法醫(yī)毒理學(xué)課程教學(xué)中虛擬仿真實驗項目的設(shè)計與應(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，由于受到實驗條件和課程時間上的限制，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驗教學(xué)中心建設(shè)工作[1]。這為法醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗平臺的建立及法醫(yī)學(xué)專業(yè)實驗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驗教學(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驗教學(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)計了法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)項目。選擇具有代表性的毒物，建設(shè)現(xiàn)實無法開展的項目，構(gòu)建“法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實驗訓(xùn)練平臺”，圍繞培養(yǎng)具有理論扎實、實踐過硬、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)，通過計算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建的一種可體驗到身臨其境，并獲得與環(huán)境交互體驗的虛擬世界（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)實驗教學(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)實驗室建設(shè)及虛擬醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)項目的聯(lián)合建設(shè)與資源共享[4]。

2 法醫(yī)毒理學(xué)及其傳統(tǒng)實驗教學(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、意外或災(zāi)害事故引起中毒的學(xué)科。有時也涉及藥品濫用、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以及做出鑒定。以一起投毒案為例，被害人死后尸體檢驗確定其死因為二甲基亞硝胺中毒致急性重型肝炎引起急性肝功能衰竭，繼發(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確定其直接死因為多器官功能衰竭，而根本原因則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)毒理實驗教學(xué)模式存在著教學(xué)實驗更新慢、內(nèi)容陳舊、劇毒物質(zhì)中毒的動物實驗存在風(fēng)險難以提供給學(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，實驗教學(xué)中的許多環(huán)節(jié)，難以在實際教學(xué)中展示，更難以進(jìn)行實際操作，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)的實驗教學(xué)領(lǐng)域，將有助于解決這些難題。

3 虛擬仿真實驗教學(xué)項目在法醫(yī)毒理學(xué)實驗教學(xué)中的設(shè)計與運(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)虛擬仿真實驗教學(xué)項目，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)，避免實驗過程造成的危險。

3.1 法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)項目的設(shè)計思路

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有專業(yè)《法醫(yī)毒理學(xué)》理論教學(xué)和實驗教學(xué)的不足，推動和實現(xiàn)目前無法實現(xiàn)的創(chuàng)新性教學(xué)需要，該項目設(shè)計思路如下。

（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)到一套實驗體系多種用途，提高效率節(jié)省了實驗教學(xué)時間。

（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、常規(guī)毒物篩查、毒物分析”5個模塊。

以常見的有機(jī)磷農(nóng)藥的急性中毒實驗為例，通過虛擬平臺中的有機(jī)磷農(nóng)藥急性中毒的動物實驗和相關(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驗，熟悉有機(jī)磷農(nóng)藥的急性中毒癥狀。然后對急性染毒實驗中的動物尸體進(jìn)行解剖檢驗，掌握有機(jī)磷農(nóng)藥的提取凈化和檢驗方法及鑒別診斷。

（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)的虛擬仿真實驗外，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）理論與實踐相結(jié)合。

將實際案例融入實驗，通過循證思維設(shè)計了虛擬仿真場景，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)，實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂與虛擬仿真實驗的完美結(jié)合，使學(xué)生設(shè)身處地開展實訓(xùn)。適合開展法醫(yī)毒理虛擬仿真實驗教學(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驗。通過開展虛擬仿真實驗，可避免學(xué)生接觸高毒農(nóng)藥所帶來的風(fēng)險。

3.2 法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實驗教學(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)入下一個知識點(diǎn)學(xué)習(xí)。當(dāng)通關(guān)學(xué)習(xí)了每個知識點(diǎn)后，逐級進(jìn)入該項目所設(shè)置的實際案例進(jìn)行實訓(xùn)，以鞏固學(xué)生對知識的掌握，并檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。建立虛實結(jié)合、 虛實互補(bǔ)的實驗教學(xué)訓(xùn)練模式和訓(xùn)練平臺，營造多元化的教學(xué)環(huán)境，利用虛擬仿真實驗在網(wǎng)上開設(shè)開放實驗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，并與真實實驗相結(jié)合以實現(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)實驗平臺的應(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、尸體檢驗資料、毒物檢查與分析、動物中毒實驗等實驗內(nèi)容，完成以上內(nèi)容學(xué)習(xí)后進(jìn)入到法醫(yī)學(xué)實踐模塊，包括案情調(diào)查、法醫(yī)尸體檢驗、毒物分析等內(nèi)容。相應(yīng)模塊完成后，根據(jù)學(xué)時設(shè)置可單獨(dú)完成鑒定報告，也可以聯(lián)合完成鑒定報告。鑒定報告提交后進(jìn)行考核點(diǎn)評價，每個考核點(diǎn)進(jìn)行分值加權(quán)，最終按照百分制形式評價報告（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。虛擬仿真實驗平臺打破了實驗教學(xué)的時空限制，將實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際案例，降低開展劇毒物動物實驗所帶來的風(fēng)險。

4 法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)的前景

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多媒體、虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)交互、人工智能等技術(shù)日新月異，虛擬仿真實驗教學(xué)依托這些新技術(shù)，通過構(gòu)建高度仿真的實驗對象與虛擬實驗環(huán)境，使學(xué)生除了開展現(xiàn)實的實驗教學(xué)外，還可以在虛擬仿真環(huán)境中開展實驗，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)科項目與蘇州市科技局項目“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)實驗室。實驗室及平臺立足法醫(yī)學(xué)專業(yè)核心課程，圍繞司法鑒定實踐關(guān)鍵環(huán)節(jié)，選擇中毒相關(guān)代表性實際案例，以實踐和虛擬相結(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)場勘查虛擬仿真實驗、法醫(yī)病理學(xué)虛擬解剖實驗、法醫(yī)毒理學(xué)虛擬仿真實驗、法醫(yī)臨床學(xué)虛擬仿真實驗與法醫(yī)物證學(xué)虛擬仿真實驗等。未來法醫(yī)學(xué)毒理學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)將針對具體的實際案例，整合法醫(yī)學(xué)相關(guān)的學(xué)科知識體系，實現(xiàn)系統(tǒng)法醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)的目標(biāo)。