虛擬仿真技術(shù)在法醫(yī)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

洪 亮，李懷斌，葉明全，余結(jié)根，張業(yè)睿

（皖南醫(yī)學(xué)院，安徽 蕪湖 241002）

虛擬仿真技術(shù)又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，起源于20世紀(jì)60年代，并在20世紀(jì)90年代有了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)的普及與性能的提高，虛擬仿真技術(shù)得到了廣泛認(rèn)可，與多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教育共同被看作是教育領(lǐng)域的三大創(chuàng)新技術(shù)[1]。

1 虛擬仿真教學(xué)發(fā)展的背景與意義

2013年，教育部重點(diǎn)推廣虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革，《關(guān)于開展國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》（教高司函[2013]94號(hào)）指出，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物[2]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作堅(jiān)持“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”的指導(dǎo)思想，以全面提高高校學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為宗旨，以共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為核心，以建設(shè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為重點(diǎn)，分年度建設(shè)一批具有示范、引領(lǐng)作用的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，持續(xù)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化建設(shè)，推動(dòng)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是通過高速計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建的一種令人感到身臨其境、可以獲得與環(huán)境交互體驗(yàn)的虛擬世界[3]。將計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字化信息變?yōu)槿藗兯芨惺艿木哂懈鞣N表現(xiàn)形式的多維信息，通過視覺、聽覺、觸覺等作用于使用者，對(duì)使用者的控制行為做出動(dòng)態(tài)的交互反應(yīng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸性、交互性、構(gòu)想性、多感知性和自主性特征，已廣泛應(yīng)用于職業(yè)技能培訓(xùn)中，并取得了很好的訓(xùn)練效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能，在涉及高危或極端的環(huán)境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況時(shí)，提供可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2 虛擬仿真技術(shù)在法醫(yī)實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的必要性

法醫(yī)學(xué)是應(yīng)用臨床醫(yī)學(xué)、生物信息學(xué)、藥學(xué)和其他自然科學(xué)理論與技能解決法律問題的循證醫(yī)學(xué)，用于偵查犯罪和審理民事或刑事案件提供科學(xué)證據(jù)。法醫(yī)學(xué)是應(yīng)用型學(xué)科，但在長期實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)再現(xiàn)案件的全部過程。（2）高危險(xiǎn)的案件如爆炸案件、槍擊案件、縱火（火災(zāi)）案件等難以通過實(shí)物進(jìn)行模擬。（3）現(xiàn)代物證鑒定儀器設(shè)備尤其是研究級(jí)設(shè)備成本高昂，難以安排學(xué)生實(shí)際操作。（4）難以開展人體解剖、法醫(yī)尸體解剖檢驗(yàn)等實(shí)物實(shí)驗(yàn)。（5）現(xiàn)有的刑事案件現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑皇侵荒軡M足部分類型刑事案件現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要；二是即便耗費(fèi)巨資建成大規(guī)模的實(shí)體模擬社區(qū)，同一類型的模擬現(xiàn)場(chǎng)依然難以滿足一個(gè)班學(xué)生同時(shí)實(shí)驗(yàn)的需要，而分組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果必然縮短單組實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。（6）當(dāng)前法醫(yī)工作信息化建設(shè)取得了迅猛發(fā)展，諸多法醫(yī)業(yè)務(wù)工作的信息化應(yīng)用已經(jīng)走在了教學(xué)單位的前面。（7）受常規(guī)技術(shù)設(shè)備和理念的局限，長期以來，在犯罪重建領(lǐng)域，無論是教學(xué)科研機(jī)構(gòu)還是司法業(yè)務(wù)部門，缺乏能夠真正做到將與犯罪活動(dòng)有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)勘查、檢驗(yàn)鑒定、調(diào)查訪問、視頻監(jiān)控等獲得的所有案件相關(guān)信息進(jìn)行有效整合、分析、研判的平臺(tái)。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以從根本上解決上述7方面的難題，是法醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)的飛躍，必將促進(jìn)相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)、教學(xué)、科研乃至法醫(yī)業(yè)務(wù)工作的進(jìn)一步發(fā)展，必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

3 虛擬仿真技術(shù)在法醫(yī)實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)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(xué)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(shí)務(wù)讀本》中提出這一理論。犯罪重建旨在確定犯罪實(shí)施過程中的相關(guān)行為和事件，為了得出具體重建結(jié)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(yàn)和解釋結(jié)論。犯罪重建不僅要解決何時(shí)、何地、何時(shí)這些問題，還要解決何因和何故問題。這些檢驗(yàn)工作必須使用科學(xué)的方法、邏輯和批判思維，對(duì)物證檢驗(yàn)結(jié)果的含義進(jìn)行準(zhǔn)確解釋。

