧进行情景表演，通过编剧、排练以及最终表演这样的过程，使团队学会随机应变，增强处事和沟通能力，总经理则体会到了作为企业的高层领导的那种应有的责任感，提高了面对突发事件所应具有的危机处理能力。

最后是虚拟企业的学习管理。“动感浴室”是真实的学习团队，在企业运作之余团队要开展结合实际的理论学习，要以构建学习型组织为目标，开展团队学习。在创建初始，根据各成员提议“动感浴室”制定以下计划：每学年读完两本管理学名著，增加自己的理论知识；每人准备有关管理理论的寓言故事，增强思考能力；每学期出游两次，增进成员之间的感情；每学期进行一次情景剧表演，增强成员的默契；学期期末由总经理对小组成果进行总结并制成学期报告书。在执行过程中也会发生一些无法预料的问题，比如在去参观纪念馆时，由于时间掌握不当，错过第一班车，耽误太多时间，团队及时反思总结，在回来时加强了时间控制。课堂上，在教师提出问题后，团队成员根据“动感浴室”管理现状，带着问题进行讨论，体悟其中的管理科学与艺术。

三、虚拟企业案例在管理学教学中的分析与评价

案例教学法，被广泛运用在管理类课程中，但以学生自行组建的虚拟企业作为教学案例则更具有针对性与趣味性。教师以虚拟企业为教学案例，运用管理学基本原理与知识分析虚拟企业中的种种管理现象，与学生共同解决管理难题。在对“动感浴室”的分析评价过程中，学生结合组织环境分析方法，对该团队的宏观一般环境、行业环境、目标市场进行了认真分析，并对企业产品设计与产品价格等进行了评估。学生充分地认识了组织环境对于开展组织管理活动的意义，深刻了解了产品设计与市场开发对于企业应对竞争的意义。虚拟企业构建与运作这种新型的教学方式，容易让学生有兴趣参与进去，增强学生学习的积极性，让学生从中锻炼、提高自己的创新、实践能力外，也让学生有信心尝试做更多的事。

四、结论

第4篇：虚拟仿真教学案例范文

仿真实验是一种虚拟实验教学模式，它借助计算机和仿真软件完成实验．仿真实验使用虚拟实验设备，是一种比较理想的实验过程，它不但可以为学生提供良好的学习平台，还能节约社会资源．针对仿真实验在电工电子实验中的作用，笔者以自己学校2011级电子工程专业1班为例进行了分析．该班正在进行实验课改革，学校已提出新的教学方案，且教学改革初见成效．具体如下:本学期共有6次电工电子实验，包括3次基础实验、1次综合实验和2次创新实验．基础实验和综合实验由教师确定实验题目，前者以教材中的各课程专题为理论基础，后者以教材的综合知识为基础．创新实验由学生拟定题目，经教师确定其可行性后进行．所有实验必须由学生进行仿真，其中基础实验还包括以小组为单位的实物实验．现分析仿真实验的作用．

1．1有利于提高学生的学习兴趣

在上面的教学案例中，每个实验必须由学生进行仿真，由此可见仿真实验的重要性．在仿真实验中，学生通过设计仿真实验电路图完成实验，并在较短时间内展示实验全过程．该过程不但能够增强学生发现问题、解决问题的能力，更能增加学生的成就感和学生对学习的兴趣．

1．2有利于体现电工电子知识的实用价值

创新实验是电工电子知识实用价值的体现，学生通过寻找以实际应用为背景的实验课题，结合电工电子理论知识设计实验内容．该方法能够引导学生将理论与实践相结合，将知识的能量最大化．

1．3有利于体现教师与学生的专业素质

在上面的案例中，教师与学生均参与实验内容设计，该模式有利于提高师生的专业水平．在传统实验教学中，教师设计实验而学生验证实验，学生处于被动状态，该模式不利于提高学生的专业水平．因此只有师生共同参与设计学生感兴趣的实验课题才能真正意义上体现两者的专业素质．

1．4传统教学与仿真实验相结合有利于提高课堂效率

在多媒体教学中，教师需将传统教学与仿真实验教学相结合，即实现理论知识、仿真实验和实物实验三者的统一，形成理论指导实践，实践验证理论的教学思维．在上面的案例中基础实验便是传统教学与仿真实验教学相结合的产物，它包括传统教学中的理论教学和实物实验教学，同时也包括仿真实验教学．将传统教学与仿真实验教学相结合的教学方式有利于加深学生对实验的认识，简化实验内容，提高课堂效率．

1．5传统教学与仿真实验相结合更能体现教学目标和意义

学生通过仿真实验更能明确实验目标．在仿真实验中，学生需借助理论知识去解决遇到的问题，解决问题便是仿真实验的教学目标．因此，只有结合传统教学中的理论教学方法才能为学生打下坚实的理论基础，使问题得以尽快解决．

2电工电子实验中应注意的问题

2．1鼓励学生构思实验课题

教师在教学过程中需跳出教师讲学生听的传统教学模式．教学的主体是学生，教学的目的是培养学生的能力，发挥学生的主观能动性．故在实际教学中，教师应该鼓励学生参与构思实验课题，发挥学生的主体地位．

