公安實踐教學中數字化標本庫的構建與應用

張 婷， 夏鑫鑫

（中國刑事警察學院刑事科學技術學院，沈陽 110035）

0 引 言

公安高等教育具有鮮明的職業教育特色和政治特性，圍繞“為黨育警、為國育才”的時代需求，公安教育以應用型人才培養為主的定位始終不變。適用新時代應用型人才培養對人才素質的要求是多元化的和全方位的［1］。實踐教學與理論教學相輔相成，豐富的實踐教學訓練，對培養學生的實踐能力和創新能力具有不可替代的作用。實踐教學的組織形式分為多種，主要有線下實驗教學、實習基地建設［2］、創新訓練計劃［3］、開放實驗室［4］、標本展示教學等。近年來，隨著教育信息化工作的深入推進，實踐教學中引入了虛擬仿真實驗［5］、虛擬仿真訓練［6］、數字化標本庫［7］、數字化教材［8］等很多智慧教學新手段。數字校園、智慧校園和智慧教學平臺的構建使信息化教育資源成為提供學生自主學習和終身學習的技術支撐和保障。

數字化標本庫以直觀的形貌識別，可作為展覽、示范、教育、鑒定、考證及其他各種研究之用。數字化標本庫是利用信息化技術，將積累豐富的實物標本通過采集、拍照、錄像等，運用圖像處理軟件和三維建模程序等進行標本的二次開發，并通過科學規范的分類將標本轉化為高度貼近真實的數字化標本。學習者可以通過手機掃描二維碼或者電腦登錄網站訪問數字標本庫，完成即時性、交互性學習。有研究表明，數字化標本庫的建設和應用對于提升學習者興趣，實驗教學效果改善提供了幫助［9］。數字化標本比實物標本保存長久性更好，可彌補和配合現有實踐教學資源的匱乏和標本制作難題。它能提高實踐教學的效率，不失為一種新的實踐教學思路。因此，公安教育工作中開展數字化標本庫建設及標本庫的可持續發展值得深入研究。

1 公安數字化標本庫構建的現實需求

1.1 現實意義

公安教育為培養具備政治素質和法律素養、具備案件分析和辦理能力、具有現場處置和勘驗的技能等核心素質的專業人才提供服務。公安教育滿足寬口徑、多應用和服務社會發展的實踐需求，寬口徑就業所需要的基礎知識相對寬泛，包括物理學、化學、生物學、醫學、藥學、食品科學、信息學等，知識結構的寬度需要更加豐富的教育教學資源和高效的教學手段。

標本庫教學以形象化記憶感知學習為主，形象感知是人類原始記憶，是記憶的根本，它具有顯著的直觀性和鮮明性，能激起大腦深層次作用，從而使人們完成具體形象的識記、保持和重現。形象記憶可以在大腦中持續很久而不忘記，形象記憶教學資源的開發和利用對教學效率的提高具有重要作用。目前一些信息化教學成果的應用，以形象的交互體驗來強化學習內容，正在成為教學發展的新趨勢。國家層面的標本庫資源以及高校聯盟等近幾年在持續資助建設包括植物、動物、保護區、巖礦化石、極地、可視化、工具等專題類型的國家標本平臺和教育平臺。很多高校也準確課程定位開展了有針對性的關于水生生物病害、長白山植物、中藥飲片、天然藥物、醫學病理學、組織胚胎學等數字化標本庫，將其運用在實踐教學中均取得了良好的教學效果［10-12］。

1.2 建設標本庫與教學需求差距大

目前只有較少公安院校開展了標本庫教學應用或提出了標本庫建設的設想，現有的標本庫建設與教學需求差距很大，在標本庫建設規模，數字化程度以及教學應用范圍等方面還存在與需求之間不小的差距。

