公安實踐教學(xué)中數(shù)字化標(biāo)本庫的構(gòu)建與應(yīng)用

張 婷， 夏鑫鑫

（中國刑事警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，沈陽 110035）

0 引 言

公安高等教育具有鮮明的職業(yè)教育特色和政治特性，圍繞“為黨育警、為國育才”的時代需求，公安教育以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主的定位始終不變。適用新時代應(yīng)用型人才培養(yǎng)對人才素質(zhì)的要求是多元化的和全方位的［1］。實踐教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成，豐富的實踐教學(xué)訓(xùn)練，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力具有不可替代的作用。實踐教學(xué)的組織形式分為多種，主要有線下實驗教學(xué)、實習(xí)基地建設(shè)［2］、創(chuàng)新訓(xùn)練計劃［3］、開放實驗室［4］、標(biāo)本展示教學(xué)等。近年來，隨著教育信息化工作的深入推進(jìn)，實踐教學(xué)中引入了虛擬仿真實驗［5］、虛擬仿真訓(xùn)練［6］、數(shù)字化標(biāo)本庫［7］、數(shù)字化教材［8］等很多智慧教學(xué)新手段。數(shù)字校園、智慧校園和智慧教學(xué)平臺的構(gòu)建使信息化教育資源成為提供學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的技術(shù)支撐和保障。

數(shù)字化標(biāo)本庫以直觀的形貌識別，可作為展覽、示范、教育、鑒定、考證及其他各種研究之用。數(shù)字化標(biāo)本庫是利用信息化技術(shù)，將積累豐富的實物標(biāo)本通過采集、拍照、錄像等，運(yùn)用圖像處理軟件和三維建模程序等進(jìn)行標(biāo)本的二次開發(fā)，并通過科學(xué)規(guī)范的分類將標(biāo)本轉(zhuǎn)化為高度貼近真實的數(shù)字化標(biāo)本。學(xué)習(xí)者可以通過手機(jī)掃描二維碼或者電腦登錄網(wǎng)站訪問數(shù)字標(biāo)本庫，完成即時性、交互性學(xué)習(xí)。有研究表明，數(shù)字化標(biāo)本庫的建設(shè)和應(yīng)用對于提升學(xué)習(xí)者興趣，實驗教學(xué)效果改善提供了幫助［9］。數(shù)字化標(biāo)本比實物標(biāo)本保存長久性更好，可彌補(bǔ)和配合現(xiàn)有實踐教學(xué)資源的匱乏和標(biāo)本制作難題。它能提高實踐教學(xué)的效率，不失為一種新的實踐教學(xué)思路。因此，公安教育工作中開展數(shù)字化標(biāo)本庫建設(shè)及標(biāo)本庫的可持續(xù)發(fā)展值得深入研究。

1 公安數(shù)字化標(biāo)本庫構(gòu)建的現(xiàn)實需求

1.1 現(xiàn)實意義

公安教育為培養(yǎng)具備政治素質(zhì)和法律素養(yǎng)、具備案件分析和辦理能力、具有現(xiàn)場處置和勘驗的技能等核心素質(zhì)的專業(yè)人才提供服務(wù)。公安教育滿足寬口徑、多應(yīng)用和服務(wù)社會發(fā)展的實踐需求，寬口徑就業(yè)所需要的基礎(chǔ)知識相對寬泛，包括物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、食品科學(xué)、信息學(xué)等，知識結(jié)構(gòu)的寬度需要更加豐富的教育教學(xué)資源和高效的教學(xué)手段。