2．2鼓励学生参与以多媒体课件和仿真实验为基础的轮流讲课

在学习实践能力较强的课程时，学生容易形成一种错误的思想:学习能力与动手能力比表达能力重要．因此，教师在教学过程中还应引导学生注重培养自己的表达能力，即鼓励学生参与以多媒体课件和仿真实验为基础的轮流讲课．在备课过程中，学生能够提高自身的学习能力和动手能力，而讲课过程能提高学生的表达能力和教学水平．

2．3增加学生到电力公司参观实习的机会

当今高校教育存在一个普遍问题———毕业生与社会所需人才具有一定差距．针对这一问题，学校可以利用自身的社会资源为学生创造更多的社会实践经验，缩小与社会所需人才的差距．在电工电子实验教学中，学校可以与电力公司合作，为学生提供到电力公司参观实习的机会，增加学生将理论知识与社会实践相结合的机会．同时，该政策有利于学生更快适应社会，体现自身的社会价值．

3结语

第5篇：虚拟仿真教学案例范文

1.1某校虚拟实训中心的组成

某校虚拟实训中心的实训汽车主要包括大众、本田、丰田及别克四大车系；其常用的故障诊断设备包括发动机综合诊断仪、传感器模拟器等设备；并采用远程音视频采集及传输系统；其实训平台模块包括诊断设备、仿真教学、远程控制、模拟排故实训及实训示范课程库等；并采用了信息资源库、数据传输通道及模拟排故数据库与建设多媒体计算机教室。

1.2虚拟实训中心的特点

（1）以各类汽车作为实训教学中的基本模式，在教学的过程中可根据实训的要求对车系进行变换；（2）汽车故障模拟以电控系统类为主，可获得汽车在冷车或热车情况下准确的故障数据，从而对汽车故障进行分析与排除故障训练；（3）可对典型车型的故障进行模拟，以起到有效的参考作用；（4）对于以原理分析为主的电气排除故障实训课程应先在多媒体教室进行，利用网络技术将汽车的故障信息通过声音、图像等形式传达给学生，并通过仿真、模拟及结果评估等方法使学生形成良好的操作技能；（5）对于机械操作类故障，可调用实训平台资源以获得专家系统模块及仿真软件的技术支持，使学生能在观摩的同时进行操作，以提高操作的准确性；（6）按照教学实训课程的要求重新组合设备，完成设备使用、维护保养、波形分析以及整车排故等实训项目；（7）保存全部实训数据作为模拟练习的参考数据，有效降低设备的使用率，并降低实训的成本；（8）能有效缓解实训场地不足、实训设备单一、数量较少以及非正确操作造成的设备损伤等情况；（9）由于实训中心的设备具有灵活组合等特点，有利于拓展到职后的培训中。虚拟实训中心的建立能将理论教学与技能培训有效结合，有效满足实训中理论与实践一体化的教学要求。而理论教学的内容可以在虚拟实训的现场中应用，而在实践中所遇到的问题可在虚拟实训现场中采用数据进行处理，使学生在现场实践前获得与真实环境相同的模拟训练，且在仿真专家系统的支持下进行，能有效满足实训示范课与工艺课的开设要求，并能获得实时的汽车信息资源，满足学生进行模拟操作的需求，使学生能充分利用有效的实训时间，提高学生对设备、工艺及流程等方面的熟悉程度，并养成正确的操作习惯，最终形成流水线式的实训模式。

2虚拟实训中心的应用与教学案例

在实训工艺课中应用虚拟实训中心，如在FSA740发动机分析仪中的应用（。1）应用的目的与要求：了解该分析仪的界面、功能及使用方法；利用观摩、示范及模拟操作，使学生熟悉设备的连接要求，使其能进行独立操作，并顺利完成模式实训练习；并通过现场操作，使学生完成完整、正确的操作流程（。2）实训课时：将实训课时划分为4个课时，其中教师讲解1个课时，学生模拟训练1.5个课时，现场分组操作1.5个课时，在学生考评时参考《实训记录》，并将分数记入学生的实训总成绩。（3）实训过程：先在多媒体教室由教师向学生讲解该分析仪的功能，通过视频观看该分析仪的外观及结构；并采用仿真平台讲解设备的规格及接口部位，通过视频展示正确的探头连接方式及坚持过程；通过远程启动实训汽车，在远程操作下完成分析仪对汽车的检测过程，而学生可以通过计算机进行观摩；启动模拟实训平台，由学生在平台上根据正确的操作流程完成实训，并在教师的指导下对分析仪进行远程操作，通过真实与虚拟的变换，使学生能熟练地掌握该分析仪的操作；最后对本次实训过程进行记录与总结（。4）实训延伸，在远程操作中，通过改变实训汽车的运行状态，并举例向学生说明检测数据的变化及采用该分析仪对汽车的故障进行发现与判断，以提高学生的学习兴趣，加深学生对分析仪的使用印象。

