法醫毒理學課程教學中虛擬仿真實驗項目的設計與應用

羅承良，王祖峰，王濤，顧芝亞，張明陽，陶陸陽

（蘇州大學醫學部法醫學系，江蘇蘇州 215123）

隨著我國法制建設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。法醫學司法鑒定對司法公正產生深遠影響，其科學性、 公正性關系到社會穩定，是依法治國的基礎。近年來，由于社會鑒定機構的迅速發展，導致法醫學專業人才缺乏，許多臨床醫生轉崗進入了司法鑒定行業，但由于未經過系統的法醫學專業訓練，給司法鑒定的科學性和公正性帶來了挑戰，每年涉及法醫司法鑒定的上訴案件占到了整個上訴案件的70%以上。因此，法醫專業人才的培養已經上升為國家“依法治國”戰略層面。

目前，我國法醫學人才培養體系還集中在培養傳統的應用型人才層面，由于受到實驗條件和課程時間上的限制，對學生的創新性培養還停留在教材上。教育部強調高校要打造虛擬仿真一流課程“金課”，提高互聯網技術在高等教育中的應用，自2013年開始啟動了國家虛擬仿真實驗教學中心建設工作[1]。這為法醫學虛擬仿真實驗平臺的建立及法醫學專業實驗課程的有效開展提供了契機，也為法醫學本科教學改革以及全面提升法醫學本科教學水平與教學質量提供了新的思路[2]。2020年10月，教育部公示了國家虛擬仿真實驗教學一流課程327 門，包含法醫學5 門，其中包括蘇州大學醫學部法醫學系承擔的顱腦損傷法醫學鑒定國家虛擬仿真實驗教學一流課程。本單位以此為契機，立足專業核心課程，圍繞“法醫毒理學”中重要及常見毒物中毒問題，還設計了法醫毒理學虛擬仿真實驗教學項目。選擇具有代表性的毒物，建設現實無法開展的項目，構建“法醫毒理學虛擬仿真實驗訓練平臺”，圍繞培養具有理論扎實、實踐過硬、具備創新思維和能力的法醫學專業人才這一目的，系統培養學生對法醫學鑒定過程的理解和知識掌握，使學生通過訓練能夠勝任常規毒物的鑒定工作，并具備一定的科研和創新能力。

1 虛擬仿真技術概述

虛擬仿真（Virtual Reality,VR），也叫仿真（simulation）技術，或稱模擬技術，通過計算機系統創建的一種可體驗到身臨其境，并獲得與環境交互體驗的虛擬世界（Virtual World）。因其具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）、構想性（imagination）、多感知性和自主性的特點，可使人沉浸其中，已在娛樂、藝術、教育與工業等方面得到了很好的運用，并廣泛應用于職業技能培訓中[3]。而虛擬仿真在醫學實驗教學中也發揮著越來越重要的作用，近年來，醫學類虛擬仿真教學資源相對匱乏、缺少共享，促使今后有必要進一步完善高質量的資源庫，將形態學、機能學等基礎醫學實驗室建設及虛擬醫學實驗教學項目的聯合建設與資源共享[4]。

2 法醫毒理學及其傳統實驗教學模式

法醫毒理學是一門主要應用毒理學及有關學科的理論和技術，研究與法律有關的自殺、他殺、意外或災害事故引起中毒的學科。有時也涉及藥品濫用、環境污染、 醫源性藥物及食物中毒等個體或群體人身傷害。其主要研究的內容包括：法醫常見毒物的性狀、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學鑒定。

隨著社會的發展，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，若經久，皮肉腐爛見骨，其骨黑。死后將毒藥放在口內假做中毒，皮肉與骨只作黃白色”。而在現代中毒案件中，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，這就使法醫的鑒別工作更加困難。因此將法醫毒理學作為一門獨立學科，研究法醫常見毒物的性狀、毒理作用、中毒量等十分重要。但是在一起案件中，并不是單獨運用某種分支學科的理論和技術，而是各學科之間相互協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，繼發多器官功能衰竭死亡。而研究法律相關的傷殘病死及死后發展規律是法醫病理學的研究內容，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。在檢驗過程中，離不開毒物的分析提取，也就是法醫毒物分析的內容，選取檢材，運用適當的檢測方法分離及分析毒物，然后運用毒理學的相關知識，最終確定毒物。

