公安实践教学中数字化标本库的构建与应用

张 婷， 夏鑫鑫

（中国刑事警察学院刑事科学技术学院，沈阳 110035）

0 引 言

公安高等教育具有鲜明的职业教育特色和政治特性，围绕“为党育警、为国育才”的时代需求，公安教育以应用型人才培养为主的定位始终不变。适用新时代应用型人才培养对人才素质的要求是多元化的和全方位的［1］。实践教学与理论教学相辅相成，丰富的实践教学训练，对培养学生的实践能力和创新能力具有不可替代的作用。实践教学的组织形式分为多种，主要有线下实验教学、实习基地建设［2］、创新训练计划［3］、开放实验室［4］、标本展示教学等。近年来，随着教育信息化工作的深入推进，实践教学中引入了虚拟仿真实验［5］、虚拟仿真训练［6］、数字化标本库［7］、数字化教材［8］等很多智慧教学新手段。数字校园、智慧校园和智慧教学平台的构建使信息化教育资源成为提供学生自主学习和终身学习的技术支撑和保障。

数字化标本库以直观的形貌识别，可作为展览、示范、教育、鉴定、考证及其他各种研究之用。数字化标本库是利用信息化技术，将积累丰富的实物标本通过采集、拍照、录像等，运用图像处理软件和三维建模程序等进行标本的二次开发，并通过科学规范的分类将标本转化为高度贴近真实的数字化标本。学习者可以通过手机扫描二维码或者电脑登录网站访问数字标本库，完成即时性、交互性学习。有研究表明，数字化标本库的建设和应用对于提升学习者兴趣，实验教学效果改善提供了帮助［9］。数字化标本比实物标本保存长久性更好，可弥补和配合现有实践教学资源的匮乏和标本制作难题。它能提高实践教学的效率，不失为一种新的实践教学思路。因此，公安教育工作中开展数字化标本库建设及标本库的可持续发展值得深入研究。

1 公安数字化标本库构建的现实需求

1.1 现实意义

公安教育为培养具备政治素质和法律素养、具备案件分析和办理能力、具有现场处置和勘验的技能等核心素质的专业人才提供服务。公安教育满足宽口径、多应用和服务社会发展的实践需求，宽口径就业所需要的基础知识相对宽泛，包括物理学、化学、生物学、医学、药学、食品科学、信息学等，知识结构的宽度需要更加丰富的教育教学资源和高效的教学手段。

标本库教学以形象化记忆感知学习为主，形象感知是人类原始记忆，是记忆的根本，它具有显著的直观性和鲜明性，能激起大脑深层次作用，从而使人们完成具体形象的识记、保持和重现。形象记忆可以在大脑中持续很久而不忘记，形象记忆教学资源的开发和利用对教学效率的提高具有重要作用。目前一些信息化教学成果的应用，以形象的交互体验来强化学习内容，正在成为教学发展的新趋势。国家层面的标本库资源以及高校联盟等近几年在持续资助建设包括植物、动物、保护区、岩矿化石、极地、可视化、工具等专题类型的国家标本平台和教育平台。很多高校也准确课程定位开展了有针对性的关于水生生物病害、长白山植物、中药饮片、天然药物、医学病理学、组织胚胎学等数字化标本库，将其运用在实践教学中均取得了良好的教学效果［10-12］。

1.2 建设标本库与教学需求差距大

目前只有较少公安院校开展了标本库教学应用或提出了标本库建设的设想，现有的标本库建设与教学需求差距很大，在标本库建设规模，数字化程度以及教学应用范围等方面还存在与需求之间不小的差距。

例如开设野生动物学、森林植物学课程的院校按照动物、植物的门、科、属、种的编排建立相对完善的实体标本室，并将标本的真实图片和拍摄生活视频用于教学［13］。但由于实体标本库采集标本种类少、难度大、实物标本损坏程度高等问题，该校的野生动植物标本库在持续更新和数字化建设程度并不高。又如公安院校的法医学作为基础课所涉及的人体、组织、器官、病理学、毒理学等内容众多，在缺少实物标本的情况下部分教师提议建立一个规范的标本实验（陈列）室，建议配套建有各个器官、系统的大体解剖标本，并配以彩色图片和文字解释以提高法医学课程的教学效果［14］。但由于法医学课程在公安院校和医学院校的教学定位目标不同，公安院校医学类标本库的建设还停在设想阶段，而近些年医学院校已经完成了很多类似课程及数字化标本库的开发和应用，数字化标本库的交互性先进程度远超公安院校。再如禁毒专业中需要对毒品的种类形貌进行认知学习，部分学校利用社会公益资源将课堂搬到实习基地，运用基地中已有的标本进行禁毒知识普及禁毒教育，开展了类似的标本库的使用和教学［15］。还有人提出了建立微量物证样本库和数据库成为刻不容缓的事情［16］，但仍是停留在设想阶段。由于实体标本库采集标本难度大，实物标本损坏程度高，专业教学学时少，公安专业涉及学科广泛等问题，所以节省教学成本，提高教学质量的教学方法值得公安教育工作者去实践。