3结束语

第6篇：虚拟仿真教学案例范文

关键词：网络教学平台；MIS系统课程；学习效果

中图分类号：TP311.52

1 网络教学现状分析

我国的网络教育起步于1994年实施“中国教育科研网示范工程”，直至今日，各高校都已大规模实施，同时，课程网络教学平台也是国外、国内长期关注和实施的焦点，也是高校数字化校园建设中一项重要的工程。因此，各高校大多数课程都已经在网络教学平台中予以实施，并得到有效的开展，如通过网络课程通知、公告、课程项目实施流程、在线交流、学习讨论等功能。同时，教师也可以通过网络教学平台上传教学资源，便于学生通过网络教学平台进行有效的学习。但经过多年的发展及网络环境的优化，网络教学平台仍无法完全适应高校网络教学的需要，其存在以下几个方面：

1.1 网络课程的构建。大多数课程都基于简单的资源整合，并没有考虑到网络平台的适用性，不适合学生在线访问。同时，也不能有效地实现学生与课程的人机交互，且构建的网络课程界面、操作、风格单一，个性化不突出，大多数也不支持教师与课程平台的协同工作，以及日常教学工作和组织与开展，导致无法建设成一个有效的基于WEB的网络课程。

1.2 课程教学管理和在线教学活动组织。大多数网络课程的教学管理都是基于远程教育模式，并没有科学地结合本校学生的实际教学情况进行教学管理；在线教学活动的组织方面也比较薄弱，如在线测试、在线考试、在线答疑、在线作业布置和批改等内容。

2 课程网络教学特点及意义

基于WEB的网络课程在实际的组织课程教学应用中，与传统的组织教学模式存在着本质的区别，也与传统的CAI辅助教学课件存在着差异。网络课程教学平台不仅增强了师生之间的交流和互动，同时也打破了在时间和空间上的局限性，如学习交流论坛、网上在线测试、在线答疑等等，便于学生能更好地从被动学习变为主动学习，可从以下几个方面体现：

2.1 突破时间空间的局限性。网络课程教学平台可以做到24*7小时不间断地提供资源，因此，不同层次学生可以根据自己学习的实际情况在任何时间任何地点浏览网络课程，下载相关学习资源和与老师、同学之间进行交流互动和答疑。

2.2 学习信息资源的丰富。无论从形式上、内容上和效用上，都能通过网络课程提供大量的信息资源，如素材、动画、视频、教案等资源，同时，也提供实效的虚拟现实技术，为学生提供人机交互功能，更有效地为学生提供多层次、全方位、有效地教学环境和教学资源，让学生通过网络课程平台进行有效地学习。

2.3 课程任务评价的实效性。教师可以通过网络课程教学平台有效地对课程任务和学生进行快速地测评，打破了原有在对学生和课程进行实效评价过程中大量浪费的人力和物力，不仅教师能在第一时间及时掌握学生对课程的学习动态和掌握的知识技能情况，也能第一时间了解学生对课程提出的建议和不足，为教师及时改善课程内容和教学平台提供依据。

3 构建MIS网络课程教学平台

通过网络为学生提供在线学习和交流的课程教学平台，就需要设计出大量的能为学生提供自主学习的资源，并能有效地为自主学习者提供学习进度参考和提升自主学习能力及提升自主思维创新的平台。在《MIS系统》课程中，基于WEB网络课程学习系统主要由课程情境、实训指导、电子课件、教学视频库、案例库、作品库、虚拟仿真实验、习题库、在线答疑、自评评价等十个部分组成，如下图所示。

图1

教学情境模块中，针对MIS系统课程设计分层递进关系的教学情境，分别从MIS系统课程的基础知识技能点、实用功能知识技能点到项目工程知识技能点三层递进关系设计教学情境，让学生通过教学情境的学习能由浅入深、由局部到整体、由细节到系统地学习MIS系统课程各个知识技能点。

实训指导模块中，针对MIS系统课程各个知识技能点设计出合理的实训项目任务书，学生可以根据实训设计的学习内容、任务描述、技术要求、教学要求和任务实施几个方面顺利的完成各个实训项目，让学生通过实训指导模块更好地去理解和掌握MIS系统课程各个知识技能点。

电子课件、教学视频模块中，将MIS系统课程所有知识点通过文字、图片、视频、声音等形式展现出来，让学生通过电子课件和观看视频就能掌握课程中的各个知识技能点和重难点知识。

教学案例、作品库模块中，是提供MIS系统课程中典型的教学案例或者是实际应用中的实用案例以及优秀作品，让学生通过学习案例和对作品的鉴赏和学习，能大大提升学生的学习动力和学习兴趣。

虚拟实验室模块中，学生可以有效地利用虚拟实验室进行人机交互，也可利用虚拟实验室对各个知识技能点进行有效地实践操作，加深对知识技能点的深入理解。

习题库、在线答疑模块中，学生可以不受时间和空间的局限，随意地进行在线做作业和随时向老师提出问题，并能随时地了解自己对课程知识技能点掌握程度，和得到问题的解决，从而及时弥补自己的不足。

学生自评评价模块，一是学生通过这个模块对自己课程的学习效果进行一个综合性地评价；二是学生可以对课程各个项目任务知识技能点进行评价。教师通过自评评价模块不仅能及时地掌握学生对课程的掌握程度，也能及时地掌握学生对课程提出的不足和缺点，便于教师及时地完善和改革课程提供有效性依据。

总之，基于网络的课程教学平台是不受时间、空间和地域的限制，在这种新型的教育体制下，教学与学习完全溶为一体，这是目前乃至将来发展的必然趋势，也是真正意义上的自主学习和终身学习的终身教育，是人工智能和协作系统有效结合，我们应看到未来网络资源教育的发展方向，加大研究力度，促使基于网络资源的课程教育应用尽快迈上一个新的台阶。

参考文献：

[1]谢扬.基于网络资源自主学习的探究[D].华中师范大学，2005.

