例談利用PowerPoint中的VBA制作交互式物理課件

摘要：針對(duì)PowerPoint的強(qiáng)大功能，本文結(jié)合課件《簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)》的制作過(guò)程，歸納了利用PowerPoint中的VBA制作交互式物理課件的基本策略、動(dòng)畫(huà)實(shí)現(xiàn)方法與技巧。

關(guān)鍵詞：PowerPoint；VBA；物理課件；交互性

PowerPoint課件由于制作方便、快捷，深受大家喜愛(ài)。但絕大多數(shù)由PowerPoint制作的課件交互功能差、動(dòng)畫(huà)簡(jiǎn)單、形式呆板，成了名副其實(shí)的幻燈片，尤其是交互性強(qiáng)的動(dòng)畫(huà)模擬課件很少見(jiàn)到。因此，許多人錯(cuò)誤地認(rèn)為PowerPoint只是制作幻燈片的簡(jiǎn)單工具，功能有限，不可能制作出交互性很強(qiáng)的課件。通過(guò)反復(fù)地思考和摸索，我們發(fā)現(xiàn)可以利用PowerPoint中的VBA制作出交互性很強(qiáng)、動(dòng)感十足且符合物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律的課件，下面就粗略介紹一下《簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)》課件的制作方法及關(guān)鍵技術(shù)。

● 課件制作的原理和實(shí)現(xiàn)的功能

1.彈簧振子做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)

彈簧振子的振動(dòng)過(guò)程也就是小球的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。設(shè)定一個(gè)時(shí)間間隔，只要計(jì)算出每個(gè)時(shí)間間隔后小球圓心的位置，也就知道了小球的運(yùn)動(dòng)軌跡。我們可以把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為運(yùn)用循環(huán)結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)計(jì)算圓心運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程。具體算法如下：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中彈簧振子離開(kāi)平衡位置的位移x隨時(shí)間t變化的函數(shù)表達(dá)式為：，彈簧振子的速度v隨時(shí)間t變化的關(guān)系為：，彈簧振子的加速度a隨時(shí)間t變化的關(guān)系為：，其中A為振幅， 為角速度，即，T是振動(dòng)周期，是初相位。假設(shè)振子運(yùn)動(dòng)的角速度ω=1，初相位=0，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的函數(shù)表達(dá)式簡(jiǎn)化為：，。運(yùn)動(dòng)時(shí)間t初值為0，輸入振幅A，計(jì)算出彈簧振子的位移x、速度v和加速度a，累加小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=t+0.1，直到t大于所設(shè)定的時(shí)間結(jié)束。

2.課件實(shí)現(xiàn)的功能

點(diǎn)擊“演示”按鈕時(shí)，課件可以動(dòng)態(tài)地模擬彈簧振子振動(dòng)的全過(guò)程，同時(shí)繪制振動(dòng)圖像，“演示”按鈕同時(shí)自動(dòng)變?yōu)椤扒宄卑粹o，點(diǎn)擊“清除”按鈕可以清除圖像；分別點(diǎn)擊“顯示位移”、“顯示速度”、“顯示回復(fù)力”按鈕，可以動(dòng)態(tài)顯示位移、速度和回復(fù)力的大小和方向隨時(shí)間變化的矢量圖，同時(shí)這些按鈕自動(dòng)變?yōu)椤半[藏位移”、“隱藏速度”、“隱藏回復(fù)力”，分別點(diǎn)擊它們可以隱藏位移、速度和回復(fù)力的矢量圖；文本框中輸入振幅值可以改變振子的振幅A；點(diǎn)擊“退出”按鈕可退出課件，運(yùn)行效果如下圖所示。

● 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)課件的制作

1.添加對(duì)象

（1）啟動(dòng)PowerPoint 2003，插入一張空白幻燈片，通過(guò)“視圖/工具欄”菜單打開(kāi)“繪圖”和“控件工具箱”這兩個(gè)工具欄。

（2）坐標(biāo)的繪制。使用繪圖工具欄上的箭頭工具，按住Shift鍵，繪制一條自左向右的箭頭作為水平時(shí)間軸，再次使用箭頭工具，按住Shift鍵，繪制一條從上向下的箭頭作為豎直位移軸，分別右鍵單擊箭頭彈出快捷菜單，選擇“設(shè)置自選圖形格式”命令，打開(kāi)設(shè)置自選圖形格式對(duì)話框，分別在“顏色和線條、尺寸、大小”選項(xiàng)卡下做相應(yīng)設(shè)置，點(diǎn)擊“確定”按鈕即可。再使用繪圖工具欄上的文本框工具，給橫軸標(biāo)上“t/s”，縱軸標(biāo)上“x/m”。

