虛擬仿真實驗應用于法醫(yī)學本科教學的探索與實踐
——以中南大學基礎醫(yī)學院法醫(yī)學系為例

張欣然 路皖慶 黨幸星 閆 杰

（中南大學中南大學基礎醫(yī)學院法醫(yī)學系，湖南 長沙 410013）

0 引言

法醫(yī)學是一門以醫(yī)學為基礎的自然學科，具有多學科交叉、實踐性強等特點。實驗教學是法醫(yī)學專業(yè)教學的重要組成部分，但傳統(tǒng)實驗課程存在周期長、實驗設備及器材有限、耗材昂貴、學生動手機會少、部分實驗內(nèi)容無法進行等不足。引入高效、安全、經(jīng)濟、可重復的虛擬仿真實踐教學能夠在一定程度上克服上述問題[1]，提高法醫(yī)學課程整體教學質量與效率。筆者通過分析本校法醫(yī)學教學現(xiàn)狀，總結了虛擬仿真實驗助力教學改革的意義和成果，以期為醫(yī)學院校專業(yè)課程教學中開展虛擬仿真實驗教學提供借鑒。

1 背景

1.1 法醫(yī)學教學特點

注重理論與實踐相結合，掌握多種法醫(yī)相關知識和場景分析能力并運用于實際，是法醫(yī)學人才培養(yǎng)的目標。因此，需要在教學中重視理論知識掌握和實踐技能的培養(yǎng)，除講授系統(tǒng)法醫(yī)學理論知識和基本技能外，培養(yǎng)良好邏輯思維能力、案件綜合分析能力也是不可或缺的環(huán)節(jié)。

1.2 法醫(yī)傳統(tǒng)實驗課程存在的不足

（1）實物實驗具有局限性。在法醫(yī)學本科教學中，部分相關實物模型無法復制，如人體尸斑、皮膚損傷、電流斑等形態(tài)難以進行實物模擬，教師僅能在理論教學中通過圖片展示及語言描述等方式進行教學，導致學生在相關知識點的理解和運用方面難以達到最佳效果。

（2）實驗項目涵蓋面不全。部分耗時過長、危險系數(shù)過高、場地環(huán)境要求較高的實驗未被允許列入實驗教學課程，學生只能通過文字描述或影像信息了解相關實驗內(nèi)容，難以全面而深刻地了解和體會相關實驗要點。

（3）實驗結果存在差異性。實驗教學的操作對象主要是動物，但由于生理構造的不同，動物的形態(tài)學和病理學改變與人體真實情況存在差異，許多毒物中毒表現(xiàn)和毒物代謝動力學也很難在動物試驗中重演。

（4）實驗條件具有限制性。實驗條件存在設備器械不足等限制，常采用3～5名同學合組的方式進行實驗，難以保證每位學生獨立進行操作，導致不同學生對于知識的理解可能存在較大差異。

（5）部分學科實驗教學開展困難。由于學科的特殊性，部分法醫(yī)學分支學科的實驗教學難以開展。如法醫(yī)昆蟲學實驗周期較長，對實驗室環(huán)境有特殊要求，且具有法醫(yī)昆蟲學背景的師資匱乏，限制了該類實驗的開展。

（6）學科教學缺乏交叉性。處理法醫(yī)學實踐案例往往需要綜合多學科知識，但在法醫(yī)學教學中，法醫(yī)病理、法醫(yī)毒理、法醫(yī)物證、法醫(yī)毒物分析等學科實驗常單獨開課，未能有效地進行交叉融合，不利于培養(yǎng)學生的專業(yè)綜合分析能力。

2 虛擬仿真實驗技術應用優(yōu)勢

虛擬仿真實驗是一種依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡通信等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，幫助學生在虛擬環(huán)境中開展實驗的一種新興實驗系統(tǒng)。在涉及高?；驑O端的環(huán)境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練等情況時，提供可靠、安全和經(jīng)濟的實驗項目[2]。作為線下實驗的補充，它打破了傳統(tǒng)實驗時間與空間的限制，克服了實驗周期長、成本高、易污染環(huán)境等問題，使學生能夠直觀、全面地進行實驗課程內(nèi)容。虛擬仿真實驗還能以提示形式強化學生對知識點的記憶，并通過即時運用加強學生對相應理論知識的理解和掌握，使其在實踐中拓展知識點或者進行已學知識點的聯(lián)想復習與有機整合，提高線下課程的教學效率。

在法醫(yī)學實驗教學中，虛擬仿真平臺能將與犯罪活動有關的現(xiàn)場勘查、檢驗鑒定、調查訪問、視頻監(jiān)控等獲得的所有案件相關信息進行有效整合、分析和研判。虛擬仿真實驗不僅能夠實現(xiàn)一些高危案件和不可逆案件的重現(xiàn)，使學生以實驗的方式接觸到更多法醫(yī)相關知識，還能實現(xiàn)重復模擬操作，加深學生對實驗原理的理解和對操作步驟的熟練程度，節(jié)省大量課堂教學時間。虛擬仿真實驗是集綜合性、設計性、探究性于一體的實驗，能為培養(yǎng)學生的案件分析處理綜合能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力提供強有力保障。同時，學生也可以在虛擬仿真實驗操作過程中更加全面詳細地了解真實司法案件的內(nèi)容，熟悉案件的處理流程，為今后的法醫(yī)學實習及就業(yè)打下堅實的基礎[3]。