[2]刘鲁平.基于J2EE的高职院校课程网络教学平台[D].电子科技大学，2008.

[3]唐光艳.利用网络资源提升高职学生自主学习能力的研究[J].辽宁高职学报，2009.

作者简介：代飞（1982-），男，江西九江人，硕士，研究方向：计算机科学技术；张莹（1984-），女，江西九江人，硕士，研究方向：电子信息工程。

第7篇：虚拟仿真教学案例范文

关键词：仿真技术；计算机电路基础；教学案例

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）01-0146-02

1 《计算机电路基础》课程介绍

《计算机电路基础》课程是高职计算机应用技术专业的专业基础课，是一门理论与实践相结合的课程。对于高职学生来说，该门课程内容繁多，枯燥；再者，他们基础薄弱，自控能力差，学习方法不当等原因，导致课堂听课效率低，进而对该门课程产生反感。实践课堂上，由于没有很好的理论支持，对实践器材和实践内容不清楚、不了解，只是应付老师，互相抄写实践报告，使得该门课程教学效果差，成为教师和学生都很头疼的一门课程。

2 仿真技术的作用

上个世纪80年代开始，随着信息技术的快速发展，电子电路的分析与设计方法发生了重大变革，出现了电路仿真软件。通过这些软件，对电路进行仿真分析，不必构造具体的物理电路，也不必使用实际的测试仪器，就可以基本确定电路的工作性能。

本研究将该技术引入到《计算机电路基础》课程的课堂教学中，该技术起到如下作用：

2.1提高教学效果

通常《计算机电路基础》课程都是以板书为载体，教师讲授为主，学生记笔记，对电路分析主要基于手动计算，运算复杂枯、难懂，教学效果差。将计算机仿真技术引入到该课程的课堂教学中，可以使用多媒体教室，在课堂上直接演示电路的功能，使学生能够对知识有个直观的理解，能够使得复杂难懂的电路原理变成可以看到效果的电路仿真图及测量结果和波形图，提高理论知识的直观性和实用性，进而提高教学效果。

2.2节约实验器材

仿真实验相对于实物实验最大的优势就是节约资源，在电路仿真时，可以多次尝试多种参数的电路组合结果，可以节约时间，而且即使元件选择不当，也不会造成元件的损毁和浪费，这样就会在很大程度上节约了资源。对于缺少测量仪器或元器件的学院来说，仿真软件更是一种不错的选择，而且可以无地点和时间限制的免费使用。

2.3辅助学生学习

当教师将仿真技术应用于课堂教学时，学生在学会电路知识的同时也学会了仿真技术，并将这种技术自觉地应用于课后作业或复习。这样既培养了学生的动手能力，也培养了他们的创新能力。他们由原来的不愿意学习转变为主动学习，极大地激发了学习的积极性，并且养成了独立思考的能力和科学探索精神。

3 仿真技术在教学中的应用案例

当前比较流行的仿真技术有Multisim，Protel，Proteus等，其中Multisim有较强的模拟/数字电路的设计功能，它包含了电路原理图的绘制，电路硬件描述语言输入方式，各种电路检测需要的虚拟的仪器仪表，并且有很强的仿真分析能力；Protel主要用途在于电路原理图的输入和PCB板的设计；Proteus侧重于单片机的仿真。综上所述，本研究决定选用Multisim，以下是教学中的应用案例，这些案例中的电路图及仪器测量结果均使用Multisim10.0仿真软件进行设计和研究的。

3.1基尔霍夫定律的验证

基尔霍夫定律是分析与计算电路的基本定律，它由两个定律组成，分别是电流定律和电压定律。学生对这种单纯的理论学习，不能很好理解定律的内涵及作用，可通过使用仿真软件加强学生对定律的理解深度，另外也可以从视觉上刺激学生，激发学习兴趣，提高课堂教学效果。使用Multisim10.0设计基尔霍夫电压定律验证的仿真电路如图1所示，仿真结果万用表显示如图2所示。

图1 基尔霍夫电压定律仿真电路

图2 万用表仿真结果

3.2整流电路仿真

桥式整流电路利用四个二极管，两两对接。当输入正弦波的正半部分时，其中的两只管导通，得到正的输出；当输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。该电路的仿真电路图如图3所示，输入和输入信号波形图如图4所示。通过该仿真波形，可以从视觉上使学生明白桥式整流电路的作用，而且即使选择元件不当，也不会造成元件的浪费，可以多次尝试。

图3 桥式整流仿真电路

图4 桥式整流电路波形

3.3数码管显示电路仿真

数码管显示器常用来显示各种数字或符号，由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。数码管显示仿真电路图如图5所示。本仿真电路能够将十进制数经过74LS48译码，输出数码管字形码驱动数码管显示。该电路仿真能够加深学生对数码管显示原理的及74LS48译码器的功能的理解。

