《Journal of Chemical Education》：Lowering Barriers to Augmented Reality in Chemistry─Easy Creation of Virtual 3D Molecular Models
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本文介绍两种开源工具（在线3D分子模型生成器与Blender插件），可自动将SMILES字符串转化为适用于增强现实（AR）教育的分子模型。基于技术接受模型（TAM）的评估显示，在线工具因直观性获高评价，而Blender插件虽灵活性更强但操作复杂。研究为化学教育中AR技术的普及提供了关键技术支撑。
引言
分子模型工具作为化学教育的重要教具，数十年来通过触觉化的三维结构帮助学生理解分子空间构型与立体化学概念。然而，初学者常难以通过二维抽象符号构建心理模型，需借助多表征辅助工具搭建认知脚手架。增强现实技术通过叠加虚拟分子模型与真实环境，为化学教育提供了动态交互的学习场景。
增强现实在化学教育中的应用
计算化学的发展使球棍模型、空间填充模型等三维分子可视化成为可能。研究表明AR技术能显著提升学生对抽象化学概念的空间理解能力，特别是在分子几何构型、键合方式等需三维表征的知识点上。诸如MoleculAR、MolAR等应用通过实时分子操纵与手写公式识别功能，有效促进了探索式与协作式学习。苹果Reality Composer等AR开发工具的出现，进一步降低了教育者自主创建AR内容的门槛。
3D分子模型的创建挑战与需求
当前AR教育应用推广的主要障碍在于三维分子模型的创建专业性要求过高。现有化学数据库虽包含分子结构，但存在格式兼容性差、检索复杂等问题。理想工具需满足开源许可、Web化操作、直观界面、批量生成及AR兼容格式（如USDZ）等核心需求。
工具设计与实现
本研究开发了基于SMILES字符串的在线分子模型生成器与Blender插件。在线工具支持通过输入SMILES字符串或常见化合物名称（如"乙醇"）快速生成构建套件、球棍、空间填充三种模型（图1-2），可批量处理多达100个分子并支持USDZ/glTF等AR格式导出（图3）。其独特之处在于对环己烷等柔性分子能随机生成不同构象，帮助学生理解分子动态结构。Blender插件则提供更精细的模型定制功能（图4），支持300个分子批量处理与多表征并行显示，但需预先安装Blender软件。
工具评估
通过两项技术接受模型评估发现：首项定性研究（n=11）显示在线工具因操作直观获好评，而Blender插件需较高学习成本；次项定量研究（n=67）证实感知易用性通过感知有用性完全中介影响使用意向（图5），且路径系数跨用户群体无显著差异。值得注意的是，中小学教师对SMILES字符串的接受度低于高校用户（图6），凸显了图形化分子编辑器整合的必要性。
结论与展望
两种工具形成互补：在线生成器适用于快速课堂集成，Blender插件满足高级定制需求。未来改进应聚焦SMILES输入辅助（如集成PubChem数据库）、Blender插件简化安装、学习管理系统整合等方向。特别值得关注的是，工具生成的3D打印兼容模型（如OBJ/STL格式）将为视障学生提供触觉学习支持，通过添加盲文标签等优化可进一步促进化学教育的包容性发展。