（3）小球的繪制。使用繪圖工具欄上的“橢圓工具”，按住Shift鍵，繪制一個(gè)適當(dāng)大小的圓形作為彈簧振子；再繪制一個(gè)直徑為1mm的圓形作為振動(dòng)圖像的一個(gè)像點(diǎn)。

（4）彈簧的添加。先利用Windows附件中的畫(huà)圖軟件制作彈簧圖片，通過(guò)“插入/圖片/來(lái)自文件”菜單插入彈簧圖片，右鍵單擊圖片彈出快捷菜單，選擇“設(shè)置自選圖形格式”命令，打開(kāi)設(shè)置自選圖形格式對(duì)話框，在“尺寸”選項(xiàng)卡中取消“鎖定縱橫比”選項(xiàng)，其他選項(xiàng)卡根據(jù)需要做相應(yīng)設(shè)置。

（5）矢量圖的繪制。使用繪圖工具欄上的箭頭工具，按住Shift鍵，繪制一條自上向下的箭頭作為方向向下的位移矢量，然后復(fù)制這個(gè)箭頭，右鍵單擊箭頭彈出快捷菜單，選擇“設(shè)置自選圖形格式”命令，打開(kāi)設(shè)置自選圖形格式對(duì)話框，在“尺寸”選項(xiàng)卡旋轉(zhuǎn)選項(xiàng)中輸入180度，使箭頭向上。同樣方法繪制速度矢量箭頭和回復(fù)力矢量箭頭，為了區(qū)別各矢量圖可設(shè)置不同顏色代表不同的物理量。

（6）矢量標(biāo)簽的添加。點(diǎn)擊菜單欄“視圖/工具欄/控件工具箱”命令彈出控件工具箱，點(diǎn)擊“標(biāo)簽”圖標(biāo)添加標(biāo)簽，右鍵單擊標(biāo)簽，在彈出的快捷菜單中點(diǎn)擊“屬性”命令，打開(kāi)“屬性”對(duì)話框，將“Caption”屬性改為“位移”， 屬性“AutoSize”改為“True”，屬性“ForeColor”改為與位移箭頭相同的顏色。同理，添加“速度”和“回復(fù)力”標(biāo)簽。

（7）輸入文本框的添加。在控件工具箱中，點(diǎn)擊“文本框”圖標(biāo)添加文本框，根據(jù)需要設(shè)置屬性。再使用繪圖工具欄上的文本框工具，分別在“文本框”兩側(cè)添加“振幅”和“cm”字樣。

（8）按鈕的添加。在控件工具箱中，點(diǎn)擊“命令按鈕”圖標(biāo)添加按鈕，右鍵單擊“命令按鈕”，在彈出的快捷菜單中點(diǎn)擊“屬性”命令，打開(kāi)“屬性”對(duì)話框，將“名稱(chēng)”和“Caption”屬性都改為“演示”，屬性“AutoSize”改為“True”。同理，再添加8個(gè)“命令按鈕”，將“名稱(chēng)”和“Caption”屬性分別改為“清除”、“顯示位移”、“隱藏位移”、“顯示速度”、“隱藏速度”、“顯示回復(fù)力”、“隱藏回復(fù)力”和“退出”，屬性“AutoSize”都改為“True”。

通過(guò)鼠標(biāo)移動(dòng)這些命令按鈕，分別使“演示”和“清除”按鈕、“顯示位移”和“隱藏位移”按鈕、“顯示速度”和“隱藏速度”按鈕、“顯示回復(fù)力”和“隱藏回復(fù)力”按鈕完全疊加重合。再選中所有的按鈕，點(diǎn)擊繪圖工具欄上的“繪圖/對(duì)齊或分布/頂端對(duì)齊”命令，可以使它們上下對(duì)齊；再次點(diǎn)擊“繪圖/對(duì)齊或分布/橫向分布”命令，使它們橫向等距離分布。