图5 数码管显示仿真电路

4 结束语

通过将仿真技术应用到《计算机电路基础》课程中，极大地活跃了课堂学习氛围，使得计算机电路理论不再复杂、枯燥，相反变得生动有趣，学生也由原来的被动学习转变为主动参与课堂教学，积极思考。此外更重要的是，由于仿真技术没有场地限制，也没有实验器材约束，学生可以在课堂外的时间里，自己使用仿真技术来探索、学习电路知识，培养了学生独立解决问题的能力和创新探索精神。

参考文献：

[1]劳志鸿.仿真技术改进电大工科课程教学方法之探讨[J].安徽广播电视大学学报，2010（2）：57-60.

[2]王琰.基于Multisim仿真软件优化《计算机电路》课堂教学[J].教育与人才，2012（8）：80-82.

[3]程思宁.虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013（7）：94-97.

第8篇：虚拟仿真教学案例范文

【关键词】三维设计 培养模式 教学方法

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）18-0005-03

随着三维设计和先进制造方法在机械行业中的广泛应用与迅猛发展，三维设计技术和制造方式已成为产品设计和加工制造的核心，企业越来越需要会使用三维设计的人才。三维设计CAD系统可直接进行三维设计和交流，即现代工程设计，能完成工程图样信息的生成、处理和传递，可实现以产品的几何模型为核心，CAD/CAE/CAM一体化乃至虚拟制造产品的数据管理，以优化设计促进产品改善，以智能设计促进产品创新。三维设计CAD系统是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，是培养创新型人才的重要手段，对高等院校制造业及相关专业的教学内容提出了新要求，必须将现代设计思想和现代设计能力的培养贯穿到整个教学过程中。哈尔滨工程大学利用数字化设计与制造实验室的师资与设备优势，为本科生开设了UG与三维设计实践课程，以UG软件为平台，培养学生的三维设计能力，探索教学过程中的模式和方法。

一 三维设计概述

将人们头脑中思考的物体变成实际物体形式，为此而做出全部信息数据的工作就是设计。三维设计是将产品设计的整个过程数字化，包括以下几部分内容。

1.建立三维设计理念

将产品的三维设计模型进行数字化模仿。通过造型方法的选择、创建基于特征的三维模型、图形图像理论、模型的数字化和参数化等方式，充分了解三维模型的设计要点。

2.建立三维模型

应用相关的工程软件对产品进行三维模型的创建，创建模型的同时要考虑生产制造过程，规划产品对象的功能要求、材料的选用、校核、加工工艺结构合理性、经济性评价等多方面因素，对人力、物力、财力、时间、场所、信息进行综合审议。

3.对产品进行功能分析及仿真

利用三维模型对产品的功能进行分析，可以进行有限元计算分析、装配检验、运动学和动力学仿真，并对分析结果进行工程实际应用的可行性分析，通过快速修改设计方案，最终获得满意的设计结果。

二 三维设计培养模式的研究

UG与三维设计实践课程在学生的不同学习阶段，有针对性地安排不同的教学内容，循序渐进地培养学生的三维设计能力。为了达到教学目标，教学模式应按照建立设计理念——模拟性设计——创新性设计的全过程培养，使教学内容符合学生的学习认知规律。

1.培养三维设计理念

提高学生的综合素质及其创造力，必须让学生掌握先进的设计手段、感受三维设计的魅力、牢固专业志向。在UG与三维设计实践课程教学阶段，精心安排好第一堂课，使学生一开始就对三维设计的特点和强大功能有直观而全面的认识，通过展示历届学生的设计实例，使学生从感性上理解三维设计的主要功能，激发起学习的浓厚兴趣。通过实例展示开阔学生的设计思路，树立学生的三维设计理念，使学生从中学会思考，体会设计的乐趣，为学生的思维、表达、设计和创造能力的提升打下更为坚实的基础。

UG与三维设计实践课程教学内容主要涉及软件的基础模块，如曲线绘制、实体建模、装配、工程图等。通过教师对基础模块的讲解，重点训练学生掌握三维设计基本技能。学生根据教师提供的练习题库，利用UG软件完成各模块的实践练习，零件的特征建模，零件装配以及工作过程的动态模拟。在完成三维零件设计及其装配的过程中，学生不仅提高了二维工程图的读图能力，还加强了对零件功能、结构及其装配关系的理解，使学生具备了三维设计的基本能力。然后，学生在所学建模方法的基础上，根据自己的兴趣，完成个性化的作品创新设计，设计出了如自行车、飞机、汽车、手机等作品。通过不同的训练，加深了学生从理性上对何为设计、如何设计的理解，使学生能综合运用三维设计技能，掌握三维设计技术，提高三维设计能力。

