法醫(yī)毒理學(xué)課程教學(xué)中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

羅承良，王祖峰，王濤，顧芝亞，張明陽，陶陸陽

（蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部法醫(yī)學(xué)系，江蘇蘇州 215123）

隨著我國法制建設(shè)的不斷完善和法律知識的不斷普及，老百姓對司法公平公正有了更高的期待和要求。法醫(yī)學(xué)司法鑒定對司法公正產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，其科學(xué)性、 公正性關(guān)系到社會穩(wěn)定，是依法治國的基礎(chǔ)。近年來，由于社會鑒定機(jī)構(gòu)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致法醫(yī)學(xué)專業(yè)人才缺乏，許多臨床醫(yī)生轉(zhuǎn)崗進(jìn)入了司法鑒定行業(yè)，但由于未經(jīng)過系統(tǒng)的法醫(yī)學(xué)專業(yè)訓(xùn)練，給司法鑒定的科學(xué)性和公正性帶來了挑戰(zhàn)，每年涉及法醫(yī)司法鑒定的上訴案件占到了整個(gè)上訴案件的70%以上。因此，法醫(yī)專業(yè)人才的培養(yǎng)已經(jīng)上升為國家“依法治國”戰(zhàn)略層面。

目前，我國法醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)體系還集中在培養(yǎng)傳統(tǒng)的應(yīng)用型人才層面，由于受到實(shí)驗(yàn)條件和課程時(shí)間上的限制，對學(xué)生的創(chuàng)新性培養(yǎng)還停留在教材上。教育部強(qiáng)調(diào)高校要打造虛擬仿真一流課程“金課”，提高互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高等教育中的應(yīng)用，自2013年開始啟動了國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作[1]。這為法醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的建立及法醫(yī)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的有效開展提供了契機(jī)，也為法醫(yī)學(xué)本科教學(xué)改革以及全面提升法醫(yī)學(xué)本科教學(xué)水平與教學(xué)質(zhì)量提供了新的思路[2]。2020年10月，教育部公示了國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程327 門，包含法醫(yī)學(xué)5 門，其中包括蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部法醫(yī)學(xué)系承擔(dān)的顱腦損傷法醫(yī)學(xué)鑒定國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程。本單位以此為契機(jī)，立足專業(yè)核心課程，圍繞“法醫(yī)毒理學(xué)”中重要及常見毒物中毒問題，還設(shè)計(jì)了法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。選擇具有代表性的毒物，建設(shè)現(xiàn)實(shí)無法開展的項(xiàng)目，構(gòu)建“法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練平臺”，圍繞培養(yǎng)具有理論扎實(shí)、實(shí)踐過硬、具備創(chuàng)新思維和能力的法醫(yī)學(xué)專業(yè)人才這一目的，系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生對法醫(yī)學(xué)鑒定過程的理解和知識掌握，使學(xué)生通過訓(xùn)練能夠勝任常規(guī)毒物的鑒定工作，并具備一定的科研和創(chuàng)新能力。

1 虛擬仿真技術(shù)概述

虛擬仿真（Virtual Reality,VR），也叫仿真（simulation）技術(shù)，或稱模擬技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建的一種可體驗(yàn)到身臨其境，并獲得與環(huán)境交互體驗(yàn)的虛擬世界（Virtual World）。因其具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）、構(gòu)想性（imagination）、多感知性和自主性的特點(diǎn)，可使人沉浸其中，已在娛樂、藝術(shù)、教育與工業(yè)等方面得到了很好的運(yùn)用，并廣泛應(yīng)用于職業(yè)技能培訓(xùn)中[3]。而虛擬仿真在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也發(fā)揮著越來越重要的作用，近年來，醫(yī)學(xué)類虛擬仿真教學(xué)資源相對匱乏、缺少共享，促使今后有必要進(jìn)一步完善高質(zhì)量的資源庫，將形態(tài)學(xué)、機(jī)能學(xué)等基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及虛擬醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的聯(lián)合建設(shè)與資源共享[4]。

