法医毒理学课程教学中虚拟仿真实验项目的设计与应用

罗承良，王祖峰，王涛，顾芝亚，张明阳，陶陆阳

（苏州大学医学部法医学系，江苏苏州 215123）

随着我国法制建设的不断完善和法律知识的不断普及，老百姓对司法公平公正有了更高的期待和要求。法医学司法鉴定对司法公正产生深远影响，其科学性、 公正性关系到社会稳定，是依法治国的基础。近年来，由于社会鉴定机构的迅速发展，导致法医学专业人才缺乏，许多临床医生转岗进入了司法鉴定行业，但由于未经过系统的法医学专业训练，给司法鉴定的科学性和公正性带来了挑战，每年涉及法医司法鉴定的上诉案件占到了整个上诉案件的70%以上。因此，法医专业人才的培养已经上升为国家“依法治国”战略层面。

目前，我国法医学人才培养体系还集中在培养传统的应用型人才层面，由于受到实验条件和课程时间上的限制，对学生的创新性培养还停留在教材上。教育部强调高校要打造虚拟仿真一流课程“金课”，提高互联网技术在高等教育中的应用，自2013年开始启动了国家虚拟仿真实验教学中心建设工作[1]。这为法医学虚拟仿真实验平台的建立及法医学专业实验课程的有效开展提供了契机，也为法医学本科教学改革以及全面提升法医学本科教学水平与教学质量提供了新的思路[2]。2020年10月，教育部公示了国家虚拟仿真实验教学一流课程327 门，包含法医学5 门，其中包括苏州大学医学部法医学系承担的颅脑损伤法医学鉴定国家虚拟仿真实验教学一流课程。本单位以此为契机，立足专业核心课程，围绕“法医毒理学”中重要及常见毒物中毒问题，还设计了法医毒理学虚拟仿真实验教学项目。选择具有代表性的毒物，建设现实无法开展的项目，构建“法医毒理学虚拟仿真实验训练平台”，围绕培养具有理论扎实、实践过硬、具备创新思维和能力的法医学专业人才这一目的，系统培养学生对法医学鉴定过程的理解和知识掌握，使学生通过训练能够胜任常规毒物的鉴定工作，并具备一定的科研和创新能力。

1 虚拟仿真技术概述

虚拟仿真（Virtual Reality,VR），也叫仿真（simulation）技术，或称模拟技术，通过计算机系统创建的一种可体验到身临其境，并获得与环境交互体验的虚拟世界（Virtual World）。因其具有沉浸性（immersion）、交互性（interaction）、构想性（imagination）、多感知性和自主性的特点，可使人沉浸其中，已在娱乐、艺术、教育与工业等方面得到了很好的运用，并广泛应用于职业技能培训中[3]。而虚拟仿真在医学实验教学中也发挥着越来越重要的作用，近年来，医学类虚拟仿真教学资源相对匮乏、缺少共享，促使今后有必要进一步完善高质量的资源库，将形态学、机能学等基础医学实验室建设及虚拟医学实验教学项目的联合建设与资源共享[4]。

2 法医毒理学及其传统实验教学模式

法医毒理学是一门主要应用毒理学及有关学科的理论和技术，研究与法律有关的自杀、他杀、意外或灾害事故引起中毒的学科。有时也涉及药品滥用、环境污染、 医源性药物及食物中毒等个体或群体人身伤害。其主要研究的内容包括：法医常见毒物的性状、中毒原因、毒理作用、中毒量和致死量、中毒血浓度和致死血浓度、中毒性病变，毒物检测检材采取、保存、送检，中毒或中毒死亡的法医学鉴定。