2 公安特色的数字化标本库初步构建

2.1 数字化标本库项目梳理

公安专业中的一些实验训练由于危险性高、标本具有管制性而不具备线下操作的可行性，但教学内容还必须是学生应知应会的，因此数字化标本库构建的项目选择上应优先考虑危险和急需的建设。例如易爆物、炸药、枪械、毒品等。同时一些实验由于标本成本高、实验操作耗时也不具备线下操作的可行性，也要考虑优先进行数字化标本库建设，例如与法医学相关的组织、器官、病理学、毒理学标本库。对于一些保管困难，样本较为珍惜的标本也应该列为必要的标本库建设，例如珍惜野生动物资源、珍惜植物资源、常见走私有害外来物种资源等。结合本人所从事专业和授课大纲的要求，以数字化毒品标本库建设为例进行具体建设和教学使用。

2.2 数字化标本库的构建

数字化标本库构建主要从标本库内容和标本库运行维护两方面完成。内容部分是核心，运行维护是实现路径与保障，数字化标本库的构建路径如图1 所示。在内容建设方面，标本入选应具有代表性、清晰性和完整性。以毒品标本库构建为例，毒品种类的发展经历了初代（第1 代）、第2 代，直到现在的第3 代，因此每一代毒品中最具典型性的品种一定是要入选样本标本库的。数字化标本的制作需要定位，拍照并转化为数字图像，因此清晰性要求必不可少，图像像素及清晰程度应贴近真实，防止污染、混杂、模糊、变形等瑕疵。同时，数字化标本库应配有与标本图片相应的文字信息资料，必要的说明提供数字标本完整的知识内容，便于学习记忆。知识输出应具有准确性、美观性、简练性。标本的数字化转换需要用到图像处理软件，应防止软件图像的过度处理，尽可能还原标本真实的形貌。文字说明应控制一定字数，简练准确的同时，保证页面美观，如图2 所示。

图1 数字化标本库的构建路径

图2 毒品标本库实际应用

在运维实现方面，需要把数字化标本库通过一定的平台实现在线自主学习和教学过程使用。以毒品样本库为例，把制作完成的标本库作为一个教学模块嵌入在刑事毒物物证检验虚拟仿真训练中，学生通过网络登录进入训练系统后，点击标本库教学模块，可以选择对毒品种类的形象化认知学习，并在学习后点击自测，虚拟仿真训练项目直接推送未知毒品样品图片，以选择题形式完成交互学习，检测自己自学情况。

2.3 数字化标本库的教学组织

标本库教学作为一种辅助教学手段其组织形式十分多样。它可或直接或间接作为实践教学和理论教学的内容，采用线下教学、线上教学、混合式教学、互动式教学等多种学习形式，可采用自测、互测、考试等多种考核模式，如图3 所示。在教学组织中，按照专业学习和非专业学习的教学目的差别，应分别对应不同学习效果的评价方法，组织学生参与随机出现的自测题目检验学生自学成果，也可以安排混合式教学中的互动讨论，对标本库的相关内容进行教学应用和探讨。

图3 标本库教学组织形式导图

2.4 数字化标本库应用中的不足

由于本标本库的初建目的是满足本专业学生毒品检验分析虚拟仿真实验教学的课前自主学习使用，因此标本库建设的规范化、美观性、方便性方面还略有不足之处。

本标本库建设是教师自行对近年来收集的样品拍照制作和文字说明编辑，拍照制作又非同一时期，因此标本的种类、数量、文字内容、图片尺寸、用光角度、图片像素等都是非专业的，使得样本库制作的规范性不足。

目前很多标本库建设采用合成软件和3D 处理软件，能够实现图像标本的自由旋转、缩放、拆解、重组等功能性操作，使标本更贴近真实，但3D 处理成本高，本项目建设经费不足，因此更加立体、美观的三维处理技术并未用在标本库建设部分，使得标本库的生动性上略逊。

本标本库起始的运行模式是虚拟仿真训练中进行程序加载，所以普通手机或平板还无法直接调出嵌入在训练系统的单独标本库模块，学习的灵活性不好。而现有的数字化标本库通常使用更加灵活的二维码识别技术，通过二维码识别技术，自学的载体可以是手机、平板电脑或电脑，学习的灵活性方便性大为提高。

3 公安数字化标本库可持续建设的思路

3.1 内容为先规范设计

标本库建设有其自身的特点，一些作为形态识别的物质便于标本库建设。物证识别能力和现场勘查能力的训练需要掌握种类多样的物证和各种现场类型，因此数字化标本库建设应系统地、直观地进行类别标本库建设，使学生运用类别学习和综合分析相结合的方式获得综合能力的提高。例如物证种类包括有痕迹物证、微量物证、毒物物证、毒品物证、法医物证等，现场类型有爆炸、纵火、抢劫、盗窃等，因此，建立教学用数字化标本库应以爆炸物、爆炸装置、纵火物、毒品、易制毒化学品、制毒工具、有毒植物、有毒动物、纤维、枪械、弹壳、鞋底花纹痕迹、工具痕迹、指纹痕迹等内容，标本库应有序开展相应内容建设。

