先预测，再揭晓
选一个核心变化，请学生先画出趋势或给出理由。教师只改变一个变量，再用画面和读数检验预测。
建议 5–10 分钟 · 适合引入或突破难点
TEACHING / 把探索带进课堂
一次体验，
成为一节有证据的课。
教师提纲、学生任务与记录模板放在一起。先提出判断，再动手验证，最后用结果解释原理。以下时长为课堂安排建议，可按学习基础调整。
01 / 组织一节课
让操作围绕一个问题展开。
两组条件，一次比较
学生独立或结对完成任务，记录固定条件与改变的变量。出现不同结果时，先核对条件，再讨论结论。
建议 15–30 分钟 · 适合课堂活动
留下可以讨论的证据
提交参数、结果图或实验记录，附一句解释和一个未解决的问题。评分关注比较过程与推理，而不只看数值。
建议 20–45 分钟 · 可配合课后报告
02 / 九份课程任务单
从与你的课程相关的一份开始。
每份包含先修知识、教师提纲、操作任务和讨论题。展开后可打印，或在打印窗口保存为 PDF。
01深蓝动力 · 船舶系统海洋工程 · 建议 20–30 分钟
元思智能 · 课堂任务单
深蓝动力 · 船舶系统
应急电源接管后，为什么推进仍未恢复？
- 学习目标
- 区分机械推进与供电，解释开航联锁和失电保护。
- 先修知识
- 能量传递、机械运动与简单电路
- 教师提纲
- 先让学生提出启动顺序，再利用联锁提示检验判断。不要直接给出完整操作答案。
先写下你的判断
操作与观察
- 进入动力舱，沿活塞、连杆、曲轴到轴桨追踪机械传动。
- 在未就绪状态尝试启动主机，记录拒绝启动的条件；依次建立电源、滑油、冷却和燃油供应。
- 完成开航后模拟主电失电，记录辅机、主机与应急母线的先后变化，再完成恢复。
需要留下的证据
启动条件、失电发生后的变化顺序、应急供电能够维持的功能。
解释与讨论
电力消失、辅机停机与主机保护之间，哪一段是直接作用，哪一段有延时？
模型边界：电压、转速及保护延时均为教学设定，不作为实船操作流程。
02风电数字孪生能源动力工程 · 建议 25–40 分钟
元思智能 · 课堂任务单
风电数字孪生
改变风机排列，为什么全场功率会改变？
- 学习目标
- 在相同来风条件下比较布局，解释尾流与功率变化。
- 先修知识
- 功率、风速与变量控制
- 教师提纲
- 比较前先确认风向、机组数量和基础间距相同，避免把不同条件的结果直接归因于布局。
先写下你的判断
操作与观察
- 固定来流风速、方向与叶片方案，记录初始风场功率。
- 在相同基础间距下比较规则与错列排列，保存两套方案；观察尾流与各机组出力。
- 选择一台机组模拟故障，查看预测与维护页面，完成停机检查和维护复位。
需要留下的证据
固定条件、布局参数、两套功率结果、故障前后的指标变化。
解释与讨论
当前来风下表现较好的布局，在风向改变后还会更好吗？
模型边界：来风由合成函数给出，色带不是统计置信区间，结果不用于真实场址设计。
03猛禽发动机航空航天工程 · 建议 15–25 分钟
元思智能 · 课堂任务单
猛禽发动机
流量不变时，环境压力为什么会影响推力？
- 学习目标
- 连接结构、推进过程、工况与冷却，依据变化判断异常环节。
- 先修知识
- 动量、压力与热传递基础
- 教师提纲
- 把动画观察和公式分析分两步进行，引导学生区分视觉线索与可计算的量。
先写下你的判断
操作与观察
- 先看结构，再播放原理解析，说明推进剂经过哪些环节。
- 保持流量不变，比较海平面、高空和真空；再固定环境压力，只改变流量。
- 进入冷却和故障诊断，用流量、推力和壁温的变化为判断提供证据。
需要留下的证据
流量、环境压力、推力、壁温与异常判断依据；注明哪些条件保持不变。
解释与讨论