例如開設野生動物學、森林植物學課程的院校按照動物、植物的門、科、屬、種的編排建立相對完善的實體標本室，并將標本的真實圖片和拍攝生活視頻用于教學［13］。但由于實體標本庫采集標本種類少、難度大、實物標本損壞程度高等問題，該校的野生動植物標本庫在持續更新和數字化建設程度并不高。又如公安院校的法醫學作為基礎課所涉及的人體、組織、器官、病理學、毒理學等內容眾多，在缺少實物標本的情況下部分教師提議建立一個規范的標本實驗（陳列）室，建議配套建有各個器官、系統的大體解剖標本，并配以彩色圖片和文字解釋以提高法醫學課程的教學效果［14］。但由于法醫學課程在公安院校和醫學院校的教學定位目標不同，公安院校醫學類標本庫的建設還停在設想階段，而近些年醫學院校已經完成了很多類似課程及數字化標本庫的開發和應用，數字化標本庫的交互性先進程度遠超公安院校。再如禁毒專業中需要對毒品的種類形貌進行認知學習，部分學校利用社會公益資源將課堂搬到實習基地，運用基地中已有的標本進行禁毒知識普及禁毒教育，開展了類似的標本庫的使用和教學［15］。還有人提出了建立微量物證樣本庫和數據庫成為刻不容緩的事情［16］，但仍是停留在設想階段。由于實體標本庫采集標本難度大，實物標本損壞程度高，專業教學學時少，公安專業涉及學科廣泛等問題，所以節省教學成本，提高教學質量的教學方法值得公安教育工作者去實踐。

2 公安特色的數字化標本庫初步構建

2.1 數字化標本庫項目梳理

公安專業中的一些實驗訓練由于危險性高、標本具有管制性而不具備線下操作的可行性，但教學內容還必須是學生應知應會的，因此數字化標本庫構建的項目選擇上應優先考慮危險和急需的建設。例如易爆物、炸藥、槍械、毒品等。同時一些實驗由于標本成本高、實驗操作耗時也不具備線下操作的可行性，也要考慮優先進行數字化標本庫建設，例如與法醫學相關的組織、器官、病理學、毒理學標本庫。對于一些保管困難，樣本較為珍惜的標本也應該列為必要的標本庫建設，例如珍惜野生動物資源、珍惜植物資源、常見走私有害外來物種資源等。結合本人所從事專業和授課大綱的要求，以數字化毒品標本庫建設為例進行具體建設和教學使用。

2.2 數字化標本庫的構建

數字化標本庫構建主要從標本庫內容和標本庫運行維護兩方面完成。內容部分是核心，運行維護是實現路徑與保障，數字化標本庫的構建路徑如圖1 所示。在內容建設方面，標本入選應具有代表性、清晰性和完整性。以毒品標本庫構建為例，毒品種類的發展經歷了初代（第1 代）、第2 代，直到現在的第3 代，因此每一代毒品中最具典型性的品種一定是要入選樣本標本庫的。數字化標本的制作需要定位，拍照并轉化為數字圖像，因此清晰性要求必不可少，圖像像素及清晰程度應貼近真實，防止污染、混雜、模糊、變形等瑕疵。同時，數字化標本庫應配有與標本圖片相應的文字信息資料，必要的說明提供數字標本完整的知識內容，便于學習記憶。知識輸出應具有準確性、美觀性、簡練性。標本的數字化轉換需要用到圖像處理軟件，應防止軟件圖像的過度處理，盡可能還原標本真實的形貌。文字說明應控制一定字數，簡練準確的同時，保證頁面美觀，如圖2 所示。

圖1 數字化標本庫的構建路徑

圖2 毒品標本庫實際應用

在運維實現方面，需要把數字化標本庫通過一定的平臺實現在線自主學習和教學過程使用。以毒品樣本庫為例，把制作完成的標本庫作為一個教學模塊嵌入在刑事毒物物證檢驗虛擬仿真訓練中，學生通過網絡登錄進入訓練系統后，點擊標本庫教學模塊，可以選擇對毒品種類的形象化認知學習，并在學習后點擊自測，虛擬仿真訓練項目直接推送未知毒品樣品圖片，以選擇題形式完成交互學習，檢測自己自學情況。