標(biāo)本庫教學(xué)以形象化記憶感知學(xué)習(xí)為主，形象感知是人類原始記憶，是記憶的根本，它具有顯著的直觀性和鮮明性，能激起大腦深層次作用，從而使人們完成具體形象的識記、保持和重現(xiàn)。形象記憶可以在大腦中持續(xù)很久而不忘記，形象記憶教學(xué)資源的開發(fā)和利用對教學(xué)效率的提高具有重要作用。目前一些信息化教學(xué)成果的應(yīng)用，以形象的交互體驗來強(qiáng)化學(xué)習(xí)內(nèi)容，正在成為教學(xué)發(fā)展的新趨勢。國家層面的標(biāo)本庫資源以及高校聯(lián)盟等近幾年在持續(xù)資助建設(shè)包括植物、動物、保護(hù)區(qū)、巖礦化石、極地、可視化、工具等專題類型的國家標(biāo)本平臺和教育平臺。很多高校也準(zhǔn)確課程定位開展了有針對性的關(guān)于水生生物病害、長白山植物、中藥飲片、天然藥物、醫(yī)學(xué)病理學(xué)、組織胚胎學(xué)等數(shù)字化標(biāo)本庫，將其運(yùn)用在實踐教學(xué)中均取得了良好的教學(xué)效果［10-12］。

1.2 建設(shè)標(biāo)本庫與教學(xué)需求差距大

目前只有較少公安院校開展了標(biāo)本庫教學(xué)應(yīng)用或提出了標(biāo)本庫建設(shè)的設(shè)想，現(xiàn)有的標(biāo)本庫建設(shè)與教學(xué)需求差距很大，在標(biāo)本庫建設(shè)規(guī)模，數(shù)字化程度以及教學(xué)應(yīng)用范圍等方面還存在與需求之間不小的差距。

例如開設(shè)野生動物學(xué)、森林植物學(xué)課程的院校按照動物、植物的門、科、屬、種的編排建立相對完善的實體標(biāo)本室，并將標(biāo)本的真實圖片和拍攝生活視頻用于教學(xué)［13］。但由于實體標(biāo)本庫采集標(biāo)本種類少、難度大、實物標(biāo)本損壞程度高等問題，該校的野生動植物標(biāo)本庫在持續(xù)更新和數(shù)字化建設(shè)程度并不高。又如公安院校的法醫(yī)學(xué)作為基礎(chǔ)課所涉及的人體、組織、器官、病理學(xué)、毒理學(xué)等內(nèi)容眾多，在缺少實物標(biāo)本的情況下部分教師提議建立一個規(guī)范的標(biāo)本實驗（陳列）室，建議配套建有各個器官、系統(tǒng)的大體解剖標(biāo)本，并配以彩色圖片和文字解釋以提高法醫(yī)學(xué)課程的教學(xué)效果［14］。但由于法醫(yī)學(xué)課程在公安院校和醫(yī)學(xué)院校的教學(xué)定位目標(biāo)不同，公安院校醫(yī)學(xué)類標(biāo)本庫的建設(shè)還停在設(shè)想階段，而近些年醫(yī)學(xué)院校已經(jīng)完成了很多類似課程及數(shù)字化標(biāo)本庫的開發(fā)和應(yīng)用，數(shù)字化標(biāo)本庫的交互性先進(jìn)程度遠(yuǎn)超公安院校。再如禁毒專業(yè)中需要對毒品的種類形貌進(jìn)行認(rèn)知學(xué)習(xí)，部分學(xué)校利用社會公益資源將課堂搬到實習(xí)基地，運(yùn)用基地中已有的標(biāo)本進(jìn)行禁毒知識普及禁毒教育，開展了類似的標(biāo)本庫的使用和教學(xué)［15］。還有人提出了建立微量物證樣本庫和數(shù)據(jù)庫成為刻不容緩的事情［16］，但仍是停留在設(shè)想階段。由于實體標(biāo)本庫采集標(biāo)本難度大，實物標(biāo)本損壞程度高，專業(yè)教學(xué)學(xué)時少，公安專業(yè)涉及學(xué)科廣泛等問題，所以節(jié)省教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)方法值得公安教育工作者去實踐。

