H5数值仿真物理实验系统

人工智能

1. 痛点问题

实验物理教学发展百年，可供学生操作的实验受到场地、人员、经费限制已经很难在规模和形式上扩容，同时由于实体实验自身特点，无法对物理场演化过程、瞬态过程，微观、宇观过程进行很好的展示。在AI技术迅速发展的年代，愈发强调创新人才自主培养的大时代背景下，实验物理需要拥抱数字技术，积极探索AI时代下的人才培养新模式。

2. 解决方案

数值仿真物理实验NuSEP系统是由清华大学物理系联合校友企业共同开发。该项目致力于借用生动活泼的仿真实验，将深涩难懂的物理概念及蕴含的数学求解过程以形象、艺术、趣味、准确的互动形式呈现在用户面前。该系统强调物理知识转化为应用的学科交叉过程、强调对近现代物理实验的补充、强调物理场时空演化过程、强调极限参数的探索过程、也强调人工智能赋能物理学习与研究的应用过程。目前该系统已经包含近60个实验，首批次开放30个实验，该实验系统已经在清华大学和部分大中院校开展试点，在课堂教学、实验教学、科普宣传、中学生科学教育活动中，受到了很好的效果，累计受益百万人次以上。

NuSEP系统网站界面（部分）

物理作为基础学科在各个年龄段都有学习的需求，涉及全国几十万所中学、千余所高等院校，以及各个年龄阶段的科普教学事业。

本项成果首先计划在大学物理教育行业使用，接下来计划扩大在中学教育中应用，预期至2026年末，与国内十所地区顶尖中学达成共建。加快推出海外版，对标国外PhET平台，建设成为国际一流的物理在线教育系统。

本项成果历时5年开发，在技术、开放模式、推广模式均有先进性和独创性。主要体现在以下几个方面，第一，针对教学应用开展大量快速算法研究，所有实验中对参数的响应均小于3s；第二，采用基于HTML5技术，最大化的实现跨平台共享功能；第三，转化一线科研成果，以深入浅出的视线解读背后的物理模型，实现科研与科普的双向互动；第四，采用对社会个体免费开放的模式，在大量教师同学的使用过程中，不断推进系统迭代升级。