物理课上，你是否也经历过这样的场景？盯着课本上的静态电路图，死活想不通电流走向；面对抛体运动公式，脑补不出轨迹变化；实验课设备有限，只能围观老师演示……这些困扰千万师生的物理教学痛点，如今将被一款AI工具——Augmented Physics——彻底颠覆。

一、物理教学痛点：

从“纸上谈兵”到“动态革命”

传统物理课堂的困境，远不止于公式难记、题目难做。当知识传递停留在二维平面，当实验操作沦为“纸上谈兵”，教与学的鸿沟正在无形中扩大。以下三大痛点，折射出物理教育亟待突破的困局：

1

抽象概念难具象化：

学生盯着斜面滑块图示，试图脑补摩擦系数变化对加速度的影响，却因缺乏动态演示，始终无法建立“受力分析→运动状态”的逻辑闭环；

电场线、磁感线在课本上是静止的“装饰图案”，学生难以想象电荷移动时场的动态变化，更遑论理解麦克斯韦方程组的空间分布；

凸透镜成像规律被简化为“物距像距公式”，但物像大小、虚实变化的过程无法直观呈现，导致80%的学生死记硬背却不会灵活应用。

2

实验条件受限制：

据统计，73%的中学无法满足全员分组实验需求，导致“看实验”取代“做实验”。

3

个性化辅导缺失：

班级授课制难以精准定位学生知识盲区，同一道斜面滑块题，错误原因可能涉及摩擦力计算、矢量分解等不同维度。

二、技术核心：

让教材“活”过来的三大黑科技

AugmentedPhysics 通过AI+物理引擎组合拳，将课本变成“可操作的实验室”：

1

智能图表解析：

· 文本参数双向绑定：修改公式中的数值，3D模型同步变化，实现“所见即所得”。

2

动态模拟引擎：

· 集成MatterJS物理引擎，将静态元件转化为可交互刚体：

o 斜坡滑块实验：拖动调节斜面倾角，实时显示加速度曲线与能量柱状图。

o 电磁感应演示：动态展示磁感线切割过程，电流方向随磁场变化即时反馈。

3

虚拟实验空间：

· 支持自由落体、电路设计等20+实验场景，突破设备与场地限制：

· 在失重环境中验证牛顿定律，对比地球与月球的重力差异。

· 搭建复杂电路时，系统自动预警短路风险并标注故障节点。

三、典型场景：

从课堂到课后全链路赋能

运动学难点攻克：动态模型构建，在动态模型中体会运动的趋势与临界态；多维度可视化，实时对矢量进行分解，能量流动沙盘显示，数据追踪生产函数图。

电学电路图进阶：智能图表分析，电流流向、电势高低清晰可见；实验空间重塑，让动态电路真正地“动”起来。

四、工具优势：

不止于“看得见”

1

零成本试错：

无需担心设备损耗，可无限次进行高危实验。“特斯拉线圈放电”“超导磁悬浮”实验，在虚拟空间中可任意操作。

2

多端无缝衔接：

学生用手机拍摄课本插图，5分钟生成动态模型，提前感知课程重点。教室大屏同步显示模拟过程，教师拖动参数滑块，全班实时观察共振曲线的形成机制。

3

教学评一体化：

教师后台查看全班数据画像，精准把握教学进度。生成能力雷达图：从“公式应用”到“创新设计”6维度可视化评估，破除“唯分数论”。

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跨学科拓展性：

打开STEAM教育新维度，物理+地理、物理+艺术等，底层架构还支持扩展至化学分子运动、生物神经信号传导等领域。

五、新旧碰撞：

传统课堂到AI课堂全方位升级

1

1. 课堂教学环节：

教师单向讲解，依赖口头描述与静态图示→动态可视化，概念在交互中自主建构

2

实验教学环节：

流程固定，结果预期固定，重在验证→开放探究，参数自由，支持发现学习

3

个性化教学环节：

难以兼顾差异，统一进度教学→基于学情数据提供专属路径，实时反馈

4

教学评估环节：

侧重笔试成绩和实验报告规范性→过程性评估，关注探究能力与创新思

当物理定律从纸面跃入三维空间，当实验操作不再受限于器材与场地，学习便成为一场充满惊喜的探索。Augmented Physics不仅是一款工具，更是打开科学思维之门的钥匙——在这里，每个公式都跳动着生命的脉搏，每次点击都在书写认知的革命。

参考资料

https://ryosuzuki.org/publications/uist-2024-augmented-physics.pdf

https://arxiv.org/abs/2405.18614

撰稿人：葛嘉坤

审稿人：刘炎洁

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