在犯罪重建過程中，重建人員需要在評(píng)估證據(jù)時(shí)考察特定證據(jù)在犯罪活動(dòng)中扮演的角色，同時(shí)也需要考察該證據(jù)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(jīng)確證的事件，而且需要盡可能地確定相關(guān)事件發(fā)生的先后順序。犯罪現(xiàn)場(chǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的場(chǎng)所，并不會(huì)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(chǔ)。同時(shí)，每個(gè)類型的證據(jù)都必須與其他類型的證據(jù)協(xié)調(diào)一致。證據(jù)系統(tǒng)的每個(gè)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(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

法醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以依托校園網(wǎng)絡(luò)，綜合利用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。軟件系統(tǒng)采用3層（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、中間業(yè)務(wù)層、前端展現(xiàn)層）設(shè)計(jì)架構(gòu)，以大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)為設(shè)計(jì)核心，系統(tǒng)由多種類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、多種類終端計(jì)算設(shè)備、采集設(shè)備及控制設(shè)備組成，通過局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，管理和控制各種軟件、硬件教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

4 法醫(yī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的基本研究內(nèi)容

4.1 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重建案件現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)

重建各種類型案件的虛擬仿真現(xiàn)場(chǎng)，再現(xiàn)犯罪嫌疑人實(shí)施犯罪的過程，為學(xué)生提供一個(gè)直觀的、全方位、多角度分析研究案情的平臺(tái)，為制訂現(xiàn)場(chǎng)勘查方案提供思路。

4.2 建立虛擬仿真現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)

通過輸入設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，設(shè)計(jì)不同案件、場(chǎng)景、條件下的虛擬仿真案件現(xiàn)場(chǎng)，使學(xué)生完成對(duì)各種類型案件的現(xiàn)場(chǎng)勘查、采樣、包裝等實(shí)踐，體會(huì)到實(shí)戰(zhàn)的真實(shí)感覺。

4.3 建立虛擬仿真物證分析鑒定系統(tǒng)

物證分析鑒定的結(jié)論可為案件定性提供科學(xué)證據(jù)，而各種物證分析需要在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)過測(cè)定運(yùn)算來完成。通過物證鑒定虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)軟件，讓學(xué)生在虛擬仿真物證分析鑒定系統(tǒng)中，多次、反復(fù)模擬學(xué)習(xí)各種常見物證的分析鑒定技術(shù)，從而理解各種常見物證分析鑒定方法的要點(diǎn)，掌握分析鑒定基本技能。

5 法醫(yī)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)改革的預(yù)期效果

在理論授課和實(shí)驗(yàn)之間增加網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，完善實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)自主實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與實(shí)踐能力。

5.1 突破高校傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

高校傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)費(fèi)用高昂，開展過程受時(shí)間、空間、人力的限制，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)常常難以實(shí)現(xiàn)。面對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的問題，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，把仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及具有多種輔助教學(xué)功能的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)向在校學(xué)生開放，形成課堂理論教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式。教師可以利用系統(tǒng)安排理論基礎(chǔ)測(cè)試、虛擬實(shí)驗(yàn)，監(jiān)控和輔導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)過程，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)成績。

5.2 極大地提高課堂教學(xué)效率

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的薄弱環(huán)節(jié)。為解決法醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的問題，基于網(wǎng)絡(luò)課程資源和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，遵循現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育規(guī)律，開展相關(guān)課程體系建設(shè)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)計(jì)了兩種模式：一是最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。首先通過基礎(chǔ)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，深化學(xué)生對(duì)相關(guān)專業(yè)課程基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，熟練掌握基本專業(yè)技能；然后通過綜合型虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐技能，逐步訓(xùn)練其專業(yè)邏輯思維的分析、研判能力；最后借助法學(xué)教育優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)刑事訴訟程序和刑事證據(jù)規(guī)則的理解與認(rèn)識(shí)。二是分組對(duì)抗式創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健６嗳嗽谙嗤瑫r(shí)段完成同類典型案例實(shí)驗(yàn)，既訓(xùn)練學(xué)生不同專業(yè)技能及對(duì)各類信息的整合、分析、研判能力，又訓(xùn)練學(xué)生分工合作、組織協(xié)調(diào)的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和能力。

5.3 培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力

除滿足課堂教學(xué)展示和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練外，利用科研項(xiàng)目及成果開設(shè)了有特色的自主實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在課余時(shí)間利用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，滿足課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中仿真實(shí)驗(yàn)的要求，開闊學(xué)生視野，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)生動(dòng)形象，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)和鍛煉了創(chuàng)造力，克服了傳統(tǒng)教學(xué)模式無法解決的困難，推進(jìn)了法醫(yī)學(xué)專業(yè)課程建設(shè)和教學(xué)手段改革。虛擬仿真教學(xué)改革符合當(dāng)今法醫(yī)學(xué)專業(yè)發(fā)展的方向，有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景[6]。