2 公安特色的數(shù)字化標(biāo)本庫初步構(gòu)建

2.1 數(shù)字化標(biāo)本庫項目梳理

公安專業(yè)中的一些實驗訓(xùn)練由于危險性高、標(biāo)本具有管制性而不具備線下操作的可行性，但教學(xué)內(nèi)容還必須是學(xué)生應(yīng)知應(yīng)會的，因此數(shù)字化標(biāo)本庫構(gòu)建的項目選擇上應(yīng)優(yōu)先考慮危險和急需的建設(shè)。例如易爆物、炸藥、槍械、毒品等。同時一些實驗由于標(biāo)本成本高、實驗操作耗時也不具備線下操作的可行性，也要考慮優(yōu)先進(jìn)行數(shù)字化標(biāo)本庫建設(shè)，例如與法醫(yī)學(xué)相關(guān)的組織、器官、病理學(xué)、毒理學(xué)標(biāo)本庫。對于一些保管困難，樣本較為珍惜的標(biāo)本也應(yīng)該列為必要的標(biāo)本庫建設(shè)，例如珍惜野生動物資源、珍惜植物資源、常見走私有害外來物種資源等。結(jié)合本人所從事專業(yè)和授課大綱的要求，以數(shù)字化毒品標(biāo)本庫建設(shè)為例進(jìn)行具體建設(shè)和教學(xué)使用。

2.2 數(shù)字化標(biāo)本庫的構(gòu)建

數(shù)字化標(biāo)本庫構(gòu)建主要從標(biāo)本庫內(nèi)容和標(biāo)本庫運(yùn)行維護(hù)兩方面完成。內(nèi)容部分是核心，運(yùn)行維護(hù)是實現(xiàn)路徑與保障，數(shù)字化標(biāo)本庫的構(gòu)建路徑如圖1 所示。在內(nèi)容建設(shè)方面，標(biāo)本入選應(yīng)具有代表性、清晰性和完整性。以毒品標(biāo)本庫構(gòu)建為例，毒品種類的發(fā)展經(jīng)歷了初代（第1 代）、第2 代，直到現(xiàn)在的第3 代，因此每一代毒品中最具典型性的品種一定是要入選樣本標(biāo)本庫的。數(shù)字化標(biāo)本的制作需要定位，拍照并轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，因此清晰性要求必不可少，圖像像素及清晰程度應(yīng)貼近真實，防止污染、混雜、模糊、變形等瑕疵。同時，數(shù)字化標(biāo)本庫應(yīng)配有與標(biāo)本圖片相應(yīng)的文字信息資料，必要的說明提供數(shù)字標(biāo)本完整的知識內(nèi)容，便于學(xué)習(xí)記憶。知識輸出應(yīng)具有準(zhǔn)確性、美觀性、簡練性。標(biāo)本的數(shù)字化轉(zhuǎn)換需要用到圖像處理軟件，應(yīng)防止軟件圖像的過度處理，盡可能還原標(biāo)本真實的形貌。文字說明應(yīng)控制一定字?jǐn)?shù)，簡練準(zhǔn)確的同時，保證頁面美觀，如圖2 所示。

圖1 數(shù)字化標(biāo)本庫的構(gòu)建路徑

圖2 毒品標(biāo)本庫實際應(yīng)用

在運(yùn)維實現(xiàn)方面，需要把數(shù)字化標(biāo)本庫通過一定的平臺實現(xiàn)在線自主學(xué)習(xí)和教學(xué)過程使用。以毒品樣本庫為例，把制作完成的標(biāo)本庫作為一個教學(xué)模塊嵌入在刑事毒物物證檢驗虛擬仿真訓(xùn)練中，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)登錄進(jìn)入訓(xùn)練系統(tǒng)后，點擊標(biāo)本庫教學(xué)模塊，可以選擇對毒品種類的形象化認(rèn)知學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)后點擊自測，虛擬仿真訓(xùn)練項目直接推送未知毒品樣品圖片，以選擇題形式完成交互學(xué)習(xí)，檢測自己自學(xué)情況。

