虛擬仿真技術在法醫實踐教學中的應用研究

洪 亮，李懷斌，葉明全，余結根，張業睿

（皖南醫學院，安徽 蕪湖 241002）

虛擬仿真技術又稱虛擬現實技術或模擬技術，起源于20世紀60年代，并在20世紀90年代有了實質性的發展。隨著計算機的普及與性能的提高，虛擬仿真技術得到了廣泛認可，與多媒體教學、網絡教育共同被看作是教育領域的三大創新技術[1]。

1 虛擬仿真教學發展的背景與意義

2013年，教育部重點推廣虛擬仿真實驗教學模式改革，《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》（教高司函[2013]94號）指出，虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業與信息技術深度融合的產物[2]。虛擬仿真實驗教學中心建設工作堅持“科學規劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續發展”的指導思想，以全面提高高校學生創新精神和實踐能力為宗旨，以共享優質實驗教學資源為核心，以建設信息化實驗教學資源為重點，分年度建設一批具有示范、引領作用的虛擬仿真實驗教學中心，持續推進實驗教學信息化建設，推動高等學校實驗教學改革與創新。

虛擬現實技術是通過高速計算機系統創建的一種令人感到身臨其境、可以獲得與環境交互體驗的虛擬世界[3]。將計算機處理的數字化信息變為人們所能感受的具有各種表現形式的多維信息，通過視覺、聽覺、觸覺等作用于使用者，對使用者的控制行為做出動態的交互反應。虛擬現實技術具有沉浸性、交互性、構想性、多感知性和自主性特征，已廣泛應用于職業技能培訓中，并取得了很好的訓練效果。虛擬仿真實驗教學依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通信等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生在虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學效果。虛擬仿真實驗教學中心建設任務是實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能，在涉及高?；驑O端的環境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練等情況時，提供可靠、安全、經濟的實驗項目。

2 虛擬仿真技術在法醫實踐教學中應用的必要性

法醫學是應用臨床醫學、生物信息學、藥學和其他自然科學理論與技能解決法律問題的循證醫學，用于偵查犯罪和審理民事或刑事案件提供科學證據。法醫學是應用型學科，但在長期實驗教學過程中，存在以下7方面的突出問題[4]。

（1）刑事案件具有不可逆性，無法真實再現案件的全部過程。（2）高危險的案件如爆炸案件、槍擊案件、縱火（火災）案件等難以通過實物進行模擬。（3）現代物證鑒定儀器設備尤其是研究級設備成本高昂，難以安排學生實際操作。（4）難以開展人體解剖、法醫尸體解剖檢驗等實物實驗。（5）現有的刑事案件現場實體模擬實驗模式，一是只能滿足部分類型刑事案件現場實驗教學的需要；二是即便耗費巨資建成大規模的實體模擬社區，同一類型的模擬現場依然難以滿足一個班學生同時實驗的需要，而分組實驗的結果必然縮短單組實驗的時間，影響實驗教學效果。（6）當前法醫工作信息化建設取得了迅猛發展，諸多法醫業務工作的信息化應用已經走在了教學單位的前面。（7）受常規技術設備和理念的局限，長期以來，在犯罪重建領域，無論是教學科研機構還是司法業務部門，缺乏能夠真正做到將與犯罪活動有關的現場勘查、檢驗鑒定、調查訪問、視頻監控等獲得的所有案件相關信息進行有效整合、分析、研判的平臺。

虛擬仿真實驗可以從根本上解決上述7方面的難題，是法醫學實驗教學質的飛躍，必將促進相關專業實驗、教學、科研乃至法醫業務工作的進一步發展，必將產生深遠的影響。

3 虛擬仿真技術在法醫實踐教學中應用的可行性

3.1 犯罪重建理論[5]的提出

犯罪重建理論源于奧地利法學家漢斯·格羅斯，他在1894年出版的《犯罪偵查：地方法官、警察和律師實務讀本》中提出這一理論。犯罪重建旨在確定犯罪實施過程中的相關行為和事件，為了得出具體重建結論，需要借助證人證言、犯罪嫌疑人供述、被害人陳述或者物證的檢驗和解釋結論。犯罪重建不僅要解決何時、何地、何時這些問題，還要解決何因和何故問題。這些檢驗工作必須使用科學的方法、邏輯和批判思維，對物證檢驗結果的含義進行準確解釋。