随着社会的发展，人们的犯罪手法也逐渐改变，比如古代人们投毒一般选用砒霜、水银等，其中毒症状明显，宋慈编著的《洗冤集录》有这样的记载：“男子骨白，妇人骨黑。妇人生骨出血如河水，故骨黑。生前中毒，而遍身作青黑，多日皮肉尚可，亦作黑色，若经久，皮肉腐烂见骨，其骨黑。死后将毒药放在口内假做中毒，皮肉与骨只作黄白色”。而在现代中毒案件中，人们选择的毒物则更难以检测，症状不典型，易于与疾病相混淆，这就使法医的鉴别工作更加困难。因此将法医毒理学作为一门独立学科，研究法医常见毒物的性状、毒理作用、中毒量等十分重要。但是在一起案件中，并不是单独运用某种分支学科的理论和技术，而是各学科之间相互协助才能正确地勘察检验以及做出鉴定。以一起投毒案为例，被害人死后尸体检验确定其死因为二甲基亚硝胺中毒致急性重型肝炎引起急性肝功能衰竭，继发多器官功能衰竭死亡。而研究法律相关的伤残病死及死后发展规律是法医病理学的研究内容，通过对被害人死后的尸体检验确定其直接死因为多器官功能衰竭，而根本原因则是二甲基亚硝胺中毒，也就是犯罪嫌疑人投毒致人死亡的直接证据。在检验过程中，离不开毒物的分析提取，也就是法医毒物分析的内容，选取检材，运用适当的检测方法分离及分析毒物，然后运用毒理学的相关知识，最终确定毒物。

传统的法医毒理实验教学模式存在着教学实验更新慢、内容陈旧、剧毒物质中毒的动物实验存在风险难以提供给学生使用、 尸体解剖资源紧缺以及大型仪器设备昂贵难以让所有学生参与等难题，严重制约了学生实践动手和创新能力的培养，以及法医学专业本科教学水平的提高。此外，由于受客观条件限制，实验教学中的许多环节，难以在实际教学中展示，更难以进行实际操作，制约了法医学人才培养效率，学生往往毕业后很长时间才能胜任相关鉴定工作[1]。因此，将虚拟仿真技术引入法医毒理学的实验教学领域，将有助于解决这些难题。

3 虚拟仿真实验教学项目在法医毒理学实验教学中的设计与运用

《法医毒理学》 作为法医学专业主干学科之一，处于司法鉴定前沿地位，为法医学专业本科生的重要专业课。引入毒理学、法医病理学、毒物分析等手段可以引导学生从现代科学技术理念和思维来分析和解决法医学实际问题，培养学生的综合素质和创新能力。法医毒理学案例具有稀缺性的特点，特别是典型案例则更为稀少。用实际案例或模拟中毒现场的方式来训练学生的动手能力等方式难度大，且难以推广。通过开展法医毒理学虚拟仿真实验教学项目，有助于学生理解和掌握理论课所学习的常见毒物中毒的急性中毒症状，掌握中毒死亡后检材的提取要点，避免实验过程造成的危险。

3.1 法医毒理学虚拟仿真实验教学项目的设计思路

为了弥补现有专业《法医毒理学》理论教学和实验教学的不足，推动和实现目前无法实现的创新性教学需要，该项目设计思路如下。

（1）共享教学资源，将《法医毒理学》与《法医毒物分析》常见毒物中毒的融合（如酒精中毒、有机磷农药中毒等），达到一套实验体系多种用途，提高效率节省了实验教学时间。

（2）涵盖毒物中毒鉴定的关键环节“规范与流程、案情调查、尸体检验、常规毒物筛查、毒物分析”5个模块。

以常见的有机磷农药的急性中毒实验为例，通过虚拟平台中的有机磷农药急性中毒的动物实验和相关案例资料，学习有机磷农药急性中毒机制、症状、病理变化，通过敌敌畏的急性染毒实验，熟悉有机磷农药的急性中毒症状。然后对急性染毒实验中的动物尸体进行解剖检验，掌握有机磷农药的提取净化和检验方法及鉴别诊断。

（3）基础与前沿相结合。

将法医毒理的难点问题与国际前沿相结合，提高学生的创新思维和创新能力。除上述开展常见毒物毒理学的虚拟仿真实验外，还可开展法医毒理学应用基础训练，通过虚拟平台在案例学习过程中了解常见毒物中毒的病理变化，使学生对毒物作用的靶器官病理学改变及死因分析有更好的理解，培养学生发现问题与解决问题的能力。

