核心功能
Science Simulation Author 是一款面向教育场景的代码生成技能,能够根据用户提供的 SimSpec(YAML/JSON 规格)自动生成单个可离线运行的 index.html 文件。该文件内嵌完整的物理/化学/生物仿真引擎,包含 2D 画布渲染、实时参数滑块、时间序列绘图、数据导出(JSON/CSV)以及结构化探究工作表,完全对标 PhET 交互式仿真实验室的教学体验。
显著优势
1. 完全离线自包含:单文件架构,零外部依赖(无 CDN、无包管理器、无网络请求),可在任意浏览器中直接打开运行
2. 教育级仿真精度:内置 RK4 与 Euler 数值积分器,支持固定步长物理模拟,自动检测 NaN/Infinity 异常并暂停
3. 探究式学习支持:强制包含 9 项结构化工作表(3 预测、2 测试、2 解释、2 误区辨析),符合科学教育探究流程
4. 多领域覆盖:自动识别力学(抛体、弹簧振子)、电磁学(RC 电路)等场景并匹配最优渲染器
5. 数据可携性:支持本地 JSON 快照保存与 CSV 数据下载,便于学生提交实验报告
局限性与风险
- 输入规格严格:必须通过 SimSpec 结构化输入,无法从自然语言直接生成复杂仿真
- 渲染器有限:仅预设 3 种场景渲染器(trajectory2d、oscillator1d、circuit_rc),陌生场景需用户明确指定
- 2D 限制:当前仅支持二维可视化,三维仿真需降维处理
- 性能边界:长轨迹历史与绘图数据会占用内存,极端参数可能导致浏览器卡顿
- 无实时协作:单用户本地运行,不支持多用户同步实验或教师端监控
适用人群
- K-12 理科教师:快速生成课堂演示或学生自主探究实验
- 师范生与教育技术开发者:构建符合 NGSS/新课标标准的数字化实验资源
- homeschool 家长:为子女创建定制化物理/化学互动学习工具
- 在线教育内容编辑:批量生产可嵌入 LMS 的离线实验模块
常规风险提示
- 生成的 HTML 包含可执行 JavaScript,虽经模板安全审计,仍建议在教育受控环境中使用
- 仿真结果为数值近似,不可替代精密实验仪器的数据精度
- 学生可能通过极端参数设置导致非物理行为(如超光速、负质量),需配合工作表引导科学思维