虚拟仿真实验应用于法医学本科教学的探索与实践——以中南大学基础医学院法医学系为例

张欣然 路皖庆 党幸星 闫 杰

（中南大学中南大学基础医学院法医学系，湖南 长沙 410013）

0 引言

法医学是一门以医学为基础的自然学科，具有多学科交叉、实践性强等特点。实验教学是法医学专业教学的重要组成部分，但传统实验课程存在周期长、实验设备及器材有限、耗材昂贵、学生动手机会少、部分实验内容无法进行等不足。引入高效、安全、经济、可重复的虚拟仿真实践教学能够在一定程度上克服上述问题[1]，提高法医学课程整体教学质量与效率。笔者通过分析本校法医学教学现状，总结了虚拟仿真实验助力教学改革的意义和成果，以期为医学院校专业课程教学中开展虚拟仿真实验教学提供借鉴。

1 背景

1.1 法医学教学特点

注重理论与实践相结合，掌握多种法医相关知识和场景分析能力并运用于实际，是法医学人才培养的目标。因此，需要在教学中重视理论知识掌握和实践技能的培养，除讲授系统法医学理论知识和基本技能外，培养良好逻辑思维能力、案件综合分析能力也是不可或缺的环节。

1.2 法医传统实验课程存在的不足

（1）实物实验具有局限性。在法医学本科教学中，部分相关实物模型无法复制，如人体尸斑、皮肤损伤、电流斑等形态难以进行实物模拟，教师仅能在理论教学中通过图片展示及语言描述等方式进行教学，导致学生在相关知识点的理解和运用方面难以达到最佳效果。

（2）实验项目涵盖面不全。部分耗时过长、危险系数过高、场地环境要求较高的实验未被允许列入实验教学课程，学生只能通过文字描述或影像信息了解相关实验内容，难以全面而深刻地了解和体会相关实验要点。

（3）实验结果存在差异性。实验教学的操作对象主要是动物，但由于生理构造的不同，动物的形态学和病理学改变与人体真实情况存在差异，许多毒物中毒表现和毒物代谢动力学也很难在动物试验中重演。

（4）实验条件具有限制性。实验条件存在设备器械不足等限制，常采用3～5名同学合组的方式进行实验，难以保证每位学生独立进行操作，导致不同学生对于知识的理解可能存在较大差异。

（5）部分学科实验教学开展困难。由于学科的特殊性，部分法医学分支学科的实验教学难以开展。如法医昆虫学实验周期较长，对实验室环境有特殊要求，且具有法医昆虫学背景的师资匮乏，限制了该类实验的开展。

（6）学科教学缺乏交叉性。处理法医学实践案例往往需要综合多学科知识，但在法医学教学中，法医病理、法医毒理、法医物证、法医毒物分析等学科实验常单独开课，未能有效地进行交叉融合，不利于培养学生的专业综合分析能力。

2 虚拟仿真实验技术应用优势

虚拟仿真实验是一种依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，帮助学生在虚拟环境中开展实验的一种新兴实验系统。在涉及高危或极端的环境，不可及或不可逆的操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时，提供可靠、安全和经济的实验项目[2]。作为线下实验的补充，它打破了传统实验时间与空间的限制，克服了实验周期长、成本高、易污染环境等问题，使学生能够直观、全面地进行实验课程内容。虚拟仿真实验还能以提示形式强化学生对知识点的记忆，并通过即时运用加强学生对相应理论知识的理解和掌握，使其在实践中拓展知识点或者进行已学知识点的联想复习与有机整合，提高线下课程的教学效率。

在法医学实验教学中，虚拟仿真平台能将与犯罪活动有关的现场勘查、检验鉴定、调查访问、视频监控等获得的所有案件相关信息进行有效整合、分析和研判。虚拟仿真实验不仅能够实现一些高危案件和不可逆案件的重现，使学生以实验的方式接触到更多法医相关知识，还能实现重复模拟操作，加深学生对实验原理的理解和对操作步骤的熟练程度，节省大量课堂教学时间。虚拟仿真实验是集综合性、设计性、探究性于一体的实验，能为培养学生的案件分析处理综合能力、创新精神和创新能力提供强有力保障。同时，学生也可以在虚拟仿真实验操作过程中更加全面详细地了解真实司法案件的内容，熟悉案件的处理流程，为今后的法医学实习及就业打下坚实的基础[3]。