（4）理论与实践相结合。

将实际案例融入实验，通过循证思维设计了虚拟仿真场景，并在关键的法医学诊断、分析说明及鉴定结论部分设置了师生互动环节，实现了翻转课堂与虚拟仿真实验的完美结合，使学生设身处地开展实训。适合开展法医毒理虚拟仿真实验教学的常见毒物毒理学检测分析，包括：士的宁、吗啡、甲基苯丙胺、有机磷农药、氰化物、CO 和亚硫酸盐等的急性中毒实验。通过开展虚拟仿真实验，可避免学生接触高毒农药所带来的风险。

3.2 法医毒理学虚拟仿真实验教学平台构建

苏州大学法医学科综合训练平台，从新形势下国家培养创新型法医学人才的战略定位、 学科特色和行业需求出发，采用线上虚拟交互与线下综合实训相结合的教学方法，围绕培养创新意识，提升科学素养，促进学生专业知识和操作技能的融会贯通，构建了法医学综合训练模式和新型学习体系，为提升创新性思维、 科研技能和法医学鉴定实务能力奠定了基础。根据学生学习知识所遵循的循序渐进的规律，围绕知识点展开一系列由简单到复杂且相互关联的概念序列，供学生进阶式学习，在学生回答问题后再进入下一个知识点学习。当通关学习了每个知识点后，逐级进入该项目所设置的实际案例进行实训，以巩固学生对知识的掌握，并检验学生的学习情况。建立虚实结合、 虚实互补的实验教学训练模式和训练平台，营造多元化的教学环境，利用虚拟仿真实验在网上开设开放实验或选修课程等多种形式[4]，以案例教学和网络互动的先进教学手段，并与真实实验相结合以实现两段式教学和翻转课堂的效果[5]，既可以用于培养法医学专业学生，还能满足法医学专业以外各层次学生的求知需求，全面培养学生的综合创新能力； 除了能够更好地提升法医学创新人才的培养外，也将为培养综合素质强的大学生创新人才奠定基础。

3.3 法医毒理学虚拟仿真教学实验平台的应用

以酒精中毒鉴定中的案例分析为例，首先学生需要对所涉及法医毒理、 法医毒物分析及法医病理学学科中与酒精中毒相关的基本概念、 基本知识和基本技能有所了解，进入考核学习模块进行学习，通关后进入案例信息模块，该模块包括案情信息、病历资料、尸体检验资料、毒物检查与分析、动物中毒实验等实验内容，完成以上内容学习后进入到法医学实践模块，包括案情调查、法医尸体检验、毒物分析等内容。相应模块完成后，根据学时设置可单独完成鉴定报告，也可以联合完成鉴定报告。鉴定报告提交后进行考核点评价，每个考核点进行分值加权，最终按照百分制形式评价报告（满分100 分，80 分以上为合格），学生还可以多次学习，不断巩固，以最佳成绩作为最终的考核指标之一。虚拟仿真实验平台打破了实验教学的时空限制，将实际案例以形象的动画形式直观地展示出来，能有效提高学生自主学习的能力。此外，学生可以学习到日常生活中难以碰到的实际案例，降低开展剧毒物动物实验所带来的风险。

4 法医毒理学虚拟仿真实验教学的前景

随着科学技术的发展，多媒体、虚拟现实、网络通信、人机交互、人工智能等技术日新月异，虚拟仿真实验教学依托这些新技术，通过构建高度仿真的实验对象与虚拟实验环境，使学生除了开展现实的实验教学外，还可以在虚拟仿真环境中开展实验，达到预期的教学效果和目标[6]。在法医学江苏省一流学科建设点、 江苏省优势学科项目与苏州市科技局项目“司法鉴定公共服务平台”的资助下，苏州大学医学部法医学系构建了法医形态学、 法医行为与功能学、法医分子生物学实验室。实验室及平台立足法医学专业核心课程，围绕司法鉴定实践关键环节，选择中毒相关代表性实际案例，以实践和虚拟相结合的方式，系统培养学生对法医鉴定实践的理解和知识掌握。内容包括法医现场勘查虚拟仿真实验、法医病理学虚拟解剖实验、法医毒理学虚拟仿真实验、法医临床学虚拟仿真实验与法医物证学虚拟仿真实验等。未来法医学毒理学虚拟仿真实验教学将针对具体的实际案例，整合法医学相关的学科知识体系，实现系统法医学虚拟仿真实验教学的目标。