龙虎网|扫一扫就能看出化学分子立体结构 药大教师开发出药学教育"神器"
不少学习化学类科目的人，想必都曾有过这样的苦恼——看书本上的平面化学结构式时，总是无法准确地想象还原这些分子结构的立体状态。不过，中国药科大学的一名教师，却发明了这样一种APP神器，配合着专门的辅助纸牌，只要拿起手机轻轻一扫，原本平面化的分子结构立马以立体方式进行呈现，让广大使用者可以清晰而直观地知晓分子结构式中各个元素的相互关系。
“拟观药”APP页面
日前，中国药科大学自习室里出现了这样奇怪的一幕——不少学生在自习时，总会时不时拿出几张纸牌端详一番。这并不是学生们在看书时分心“摸鱼”，而是在用纸牌进行学习。药大学生们用来学习的纸牌不是普通的扑克牌，而是一副被称为“拟观药”的药物学习辅助纸牌。 这些纸牌正面除了印有传统的“A-K”字样外，还印有药品通用名称的中英文、药物化学分子式和结构式、相对分子质量、药理药化性质分类、适应症治疗用途等信息。更为特别的是，每张扑克牌的背面，均印有一个被称为“药维码”的奇特二维码，且每张纸牌背面的“药维码”图案都不一样。据透露，想要解锁这副药物学习辅助纸牌的“全部技能”，只需要从手机应用商城里下载一个APP——“拟观药”。用该APP轻松扫描任一纸牌的正面或反面图案，即可瞬间在手机屏幕上显示出与之相对应的酷炫3D药物分子结构，而这项神奇的发明就出自中国药科大学年轻教师庞瑞之手。
辅助纸牌
据了解，“拟观药”APP是由药大研究生院的庞瑞老师历时两年，利用业余时间潜心研究3D建模、计算机视觉和二维码技术，设计开发出的国内首款药学教育增强现实应用，是一个集云服务器、云数据库、“药维码”技术、移动端APP、PC端程序、微信小程序和公众号、周边实体产品于一体的增强现实技术体系。其主要功能是通过移动设备摄像头捕捉现实世界图像，运用增强现实技术从中识别预先设置的“药维码”、图像目标、物体目标等，实时在移动设备屏幕上清晰真实显示炫酷3D药物分子模型，完美呈现药物分子结构中原子与化学键的真实空间位置。这项发明不仅填补了药学教育增强现实应用的空白，其核心技术“药维码”更是解决了长期以来书籍、课本上无法表达三维化学分子模型的重大难题。
据了解，“拟观药”APP包含“AR分子浏览器”、“ 3D分子浏览器”和“Word药AR字典”三大模块。其中，“ AR分子浏览器”是“拟观药”APP的核心应用场景。用户只需打开“AR分子浏览器”，无论是扫描药物学习辅助纸牌正面的分子结构式抑或背面的“药维码”，均可以在手机上看到酷炫的3D药物分子模型。如果在屏幕范围内移动该纸牌，3D药物分子模型还会随之移动、旋转、缩放，用户甚至可以将碳原子和碳键换成自己喜爱的颜色。
“3D分子浏览器”是“拟观药”APP的基础应用场景。里面储藏有160个药物分子的资料卡片，这些都是从药学生必学的《药物化学》教科书中整理出来的，方便同学们随时随地在移动设备上查看学习。
“Word药AR字典”是“拟观药”APP的延伸应用场景。学习中最头痛的事情莫过于查英语单词，一般的词典APP只能输入或扫描一个单词，不停输入或扫描非常繁琐。而“Word药AR字典”拥有比普通词典APP更加方便快捷的单词扫描功能，不用在搜索框手动输入需要翻译的单词，只需将摄像头对准书页便可快速将十几个单词一下识别出来。屏幕上点击识别出的单词，还可瞬间跳转到金山词霸等国内外7家专业在线词典网站，获得更为详细的注解。
据了解，自从拉瓦锡在1789年发表《化学基本论述》以来，在书籍、杂志等平面媒体上表达化学分子结构的主要方法是绘制二维的化学结构式，但化学结构式只是三维的真实分子结构在二维平面上的抽象投影，并不能完全表达分子结构中原子与化学键的真实空间位置。因此，化学学习者要想理解立体化学除了动手搭建分子球棍模型，就只能通过自己的想象了。直到上个世纪80年代，计算机才发展出模拟三维分子结构的软件，但电脑不方便携带且无法与书籍、杂志等平面媒体上的化学结构式产生关联互动。而“拟观药”APP将计算机模拟出的虚拟物体与现实物体结合起来，完美解决了这一问题。这项发明不仅填补了药学教育增强现实应用的空白，其核心技术“药维码”更是解决了长期以来书籍、课本上无法表达三维化学分子模型的重大难题。
据庞瑞老师介绍，目前已有6832个小分子药物结构被整理收录到数据库中，“Word药AR字典”含有从大学英语四六级到托福雅思GRE等在内的23000多个词条。值得一提的是，2018年5月化学工业出版社已经重新印刷了带有“药维码”的十二五规划教材《药物化学》（第三版），全国使用该教材的师生都能够使用到“拟观药”技术。
谈及整个开发过程，庞瑞老师坦言：“开发‘拟观药’APP算是我这辈子做过的最具挑战性的事情，为此我放弃了很多个周末，一个人编写了上万行的代码，进行了数百次测试。开发过程中遇到的难题无数，如果要总结可以写一本书。”
庞瑞还表示，未来几年，‘拟观药’APP还将移植到不断普及的AR眼镜和VR眼镜中，成为真正意义上的增强现实和虚拟现实教育系统，让学生在课堂、校园、图书馆、实验室、宿舍等多种场景中获取更加丰富的海量知识，开展更加自由、更加轻松的学习。到那时，《哈利•波特》书中所描绘的霍格沃茨魔法学校将真正走进现实。
通讯员：姜晨、徐逸雯 记者：陶禹歌