2.3 數(shù)字化標(biāo)本庫的教學(xué)組織

標(biāo)本庫教學(xué)作為一種輔助教學(xué)手段其組織形式十分多樣。它可或直接或間接作為實踐教學(xué)和理論教學(xué)的內(nèi)容，采用線下教學(xué)、線上教學(xué)、混合式教學(xué)、互動式教學(xué)等多種學(xué)習(xí)形式，可采用自測、互測、考試等多種考核模式，如圖3 所示。在教學(xué)組織中，按照專業(yè)學(xué)習(xí)和非專業(yè)學(xué)習(xí)的教學(xué)目的差別，應(yīng)分別對應(yīng)不同學(xué)習(xí)效果的評價方法，組織學(xué)生參與隨機(jī)出現(xiàn)的自測題目檢驗學(xué)生自學(xué)成果，也可以安排混合式教學(xué)中的互動討論，對標(biāo)本庫的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)應(yīng)用和探討。

圖3 標(biāo)本庫教學(xué)組織形式導(dǎo)圖

2.4 數(shù)字化標(biāo)本庫應(yīng)用中的不足

由于本標(biāo)本庫的初建目的是滿足本專業(yè)學(xué)生毒品檢驗分析虛擬仿真實驗教學(xué)的課前自主學(xué)習(xí)使用，因此標(biāo)本庫建設(shè)的規(guī)范化、美觀性、方便性方面還略有不足之處。

本標(biāo)本庫建設(shè)是教師自行對近年來收集的樣品拍照制作和文字說明編輯，拍照制作又非同一時期，因此標(biāo)本的種類、數(shù)量、文字內(nèi)容、圖片尺寸、用光角度、圖片像素等都是非專業(yè)的，使得樣本庫制作的規(guī)范性不足。

目前很多標(biāo)本庫建設(shè)采用合成軟件和3D 處理軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像標(biāo)本的自由旋轉(zhuǎn)、縮放、拆解、重組等功能性操作，使標(biāo)本更貼近真實，但3D 處理成本高，本項目建設(shè)經(jīng)費(fèi)不足，因此更加立體、美觀的三維處理技術(shù)并未用在標(biāo)本庫建設(shè)部分，使得標(biāo)本庫的生動性上略遜。

本標(biāo)本庫起始的運(yùn)行模式是虛擬仿真訓(xùn)練中進(jìn)行程序加載，所以普通手機(jī)或平板還無法直接調(diào)出嵌入在訓(xùn)練系統(tǒng)的單獨(dú)標(biāo)本庫模塊，學(xué)習(xí)的靈活性不好。而現(xiàn)有的數(shù)字化標(biāo)本庫通常使用更加靈活的二維碼識別技術(shù)，通過二維碼識別技術(shù)，自學(xué)的載體可以是手機(jī)、平板電腦或電腦，學(xué)習(xí)的靈活性方便性大為提高。

3 公安數(shù)字化標(biāo)本庫可持續(xù)建設(shè)的思路

3.1 內(nèi)容為先規(guī)范設(shè)計

標(biāo)本庫建設(shè)有其自身的特點，一些作為形態(tài)識別的物質(zhì)便于標(biāo)本庫建設(shè)。物證識別能力和現(xiàn)場勘查能力的訓(xùn)練需要掌握種類多樣的物證和各種現(xiàn)場類型，因此數(shù)字化標(biāo)本庫建設(shè)應(yīng)系統(tǒng)地、直觀地進(jìn)行類別標(biāo)本庫建設(shè)，使學(xué)生運(yùn)用類別學(xué)習(xí)和綜合分析相結(jié)合的方式獲得綜合能力的提高。例如物證種類包括有痕跡物證、微量物證、毒物物證、毒品物證、法醫(yī)物證等，現(xiàn)場類型有爆炸、縱火、搶劫、盜竊等，因此，建立教學(xué)用數(shù)字化標(biāo)本庫應(yīng)以爆炸物、爆炸裝置、縱火物、毒品、易制毒化學(xué)品、制毒工具、有毒植物、有毒動物、纖維、槍械、彈殼、鞋底花紋痕跡、工具痕跡、指紋痕跡等內(nèi)容，標(biāo)本庫應(yīng)有序開展相應(yīng)內(nèi)容建設(shè)。

