法医毒物分析虚拟仿真实验平台的构建

李鼎 毛征生 陈峰

[摘 要] 法医毒物分析学科是以现代大型仪器分析技术为基础，对毒物进行定性定量分析，在教学实践中高度依赖以大型仪器分析为基础的实验教学。实验教学是法医毒物分析课程的重要组成部分，同时也是学生掌握从事法医毒物分析技能的最有效方法之一，为将来从事工作打好必要的基础。从法医毒物分析虚拟仿真教学背景、平台构建和平台应用方面出发，论述了法医毒物分析虚拟仿真平台的构建方法和应用前景，为新冠疫情背景下开展线上实验教学提供理论依据。

[关键词] 法医毒物分析;虚拟仿真;实验教学

[基金项目] 2019年度南京医科大学教育研究课题“基于命案现场勘验虚拟仿真项目的法医胜任能力培养研究”（2019LX009）

[作者简介] 李 鼎（1984—），男，江苏南京人，硕士，南京医科大学实验师，主要从事法医病理技术研究;毛征生（1987—），男，浙江温州人，博士，南京医科大学讲师，主要从事法医毒物分析研究;陈 峰（1982—），男，河南商丘人，博士，南京医科大学教授（通信作者），主要从事法医学研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）29-0057-04    [收稿日期] 2021-03-26

法医毒物分析是以现代大型仪器分析技术为基础，以能损害生命正常活动的毒物为对象并对其进行定性和定量判定，从而服务于国家法制建设的一门应用性学科[1]。法医毒物分析学科不同于其他学科，在教学实践中高度依赖以大型仪器分析为基础的实验教学。

2020年突如其来的新型冠状病毒疫情对正常的生产和生活秩序造成了重大影响，对教学工作的开展也产生了深远的影响[ 2，3 ]。疫情期间，线上教学成为唯一教学方式，给高校广大师生提出了巨大的挑战。相比于理论教学，实验教學工作更难以开展。目前我国作为全球疫情防控最好的国家之一，已经具备了线下实验教学工作的开展条件。然而，疫情在全球范围内尚未结束，散发的疫情以及其他可能突发的公共卫生安全事件仍然会影响实验教学的开展。为了应对各种无法正常开展法医毒物分析实验教学的情况，探讨并建立有效的线上实验教学方法迫在眉睫[ 4，5 ]。

虚拟仿真实验是利用网络技术开发的最富真实感的模拟实验，可直接在电脑上在线模拟操作，具有高度的还原性和灵活性。早在2013年，教育部就已经发布了《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），截至目前，全国已建设有300多个国家级虚拟仿真实验教学中心[ 6，7 ]。由于虚拟仿真实验的开展只需在有网络的条件下就能进行，不受教学场所和时间的影响，完全可以弥补无法在线下实验教学的不足。因此，建立法医毒物分析虚拟仿真技术平台，可以为开展线上法医毒物分析实验教学提供切实可行的方法。

一、法医毒物分析虚拟仿真平台构建模式的选择

虚拟仿真技术已经开始在各个行业中应用，其效果也是非常显著的，对于虚拟仿真技术而言，其在构建虚拟仿真平台的时候有两个模式可以进行选择，一种是“C/S架构”，另一种是“B/S架构”。其中“C/S架构”以客户端和服务器的结构为基础，建立的虚拟仿真系统，可以借助两端硬件的优势，将任务进行合理的分配，此架构方式一般需要选择适当的数据库平台才能帮助数据库实现真正的统一，C/S结构的最大优势是其应用服务器上面的运行数据所承载的负荷不大，而且C/S结构在数据存储方面，其管理功能是较为透明化的，但是C/S结构的客户端需要安装相应的应用程度才可以正常运行。而“B/S架构”是以浏览器和服务器为基础来开展构建，建立起的虚拟仿真系统，B/S结构属于一种网络模式，将系统的核心部分都集中到了服务器上面，使系统的开发和应用得到了很大程度上的简化。客户只需要安装一个浏览器就可以实现数据同步交换。B/S最大的优势就是不用安装任何软件，只需要提供一台连接网络的电脑，就可以完成操作，同时B/S还具有交互性，具有对局部进行实时刷新的功能。通过对二者进行对比分析，“B/S架构”相对来说更加具有优势，当前的虚拟仿真平台中也多采用此种技术，由此可见构建法医毒物分析的虚拟仿真平台应该选择“B/S架构”更为合适。

二、法医毒物分析虚拟仿真实验平台构建

“法医毒物分析”虚拟仿真实验平台主要由两大模块组成，包括教师模块和学生模块。教师模块主要由权限管理模块、统计分析模块和实验指导模块，学生模块包括样品处理模块、仪器操作模块以及数据处理模块，如图1所示。

（一）教师模块

1.权限管理模块。该模块主要是定义具体虚拟仿真实验教学场景中不同角色的权限，主要是设定教师和学生的权限。教师作为实验教学的课程负责人，具有实验设计、发布实验、实验指导和批改报告等权限。学生通过学号登录课堂，具有样品处理、仪器操作和数据处理权限，最后完成教师发布的虚拟仿真实验并提交实验报告。

2.统计分析模块。这一模块主要是实时动态记录学生的实验操作轨迹，通过路径图、雷达图和列表等多种形式全方位反馈学生实验操作的详细环节。对学生实验技能掌握的熟练程度进行统计分析，学生普遍难以掌握或出错率高的环节，通过实验操作步骤拆分和重点提示等方法进一步优化平台模块。

3.实验指导模块。这一模块主要是模拟实际实验教学场景，教师在线实时观察学生实验进展。发现学生实验操作步骤中可能存在重大偏差时，及时给予指导。学生在实验操作过程中如果遇到自己无法解决的困难，可以通过实验指导模块向教师提问。另外，实验指导模块还可以依情况增加讨论区，学生可以在讨论区交流实验中遇到的问题。

（二）学生模块

1.样品处理模块。样品处理包括体外样品和体内样品处理，是法医毒物分析检测工作的首要任务。体外样品主要包括可疑固体、液体和气体，样品处理方法主要包括溶解、液液萃取和顶空进样等方式。体内样品主要包括血液、尿液和组织样品，样品处理方法主要包括蛋白沉淀、液液萃取和固相微萃取等方法。样品处理模块主要是对特定毒物分析实验对象进行虚拟仿真建模，学生通过人机交互的虚拟操作进行方法选择和样品处理操作学习，使学生熟悉并掌握法医毒物分析实际工作相关的样品处理方法。