法醫毒物分析虛擬仿真實驗平臺的構建

李鼎 毛征生 陳峰

[摘 要] 法醫毒物分析學科是以現代大型儀器分析技術為基礎，對毒物進行定性定量分析，在教學實踐中高度依賴以大型儀器分析為基礎的實驗教學。實驗教學是法醫毒物分析課程的重要組成部分，同時也是學生掌握從事法醫毒物分析技能的最有效方法之一，為將來從事工作打好必要的基礎。從法醫毒物分析虛擬仿真教學背景、平臺構建和平臺應用方面出發，論述了法醫毒物分析虛擬仿真平臺的構建方法和應用前景，為新冠疫情背景下開展線上實驗教學提供理論依據。

[關鍵詞] 法醫毒物分析;虛擬仿真;實驗教學

[基金項目] 2019年度南京醫科大學教育研究課題“基于命案現場勘驗虛擬仿真項目的法醫勝任能力培養研究”（2019LX009）

[作者簡介] 李 鼎（1984—），男，江蘇南京人，碩士，南京醫科大學實驗師，主要從事法醫病理技術研究;毛征生（1987—），男，浙江溫州人，博士，南京醫科大學講師，主要從事法醫毒物分析研究;陳 峰（1982—），男，河南商丘人，博士，南京醫科大學教授（通信作者），主要從事法醫學研究。

[中圖分類號] G642 ? [文獻標識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）29-0057-04 ? ?[收稿日期] 2021-03-26

法醫毒物分析是以現代大型儀器分析技術為基礎，以能損害生命正常活動的毒物為對象并對其進行定性和定量判定，從而服務于國家法制建設的一門應用性學科[1]。法醫毒物分析學科不同于其他學科，在教學實踐中高度依賴以大型儀器分析為基礎的實驗教學。

2020年突如其來的新型冠狀病毒疫情對正常的生產和生活秩序造成了重大影響，對教學工作的開展也產生了深遠的影響[ 2，3 ]。疫情期間，線上教學成為唯一教學方式，給高校廣大師生提出了巨大的挑戰。相比于理論教學，實驗教學工作更難以開展。目前我國作為全球疫情防控最好的國家之一，已經具備了線下實驗教學工作的開展條件。然而，疫情在全球范圍內尚未結束，散發的疫情以及其他可能突發的公共衛生安全事件仍然會影響實驗教學的開展。為了應對各種無法正常開展法醫毒物分析實驗教學的情況，探討并建立有效的線上實驗教學方法迫在眉睫[ 4，5 ]。

虛擬仿真實驗是利用網絡技術開發的最富真實感的模擬實驗，可直接在電腦上在線模擬操作，具有高度的還原性和靈活性。早在2013年，教育部就已經發布了《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），截至目前，全國已建設有300多個國家級虛擬仿真實驗教學中心[ 6，7 ]。由于虛擬仿真實驗的開展只需在有網絡的條件下就能進行，不受教學場所和時間的影響，完全可以彌補無法在線下實驗教學的不足。因此，建立法醫毒物分析虛擬仿真技術平臺，可以為開展線上法醫毒物分析實驗教學提供切實可行的方法。

一、法醫毒物分析虛擬仿真平臺構建模式的選擇

虛擬仿真技術已經開始在各個行業中應用，其效果也是非常顯著的，對于虛擬仿真技術而言，其在構建虛擬仿真平臺的時候有兩個模式可以進行選擇，一種是“C/S架構”，另一種是“B/S架構”。其中“C/S架構”以客戶端和服務器的結構為基礎，建立的虛擬仿真系統，可以借助兩端硬件的優勢，將任務進行合理的分配，此架構方式一般需要選擇適當的數據庫平臺才能幫助數據庫實現真正的統一，C/S結構的最大優勢是其應用服務器上面的運行數據所承載的負荷不大，而且C/S結構在數據存儲方面，其管理功能是較為透明化的，但是C/S結構的客戶端需要安裝相應的應用程度才可以正常運行。而“B/S架構”是以瀏覽器和服務器為基礎來開展構建，建立起的虛擬仿真系統，B/S結構屬于一種網絡模式，將系統的核心部分都集中到了服務器上面，使系統的開發和應用得到了很大程度上的簡化。客戶只需要安裝一個瀏覽器就可以實現數據同步交換。B/S最大的優勢就是不用安裝任何軟件，只需要提供一臺連接網絡的電腦，就可以完成操作，同時B/S還具有交互性，具有對局部進行實時刷新的功能。通過對二者進行對比分析，“B/S架構”相對來說更加具有優勢，當前的虛擬仿真平臺中也多采用此種技術，由此可見構建法醫毒物分析的虛擬仿真平臺應該選擇“B/S架構”更為合適。

二、法醫毒物分析虛擬仿真實驗平臺構建

“法醫毒物分析”虛擬仿真實驗平臺主要由兩大模塊組成，包括教師模塊和學生模塊。教師模塊主要由權限管理模塊、統計分析模塊和實驗指導模塊，學生模塊包括樣品處理模塊、儀器操作模塊以及數據處理模塊，如圖1所示。

（一）教師模塊

1.權限管理模塊。該模塊主要是定義具體虛擬仿真實驗教學場景中不同角色的權限，主要是設定教師和學生的權限。教師作為實驗教學的課程負責人，具有實驗設計、發布實驗、實驗指導和批改報告等權限。學生通過學號登錄課堂，具有樣品處理、儀器操作和數據處理權限，最后完成教師發布的虛擬仿真實驗并提交實驗報告。

2.統計分析模塊。這一模塊主要是實時動態記錄學生的實驗操作軌跡，通過路徑圖、雷達圖和列表等多種形式全方位反饋學生實驗操作的詳細環節。對學生實驗技能掌握的熟練程度進行統計分析，學生普遍難以掌握或出錯率高的環節，通過實驗操作步驟拆分和重點提示等方法進一步優化平臺模塊。

3.實驗指導模塊。這一模塊主要是模擬實際實驗教學場景，教師在線實時觀察學生實驗進展。發現學生實驗操作步驟中可能存在重大偏差時，及時給予指導。學生在實驗操作過程中如果遇到自己無法解決的困難，可以通過實驗指導模塊向教師提問。另外，實驗指導模塊還可以依情況增加討論區，學生可以在討論區交流實驗中遇到的問題。

（二）學生模塊

1.樣品處理模塊。樣品處理包括體外樣品和體內樣品處理，是法醫毒物分析檢測工作的首要任務。體外樣品主要包括可疑固體、液體和氣體，樣品處理方法主要包括溶解、液液萃取和頂空進樣等方式。體內樣品主要包括血液、尿液和組織樣品，樣品處理方法主要包括蛋白沉淀、液液萃取和固相微萃取等方法。樣品處理模塊主要是對特定毒物分析實驗對象進行虛擬仿真建模，學生通過人機交互的虛擬操作進行方法選擇和樣品處理操作學習，使學生熟悉并掌握法醫毒物分析實際工作相關的樣品處理方法。