虚拟仿真技术在法医实践教学中的应用研究

洪 亮，李怀斌，叶明全，余结根，张业睿

（皖南医学院，安徽 芜湖 241002）

虚拟仿真技术又称虚拟现实技术或模拟技术，起源于20世纪60年代，并在20世纪90年代有了实质性的发展。随着计算机的普及与性能的提高，虚拟仿真技术得到了广泛认可，与多媒体教学、网络教育共同被看作是教育领域的三大创新技术[1]。

1 虚拟仿真教学发展的背景与意义

2013年，教育部重点推广虚拟仿真实验教学模式改革，《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》（教高司函[2013]94号）指出，虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物[2]。虚拟仿真实验教学中心建设工作坚持“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想，以全面提高高校学生创新精神和实践能力为宗旨，以共享优质实验教学资源为核心，以建设信息化实验教学资源为重点，分年度建设一批具有示范、引领作用的虚拟仿真实验教学中心，持续推进实验教学信息化建设，推动高等学校实验教学改革与创新。

虚拟现实技术是通过高速计算机系统创建的一种令人感到身临其境、可以获得与环境交互体验的虚拟世界[3]。将计算机处理的数字化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息，通过视觉、听觉、触觉等作用于使用者，对使用者的控制行为做出动态的交互反应。虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、构想性、多感知性和自主性特征，已广泛应用于职业技能培训中，并取得了很好的训练效果。虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、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，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。虚拟仿真实验教学中心建设任务是实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，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、经济的实验项目。

2 虚拟仿真技术在法医实践教学中应用的必要性

法医学是应用临床医学、生物信息学、药学和其他自然科学理论与技能解决法律问题的循证医学，用于侦查犯罪和审理民事或刑事案件提供科学证据。法医学是应用型学科，但在长期实验教学过程中，存在以下7方面的突出问题[4]。

（1）刑事案件具有不可逆性，无法真实再现案件的全部过程。（2）高危险的案件如爆炸案件、枪击案件、纵火（火灾）案件等难以通过实物进行模拟。（3）现代物证鉴定仪器设备尤其是研究级设备成本高昂，难以安排学生实际操作。（4）难以开展人体解剖、法医尸体解剖检验等实物实验。（5）现有的刑事案件现场实体模拟实验模式，一是只能满足部分类型刑事案件现场实验教学的需要；二是即便耗费巨资建成大规模的实体模拟社区，同一类型的模拟现场依然难以满足一个班学生同时实验的需要，而分组实验的结果必然缩短单组实验的时间，影响实验教学效果。（6）当前法医工作信息化建设取得了迅猛发展，诸多法医业务工作的信息化应用已经走在了教学单位的前面。（7）受常规技术设备和理念的局限，长期以来，在犯罪重建领域，无论是教学科研机构还是司法业务部门，缺乏能够真正做到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、研判的平台。

虚拟仿真实验可以从根本上解决上述7方面的难题，是法医学实验教学质的飞跃，必将促进相关专业实验、教学、科研乃至法医业务工作的进一步发展，必将产生深远的影响。

3 虚拟仿真技术在法医实践教学中应用的可行性

3.1 犯罪重建理论[5]的提出

犯罪重建理论源于奥地利法学家汉斯·格罗斯，他在1894年出版的《犯罪侦查：地方法官、警察和律师实务读本》中提出这一理论。犯罪重建旨在确定犯罪实施过程中的相关行为和事件，为了得出具体重建结论，需要借助证人证言、犯罪嫌疑人供述、被害人陈述或者物证的检验和解释结论。犯罪重建不仅要解决何时、何地、何时这些问题，还要解决何因和何故问题。这些检验工作必须使用科学的方法、逻辑和批判思维，对物证检验结果的含义进行准确解释。

在犯罪重建过程中，重建人员需要在评估证据时考察特定证据在犯罪活动中扮演的角色，同时也需要考察该证据能够证明犯罪事件的哪些情况。重建工作不仅需要考虑已经确证的事件，而且需要尽可能地确定相关事件发生的先后顺序。犯罪现场是一个动态的场所，并不会保持不变。不同类型的物证，如血迹、手印、足迹、工具痕迹、枪弹痕迹、纵火痕迹和微量物证等，都是犯罪重建的前提和基础。同时，每个类型的证据都必须与其他类型的证据协调一致。证据系统的每个部分都必须审慎地予以确立，不仅需要确保自身问题，还要将自身置于整体之中予以考虑。