傳統的法醫毒理實驗教學模式存在著教學實驗更新慢、內容陳舊、劇毒物質中毒的動物實驗存在風險難以提供給學生使用、 尸體解剖資源緊缺以及大型儀器設備昂貴難以讓所有學生參與等難題，嚴重制約了學生實踐動手和創新能力的培養，以及法醫學專業本科教學水平的提高。此外，由于受客觀條件限制，實驗教學中的許多環節，難以在實際教學中展示，更難以進行實際操作，制約了法醫學人才培養效率，學生往往畢業后很長時間才能勝任相關鑒定工作[1]。因此，將虛擬仿真技術引入法醫毒理學的實驗教學領域，將有助于解決這些難題。

3 虛擬仿真實驗教學項目在法醫毒理學實驗教學中的設計與運用

《法醫毒理學》 作為法醫學專業主干學科之一，處于司法鑒定前沿地位，為法醫學專業本科生的重要專業課。引入毒理學、法醫病理學、毒物分析等手段可以引導學生從現代科學技術理念和思維來分析和解決法醫學實際問題，培養學生的綜合素質和創新能力。法醫毒理學案例具有稀缺性的特點，特別是典型案例則更為稀少。用實際案例或模擬中毒現場的方式來訓練學生的動手能力等方式難度大，且難以推廣。通過開展法醫毒理學虛擬仿真實驗教學項目，有助于學生理解和掌握理論課所學習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，避免實驗過程造成的危險。

3.1 法醫毒理學虛擬仿真實驗教學項目的設計思路

為了彌補現有專業《法醫毒理學》理論教學和實驗教學的不足，推動和實現目前無法實現的創新性教學需要，該項目設計思路如下。

（1）共享教學資源，將《法醫毒理學》與《法醫毒物分析》常見毒物中毒的融合（如酒精中毒、有機磷農藥中毒等），達到一套實驗體系多種用途，提高效率節省了實驗教學時間。

（2）涵蓋毒物中毒鑒定的關鍵環節“規范與流程、案情調查、尸體檢驗、常規毒物篩查、毒物分析”5個模塊。

以常見的有機磷農藥的急性中毒實驗為例，通過虛擬平臺中的有機磷農藥急性中毒的動物實驗和相關案例資料，學習有機磷農藥急性中毒機制、癥狀、病理變化，通過敵敵畏的急性染毒實驗，熟悉有機磷農藥的急性中毒癥狀。然后對急性染毒實驗中的動物尸體進行解剖檢驗，掌握有機磷農藥的提取凈化和檢驗方法及鑒別診斷。

（3）基礎與前沿相結合。

將法醫毒理的難點問題與國際前沿相結合，提高學生的創新思維和創新能力。除上述開展常見毒物毒理學的虛擬仿真實驗外，還可開展法醫毒理學應用基礎訓練，通過虛擬平臺在案例學習過程中了解常見毒物中毒的病理變化，使學生對毒物作用的靶器官病理學改變及死因分析有更好的理解，培養學生發現問題與解決問題的能力。

（4）理論與實踐相結合。

將實際案例融入實驗，通過循證思維設計了虛擬仿真場景，并在關鍵的法醫學診斷、分析說明及鑒定結論部分設置了師生互動環節，實現了翻轉課堂與虛擬仿真實驗的完美結合，使學生設身處地開展實訓。適合開展法醫毒理虛擬仿真實驗教學的常見毒物毒理學檢測分析，包括：士的寧、嗎啡、甲基苯丙胺、有機磷農藥、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，可避免學生接觸高毒農藥所帶來的風險。