2.3 數字化標本庫的教學組織

標本庫教學作為一種輔助教學手段其組織形式十分多樣。它可或直接或間接作為實踐教學和理論教學的內容，采用線下教學、線上教學、混合式教學、互動式教學等多種學習形式，可采用自測、互測、考試等多種考核模式，如圖3 所示。在教學組織中，按照專業學習和非專業學習的教學目的差別，應分別對應不同學習效果的評價方法，組織學生參與隨機出現的自測題目檢驗學生自學成果，也可以安排混合式教學中的互動討論，對標本庫的相關內容進行教學應用和探討。

圖3 標本庫教學組織形式導圖

2.4 數字化標本庫應用中的不足

由于本標本庫的初建目的是滿足本專業學生毒品檢驗分析虛擬仿真實驗教學的課前自主學習使用，因此標本庫建設的規范化、美觀性、方便性方面還略有不足之處。

本標本庫建設是教師自行對近年來收集的樣品拍照制作和文字說明編輯，拍照制作又非同一時期，因此標本的種類、數量、文字內容、圖片尺寸、用光角度、圖片像素等都是非專業的，使得樣本庫制作的規范性不足。

目前很多標本庫建設采用合成軟件和3D 處理軟件，能夠實現圖像標本的自由旋轉、縮放、拆解、重組等功能性操作，使標本更貼近真實，但3D 處理成本高，本項目建設經費不足，因此更加立體、美觀的三維處理技術并未用在標本庫建設部分，使得標本庫的生動性上略遜。

本標本庫起始的運行模式是虛擬仿真訓練中進行程序加載，所以普通手機或平板還無法直接調出嵌入在訓練系統的單獨標本庫模塊，學習的靈活性不好。而現有的數字化標本庫通常使用更加靈活的二維碼識別技術，通過二維碼識別技術，自學的載體可以是手機、平板電腦或電腦，學習的靈活性方便性大為提高。

3 公安數字化標本庫可持續建設的思路

3.1 內容為先規范設計

標本庫建設有其自身的特點，一些作為形態識別的物質便于標本庫建設。物證識別能力和現場勘查能力的訓練需要掌握種類多樣的物證和各種現場類型，因此數字化標本庫建設應系統地、直觀地進行類別標本庫建設，使學生運用類別學習和綜合分析相結合的方式獲得綜合能力的提高。例如物證種類包括有痕跡物證、微量物證、毒物物證、毒品物證、法醫物證等，現場類型有爆炸、縱火、搶劫、盜竊等，因此，建立教學用數字化標本庫應以爆炸物、爆炸裝置、縱火物、毒品、易制毒化學品、制毒工具、有毒植物、有毒動物、纖維、槍械、彈殼、鞋底花紋痕跡、工具痕跡、指紋痕跡等內容，標本庫應有序開展相應內容建設。

在標本庫規范化建設中應對標本的分類方法、標本內容和圖像的完整性、標本圖像或視頻的拍攝環境、數碼制作轉換的基本要求、標本的典型特征、標注文字說明的位置、解釋說明的要素信息等作出較為細致規范的要求。例如槍械的完整標本庫圖，包括槍械清晰的正反面圖、拆裝圖，詳細說明等，規范的標本庫建設可用于存檔和數據信息庫的同步建設。

3.2 靈活方便兼顧安全

方便快捷是數字化標本庫較傳統標本庫的最大優點，它不受環境、場地、標本損壞、制作困難、開放次數等限制，可以隨時隨地鏈接獲取數字化標本庫的知識內容。數字化標本庫可以用二維碼掃描等靈活、方便地接入方式，也可以利用虛擬仿真實驗教學平臺、雨課堂等在線學習平臺接入。數字化標本庫在標本庫圖片基礎上，可鏈接圖片旋轉解剖、文字閱讀、語音播放，或者視頻拓展等形式輔助教學應用，使其符合學生不同學習習慣，滿足學生自主學習和終身學習的需求，延伸課堂。

但公安工作有部分內容涉及國家安全，有保密安全性要求，因此靈活方便更要兼顧安全的接口方式更為重要。對一些樣本庫的級別設定、使用權限、存儲環境、網絡安全等需要多些保密性和安全性的考慮。