2.培养模仿性三维设计能力

通过软件模块化实践操作，培养学生模仿性三维设计能力。在UG软件基础模块理论讲解后，针对各模块进行上机实践操作练习。学生可利用UG软件自顶向下的设计方式和其强大的参数化功能，完成已知零件的设计和装配。实践操作是在已知各零件尺寸和各零件装配关系的情况下，学生进行零件设计和装配，主要培养学生的模仿性三维设计能力。零件设计完成后进行虚拟装配，学生检验零件干涉与否，可方便地修改设计参数，使设计达到最优效果，提高设计效率和质量。在UG软件中对某些结构进行校核、修改时，只需修改零件的某个参数的数值即可完成整体修改，能使学生形象地理解零件的形状及其加工工艺，清晰地了解零件间的装配关系，对装配的技术要求也有深刻地理解。学生还可应用UG的机械运动功能，直观地观察各零件的运动状态。通过模块化实践，使学生熟悉软件的运用，掌握建模和装配的设计过程。

3.培养创造性三维设计能力

UG与三维设计实践课程采用“课题式”教学模式，设计课题由学生自主选择，教师给予学生技术指导，本过程是对学生所学知识的应用及能力的综合训练过程。学生自主选

题培养了学生的创新意识，更好地挖掘了学生的潜能。三维设计可进行单机的设计、参数化设计、优化设计、过程的模拟仿真等，所涉及的知识面更宽、综合性更强，因此，学生在设计过程中，综合能力可得到极大地训练和提高。三维设计不仅能使学生直观地看到自己的设计成果，增强学生的成就感，而且能大大激发学生的学习兴趣和主动性。学生在完成三维设计后，还要将其直接转换生成二维的零件图和装配图，最终完成课程设计所要求的图纸。这样，学生对三维设计与二维工程图之间关系的理解会得到进一步地加深。整个设计过程使学生从感性和理性上能更加深入地理解设计内涵，能更好地增强学生的设计想象力。

三 培养三维设计能力的教学方法

1.以传授方法为主，传授知识为辅

古人云：“授人以鱼，不如授人以渔。”在课堂教学中应以传授方法为主，传授知识为辅，通过传授知识的过程，达到传授方法的目的，做到“少而精”的教学原则。不能单纯为了学软件而学软件，要培养学生举一反三、触类旁通的能力。由于UG软件具有多个模块，在学时有限的课堂上，不可能面面俱到地将软件中的所有知识都讲到，所以必须培养学生自主利用软件的设计能力和分析能力。使学生在进行三维设计时，能分析出零件的建模思路，并将零件的建模思路转化为可用的具体命令，完成零件的三维设计。如对弹簧进行建模时，首先要建立螺旋线作为引导线，再建立端面曲线（圆、正方形）为截面线，最后利用扫描功能完成弹簧的实体建模。只要学会建模思路，在任何三维设计软件中都能行得通。

本课程中的实体设计模块采用参数化的、全新的思维和方式来进行模型的创建和修改，参数化是用约束来表达模型的形状特征的方法，通过调整参数来修改设计模型，是本课程建模设计的精髓，也是后续学习的基础，是本课程的重点内容之一。在讲解实体设计模块时，不仅要讲建模所需命令的概念和用法，更要将建模手段传授给学生，侧重介绍平时容易忽略但很重要的问题，以及遇到问题的处理技巧和解决办法。如基于特征的建模，建模过程实质是仿真零件加工过程，从生成毛坯到对毛坯的粗加工，最后进行精加工的过程。

2.以上机实践为主，理论授课为辅

由于三维设计课程的实践性很强，理论教学只能为学生提供理论知识，实践操作技能必须通过上机操作才能得到提高，为此数字化设计与制造实验室全天为学生开放，提供上机实践操作的良好环境。学生通过填写申请表并办理门卡便可随时到实验室上机学习。在实践过程中教师随时解决学生遇到的问题，做到问题随时解决，提高了学生的学习效率。通过大量的实际上机训练，不仅能快速地培养学生熟练操作软件的能力，更有利于增强解决实际问题的能力。

在学习过程中，学生根据自己的专业背景和兴趣爱好，以4～6人的小组为单位自选课题，在进行三维设计的同时培养了学生的创新能力和团队合作能力。每组在开课2～3周后，开始进入三维设计课题研究。学生可选择各种模型作为三维设计的载体，如自行车、直升机、遥控车等。确定小组研究对象后，首先要查阅相关资料，撰写开题报告，教师利用1～2堂课为学生举办开题报告会，帮助每个小组分析课题的可行性，确定课题的实施方案。学生在进行课题的研究过程中，以小组为单位充分发挥每位成员的主观能动性，互相协助、取长补短，通过分工和合作共同完成课题的研究。在学期末，每小组要对完成的课题进行答辩，答辩成绩作为学生期末成绩考核指标。结果表明，以小组为单位进行三维设计，大大提高了学生的学习兴趣、动手能力、观察能力、分析能力和创新能力，同时也培养了学生的团队合作能力。

