1. 痛點問題
實驗物理教學發(fā)展百年,可供學生操作的實驗受到場地、人員、經費限制已經很難在規(guī)模和形式上擴容,同時由于實體實驗自身特點,無法對物理場演化過程、瞬態(tài)過程,微觀、宇觀過程進行很好的展示。在AI技術迅速發(fā)展的年代,愈發(fā)強調創(chuàng)新人才自主培養(yǎng)的大時代背景下,實驗物理需要擁抱數字技術,積極探索AI時代下的人才培養(yǎng)新模式。
2. 解決方案
數值仿真物理實驗NuSEP系統(tǒng)是由清華大學物理系聯合校友企業(yè)共同開發(fā)。該項目致力于借用生動活潑的仿真實驗,將深澀難懂的物理概念及蘊含的數學求解過程以形象、藝術、趣味、準確的互動形式呈現在用戶面前。該系統(tǒng)強調物理知識轉化為應用的學科交叉過程、強調對近現代物理實驗的補充、強調物理場時空演化過程、強調極限參數的探索過程、也強調人工智能賦能物理學習與研究的應用過程。目前該系統(tǒng)已經包含近60個實驗,首批次開放30個實驗,該實驗系統(tǒng)已經在清華大學和部分大中院校開展試點,在課堂教學、實驗教學、科普宣傳、中學生科學教育活動中,受到了很好的效果,累計受益百萬人次以上。
NuSEP系統(tǒng)網站界面(部分)
物理作為基礎學科在各個年齡段都有學習的需求,涉及全國幾十萬所中學、千余所高等院校,以及各個年齡階段的科普教學事業(yè)。
本項成果首先計劃在大學物理教育行業(yè)使用,接下來計劃擴大在中學教育中應用,預期至2026年末,與國內十所地區(qū)頂尖中學達成共建。加快推出海外版,對標國外PhET平臺,建設成為國際一流的物理在線教育系統(tǒng)。
本項成果歷時5年開發(fā),在技術、開放模式、推廣模式均有先進性和獨創(chuàng)性。主要體現在以下幾個方面,第一,針對教學應用開展大量快速算法研究,所有實驗中對參數的響應均小于3s;第二,采用基于HTML5技術,最大化的實現跨平臺共享功能;第三,轉化一線科研成果,以深入淺出的視線解讀背后的物理模型,實現科研與科普的雙向互動;第四,采用對社會個體免費開放的模式,在大量教師同學的使用過程中,不斷推進系統(tǒng)迭代升級。
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