3.3 共享共建開源節流

標本庫建設前期工作量大，同時高仿真數字化標本開發成本非常高，因此數字化標本庫的建設是一個系統工程，應本著節約、高效的原則，開展校際聯盟或校局聯盟共建、共享數字化標本庫或樣本數據庫的新格局。對實體標本庫進行數字化處理，對分散在一些虛擬仿真實驗項目、教學資源庫、科研數據庫等項目中的數字化標本庫，可搭建所需的教學平臺重新整合資源，在節約的基礎上盡快實現部分數字化標本庫建設。另外國家標本庫資源以及高校聯盟等較為完善的并用于教學的數字化標本庫，可通過購買服務或校際合作等方式獲得使用權限，開源增效。

充分調動公安院校標本庫建設參與的主體，教師可以利用虛擬教研室發揮各自所長，為解決某一問題共同商討、共同攻關、共建共享，使標本庫能建能用，受益范圍更具規?；?。廣泛動員學生參與，可將標本庫的建設作為實踐教學內容，從教學管理上進行考核或適當獎勵。統一布置，并在標本制作規范性要求的前提下，對標本庫建設從數量、質量、教學應用性等方面納入實踐教學的一個形式內容，對于一些實驗標本制作簡單，材料相對易得，也可以通過組織學生的大創活動使學生參與數字化標本庫建設。從而形成良性的“邊學邊建，建有所學，持續改進”的模式。

3.4 數據同步檢索應用

公安院校的實踐性特點逐步形成“教學－科研－辦案”三位一體的教學特色，三者之間相互影響相互促進，依托辦案需求所開展的科研工作往往具有很好的實踐作用。例如在刑事偵查工作中用于比對鑒定的鞋底花紋樣本庫和數據庫，日常工作中基層單位可通過上傳案件中的樣本圖片到數據庫，鞋底花紋數據庫會自動檢索和比對，并根據特征數據給出專家分析意見報告，滿足日常案件鑒定需求［16］。目前部分實戰單位或第三方服務公司擁有一些比對樣本庫和數據庫，如商品化的《世界槍械和槍彈識別大型數據庫》光盤數據庫，可根據任一參數或詞條（如生產國家、槍名、口徑、重量、彈底符號、彈殼痕跡位置、配用彈種等）進行槍械、彈殼等實物的自動檢索，該數據庫根據應用范圍可分為專業版、通用版、普及版。

因此，數字化標本庫的可持續建設目標可同步完成數據庫建設，適當增加篩選與檢索功能。對于一些已有的科研用數據庫資源可以轉化為基礎版的教學用標本庫，標本庫建設在制作標本信息的步驟中可以對詳細資料進行電子文檔和數據庫建設。數據庫的應用能以標本形態作為參照、比對的對象，實現電腦自動檢索，這對公安實踐工作具有事倍功半的作用。按需開放普及、通用、專業等不同程度權限，可以實現數字化標本庫“一庫多用”的功能，也為標本庫建設增加了社會服務的教育內涵。

4 結 語

公安信息化教育首先要從思想上提高認識，充分利用信息化教學的優勢，補充現有教學中的不足。公安信息化教育不僅僅是大數據分析、網絡課程、虛擬仿真實驗，也應該考慮相對低成本的、高效的數字化標本庫構建和應用。標本庫歷來是最直接、最生動的實踐教學手段。在數字化和信息化科技的助力下，數字化標本庫具有使用更加靈活，內容更加豐富的特點，因此，加緊對公安教育數字化標本庫的建設工作勢在必行。公安數字化標本庫的構建應本著節約、共建、共享、適用、可持續的原則，充分調動師生主體參與意識和充分發揮校際協作作用，對數字化樣本庫進行規范化建設，有條件的可進行標本庫與檢索數據庫同步構建，最大化利用“一庫多用”的功能。為滿足高素質、復合型的公安人才培養需求，擴寬學生知識結構的寬度，增加實踐教學學習的參與性和創造性，引導學生主動的自主學習和終身學習，應提高數字化標本庫建設與使用，提高其在公安智慧教學和實踐教學中的地位。