2 法醫(yī)毒理學(xué)及其傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

法醫(yī)毒理學(xué)是一門主要應(yīng)用毒理學(xué)及有關(guān)學(xué)科的理論和技術(shù)，研究與法律有關(guān)的自殺、他殺、意外或?yàn)?zāi)害事故引起中毒的學(xué)科。有時(shí)也涉及藥品濫用、環(huán)境污染、 醫(yī)源性藥物及食物中毒等個(gè)體或群體人身傷害。其主要研究的內(nèi)容包括：法醫(yī)常見毒物的性狀、中毒原因、毒理作用、中毒量和致死量、中毒血濃度和致死血濃度、中毒性病變，毒物檢測檢材采取、保存、送檢，中毒或中毒死亡的法醫(yī)學(xué)鑒定。

隨著社會的發(fā)展，人們的犯罪手法也逐漸改變，比如古代人們投毒一般選用砒霜、水銀等，其中毒癥狀明顯，宋慈編著的《洗冤集錄》有這樣的記載：“男子骨白，婦人骨黑。婦人生骨出血如河水，故骨黑。生前中毒，而遍身作青黑，多日皮肉尚可，亦作黑色，若經(jīng)久，皮肉腐爛見骨，其骨黑。死后將毒藥放在口內(nèi)假做中毒，皮肉與骨只作黃白色”。而在現(xiàn)代中毒案件中，人們選擇的毒物則更難以檢測，癥狀不典型，易于與疾病相混淆，這就使法醫(yī)的鑒別工作更加困難。因此將法醫(yī)毒理學(xué)作為一門獨(dú)立學(xué)科，研究法醫(yī)常見毒物的性狀、毒理作用、中毒量等十分重要。但是在一起案件中，并不是單獨(dú)運(yùn)用某種分支學(xué)科的理論和技術(shù)，而是各學(xué)科之間相互協(xié)助才能正確地勘察檢驗(yàn)以及做出鑒定。以一起投毒案為例，被害人死后尸體檢驗(yàn)確定其死因?yàn)槎谆鶃喯醢分卸局录毙灾匦透窝滓鸺毙愿喂δ芩ソ撸^發(fā)多器官功能衰竭死亡。而研究法律相關(guān)的傷殘病死及死后發(fā)展規(guī)律是法醫(yī)病理學(xué)的研究內(nèi)容，通過對被害人死后的尸體檢驗(yàn)確定其直接死因?yàn)槎嗥鞴俟δ芩ソ撸驹騽t是二甲基亞硝胺中毒，也就是犯罪嫌疑人投毒致人死亡的直接證據(jù)。在檢驗(yàn)過程中，離不開毒物的分析提取，也就是法醫(yī)毒物分析的內(nèi)容，選取檢材，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臋z測方法分離及分析毒物，然后運(yùn)用毒理學(xué)的相關(guān)知識，最終確定毒物。

傳統(tǒng)的法醫(yī)毒理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在著教學(xué)實(shí)驗(yàn)更新慢、內(nèi)容陳舊、劇毒物質(zhì)中毒的動物實(shí)驗(yàn)存在風(fēng)險(xiǎn)難以提供給學(xué)生使用、 尸體解剖資源緊缺以及大型儀器設(shè)備昂貴難以讓所有學(xué)生參與等難題，嚴(yán)重制約了學(xué)生實(shí)踐動手和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以及法醫(yī)學(xué)專業(yè)本科教學(xué)水平的提高。此外，由于受客觀條件限制，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的許多環(huán)節(jié)，難以在實(shí)際教學(xué)中展示，更難以進(jìn)行實(shí)際操作，制約了法醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)效率，學(xué)生往往畢業(yè)后很長時(shí)間才能勝任相關(guān)鑒定工作[1]。因此，將虛擬仿真技術(shù)引入法醫(yī)毒理學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，將有助于解決這些難題。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目在法醫(yī)毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的設(shè)計(jì)與運(yùn)用