在标本库规范化建设中应对标本的分类方法、标本内容和图像的完整性、标本图像或视频的拍摄环境、数码制作转换的基本要求、标本的典型特征、标注文字说明的位置、解释说明的要素信息等作出较为细致规范的要求。例如枪械的完整标本库图，包括枪械清晰的正反面图、拆装图，详细说明等，规范的标本库建设可用于存档和数据信息库的同步建设。

3.2 灵活方便兼顾安全

方便快捷是数字化标本库较传统标本库的最大优点，它不受环境、场地、标本损坏、制作困难、开放次数等限制，可以随时随地链接获取数字化标本库的知识内容。数字化标本库可以用二维码扫描等灵活、方便地接入方式，也可以利用虚拟仿真实验教学平台、雨课堂等在线学习平台接入。数字化标本库在标本库图片基础上，可链接图片旋转解剖、文字阅读、语音播放，或者视频拓展等形式辅助教学应用，使其符合学生不同学习习惯，满足学生自主学习和终身学习的需求，延伸课堂。

但公安工作有部分内容涉及国家安全，有保密安全性要求，因此灵活方便更要兼顾安全的接口方式更为重要。对一些样本库的级别设定、使用权限、存储环境、网络安全等需要多些保密性和安全性的考虑。

3.3 共享共建开源节流

标本库建设前期工作量大，同时高仿真数字化标本开发成本非常高，因此数字化标本库的建设是一个系统工程，应本着节约、高效的原则，开展校际联盟或校局联盟共建、共享数字化标本库或样本数据库的新格局。对实体标本库进行数字化处理，对分散在一些虚拟仿真实验项目、教学资源库、科研数据库等项目中的数字化标本库，可搭建所需的教学平台重新整合资源，在节约的基础上尽快实现部分数字化标本库建设。另外国家标本库资源以及高校联盟等较为完善的并用于教学的数字化标本库，可通过购买服务或校际合作等方式获得使用权限，开源增效。

充分调动公安院校标本库建设参与的主体，教师可以利用虚拟教研室发挥各自所长，为解决某一问题共同商讨、共同攻关、共建共享，使标本库能建能用，受益范围更具规模化。广泛动员学生参与，可将标本库的建设作为实践教学内容，从教学管理上进行考核或适当奖励。统一布置，并在标本制作规范性要求的前提下，对标本库建设从数量、质量、教学应用性等方面纳入实践教学的一个形式内容，对于一些实验标本制作简单，材料相对易得，也可以通过组织学生的大创活动使学生参与数字化标本库建设。从而形成良性的“边学边建，建有所学，持续改进”的模式。

3.4 数据同步检索应用

公安院校的实践性特点逐步形成“教学－科研－办案”三位一体的教学特色，三者之间相互影响相互促进，依托办案需求所开展的科研工作往往具有很好的实践作用。例如在刑事侦查工作中用于比对鉴定的鞋底花纹样本库和数据库，日常工作中基层单位可通过上传案件中的样本图片到数据库，鞋底花纹数据库会自动检索和比对，并根据特征数据给出专家分析意见报告，满足日常案件鉴定需求［16］。目前部分实战单位或第三方服务公司拥有一些比对样本库和数据库，如商品化的《世界枪械和枪弹识别大型数据库》光盘数据库，可根据任一参数或词条（如生产国家、枪名、口径、重量、弹底符号、弹壳痕迹位置、配用弹种等）进行枪械、弹壳等实物的自动检索，该数据库根据应用范围可分为专业版、通用版、普及版。

因此，数字化标本库的可持续建设目标可同步完成数据库建设，适当增加筛选与检索功能。对于一些已有的科研用数据库资源可以转化为基础版的教学用标本库，标本库建设在制作标本信息的步骤中可以对详细资料进行电子文档和数据库建设。数据库的应用能以标本形态作为参照、比对的对象，实现电脑自动检索，这对公安实践工作具有事倍功半的作用。按需开放普及、通用、专业等不同程度权限，可以实现数字化标本库“一库多用”的功能，也为标本库建设增加了社会服务的教育内涵。

4 结 语

公安信息化教育首先要从思想上提高认识，充分利用信息化教学的优势，补充现有教学中的不足。公安信息化教育不仅仅是大数据分析、网络课程、虚拟仿真实验，也应该考虑相对低成本的、高效的数字化标本库构建和应用。标本库历来是最直接、最生动的实践教学手段。在数字化和信息化科技的助力下，数字化标本库具有使用更加灵活，内容更加丰富的特点，因此，加紧对公安教育数字化标本库的建设工作势在必行。公安数字化标本库的构建应本着节约、共建、共享、适用、可持续的原则，充分调动师生主体参与意识和充分发挥校际协作作用，对数字化样本库进行规范化建设，有条件的可进行标本库与检索数据库同步构建，最大化利用“一库多用”的功能。为满足高素质、复合型的公安人才培养需求，扩宽学生知识结构的宽度，增加实践教学学习的参与性和创造性，引导学生主动的自主学习和终身学习，应提高数字化标本库建设与使用，提高其在公安智慧教学和实践教学中的地位。