在標(biāo)本庫規(guī)范化建設(shè)中應(yīng)對標(biāo)本的分類方法、標(biāo)本內(nèi)容和圖像的完整性、標(biāo)本圖像或視頻的拍攝環(huán)境、數(shù)碼制作轉(zhuǎn)換的基本要求、標(biāo)本的典型特征、標(biāo)注文字說明的位置、解釋說明的要素信息等作出較為細(xì)致規(guī)范的要求。例如槍械的完整標(biāo)本庫圖，包括槍械清晰的正反面圖、拆裝圖，詳細(xì)說明等，規(guī)范的標(biāo)本庫建設(shè)可用于存檔和數(shù)據(jù)信息庫的同步建設(shè)。

3.2 靈活方便兼顧安全

方便快捷是數(shù)字化標(biāo)本庫較傳統(tǒng)標(biāo)本庫的最大優(yōu)點，它不受環(huán)境、場地、標(biāo)本損壞、制作困難、開放次數(shù)等限制，可以隨時隨地鏈接獲取數(shù)字化標(biāo)本庫的知識內(nèi)容。數(shù)字化標(biāo)本庫可以用二維碼掃描等靈活、方便地接入方式，也可以利用虛擬仿真實驗教學(xué)平臺、雨課堂等在線學(xué)習(xí)平臺接入。數(shù)字化標(biāo)本庫在標(biāo)本庫圖片基礎(chǔ)上，可鏈接圖片旋轉(zhuǎn)解剖、文字閱讀、語音播放，或者視頻拓展等形式輔助教學(xué)應(yīng)用，使其符合學(xué)生不同學(xué)習(xí)習(xí)慣，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的需求，延伸課堂。

但公安工作有部分內(nèi)容涉及國家安全，有保密安全性要求，因此靈活方便更要兼顧安全的接口方式更為重要。對一些樣本庫的級別設(shè)定、使用權(quán)限、存儲環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)安全等需要多些保密性和安全性的考慮。

3.3 共享共建開源節(jié)流

標(biāo)本庫建設(shè)前期工作量大，同時高仿真數(shù)字化標(biāo)本開發(fā)成本非常高，因此數(shù)字化標(biāo)本庫的建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，應(yīng)本著節(jié)約、高效的原則，開展校際聯(lián)盟或校局聯(lián)盟共建、共享數(shù)字化標(biāo)本庫或樣本數(shù)據(jù)庫的新格局。對實體標(biāo)本庫進(jìn)行數(shù)字化處理，對分散在一些虛擬仿真實驗項目、教學(xué)資源庫、科研數(shù)據(jù)庫等項目中的數(shù)字化標(biāo)本庫，可搭建所需的教學(xué)平臺重新整合資源，在節(jié)約的基礎(chǔ)上盡快實現(xiàn)部分?jǐn)?shù)字化標(biāo)本庫建設(shè)。另外國家標(biāo)本庫資源以及高校聯(lián)盟等較為完善的并用于教學(xué)的數(shù)字化標(biāo)本庫，可通過購買服務(wù)或校際合作等方式獲得使用權(quán)限，開源增效。

充分調(diào)動公安院校標(biāo)本庫建設(shè)參與的主體，教師可以利用虛擬教研室發(fā)揮各自所長，為解決某一問題共同商討、共同攻關(guān)、共建共享，使標(biāo)本庫能建能用，受益范圍更具規(guī)模化。廣泛動員學(xué)生參與，可將標(biāo)本庫的建設(shè)作為實踐教學(xué)內(nèi)容，從教學(xué)管理上進(jìn)行考核或適當(dāng)獎勵。統(tǒng)一布置，并在標(biāo)本制作規(guī)范性要求的前提下，對標(biāo)本庫建設(shè)從數(shù)量、質(zhì)量、教學(xué)應(yīng)用性等方面納入實踐教學(xué)的一個形式內(nèi)容，對于一些實驗標(biāo)本制作簡單，材料相對易得，也可以通過組織學(xué)生的大創(chuàng)活動使學(xué)生參與數(shù)字化標(biāo)本庫建設(shè)。從而形成良性的“邊學(xué)邊建，建有所學(xué)，持續(xù)改進(jìn)”的模式。