3 虛擬仿真實驗應用于法醫(yī)本科教學的現(xiàn)狀

基于傳統(tǒng)實驗教學存在的不足和虛擬仿真技術的優(yōu)勢，我們在法醫(yī)毒物分析、法醫(yī)病理學、法醫(yī)毒理學等多門法醫(yī)學課程中增設了虛擬仿真實驗內(nèi)容，包括法醫(yī)病理學的“死亡時間推斷”“皮膚創(chuàng)傷與電流損傷組織學觀察”，法醫(yī)毒理學的“乙醇死后再分布實驗”“海洛因成癮實驗”，以及多學科交叉的“基于案例的法醫(yī)學綜合分析能力培訓項目”等。

死亡時間（Postmortem Interval，PMI）通常指的是死亡發(fā)生時至尸體被發(fā)現(xiàn)時的時間跨度，也可稱為死后間隔時間或死后經(jīng)歷時間[4]。準確推斷PMI對確定偵查方向、確認或排除犯罪嫌疑人、估計案發(fā)時間等具有重要的意義[5]。但“死亡時間推斷”由于受到多種條件的制約，難以在實際教學中進行人體實驗，同時動物實驗存在無法建立有效模型的問題，導致該知識點常以圖片及語言形式進行授課。而虛擬仿真實驗能夠模擬不同時間、不同條件下（包括不同死者體型、不同環(huán)境條件等）的尸冷、尸斑、尸僵、角膜渾濁、白骨化等多種尸體現(xiàn)象，有效訓練學生觀察和分析相關指標的能力，促使其深入理解人體死后各種尸體現(xiàn)象的規(guī)律及法醫(yī)學應用。

在“基于案例的法醫(yī)學綜合分析能力培訓”項目中，法醫(yī)病理、法醫(yī)物證、法醫(yī)毒物分析等各個學科的知識點被有機整合，同時引入法醫(yī)微生物、虛擬解剖的知識。讓學生通過參與案件各個環(huán)節(jié)，完成死亡原因分析、死亡時間推斷和嫌疑人認定三大主線任務，提升判斷力、決策力和邏輯分析能力，達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、提升其綜合分析能力的目的。截至2022年1月23日，該項目瀏覽量達18 196人次，實驗操作達2 227人次，在國家虛擬仿真實驗教學課程共享平臺上評分為5.0滿分。許多學生在實驗交流區(qū)評論：該虛擬仿真實驗內(nèi)容生動形象，可以更好地幫助同學了解法醫(yī)工作流程，提升同學們對法醫(yī)的興趣。

4 虛擬仿真實驗應用于法醫(yī)本科教學的價值

4.1 拓寬實驗內(nèi)容

虛擬仿真實驗可以復刻現(xiàn)實中難以重現(xiàn)的案發(fā)場景和死亡過程等，使得既往難以進行的實驗內(nèi)容重新開展；此外，由于人與動物生理結構的不同，目前部分形態(tài)學與病理變化難以通過動物實驗模型進行復制，只能通過圖片展示或文本語言講述。虛擬仿真實驗解決了上述問題，使抽象問題具體化，促進重要知識點的理解和掌握。

4.2 提高教學效率

虛擬仿真實驗是一種網(wǎng)絡資源，可供學生提前預習、課后復習及反復學習加深記憶，突破了傳統(tǒng)實驗教學模式的局限，并且能在實驗過程中串聯(lián)理論知識與實驗操作要點，極大地提高了整體教學效率。

4.3 提升人文和科研素養(yǎng)

虛擬仿真實驗可減少或避免機械窒息、溺水、電擊、中毒等動物實驗，更加符合動物實驗的4R原則，可以促進培養(yǎng)學生的人文精神以及科研素養(yǎng)[6]。虛擬仿真實驗的線上操作還可避免部分學生因對動物實驗倫理的認知滯后而造成的倫理失范現(xiàn)象[7]。

5 思考

目前，我們對法醫(yī)學專業(yè)的虛擬仿真實驗教學處于初步探索階段，還存在虛擬仿真項目偏少、覆蓋面不足的問題。后續(xù)擬采取措施進一步完善虛擬仿真實驗課程建設，主要包括：（1）擴大建設符合教學目的虛擬仿真實驗項目，拓寬實踐學習內(nèi)容。（2）增加虛擬仿真實驗的教學內(nèi)容占比，在部分課堂教學中引入虛擬現(xiàn)實場景，即通過虛擬現(xiàn)實場景展示講授理論知識，讓學生更直觀地感受案情、更仔細地了解案件細節(jié)。（3）利用虛擬仿真實驗輔助學習。建設與線下實驗課包含同一知識模塊的虛擬仿真實驗內(nèi)容，通過實驗課前的虛擬仿真操作了解線下實驗中可能出現(xiàn)的問題，促進線下實驗教學的順利開展，實驗結束后也可以通過虛擬仿真實驗對相關知識點和操作過程進行復習。

近年來，虛擬仿真技術進入高速發(fā)展階段，相信通過構建高度仿真的法醫(yī)學實驗對象與虛擬實驗環(huán)境[8]，達到理論教學、線下實驗教學與虛擬仿真實驗教學三位一體，是有效促進和提升法醫(yī)學教學的重要途徑，對培養(yǎng)全面、實用型的高素質法醫(yī)學人才具有重要意義。