3.运用多媒体辅助教学手段

软件类的课程都离不开投影仪和大屏幕，利用投影仪教师可以在课堂上“现身说法”，现场操作应用程序，演示零件设计的操作过程，不仅有利于课堂教学，更有助于学生对理论授课内容的理解和消化。现代化教学手段的运用，节约了大量的板书时间，增加了课堂教学的信息量，提高了教学效率。在教学过程中，如果仅讲述命令的概念和用法，学生的认识只能停留在理解上，在实际应用时很难达到学了即用的效果。通过多媒体操作UG软件，让学生看到命令的操作过程、看到教师操作时的细节，从而提高教学质量。课前提前做好教学案例设计，授课过程中穿插讲解案例制作过程还能提高学生的学习兴趣。如在讲授曲线操作时，以工程制图中的二维图为例，给学生演示如何利用曲面操作命令绘制二维图；在介绍装配模块时，演示各零件是如何装配的，各零件之间的相互位置关系、装拆顺序，让学生不仅学会了如何使用UG软件，还明白了装配时应注意的问题。这样能在较短时间内给学生提供正确示范，培养学生合理的设计思维，也能充分发挥计算机与教师的双重作用。

4.运用多种手段，激发学习兴趣

在教学过程中采用多种手段，激发和保持学生的学习兴趣。

第一，充分利用绪论课。在绪论课上让学生观看用三维设计软件绘制出的各种机械零件、装配动画和模拟仿真加工等教学资料，使学生一开始就对这门课程产生浓厚的学习兴趣。如图1是发动机的三维装配模型，图2是可变轴铣仿真过程图。

第二，利用学科前沿知识。每节课前给学生观看三维设计相关领域前沿技术的视频资料，如快速原型技术、宝马车的制作过程、产品检测软件、FreeForm触觉式设计系统等，并在讲课过程中穿插讲解一些先进技术知识，拓展学生的知识面、满足学生的好奇心、激发学生的学习兴趣。

第三，合理利用教学案例。课堂上将常用机械零件的三维设计过程作为教学案例，如齿轮、轴承、弹簧等。通过学生比较熟悉并有感性认识的零件作为切入点，逐步完成设计过程，使学生掌握各命令的使用方法，为课后学生自主练习奠定基础。

第四，适当利用视频录像。通过案例视频录像，帮助教师突破教学重点和难点，使教学的难点更加清晰、生动、形象。并为学生提供示范标准，调动学生的学习积极性。将软件的操作过程录制成视频，让学生边学边练，没有掌握的内容可反复播放。在讲“装配模块”时，把发动机、摩托车等的零件装配过程做成动画，使学生看到形象、动态的拆装过程。

四 结论

三维设计是工业发展的必然。通过课程实践表明，学生明显提高了零件设计空间思维能力、设计表达能力、综合设计能力、创新设计能力。开设UG与三维设计实践课程，培养学生的三维设计能力，这种培养模式更有利于提高学生的

实际工程设计能力，有利于培养学生的创新意识，有利于提高学生就业的竞争力。

参考文献

[1]马金英.数字化CAD/CAM技术的应用及发展趋势展望[J].机床与液压，2009（4）：159～161

[2]王全先.机械类专业人才三维数字化设计能力培养的研究[J].安徽工业大学学报，2007（3）：114～115

第9篇：虚拟仿真教学案例范文

Abstract：In view of the current problems in the network security experiment teaching， such as limited time， single environment and scattered topics， taking the SYN Flood attack and defense experiment as a teaching case and proposing a multi scene and combined teaching design. Based on the PC end and the mobile phone end， a modular approach was adopted to achieve a comprehensive offensive and defensive experiment in both real device and simulation environment， which has applied value to the information reform of computer experiment teaching in colleges and universities.

Key words： combination； SYN Flood； network security； experimental teaching； teaching reform

随着互联网的快速发展，DOS攻击和DDOS攻击是目前网络安全领域最严重的问题之一。DOS攻击不同于木马攻击，它不会损害攻击目标的系统和数据，而是通过对目标网络或系统发起持续“合理”的服务请求?砗木》?务器有限的资源，或造成服务器崩溃、瘫痪无法响应正常用户的请求。SYN Flood攻击是目前DOS和DDOS主要的攻击手段之一，它利用TCP协议在建立连接时需要“三次握手”的缺陷对目标服务器恶意发起大量伪造源地址的TCP（SYN置位）请求[1，2]，而不给予后续的确认包。因此三次握手无法完成，目标服务器会在SYN Timeout时间内重试（再次发送SYN+ACK包，并将这种半连接状态存储在TCP连接队列中，服务器端将忙于处理攻击者伪造的TCP请求，此时，从正常客户的角度来看，服务器失去响应，即服务器受到了SYN Flood攻击。

在高校网络安全实验教学中，由于SYN Flood对促进学生理解和应用TCP连接控制过程作用明显，因此SYN Flood的攻击和防御实验通常是网络安全类课程的教学重点，如何利用信息技术和先进的教学设计理论推动SYN Flood的攻击和防御实验教学改革值得关注。

1 SYN Flood攻击和防御的原理

TCP（传输控制协议）是一种面向连接、可靠的传输层协议，面向连接是指客户端与服务器在传输数据之前需要建立起特定的虚电路连接。该连接过程被称为TCP的“三次握手”。第一步：客户端向服务器发送一个SYN置位的TCP报文，包含客户端使用的端口号与初始序列；第二步：服务器收到客户端的SYN报文后，回复一个SYN+ACK的报文，并对客户的请求进行处理；第三步：正常情况下，客户端在收到服务器的SYN+ACK报文后，向服务器发送ACK报文，此时三次连接建立[3，4]。此时若出现网络拥塞等原因使服务器在一定时间内没有收到第三次的ACK报文，则服务器会不断重传SYN+ACK报文直至收到ACK或者SYN Timeout超时才会丢弃这种TCP半连接状态并释放资源[5，6]。

