网络教学环境下数学公式处理的解决方案

科技玩点原始事 2024-02-22 02:53:37

【摘要】目前,网络教学、在线考试、题库建设以及教学中运用的各种交流形式(论坛、留言板、博客等),具备处理各种文字、图片等多媒体信息的能力,能够基本满足教学需要。但是在理科教学中,需要处理大量的公式,因此在网络环境下,公式的输入、显示、判断、存储等操作就需要特殊手段。本文准备将目前可行的几种方案进行对比,使我们可以根据实际情况选择实施。

【正文】

公式的处理一直比较困难,因为公式使用大量特殊符号组成,在书写排版时还需要随时调整大小、位置、对齐等属性,因此常规办法无法进行处理。随着计算机技术的提高,目前我们已经可以使用诸如Word中的公式编辑器等软件,可以实现公式的排版印刷,但是要在网页上实现交互就不成了。

在本地进行公式排版时,我们主要使用Word的公式编辑器,这实际上是MathType的减版,如果需要增强版本,可以去网上下载MathType正式版。

word公式编辑器

标准版公式编辑器

此外,还可以在浏览器中,访问“在线公式编辑器”进行排版,然后保存为图片,嵌入Word中。这些网站推荐几个如下:

https://www.latexlive.com/、https://www.imathtool.com、https://www.gmailins.com/algebra/equation-editor.php

latexlive

在网页中嵌入公式,甚至嵌入公式编辑器就复杂多了。比如Namo WebEditor,这是一款网页编写软件,支持插入公式,不过只是静态生成图片后,插入页面,不能实现动态交互。

公式编辑的核心技术是TeX/LaTeX语言。TeX技术源于Stanford大学Donald E.Knuth在1977年5月开始设计的TeX程序,该程序可以完成简单的排版操作和程序设计功能,基于此项技术,美国计算机学家Leslie Lamport在二十世纪八十年代初期开发了LaTeX格式。利用这种格式,对于描述复杂表格和数学公式非常简单。TeX 提供了一套功能强大并且十分灵活的排版语言,它多达900多条指令,并且 TeX 有宏功能,用户可以不断地定义自己适用的新命令来扩展TeX系统的功能。

TeX读作tech[tek],LaTeX读作lei tech,可以进行复杂公式的排版,比如:

这个公式我们可以用LaTeX格式描述为:\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}。目前这种格式已经成为国际标准,得到了广泛支持(前面提到的Namo WebEditor也是使用LaTeX描述公式),许多大学理科专业也开设了这门课程,因此应用面非常宽广。

另外一种是使用MathML(MathML By Example)。

MathML使用XML来描述数学表达式的结构和内容,是由W3C于1997年首先提出,到了2001年2月给出了2.0正式版,也是目前最为成熟的版本。由于MathML使用XML来表述公式,与HTML处理文字非常相像,因此比较适合网页显示,如上面的公式使用MathML描述为:

MathML语言一经提出就受到各方面的高度重视,目前许多浏览器都直接支持,使用脚本语言可以与LaTeX格式之间的转换。

【解决方案】

1、使用TeX/LaTeX标准

我们可以免费下载使用《NicTeX 网络公式编辑器》,这是一个基于TeX/LaTeX标准的CGI应用程序,我们可以使用标准的TeX/LaTeX语言表述公式。

们可以看出,在nictex.exe后给出了参数,其中“\blue”表示使用蓝颜色、“\LARGE”表示使用大字体,后面的“x=\frac{-b\pm\sqrt{b^2-4ac}}{2a}”就是描述表述的TeX/LaTeX标准格式。

有了《NicTeX 网络公式编辑器》我们就可以在页面中处理公式了:

A.输入:使用表单的文本框进行TeX/LaTeX脚本输入

B.输出:使用<img src="http://127.0.0.1:8080/nictex/cgi-bin/nictex.exe?公式脚本 ">

C.存储:由于脚本是纯文本方式,因此后台可以使用ASP、PHP、.Net等技术存入数据库,以便以后读取

D.判断:题目中包含的公式以及学生答题输入的公式都已文本方式存在,因此完全可以进行对比判断,从而得出“对/错”判断,这样我们就可以实现“在线考试”、“论坛答疑”等应用。

使用该方案,优点是可以非常简单的处理公式,缺点是:

A. TeX/LaTeX脚本需要学习与记忆,初学者需要一段时间适应

B.不能实现类似“Word公式编辑器”的可视化界面

C.由于使用CGI方式,因此访问量大时会对服务器产生压力

2、使用WebEQ的Java Applet

WeqEQ与MathPlayer是Design Science旗下的同门师兄,同样采用MathML技术,并利用Java Applet的技术,在浏览器中提供可视化的输入界面。

3、ScienceWord WebEdition

星火燎原软件推出的ScienceWord是一款科技文档排版软件,它内置了大量的科技图符,提供了公式输入、函数绘制等一系列科技排版常用工具,它可以编排、数、理、化等学科的试卷、论文等文章,是目前最理想的科技文章编排工具。

ScienceWord

在ScienceWord 系列产品中,有一款网页插件ScienceWord WebEdition,它可以在线实现ScienceWord所有功能,能够帮我们搭建在线题库制作、在线考试、在线讨论等应用平台,因此可以讲是效果最好的方案。【】

ScienceWord WebEdition

方案比较:

最后,如果您的网站是基于WordPress搭建的,这时可以使用WPEditor、WpMathEditor、wpmathpub或WPide等公式插件,这些插件实际上是基于PHP脚本的PHP Math Publisher的库,因此对WordPress支持很好。

3年的疫情让线上教学得到了长足的发展,因此解决好网络环境下公式的处理是非常重要的。随着技术的进步,我们可以相信还会有更优秀的解决方案出现,为我们的教育信息化铺平道路。

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