在犯罪重建過程中，重建人員需要在評估證據時考察特定證據在犯罪活動中扮演的角色，同時也需要考察該證據能夠證明犯罪事件的哪些情況。重建工作不僅需要考慮已經確證的事件，而且需要盡可能地確定相關事件發生的先后順序。犯罪現場是一個動態的場所，并不會保持不變。不同類型的物證，如血跡、手印、足跡、工具痕跡、槍彈痕跡、縱火痕跡和微量物證等，都是犯罪重建的前提和基礎。同時，每個類型的證據都必須與其他類型的證據協調一致。證據系統的每個部分都必須審慎地予以確立，不僅需要確保自身問題，還要將自身置于整體之中予以考慮。

3.2 大數據網絡平臺在虛擬仿真實驗中的應用

法醫學虛擬仿真實驗教學可以依托校園網絡，綜合利用虛擬實驗技術和網絡信息技術加強實驗教學。軟件系統采用3層（數據存儲層、中間業務層、前端展現層）設計架構，以大數據應用開發為設計核心，系統由多種類業務數據庫、多種類終端計算設備、采集設備及控制設備組成，通過局域網及互聯網進行數據交換，管理和控制各種軟件、硬件教學實驗設備。

4 法醫虛擬仿真實驗教學系統的基本研究內容

4.1 應用虛擬現實技術重建案件現場系統

重建各種類型案件的虛擬仿真現場，再現犯罪嫌疑人實施犯罪的過程，為學生提供一個直觀的、全方位、多角度分析研究案情的平臺，為制訂現場勘查方案提供思路。

4.2 建立虛擬仿真現場勘查系統

通過輸入設備實現人機對話，設計不同案件、場景、條件下的虛擬仿真案件現場，使學生完成對各種類型案件的現場勘查、采樣、包裝等實踐，體會到實戰的真實感覺。

4.3 建立虛擬仿真物證分析鑒定系統

物證分析鑒定的結論可為案件定性提供科學證據，而各種物證分析需要在一定的實驗條件下，經過測定運算來完成。通過物證鑒定虛擬仿真實踐教學軟件，讓學生在虛擬仿真物證分析鑒定系統中，多次、反復模擬學習各種常見物證的分析鑒定技術，從而理解各種常見物證分析鑒定方法的要點，掌握分析鑒定基本技能。

5 法醫虛擬仿真實踐教學改革的預期效果

在理論授課和實驗之間增加網上虛擬實驗教學，完善實踐教學環節，設計自主實驗和創新實驗，提升學生學習興趣與實踐能力。

5.1 突破高校傳統實驗教學模式

高校傳統實驗教學中，實驗室建設費用高昂，開展過程受時間、空間、人力的限制，導致實驗教學目標常常難以實現。面對實驗教學所面臨的問題，在虛擬仿真實驗教學環節，把仿真實驗平臺以及具有多種輔助教學功能的虛擬實驗教學系統向在校學生開放，形成課堂理論教學、虛擬實驗教學和實驗室實驗相結合的教學模式。教師可以利用系統安排理論基礎測試、虛擬實驗，監控和輔導學生學習過程，評價實驗成績。

5.2 極大地提高課堂教學效率

實驗教學是現代遠程教育的薄弱環節。為解決法醫學實驗教學所面臨的問題，基于網絡課程資源和虛擬仿真實驗教學系統，遵循現代遠程教育規律，開展相關課程體系建設。在實驗教學中設計了兩種模式：一是最優化實驗模式。首先通過基礎虛擬仿真實驗，深化學生對相關專業課程基礎理論知識的理解，熟練掌握基本專業技能；然后通過綜合型虛擬仿真實驗，培養學生綜合實踐技能，逐步訓練其專業邏輯思維的分析、研判能力；最后借助法學教育優勢，強化學生對刑事訴訟程序和刑事證據規則的理解與認識。二是分組對抗式創新性實驗模式。多人在相同時段完成同類典型案例實驗，既訓練學生不同專業技能及對各類信息的整合、分析、研判能力，又訓練學生分工合作、組織協調的團隊意識和能力。

5.3 培養學生綜合設計和創新能力

除滿足課堂教學展示和驗證性實驗操作訓練外，利用科研項目及成果開設了有特色的自主實驗和創新實驗，讓學生在課余時間利用虛擬實驗教學系統進行實驗，滿足課程設計和畢業設計中仿真實驗的要求，開闊學生視野，完善知識結構，培養綜合設計和創新能力。

虛擬仿真實驗生動形象，極大地激發了學生學習興趣，培養和鍛煉了創造力，克服了傳統教學模式無法解決的困難，推進了法醫學專業課程建設和教學手段改革。虛擬仿真教學改革符合當今法醫學專業發展的方向，有巨大的發展潛力和廣闊的應用前景[6]。