《法醫(yī)毒理學(xué)》 作為法醫(yī)學(xué)專業(yè)主干學(xué)科之一，處于司法鑒定前沿地位，為法醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生的重要專業(yè)課。引入毒理學(xué)、法醫(yī)病理學(xué)、毒物分析等手段可以引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)理念和思維來分析和解決法醫(yī)學(xué)實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。法醫(yī)毒理學(xué)案例具有稀缺性的特點(diǎn)，特別是典型案例則更為稀少。用實(shí)際案例或模擬中毒現(xiàn)場的方式來訓(xùn)練學(xué)生的動手能力等方式難度大，且難以推廣。通過開展法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，有助于學(xué)生理解和掌握理論課所學(xué)習(xí)的常見毒物中毒的急性中毒癥狀，掌握中毒死亡后檢材的提取要點(diǎn)，避免實(shí)驗(yàn)過程造成的危險(xiǎn)。

3.1 法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有專業(yè)《法醫(yī)毒理學(xué)》理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，推動和實(shí)現(xiàn)目前無法實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新性教學(xué)需要，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路如下。

（1）共享教學(xué)資源，將《法醫(yī)毒理學(xué)》與《法醫(yī)毒物分析》常見毒物中毒的融合（如酒精中毒、有機(jī)磷農(nóng)藥中毒等），達(dá)到一套實(shí)驗(yàn)體系多種用途，提高效率節(jié)省了實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間。

（2）涵蓋毒物中毒鑒定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)“規(guī)范與流程、案情調(diào)查、尸體檢驗(yàn)、常規(guī)毒物篩查、毒物分析”5個(gè)模塊。

以常見的有機(jī)磷農(nóng)藥的急性中毒實(shí)驗(yàn)為例，通過虛擬平臺中的有機(jī)磷農(nóng)藥急性中毒的動物實(shí)驗(yàn)和相關(guān)案例資料，學(xué)習(xí)有機(jī)磷農(nóng)藥急性中毒機(jī)制、癥狀、病理變化，通過敵敵畏的急性染毒實(shí)驗(yàn)，熟悉有機(jī)磷農(nóng)藥的急性中毒癥狀。然后對急性染毒實(shí)驗(yàn)中的動物尸體進(jìn)行解剖檢驗(yàn)，掌握有機(jī)磷農(nóng)藥的提取凈化和檢驗(yàn)方法及鑒別診斷。

（3）基礎(chǔ)與前沿相結(jié)合。

將法醫(yī)毒理的難點(diǎn)問題與國際前沿相結(jié)合，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。除上述開展常見毒物毒理學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)外，還可開展法醫(yī)毒理學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)訓(xùn)練，通過虛擬平臺在案例學(xué)習(xí)過程中了解常見毒物中毒的病理變化，使學(xué)生對毒物作用的靶器官病理學(xué)改變及死因分析有更好的理解，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力。

（4）理論與實(shí)踐相結(jié)合。

將實(shí)際案例融入實(shí)驗(yàn)，通過循證思維設(shè)計(jì)了虛擬仿真場景，并在關(guān)鍵的法醫(yī)學(xué)診斷、分析說明及鑒定結(jié)論部分設(shè)置了師生互動環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的完美結(jié)合，使學(xué)生設(shè)身處地開展實(shí)訓(xùn)。適合開展法醫(yī)毒理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的常見毒物毒理學(xué)檢測分析，包括：士的寧、嗎啡、甲基苯丙胺、有機(jī)磷農(nóng)藥、氰化物、CO 和亞硫酸鹽等的急性中毒實(shí)驗(yàn)。通過開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可避免學(xué)生接觸高毒農(nóng)藥所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺構(gòu)建

