物理课本竟然“活”了！Augmented Physics让静态图表秒变动图

加拿大卡尔加里大学的研究人员开发了一款名为“Augmented Physics”的全新工具，旨在将静态的物理课本图表转化为交互式模拟，为物理教育带来革新。

该工具利用先进的计算机视觉技术，如 Segment Anything 和多模态大型语言模型，让教师和学生能够半自动地从课本页面中提取图表，并根据提取的内容生成交互式模拟。

“Augmented Physics”支持多种类型的模拟，涵盖牛顿运动、光学、电路和循环动画等。 用户可以通过简单的创作过程选择图表中的特定对象进行分割，操作这些分割后的对象，并调整参数值，从而与模拟结果进行动态交互。

这些交互式视觉输出无缝地叠加在教科书 PDF 上，通过基于 Web 的界面呈现，让学生能够在不搜索外部资料或从头开始创建模拟的情况下，直接在教科书上进行学习、实验和探索。

研究人员与七位物理教师进行了一项启发式研究，探索了四种关键的增强策略:增强实验、动画图表、双向绑定和参数可视化。

“Augmented Physics”允许用户直接操作教科书图表，例如改变光学图表中物体的位置或电路图中的电阻值，并观察实时变化。

此外，该工具还可以将静态图表转换为循环动态动画，展示物理过程随时间的变化。

“Augmented Physics”还能够将文本中的参数值与模拟进行双向绑定， 例如将文本中的数值绑定到弹簧的压缩属性，从而使系统能够根据更新的数值模拟场景。

此外，该工具还可以将模拟中的参数值可视化，例如通过动态图表展示钟摆角度随时间的变化。

研究人员通过技术评估、可用性研究（12名参与者）和专家访谈(12名物理教师)对该系统进行了评估。结果表明，该系统可以促进更具吸引力和个性化的物理学习体验。

专家们认为，该系统是对现有学习材料（如视频和在线模拟器）的补充，而非替代。虽然现有材料可能更适合于准备好的主题，但该工具为教育工作者提供了一种创建按需和个性化学习材料的方法，以适应特定情境，这是现有实践所不能很好支持的。

未来，研究人员计划将该系统扩展到更广泛的物理领域，研究其在课堂应用的潜力，并探索混合现实模式以增强物理教育体验。