如果喷口压力和排气速度也随工况变化，当前简化公式的比较还足够吗？
模型边界：喷口状态固定，内部流路和火焰为教学示意，不对应猛禽实机性能。
04新能源汽车车辆工程 · 建议 15–25 分钟
元思智能 · 课堂任务单
新能源汽车
改变充电功率，会改变当前储存能量吗？
- 学习目标
- 从整车进入电池与电驱，区分能量储存和功率流动。
- 先修知识
- 能量、功率、电流与转速
- 教师提纲
- 要求学生在每次调节前预测哪些读数会改变，操作后再解释一致或不一致的原因。
先写下你的判断
操作与观察
- 观察整车并进入电池平台，固定 SOC，改变充电功率，比较储能和电流读数。
- 进入电驱实验，改变电频率，记录电机与轮端转速，检查减速关系。
- 在能量实验中切换驱动与回收，画出能量方向并比较等效损耗。
需要留下的证据
SOC、充电功率、电流、电频率与两端转速；驱动和回收的输入、输出、损耗。
解释与讨论
储存的能量与此刻通过的功率有什么区别？理想公式省略了哪些实际限制？
模型边界：电池容量、电压与效率均为教学假设，不是所示车型参数。
05汽车工厂 · 智能制造汽车制造 · 建议 20–30 分钟
元思智能 · 课堂任务单
汽车工厂 · 智能制造
同一辆车经过六个装配工位，每一步改变了什么？
- 学习目标
- 连接厂区、建筑与产线的空间关系，辨认十二功能区中的车身主线、并行供给、中央总装与检测发运。
- 先修知识
- 汽车主要部件、制造工序与机械运动的基本认识。
- 教师提纲
- 先建立厂区空间概念，再跟随同一车身沿主线观察。比较电池、电驱等模块的并行准备与汇合位置；每站暂停，说明输入、操作与输出。
先写下你的判断
操作与观察
- 切换厂区、建筑与产线，画出三个观察层级之间的关系，并在十二功能区中标出车身主线、并行供给和中央总装。
- 逐站观察涂装车身上线、座舱与座椅、风挡与车门、底盘动力合装、车轮与加注、电气调试下线。暂停并改变视角，为每站写下工件、操作设备与装配后的变化；随后观察第 11 区下线检测与第 12 区成车发运。
- 从十二功能区中选择冲压、车身连接与电池 PACK 等典型车间，定格工序并比较工件变化；说明并行制造的模块如何汇入唯一中央总装。
需要留下的证据
一张厂区层级与主支线关系图、六站输入—操作—输出记录，以及所选三个车间的比较说明；可手写记录或截取观察画面。
解释与讨论
装配顺序怎样影响设备布置与操作空间？仅凭本课动画，还不能判断真实工厂的哪些节拍、精度与安全要求？
模型边界：三维车型用于空间观察，车间布置、内部结构、工艺顺序与机械臂动作为教学示意，不代表保时捷原厂生产流程、实际设备参数或产线数据。课件在浏览器中运行。
06机械臂 · 轨迹编舞机器人工程 · 建议 20–30 分钟
元思智能 · 课堂任务单
机械臂 · 轨迹编舞
同一个末端位置，能否对应两种关节姿态？
- 学习目标
- 理解末端位置与关节角的关系，识别多解和工作空间边界。
- 先修知识
- 坐标、角度与三角形几何
- 教师提纲
- 先选择明确可达的位置讨论多解，再讨论不可达目标，避免把两类现象混在一起。
先写下你的判断
操作与观察
- 先运行预设轨迹，再在画板上绘制一条路径，观察三个关节怎样联动。
- 暂停后设置一个可达目标，切换肘部姿态，记录两组关节角。
- 逐渐把目标移向工作空间外，比较请求位置和实际位置。
需要留下的证据
目标坐标、两种姿态的关节角、可达边界附近的请求与实际位置差异。
解释与讨论
末端位置相同，是否意味着机械臂的运动路径和碰撞风险也相同？
模型边界：通用三自由度运动学模型，未计算负载、碰撞和真实关节约束。
07一枚齿轮的材料设计材料科学 · 建议 25–40 分钟
元思智能 · 课堂任务单