3.2 大数据网络平台在虚拟仿真实验中的应用

法医学虚拟仿真实验教学可以依托校园网络，综合利用虚拟实验技术和网络信息技术加强实验教学。软件系统采用3层（数据存储层、中间业务层、前端展现层）设计架构，以大数据应用开发为设计核心，系统由多种类业务数据库、多种类终端计算设备、采集设备及控制设备组成，通过局域网及互联网进行数据交换，管理和控制各种软件、硬件教学实验设备。

4 法医虚拟仿真实验教学系统的基本研究内容

4.1 应用虚拟现实技术重建案件现场系统

重建各种类型案件的虚拟仿真现场，再现犯罪嫌疑人实施犯罪的过程，为学生提供一个直观的、全方位、多角度分析研究案情的平台，为制订现场勘查方案提供思路。

4.2 建立虚拟仿真现场勘查系统

通过输入设备实现人机对话，设计不同案件、场景、条件下的虚拟仿真案件现场，使学生完成对各种类型案件的现场勘查、采样、包装等实践，体会到实战的真实感觉。

4.3 建立虚拟仿真物证分析鉴定系统

物证分析鉴定的结论可为案件定性提供科学证据，而各种物证分析需要在一定的实验条件下，经过测定运算来完成。通过物证鉴定虚拟仿真实践教学软件，让学生在虚拟仿真物证分析鉴定系统中，多次、反复模拟学习各种常见物证的分析鉴定技术，从而理解各种常见物证分析鉴定方法的要点，掌握分析鉴定基本技能。

5 法医虚拟仿真实践教学改革的预期效果

在理论授课和实验之间增加网上虚拟实验教学，完善实践教学环节，设计自主实验和创新实验，提升学生学习兴趣与实践能力。

5.1 突破高校传统实验教学模式

高校传统实验教学中，实验室建设费用高昂，开展过程受时间、空间、人力的限制，导致实验教学目标常常难以实现。面对实验教学所面临的问题，在虚拟仿真实验教学环节，把仿真实验平台以及具有多种辅助教学功能的虚拟实验教学系统向在校学生开放，形成课堂理论教学、虚拟实验教学和实验室实验相结合的教学模式。教师可以利用系统安排理论基础测试、虚拟实验，监控和辅导学生学习过程，评价实验成绩。

5.2 极大地提高课堂教学效率

实验教学是现代远程教育的薄弱环节。为解决法医学实验教学所面临的问题，基于网络课程资源和虚拟仿真实验教学系统，遵循现代远程教育规律，开展相关课程体系建设。在实验教学中设计了两种模式：一是最优化实验模式。首先通过基础虚拟仿真实验，深化学生对相关专业课程基础理论知识的理解，熟练掌握基本专业技能；然后通过综合型虚拟仿真实验，培养学生综合实践技能，逐步训练其专业逻辑思维的分析、研判能力；最后借助法学教育优势，强化学生对刑事诉讼程序和刑事证据规则的理解与认识。二是分组对抗式创新性实验模式。多人在相同时段完成同类典型案例实验，既训练学生不同专业技能及对各类信息的整合、分析、研判能力，又训练学生分工合作、组织协调的团队意识和能力。

5.3 培养学生综合设计和创新能力

除满足课堂教学展示和验证性实验操作训练外，利用科研项目及成果开设了有特色的自主实验和创新实验，让学生在课余时间利用虚拟实验教学系统进行实验，满足课程设计和毕业设计中仿真实验的要求，开阔学生视野，完善知识结构，培养综合设计和创新能力。

虚拟仿真实验生动形象，极大地激发了学生学习兴趣，培养和锻炼了创造力，克服了传统教学模式无法解决的困难，推进了法医学专业课程建设和教学手段改革。虚拟仿真教学改革符合当今法医学专业发展的方向，有巨大的发展潜力和广阔的应用前景[6]。