3.4 數(shù)據(jù)同步檢索應(yīng)用

公安院校的實踐性特點逐步形成“教學(xué)－科研－辦案”三位一體的教學(xué)特色，三者之間相互影響相互促進(jìn)，依托辦案需求所開展的科研工作往往具有很好的實踐作用。例如在刑事偵查工作中用于比對鑒定的鞋底花紋樣本庫和數(shù)據(jù)庫，日常工作中基層單位可通過上傳案件中的樣本圖片到數(shù)據(jù)庫，鞋底花紋數(shù)據(jù)庫會自動檢索和比對，并根據(jù)特征數(shù)據(jù)給出專家分析意見報告，滿足日常案件鑒定需求［16］。目前部分實戰(zhàn)單位或第三方服務(wù)公司擁有一些比對樣本庫和數(shù)據(jù)庫，如商品化的《世界槍械和槍彈識別大型數(shù)據(jù)庫》光盤數(shù)據(jù)庫，可根據(jù)任一參數(shù)或詞條（如生產(chǎn)國家、槍名、口徑、重量、彈底符號、彈殼痕跡位置、配用彈種等）進(jìn)行槍械、彈殼等實物的自動檢索，該數(shù)據(jù)庫根據(jù)應(yīng)用范圍可分為專業(yè)版、通用版、普及版。

因此，數(shù)字化標(biāo)本庫的可持續(xù)建設(shè)目標(biāo)可同步完成數(shù)據(jù)庫建設(shè)，適當(dāng)增加篩選與檢索功能。對于一些已有的科研用數(shù)據(jù)庫資源可以轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)版的教學(xué)用標(biāo)本庫，標(biāo)本庫建設(shè)在制作標(biāo)本信息的步驟中可以對詳細(xì)資料進(jìn)行電子文檔和數(shù)據(jù)庫建設(shè)。數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用能以標(biāo)本形態(tài)作為參照、比對的對象，實現(xiàn)電腦自動檢索，這對公安實踐工作具有事倍功半的作用。按需開放普及、通用、專業(yè)等不同程度權(quán)限，可以實現(xiàn)數(shù)字化標(biāo)本庫“一庫多用”的功能，也為標(biāo)本庫建設(shè)增加了社會服務(wù)的教育內(nèi)涵。

4 結(jié) 語

公安信息化教育首先要從思想上提高認(rèn)識，充分利用信息化教學(xué)的優(yōu)勢，補(bǔ)充現(xiàn)有教學(xué)中的不足。公安信息化教育不僅僅是大數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)課程、虛擬仿真實驗，也應(yīng)該考慮相對低成本的、高效的數(shù)字化標(biāo)本庫構(gòu)建和應(yīng)用。標(biāo)本庫歷來是最直接、最生動的實踐教學(xué)手段。在數(shù)字化和信息化科技的助力下，數(shù)字化標(biāo)本庫具有使用更加靈活，內(nèi)容更加豐富的特點，因此，加緊對公安教育數(shù)字化標(biāo)本庫的建設(shè)工作勢在必行。公安數(shù)字化標(biāo)本庫的構(gòu)建應(yīng)本著節(jié)約、共建、共享、適用、可持續(xù)的原則，充分調(diào)動師生主體參與意識和充分發(fā)揮校際協(xié)作作用，對數(shù)字化樣本庫進(jìn)行規(guī)范化建設(shè)，有條件的可進(jìn)行標(biāo)本庫與檢索數(shù)據(jù)庫同步構(gòu)建，最大化利用“一庫多用”的功能。為滿足高素質(zhì)、復(fù)合型的公安人才培養(yǎng)需求，擴(kuò)寬學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的寬度，增加實踐教學(xué)學(xué)習(xí)的參與性和創(chuàng)造性，引導(dǎo)學(xué)生主動的自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)，應(yīng)提高數(shù)字化標(biāo)本庫建設(shè)與使用，提高其在公安智慧教學(xué)和實踐教學(xué)中的地位。