李鼎 毛征生 陳峰

[摘 要] 法醫(yī)毒物分析學(xué)科是以現(xiàn)代大型儀器分析技術(shù)為基礎(chǔ)，對毒物進(jìn)行定性定量分析，在教學(xué)實踐中高度依賴以大型儀器分析為基礎(chǔ)的實驗教學(xué)。實驗教學(xué)是法醫(yī)毒物分析課程的重要組成部分，同時也是學(xué)生掌握從事法醫(yī)毒物分析技能的最有效方法之一，為將來從事工作打好必要的基礎(chǔ)。從法醫(yī)毒物分析虛擬仿真教學(xué)背景、平臺構(gòu)建和平臺應(yīng)用方面出發(fā)，論述了法醫(yī)毒物分析虛擬仿真平臺的構(gòu)建方法和應(yīng)用前景，為新冠疫情背景下開展線上實驗教學(xué)提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞] 法醫(yī)毒物分析;虛擬仿真;實驗教學(xué)

[基金項目] 2019年度南京醫(yī)科大學(xué)教育研究課題“基于命案現(xiàn)場勘驗虛擬仿真項目的法醫(yī)勝任能力培養(yǎng)研究”（2019LX009）

[作者簡介] 李 鼎（1984—），男，江蘇南京人，碩士，南京醫(yī)科大學(xué)實驗師，主要從事法醫(yī)病理技術(shù)研究;毛征生（1987—），男，浙江溫州人，博士，南京醫(yī)科大學(xué)講師，主要從事法醫(yī)毒物分析研究;陳 峰（1982—），男，河南商丘人，博士，南京醫(yī)科大學(xué)教授（通信作者），主要從事法醫(yī)學(xué)研究。

[中圖分類號] G642 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）29-0057-04 ? ?[收稿日期] 2021-03-26

法醫(yī)毒物分析是以現(xiàn)代大型儀器分析技術(shù)為基礎(chǔ)，以能損害生命正?；顒拥亩疚餅閷ο蟛ζ溥M(jìn)行定性和定量判定，從而服務(wù)于國家法制建設(shè)的一門應(yīng)用性學(xué)科[1]。法醫(yī)毒物分析學(xué)科不同于其他學(xué)科，在教學(xué)實踐中高度依賴以大型儀器分析為基礎(chǔ)的實驗教學(xué)。

2020年突如其來的新型冠狀病毒疫情對正常的生產(chǎn)和生活秩序造成了重大影響，對教學(xué)工作的開展也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響[ 2，3 ]。疫情期間，線上教學(xué)成為唯一教學(xué)方式，給高校廣大師生提出了巨大的挑戰(zhàn)。相比于理論教學(xué)，實驗教學(xué)工作更難以開展。目前我國作為全球疫情防控最好的國家之一，已經(jīng)具備了線下實驗教學(xué)工作的開展條件。然而，疫情在全球范圍內(nèi)尚未結(jié)束，散發(fā)的疫情以及其他可能突發(fā)的公共衛(wèi)生安全事件仍然會影響實驗教學(xué)的開展。為了應(yīng)對各種無法正常開展法醫(yī)毒物分析實驗教學(xué)的情況，探討并建立有效的線上實驗教學(xué)方法迫在眉睫[ 4，5 ]。

虛擬仿真實驗是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)的最富真實感的模擬實驗，可直接在電腦上在線模擬操作，具有高度的還原性和靈活性。早在2013年，教育部就已經(jīng)發(fā)布了《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》（教高司函〔2013〕94號），截至目前，全國已建設(shè)有300多個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心[ 6，7 ]。由于虛擬仿真實驗的開展只需在有網(wǎng)絡(luò)的條件下就能進(jìn)行，不受教學(xué)場所和時間的影響，完全可以彌補(bǔ)無法在線下實驗教學(xué)的不足。因此，建立法醫(yī)毒物分析虛擬仿真技術(shù)平臺，可以為開展線上法醫(yī)毒物分析實驗教學(xué)提供切實可行的方法。