SYN Flood攻击的原理就是利用TCP三次握手缺陷和IP欺骗恶意向服务器发送大量伪造源IP地址的SYN包，服务器为这些伪造的客户端不断开辟缓存将导致系统瘫痪，无法响应正常客户的请求[7，8]。而SYN Flood防御则可以通过升级路由器设备为防火墙，保护网站服务器，将可疑源ip地址发往目标服务器tcp连接过滤，以保证正常客户的访问。

2 实验教学设计

网络安全实验总体上分为攻击实验与防御实验，传统网络安全实验教学中多采用多个课时，集中学生在实验室分别展开攻击实验与防御实验。最后在结课时，将两者组合成综合性网络安全攻防大实验。这种的教学设计符合教学大纲，贴合阶段主题。但其主题分散、场景单一、占用课时多等现实问题[9 ，10]，不利于拔尖创新人才的培养、不利于促进学生个性化的发展。针对上述问题，本文采取模块化的方法，提出一种具有灵活组合、场景开放、实用性广的综合网络教学设计如图2所示：

在此教学设计中为了克服传统实验教学中场景单一、设备单一的弊端，在攻击实验设计中提出基于PC端和手机端的多场景实验，在防御实验设计中，提出真实设备与虚拟设备相结合的多设备实验，以满足不同层次学生学习的进度要求。

3 基于SYN Flood攻击与防御的教学案例

基于上述组合式的网络安全综合实验教学设计，本文选择网络安全实验中常见的SYN Flood攻击与防御实验作为教学案例来讲解上述教学设计在具体实验教学中的应用。

3.1 攻击实验模块

3.1.1 实验环境

华为ENSP（Enterprise Network Simulation Platform）是一款由华为提供的免费的、可扩展的、图形化操作的网络仿真工具平台[11，12]，有着完整的网络应用环境支持体系，完美呈现真实设备实景，支持大型网络模拟。LOIC是一个开源的网站压力测试工具，由C#语言开发，其安卓汉化版可以在手机端发起拒绝服务攻击。

本文使用上述工具搭建虚拟网络环境，在ubuntu虚拟机上安装hping3工具作为攻击源向同网段内的ensp目标服务器发起SYN Flood攻击。在手机端使用LOIC软件作为攻击源，通过设定目标机的IP地址、端口、设定与手机性能相适应的线程数向阿里云服务器发起跨网段的SYN Flood攻击。实验拓扑如图3所示：

3.1.2 实验内容与目标

3.1.3 数据分析

（1）抓包分析

当ubuntu虚拟机向同网段内的目标服务器发起SYN Flood攻击时，在虚拟机上开启wireshark抓取报文。当其攻击为不含源地址欺骗时，虚拟机会相应收到目标服务器响应的ACK报文如图4所示：

而当其攻击为含源IP欺骗时，由于所有的源IP地址都是随机伪造的，所以虚拟机上不会收到目标服务器给予的任何ACK报文，如图5所示：

Hping3在短时间内发出大量40字节、TCP Segment Len为0、SYN位被置1的请求数据包如图6所示，此时目标服务器忙于处理这些SYN?求而耗费大量资源，无法及时响应正常用户的请求，我们在另一台电脑上进行网络连通测试，对目标服务器进行ping操作，如图7所示其TTL值随之增大，甚至发生丢包现象。

（2）资源使用率与网络占用率

由于阿里云服务器可以实时监测其网站流量变化，当在手机端使用LOIC向其发起SYN Flood攻击时，在阿里云客户端实时监测服务器资源占用率和公网入流量变化，结果看到当服务器受到SYN Flood攻击时，其入流量与CPU使用率都显著增长如图8所示：

3.2防御实验模块

3.2.1 实验环境

由于路由器只具有转发数据包的作用而不对数据包的内容做相应处理，所以其不具有安全防护功能。而防火墙既能转发数据包又可以对非可靠源的发来数据包进行过滤等处理，可以有效保证服务器的正常工作。本文将上述网段内攻击实验中的路由器设备替换为防火墙设备，通过合理配置，使其有效阻断攻击源恶意发起的TCP半连接。同时，由于任何服务器系统中均有抵御SYN Flood的相关措施，本文以LINUX操作系统为例，通过配置、优化系统，加固协议栈等操作进行防御攻击，实验拓扑如图9所示。

3.2.2 实验内容与配置

（1）防火墙阻断攻击

（2）优化目标服务器系统配置

3.2.3 抓包分析

完成上述配置后，在正常客户机和虚拟攻击机端同时对目标服务器发起ping操作测试网络连通性。此时，Trust域的正常客户可以主动访问目标服务器，而Untrust域的攻击机则无法通过防火墙访问目标服务器，如图10所示：因此虚拟攻击机也无法对目标服务器发起SYN Flood攻击。

4 总结