PMSS-Pro 展板内容

智语驱万物，视界显千形 —— PMSS物理运动模拟系统

一、项目背景

当前物理教学数字工具陷入“两难”：专业软件如“飞机驾驶舱”——功能强却难上手；轻量应用似“固定曲目音乐盒”——简单却死板。沙盒游戏虽有趣，但精度堪比“玩具天平称试剂”，难担教学之任。我校教师调研发现：参数调不明白、案例不贴课本、数据看不见——再好的工具也难进课堂。
我们因此出发：打造一款既精准又直观、既灵活又贴合教学的数字化物理实验平台，让物理课堂真正“动”起来！

二、功能创新

（1）自然语言驱动实验，操作“零门槛”： 教师用口语描述实验（如“从坐标(2,5)处抛出小球，初速$3m/s$”），AI自动生成精准仿真场景，30秒内完成传统需5–10分钟的手动配置。支持一键复现、批量调参、Ctrl+Z撤销，真正实现“说物理，不做操作工”。

（2）贴合教材的预设实验库，教学“即点即用”： 内置覆盖初高中核心知识点的标准实验（自由落体、斜抛、碰撞等），按教材章节组织，支持一键加载、自由调参、保存自创场景，打通课堂演示—学生探究—作业提交全链路。
（3）四面投影+实时数据，全班“看得清、学得透”： 创新多投影架构确保教室任意角度清晰观演，搭配HUD实时显示速度、加速度等关键数据，强化“描述—执行—观察—理解”闭环，试点中 92% 学生反馈物理概念更易掌握。

三、架构分层

（1）核心循环层：主线程驱动游戏状态更新与渲染，AI线程并行运行不阻塞画面，保障自然语言交互与课堂演示流畅同步。

（2）基础物理层：统一抽象球体、墙、绳索、弹簧等物理对象，支持运动、碰撞、引力、电力、不可伸长约束、张力、阻尼、胡克定律、势能及悬链线与螺旋绘制。

（3）模式与环境层：维护地表与天体双场景的独立元素容器，模式切换时自动加载对应环境参数（如重力），同步调用场景专属方法，实现跨尺度教学无缝衔接。

四、教学应用

相比传统“黑板+口述”或单一实物演示，本系统以实时可视化、一键复现、跨尺度统一三大优势，将物理课从“听公式”变为“做物理”：速度/加速度HUD让抽象量看得见，预设实验秒级加载让课堂节奏更紧凑，地表到天体无缝切换让知识体系更连贯。教师专注讲原理，学生动手验规律，真正实现“操作—观察—解释”的深度学习。

（1）自由落体+空气阻力：看得见的“理想 vs 现实”： 加载预设后，学生可调节小球质量、空气阻力，实时对比有无阻力时的下落曲线与HUD速度变化，直观理解“为何羽毛落得慢”——理论 $s=\frac {1} {2}gt^2$ 与实际指数趋稳一目了然。

（2）平抛运动：用轨迹和数据“看见”两个方向的独立运动： 加载预设后设置初速度，系统实时显示完整轨迹与速度/加速度数值。学生通过记录不同时间点的水平位移（线性增长）和竖直位移（平方增长），自主发现“水平匀速、竖直匀加速”的合成规律，无需复杂仪器，规律清晰可测。

（3）天体双星：亲手“造”轨道，理解引力守恒： 切换至天体模式，用AI指令为星球设置环绕速度，观察稳定轨道形成；当两星碰撞“合并”时，质量、颜色自动更新，生动呈现角动量与质量守恒——无需复杂计算，规律自然浮现。

五、未来展望

（1）更丰富的物理世界： 计划新增流体、电磁场、光学、电路、刚体/柔体等模型，支持多物理场耦合与非线性系统（如混沌摆），从力学延伸至电磁学、光学乃至天体与微观尺度，打造覆盖中学全物理课程的“数字实验室”。

（2）更流畅的课堂体验： 优化界面响应与渲染性能，强化操作防抖与容错机制，提升自然语言交互的准确性和多语言支持能力，让教师“说一句，出一景”，学生“点一下，看明白”。

（3）跨平台+云端协作教学： 支持 Windows、macOS、Linux 多端运行，并推进云端部署：教师可远程授课，学生通过浏览器即时参与；多人同步操作、共享实验场景，实现线上线下融合的互动课堂。

（4）AI从“执行”走向“辅助”： 未来AI不仅能执行指令，还将主动建议实验参数、提示物理规律、生成探究任务，成为教师的智能助教、学生的虚拟学伴，让技术真正服务于“教”与“学”的深度互动。

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