一、法醫(yī)毒物分析虛擬仿真平臺構(gòu)建模式的選擇

虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)開始在各個行業(yè)中應(yīng)用，其效果也是非常顯著的，對于虛擬仿真技術(shù)而言，其在構(gòu)建虛擬仿真平臺的時候有兩個模式可以進(jìn)行選擇，一種是“C/S架構(gòu)”，另一種是“B/S架構(gòu)”。其中“C/S架構(gòu)”以客戶端和服務(wù)器的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，建立的虛擬仿真系統(tǒng)，可以借助兩端硬件的優(yōu)勢，將任務(wù)進(jìn)行合理的分配，此架構(gòu)方式一般需要選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫平臺才能幫助數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)真正的統(tǒng)一，C/S結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)勢是其應(yīng)用服務(wù)器上面的運行數(shù)據(jù)所承載的負(fù)荷不大，而且C/S結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)存儲方面，其管理功能是較為透明化的，但是C/S結(jié)構(gòu)的客戶端需要安裝相應(yīng)的應(yīng)用程度才可以正常運行。而“B/S架構(gòu)”是以瀏覽器和服務(wù)器為基礎(chǔ)來開展構(gòu)建，建立起的虛擬仿真系統(tǒng)，B/S結(jié)構(gòu)屬于一種網(wǎng)絡(luò)模式，將系統(tǒng)的核心部分都集中到了服務(wù)器上面，使系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用得到了很大程度上的簡化?？蛻糁恍枰惭b一個瀏覽器就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步交換。B/S最大的優(yōu)勢就是不用安裝任何軟件，只需要提供一臺連接網(wǎng)絡(luò)的電腦，就可以完成操作，同時B/S還具有交互性，具有對局部進(jìn)行實時刷新的功能。通過對二者進(jìn)行對比分析，“B/S架構(gòu)”相對來說更加具有優(yōu)勢，當(dāng)前的虛擬仿真平臺中也多采用此種技術(shù)，由此可見構(gòu)建法醫(yī)毒物分析的虛擬仿真平臺應(yīng)該選擇“B/S架構(gòu)”更為合適。

二、法醫(yī)毒物分析虛擬仿真實驗平臺構(gòu)建

“法醫(yī)毒物分析”虛擬仿真實驗平臺主要由兩大模塊組成，包括教師模塊和學(xué)生模塊。教師模塊主要由權(quán)限管理模塊、統(tǒng)計分析模塊和實驗指導(dǎo)模塊，學(xué)生模塊包括樣品處理模塊、儀器操作模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊，如圖1所示。

（一）教師模塊

1.權(quán)限管理模塊。該模塊主要是定義具體虛擬仿真實驗教學(xué)場景中不同角色的權(quán)限，主要是設(shè)定教師和學(xué)生的權(quán)限。教師作為實驗教學(xué)的課程負(fù)責(zé)人，具有實驗設(shè)計、發(fā)布實驗、實驗指導(dǎo)和批改報告等權(quán)限。學(xué)生通過學(xué)號登錄課堂，具有樣品處理、儀器操作和數(shù)據(jù)處理權(quán)限，最后完成教師發(fā)布的虛擬仿真實驗并提交實驗報告。

2.統(tǒng)計分析模塊。這一模塊主要是實時動態(tài)記錄學(xué)生的實驗操作軌跡，通過路徑圖、雷達(dá)圖和列表等多種形式全方位反饋學(xué)生實驗操作的詳細(xì)環(huán)節(jié)。對學(xué)生實驗技能掌握的熟練程度進(jìn)行統(tǒng)計分析，學(xué)生普遍難以掌握或出錯率高的環(huán)節(jié)，通過實驗操作步驟拆分和重點提示等方法進(jìn)一步優(yōu)化平臺模塊。

3.實驗指導(dǎo)模塊。這一模塊主要是模擬實際實驗教學(xué)場景，教師在線實時觀察學(xué)生實驗進(jìn)展。發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗操作步驟中可能存在重大偏差時，及時給予指導(dǎo)。學(xué)生在實驗操作過程中如果遇到自己無法解決的困難，可以通過實驗指導(dǎo)模塊向教師提問。另外，實驗指導(dǎo)模塊還可以依情況增加討論區(qū)，學(xué)生可以在討論區(qū)交流實驗中遇到的問題。

（二）學(xué)生模塊

1.樣品處理模塊。樣品處理包括體外樣品和體內(nèi)樣品處理，是法醫(yī)毒物分析檢測工作的首要任務(wù)。體外樣品主要包括可疑固體、液體和氣體，樣品處理方法主要包括溶解、液液萃取和頂空進(jìn)樣等方式。體內(nèi)樣品主要包括血液、尿液和組織樣品，樣品處理方法主要包括蛋白沉淀、液液萃取和固相微萃取等方法。樣品處理模塊主要是對特定毒物分析實驗對象進(jìn)行虛擬仿真建模，學(xué)生通過人機(jī)交互的虛擬操作進(jìn)行方法選擇和樣品處理操作學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉并掌握法醫(yī)毒物分析實際工作相關(guān)的樣品處理方法。