3.2 法醫毒理學虛擬仿真實驗教學平臺構建

蘇州大學法醫學科綜合訓練平臺，從新形勢下國家培養創新型法醫學人才的戰略定位、 學科特色和行業需求出發，采用線上虛擬交互與線下綜合實訓相結合的教學方法，圍繞培養創新意識，提升科學素養，促進學生專業知識和操作技能的融會貫通，構建了法醫學綜合訓練模式和新型學習體系，為提升創新性思維、 科研技能和法醫學鑒定實務能力奠定了基礎。根據學生學習知識所遵循的循序漸進的規律，圍繞知識點展開一系列由簡單到復雜且相互關聯的概念序列，供學生進階式學習，在學生回答問題后再進入下一個知識點學習。當通關學習了每個知識點后，逐級進入該項目所設置的實際案例進行實訓，以鞏固學生對知識的掌握，并檢驗學生的學習情況。建立虛實結合、 虛實互補的實驗教學訓練模式和訓練平臺，營造多元化的教學環境，利用虛擬仿真實驗在網上開設開放實驗或選修課程等多種形式[4]，以案例教學和網絡互動的先進教學手段，并與真實實驗相結合以實現兩段式教學和翻轉課堂的效果[5]，既可以用于培養法醫學專業學生，還能滿足法醫學專業以外各層次學生的求知需求，全面培養學生的綜合創新能力； 除了能夠更好地提升法醫學創新人才的培養外，也將為培養綜合素質強的大學生創新人才奠定基礎。

3.3 法醫毒理學虛擬仿真教學實驗平臺的應用

以酒精中毒鑒定中的案例分析為例，首先學生需要對所涉及法醫毒理、 法醫毒物分析及法醫病理學學科中與酒精中毒相關的基本概念、 基本知識和基本技能有所了解，進入考核學習模塊進行學習，通關后進入案例信息模塊，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容，完成以上內容學習后進入到法醫學實踐模塊，包括案情調查、法醫尸體檢驗、毒物分析等內容。相應模塊完成后，根據學時設置可單獨完成鑒定報告，也可以聯合完成鑒定報告。鑒定報告提交后進行考核點評價，每個考核點進行分值加權，最終按照百分制形式評價報告（滿分100 分，80 分以上為合格），學生還可以多次學習，不斷鞏固，以最佳成績作為最終的考核指標之一。虛擬仿真實驗平臺打破了實驗教學的時空限制，將實際案例以形象的動畫形式直觀地展示出來，能有效提高學生自主學習的能力。此外，學生可以學習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險。

4 法醫毒理學虛擬仿真實驗教學的前景

隨著科學技術的發展，多媒體、虛擬現實、網絡通信、人機交互、人工智能等技術日新月異，虛擬仿真實驗教學依托這些新技術，通過構建高度仿真的實驗對象與虛擬實驗環境，使學生除了開展現實的實驗教學外，還可以在虛擬仿真環境中開展實驗，達到預期的教學效果和目標[6]。在法醫學江蘇省一流學科建設點、 江蘇省優勢學科項目與蘇州市科技局項目“司法鑒定公共服務平臺”的資助下，蘇州大學醫學部法醫學系構建了法醫形態學、 法醫行為與功能學、法醫分子生物學實驗室。實驗室及平臺立足法醫學專業核心課程，圍繞司法鑒定實踐關鍵環節，選擇中毒相關代表性實際案例，以實踐和虛擬相結合的方式，系統培養學生對法醫鑒定實踐的理解和知識掌握。內容包括法醫現場勘查虛擬仿真實驗、法醫病理學虛擬解剖實驗、法醫毒理學虛擬仿真實驗、法醫臨床學虛擬仿真實驗與法醫物證學虛擬仿真實驗等。未來法醫學毒理學虛擬仿真實驗教學將針對具體的實際案例，整合法醫學相關的學科知識體系，實現系統法醫學虛擬仿真實驗教學的目標。