一枚齿轮的材料设计
怎样让同一枚齿轮兼顾耐磨表面与有韧性的内部？
- 学习目标
- 从失效线索出发，用剖面检测和样件比较解释工艺选择。
- 先修知识
- 扩散、温度与材料性能的初步认识
- 教师提纲
- 先用基础实验认识趋势，再进入齿轮任务。评价重点放在证据和比较条件，不只看是否过关。
先写下你的判断
操作与观察
- 从现场齿轮观察外观、剖面与组织，提出一个失效原因假设。
- 按引导完成诊断、渗碳时间对比、冷却对比与方案选择；比较样件时只改变一个主要工艺条件，保留不成功的尝试。
- 在相同深度比较碳浓度与硬度，结合冷却和回火条件选择方案，导出记录。
需要留下的证据
样件工艺、检测深度、碳浓度与硬度、选择和淘汰各方案的理由。
解释与讨论
只凭表面硬度最高，能否判断这一枚齿轮最合适？还缺少哪些试验？
模型边界：失效场景为教学构造；硬度映射未按钢种标定，不能替代真实工艺验证。
08傅里叶 · 波形合成数学与统计 · 建议 15–25 分钟
元思智能 · 课堂任务单
傅里叶 · 波形合成
幅度频谱不变，合成波形一定相同吗？
- 学习目标
- 用振幅和相位解释合成波形，认识有限项逼近的边界。
- 先修知识
- 正弦函数、周期、振幅与相位
- 教师提纲
- 先把声音关闭，集中观察相位；理解图形后再将听觉作为补充验证。
先写下你的判断
操作与观察
- 从正弦预设开始，加入第 3 阶谐波，观察旋转向量、频谱与波形。
- 保持各阶振幅不变，只移动某一阶相位；比较波形，也可主动开启低音量试听。
- 进入目标挑战，记录调整过程与相对均方根误差，再比较有限项方波的跳点附近。
需要留下的证据
基频、参与的谐波、各阶振幅与相位、误差及观察结论。
解释与讨论
幅度频谱省略了什么信息？增加有限项能否完全消除方波跳点附近的过冲？
模型边界：画面是慢速示意，保留前 9 阶；声音和图形的时间尺度不同。
09磁悬浮 · 闭环控制机电工程 · 建议 20–35 分钟
元思智能 · 课堂任务单
磁悬浮 · 闭环控制
受扰后，为什么闭环能回到目标，而恒流会偏离？
- 学习目标
- 比较闭环与恒流，理解参数、扰动和目标追踪的关系。
- 先修知识
- 力与运动、误差与反馈的初步认识
- 教师提纲
- 一次只改一个参数。先复位，再比较，确保初始状态与扰动方式相同。
先写下你的判断
操作与观察
- 使用平衡参数启动闭环，等待稳定；切换恒流对照，观察反馈被移除后的变化。
- 在实验档案中分别运行方案 A 与 B，用相同初始条件和固定目标比较两套 PID 参数；再进入抵抗扰动，先稳定、后轻推，另存恢复过程。
- 进入目标追踪，观察随时间变化的目标与模型高度曲线，并解释误差。
需要留下的证据
控制模式、PID 参数、目标高度和曲线；固定目标 A/B 的超调量、稳定时间与末 2 秒平均误差。扰动与目标追踪另作记录，不混用试验指标。
解释与讨论
响应更快是否一定更好？为何仅把 PID 系数设为零不等于恒流对照？
模型边界：理想化单自由度教学动力学，未计算三维磁场、温升及传感器噪声。
03 / 通用记录模板
结论前面，要有条件与证据。
实验报告 · 条件—操作—结果—结论
课程：________________ 姓名 / 小组：________________ 日期：________________
01 问题与预测
想验证什么？你预期会发生什么，为什么？
02 条件与方法
固定哪些条件？改变哪个变量？记录初始状态与单位。
03 结果与证据
记录至少两组参数与结果，附截图、曲线或导出文件。
04 解释与反思
结果是否支持预测？模型省略了什么，还需要什么证据？
自检：比较条件相同吗？单位完整吗？结论是否超出了本课教学模型的适用范围？