蘇州大學(xué)法醫(yī)學(xué)科綜合訓(xùn)練平臺，從新形勢下國家培養(yǎng)創(chuàng)新型法醫(yī)學(xué)人才的戰(zhàn)略定位、 學(xué)科特色和行業(yè)需求出發(fā)，采用線上虛擬交互與線下綜合實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)方法，圍繞培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提升科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生專業(yè)知識和操作技能的融會貫通，構(gòu)建了法醫(yī)學(xué)綜合訓(xùn)練模式和新型學(xué)習(xí)體系，為提升創(chuàng)新性思維、 科研技能和法醫(yī)學(xué)鑒定實(shí)務(wù)能力奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)知識所遵循的循序漸進(jìn)的規(guī)律，圍繞知識點(diǎn)展開一系列由簡單到復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)的概念序列，供學(xué)生進(jìn)階式學(xué)習(xí)，在學(xué)生回答問題后再進(jìn)入下一個(gè)知識點(diǎn)學(xué)習(xí)。當(dāng)通關(guān)學(xué)習(xí)了每個(gè)知識點(diǎn)后，逐級進(jìn)入該項(xiàng)目所設(shè)置的實(shí)際案例進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，以鞏固學(xué)生對知識的掌握，并檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。建立虛實(shí)結(jié)合、 虛實(shí)互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)訓(xùn)練模式和訓(xùn)練平臺，營造多元化的教學(xué)環(huán)境，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在網(wǎng)上開設(shè)開放實(shí)驗(yàn)或選修課程等多種形式[4]，以案例教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)互動的先進(jìn)教學(xué)手段，并與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)兩段式教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂的效果[5]，既可以用于培養(yǎng)法醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生，還能滿足法醫(yī)學(xué)專業(yè)以外各層次學(xué)生的求知需求，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力； 除了能夠更好地提升法醫(yī)學(xué)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)外，也將為培養(yǎng)綜合素質(zhì)強(qiáng)的大學(xué)生創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。

3.3 法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺的應(yīng)用

以酒精中毒鑒定中的案例分析為例，首先學(xué)生需要對所涉及法醫(yī)毒理、 法醫(yī)毒物分析及法醫(yī)病理學(xué)學(xué)科中與酒精中毒相關(guān)的基本概念、 基本知識和基本技能有所了解，進(jìn)入考核學(xué)習(xí)模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)，通關(guān)后進(jìn)入案例信息模塊，該模塊包括案情信息、病歷資料、尸體檢驗(yàn)資料、毒物檢查與分析、動物中毒實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完成以上內(nèi)容學(xué)習(xí)后進(jìn)入到法醫(yī)學(xué)實(shí)踐模塊，包括案情調(diào)查、法醫(yī)尸體檢驗(yàn)、毒物分析等內(nèi)容。相應(yīng)模塊完成后，根據(jù)學(xué)時(shí)設(shè)置可單獨(dú)完成鑒定報(bào)告，也可以聯(lián)合完成鑒定報(bào)告。鑒定報(bào)告提交后進(jìn)行考核點(diǎn)評價(jià)，每個(gè)考核點(diǎn)進(jìn)行分值加權(quán)，最終按照百分制形式評價(jià)報(bào)告（滿分100 分，80 分以上為合格），學(xué)生還可以多次學(xué)習(xí)，不斷鞏固，以最佳成績作為最終的考核指標(biāo)之一。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺打破了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)空限制，將實(shí)際案例以形象的動畫形式直觀地展示出來，能有效提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。此外，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到日常生活中難以碰到的實(shí)際案例，降低開展劇毒物動物實(shí)驗(yàn)所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

4 法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前景

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)交互、人工智能等技術(shù)日新月異，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托這些新技術(shù)，通過構(gòu)建高度仿真的實(shí)驗(yàn)對象與虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生除了開展現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，還可以在虛擬仿真環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果和目標(biāo)[6]。在法醫(yī)學(xué)江蘇省一流學(xué)科建設(shè)點(diǎn)、 江蘇省優(yōu)勢學(xué)科項(xiàng)目與蘇州市科技局項(xiàng)目“司法鑒定公共服務(wù)平臺”的資助下，蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部法醫(yī)學(xué)系構(gòu)建了法醫(yī)形態(tài)學(xué)、 法醫(yī)行為與功能學(xué)、法醫(yī)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室及平臺立足法醫(yī)學(xué)專業(yè)核心課程，圍繞司法鑒定實(shí)踐關(guān)鍵環(huán)節(jié)，選擇中毒相關(guān)代表性實(shí)際案例，以實(shí)踐和虛擬相結(jié)合的方式，系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生對法醫(yī)鑒定實(shí)踐的理解和知識掌握。內(nèi)容包括法醫(yī)現(xiàn)場勘查虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、法醫(yī)病理學(xué)虛擬解剖實(shí)驗(yàn)、法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、法醫(yī)臨床學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與法醫(yī)物證學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等。未來法醫(yī)學(xué)毒理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)將針對具體的實(shí)際案例，整合法醫(yī)學(xué)相關(guān)的學(xué)科知識體系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)法醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)。