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“AI+教育教学”优秀案例展示① | “高级持续性威胁与应急响应虚拟仿真实验”教学案例
导语
近年来，学校深入实施“人工智能+”行动，积极推进“人工智能+高等教育”融合创新，涌现出一批理念先进、特色鲜明、成效显著的典型应用案例。为展示我校教师在数智化教学改革中的工作成效，教务部特推出“AI+教育教学”优秀案例展示系列推文。本期推送的是计算机科学与技术学院/人工智能学院林果园团队“高级持续性威胁与应急响应虚拟仿真实验”教学案例。
优秀案例展示
案例视频
案例网址
https://xnfzkc.cumt.edu.cn/vlab/apt.html
挑战
四大难题影响网络安全实验教学
数智化时代，网络安全已成为关乎国家主权、经济发展和社会稳定的关键领域，“没有网络安全，就没有国家安全”。高级持续性威胁（APT）攻击作为当前最活跃的网络攻击方式之一，以其针对性强、组织严密、持续时间长、高隐蔽性等特征，对网络空间安全构成严峻挑战。
让学生掌握APT攻击的防范要领与应急响应技能，是信息安全专业人才培养的核心环节。然而，传统的网络攻防实验教学长期面临“四大难题”：
1
实验成本较高：搭建大规模真实网络攻防环境，需要投入大量硬件设备和场地，整体建设与维护成本居高不下。
2
准备周期较长：攻防实验需要精细配置网络策略、权限规则、业务环境等，整体实验环境的准备周期较长。
3
实验环境恢复慢：单次攻防实验结束后，需逐一修复系统、还原漏洞等，耗费大量人力与时间，难以快速复用环境并开展下一组实验。
4
难以针对性辅导：教师难以同步掌握每位学生的实时实验状态，很难高效开展针对性的实操辅导。
一边是国家对高素质网络安全人才的迫切需求，一边是网络安全实验教学难题的现实掣肘，林果园老师及团队决心以AI 技术和虚拟仿真相结合，坚决破解这一教学难题。
破局
“AI+虚拟仿真”打造网络攻防演练场
针对上述难题，团队依托科研成果转化，自主研发了“高级持续性威胁与应急响应虚拟仿真实验”教学系统，让学生身临其境，不受时间和空间限制，随时学、随时做、随时练。
四大模块，环环相扣
模块一，网络安全意识养成：通过虚拟形象“小安”引导学生学习网络安全常识，在反复练习中树立正确的网络安全观。
模块二，安全威胁场景构建：通过可视化、多拓扑结构的局域网搭建，让学生直观掌握企业网络的设计、搭建与配置过程。
模块三，持续威胁缺陷评估：在搭建好的网络中开展密码攻击、钓鱼攻击、漏洞利用等多形式渗透，体验破解原理与复杂度。
模块四，应急响应处置演练：借助虚拟可视化感受蠕虫攻击与扩散过程，通过多轮扫描发现木马、分析异常数据包、定位漏洞并修复。
双重视角，知己知彼
实验按照攻击视角和防御视角进行双向设计，学生既可以站在攻击者角度理解入侵路径，也可以站在防御者角度制定应对策略，在“攻防互换”中建立对网络安全的系统性认知。
四个“高度仿真”，还原真实战场
1.实验场景高度仿真：对工矿网络场景进行高逼真度建模，沉浸式呈现实验场地，拖曳式操作即可完成设备安装与网络搭建。
2.攻防过程高度仿真：实现弱密码攻击、钓鱼攻击、SQL注入、蠕虫攻击、木马植入等全流程仿真，攻防数据全部来自真实应用场景。
3.信息流可视化仿真：以可视化方式呈现蠕虫如何传播、木马如何植入、权限如何提升，让抽象的攻防过程 "看得见"。
4.攻防结果高度仿真：对APT攻击产生的真实危害进行仿真——劫持主机、窃取机密、瘫痪系统、勒索破坏……让学生深刻认识网络安全的重要性。
创新
六大突破重塑实验教学新范式
依托AI技术与虚拟仿真，教学团队实现了从理念到评价的全方位变革，实现了6个方面的创新突破：
（一）教学理念创新：以学习者为中心
坚持以学习者为中心，以培养学生网络安全综合攻防实践能力和科研创新能力为目标，让学生从“被动听”转向“主动练”，在解决复杂工程问题中提升综合素质。
（二）教学设计创新：循序渐进+试错反馈
坚持德育优先、依次递进，从安全意识养成到应急响应处置，逐步深入，实现了“反馈、纠错、反思”的真实操作体验，学生操作错误即时有明确提示，同时还可回看操作记录，查找报错源头，引导学生主动思考而非机械操作。
（三）教学方式创新：教与学协同共进
系统既为学生提供攻防两端的实操体验，也为教师提供各环节的精细化跟踪——学生侧聚焦漏洞利用、场景搭建、入侵攻击和响应防御，教师侧聚焦环节分析、知识查看、实验进展和综合评估，教学相长，协同发力。
（四）考核评价创新：基于胜任力模型的形成性评价
通过观察攻防博弈过程，记录学生使用专业工具解决实际问题的过程和效果，考察学生在复杂APT情境下决策的速度与质量，实现全过程、多方位的综合性评价。
（五）技术手段创新：面向对象的虚拟化智能机制
团队在科研中建立了一套面向对象的虚拟化智能处理机制，相关成果已发表于CCF-A类顶级期刊《IEEE Transactions on Computers》。结合该机制提供的资源访问控制和执行过程监控模型，构建了涵盖底层资源管理和上层应用跟踪的精细化虚拟仿真平台，技术底座扎实。
（六）实验内容创新：多技术融合+全社会共享
将漏洞扫描、密码攻击、SQL注入、蠕虫攻击、渗透提权等内容重组为一个大型综合性实验，重塑教学流程，支持推演与对比分析。
成效
打造“金课”，从矿大走向全国
案例推广与应用情况
1.已在国家级虚拟仿真实验平台“实验空间”上线，面向全社会免费开放使用。
2.截至目前，该系统已有“24000+”使用人次，已有10余家高校与企业应用该系统开展攻防演练。
教学案例获奖情况
2026年1月，2025年全国师数字素养提升实践活动高等教育专项标杆作品
2025年10月，江苏省网络空间安全学会教学成果一等奖
2025年10月，中国矿业大学实验教学改革优秀案例一等奖
学生竞赛获奖情况
依托该实验系统进行实训的BXS战队，累计获得全国信息安全类竞赛奖项16次。
结语
从“实训机会少”到“云端随时练”，从“攻防看不见”到“全流程可视化”，从“实体设备复杂昂贵”到“模拟环境一键复原”……林果园老师带领团队，以技术赋能教学创新，为网络安全实验教学找到了一条可复制、可推广的新路径。
END
编辑 | 李向阳 黄翠
一审一校 | 姜涛
二审二校 | 杨康
三审三校 | 石礼伟