3 虚拟仿真实验应用于法医本科教学的现状

基于传统实验教学存在的不足和虚拟仿真技术的优势，我们在法医毒物分析、法医病理学、法医毒理学等多门法医学课程中增设了虚拟仿真实验内容，包括法医病理学的“死亡时间推断”“皮肤创伤与电流损伤组织学观察”，法医毒理学的“乙醇死后再分布实验”“海洛因成瘾实验”，以及多学科交叉的“基于案例的法医学综合分析能力培训项目”等。

死亡时间（Postmortem Interval，PMI）通常指的是死亡发生时至尸体被发现时的时间跨度，也可称为死后间隔时间或死后经历时间[4]。准确推断PMI对确定侦查方向、确认或排除犯罪嫌疑人、估计案发时间等具有重要的意义[5]。但“死亡时间推断”由于受到多种条件的制约，难以在实际教学中进行人体实验，同时动物实验存在无法建立有效模型的问题，导致该知识点常以图片及语言形式进行授课。而虚拟仿真实验能够模拟不同时间、不同条件下（包括不同死者体型、不同环境条件等）的尸冷、尸斑、尸僵、角膜浑浊、白骨化等多种尸体现象，有效训练学生观察和分析相关指标的能力，促使其深入理解人体死后各种尸体现象的规律及法医学应用。

在“基于案例的法医学综合分析能力培训”项目中，法医病理、法医物证、法医毒物分析等各个学科的知识点被有机整合，同时引入法医微生物、虚拟解剖的知识。让学生通过参与案件各个环节，完成死亡原因分析、死亡时间推断和嫌疑人认定三大主线任务，提升判断力、决策力和逻辑分析能力，达到培养学生创新思维、提升其综合分析能力的目的。截至2022年1月23日，该项目浏览量达18 196人次，实验操作达2 227人次，在国家虚拟仿真实验教学课程共享平台上评分为5.0满分。许多学生在实验交流区评论：该虚拟仿真实验内容生动形象，可以更好地帮助同学了解法医工作流程，提升同学们对法医的兴趣。

4 虚拟仿真实验应用于法医本科教学的价值

4.1 拓宽实验内容

虚拟仿真实验可以复刻现实中难以重现的案发场景和死亡过程等，使得既往难以进行的实验内容重新开展；此外，由于人与动物生理结构的不同，目前部分形态学与病理变化难以通过动物实验模型进行复制，只能通过图片展示或文本语言讲述。虚拟仿真实验解决了上述问题，使抽象问题具体化，促进重要知识点的理解和掌握。

4.2 提高教学效率

虚拟仿真实验是一种网络资源，可供学生提前预习、课后复习及反复学习加深记忆，突破了传统实验教学模式的局限，并且能在实验过程中串联理论知识与实验操作要点，极大地提高了整体教学效率。

4.3 提升人文和科研素养

虚拟仿真实验可减少或避免机械窒息、溺水、电击、中毒等动物实验，更加符合动物实验的4R原则，可以促进培养学生的人文精神以及科研素养[6]。虚拟仿真实验的线上操作还可避免部分学生因对动物实验伦理的认知滞后而造成的伦理失范现象[7]。

5 思考

目前，我们对法医学专业的虚拟仿真实验教学处于初步探索阶段，还存在虚拟仿真项目偏少、覆盖面不足的问题。后续拟采取措施进一步完善虚拟仿真实验课程建设，主要包括：（1）扩大建设符合教学目的虚拟仿真实验项目，拓宽实践学习内容。（2）增加虚拟仿真实验的教学内容占比，在部分课堂教学中引入虚拟现实场景，即通过虚拟现实场景展示讲授理论知识，让学生更直观地感受案情、更仔细地了解案件细节。（3）利用虚拟仿真实验辅助学习。建设与线下实验课包含同一知识模块的虚拟仿真实验内容，通过实验课前的虚拟仿真操作了解线下实验中可能出现的问题，促进线下实验教学的顺利开展，实验结束后也可以通过虚拟仿真实验对相关知识点和操作过程进行复习。

近年来，虚拟仿真技术进入高速发展阶段，相信通过构建高度仿真的法医学实验对象与虚拟实验环境[8]，达到理论教学、线下实验教学与虚拟仿真实验教学三位一体，是有效促进和提升法医学教学的重要途径，对培养全面、实用型的高素质法医学人才具有重要意义。