（9）對(duì)象名稱(chēng)的確定。點(diǎn)擊菜單欄“工具/宏/錄制新宏”命令，打開(kāi)錄制新宏對(duì)話框，使用默認(rèn)宏名并單擊“確定”按鈕，單擊選定小球，單擊浮動(dòng)工具欄中的“停止錄制”命令，結(jié)束宏錄制。點(diǎn)擊菜單欄“工具/宏/宏”命令，選中剛才錄制的宏名并單擊“編輯”按鈕，打開(kāi)VBA編輯窗口，在代碼中可以看到小球的名稱(chēng)為Shapes（“Oval 8”）。同理，錄制振動(dòng)圖像的像點(diǎn)名稱(chēng)為Shapes（“Oval 9”），前半周期的位移矢量名稱(chēng)為Shapes（“l(fā)ine 10”），后半周期的位移矢量名稱(chēng)為Shapes（“l(fā)ine 11”），前半周期的速度矢量名稱(chēng)為Shapes（“l(fā)ine 28”），后半周期的速度矢量名稱(chēng)為Shapes（“l(fā)ine 29”），前半周期的回復(fù)力矢量名稱(chēng)為Shapes（“l(fā)ine 31”），后半周期的回復(fù)力矢量名稱(chēng)為Shapes（“l(fā)ine 30”）。

2.編寫(xiě)宏代碼

在幻燈片中雙擊按鈕或文本框等控件進(jìn)入宏編輯窗口，并輸入以下代碼：

Dim A As Single '定義變量A為單精度

Sub csjs（） '通過(guò)輸入文本框給振幅A賦值

A = Val（TextBox1.Text）

End Sub

Private Sub 演示_Click（）

演示.Visible = False

清除.Visible = True

csjs

For i = 0 To 250

x1 = 110

y1 = A * Cos（t） '位移矢量

t = t + 0.1

Shapes（"Oval 8"）.Left = x1 '小球的橫坐標(biāo)，對(duì)象名稱(chēng)必須與在宏中定義的名稱(chēng)一致

Shapes（"Oval 8"）.Top = y1 + 215 '小球的縱坐標(biāo)

Shapes（"Picture 12"）.Height = y1 + 215 ' 彈簧的伸縮

Shapes（"line 10"）.Height = A * Cos（t）

Shapes（"line 11"）.Height = -A * Cos（t）

Shapes（"line 28"）.Height = -A * Sin（t）

Shapes（"line 29"）.Height = A * Sin（t）

Shapes（"line 28"）Top = y1 + 215

Shapes（"line 29"）.Top = y1 + 215

Shapes（"line 31"）.Height = -A * Cos（t）

Shapes（"line 30"）.Height = A * Cos（t）

With Shapes（"Oval 9"）.Duplicate '復(fù)制振動(dòng)圖像的像點(diǎn)到下列坐標(biāo)位置

.Left = 22 * t + 130

.Top = y1 + 220

End With

T1 = Timer '控制動(dòng)畫(huà)速度

While Timer - T1 < 0.001 ：DoEvents ：Wend

Next

SlideShowWindows（1）.View.GotoSlide 1 '頁(yè)面刷新的語(yǔ)句

End Sub

Private Sub 清除_Click（）

清除.Visible = False

演示.Visible = True

n = Shapes.Count '統(tǒng)計(jì)頁(yè)面上的對(duì)象數(shù)

b = 30

Dim J As Integer

For J = n To b Step -1

Shapes（J）.Delete '清除頁(yè)面上指定的對(duì)象

T1 = Timer

While Timer - T1 < 0.01 ：DoEvents ：Wend

Next

TextBox1.Value = 70

SlideShowWindows（1）.View.GotoSlide 1

End Sub

Private Sub 顯示回復(fù)力_Click（）

顯示回復(fù)力.Visible = False

隱藏回復(fù)力.Visible = True

Shapes（"line 30"）.Visible = True

Shapes（"line 31"）.Visible = True

Label4.Visible = True

SlideShowWindows（1）.View.GotoSlide 1

End Sub

Private Sub 隱藏回復(fù)力_Click（）

隱藏回復(fù)力.Visible = False

顯示回復(fù)力.Visible = True

Shapes（"line 30"）.Visible = False

Shapes（"line 31"）.Visible = False

Label4.Visible = False

SlideShowWindows（1）.View.GotoSlide 1

End Sub

Private Sub 退出_Click（）

Application.Quit

End Sub

同理，“顯示速度”、“顯示位移”按鈕代碼與“顯示回復(fù)力”按鈕代碼相同，“隱藏速度”、“隱藏位移”按鈕代碼與“隱藏回復(fù)力”按鈕代碼相同。

● 制作課件過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決的方法

（1）代碼中要引用有關(guān)控件或?qū)ο蟮拿Q(chēng)，但是只有從“控件工具箱”中添加的控件才能在屬性窗口中查到其名稱(chēng)，對(duì)于從繪圖工具欄中繪制的各種自選圖形以及“插入”菜單中插入的文本框、圖片和表格等對(duì)象其名稱(chēng)便無(wú)從得知。獲取名稱(chēng)的唯一方法是針對(duì)這些對(duì)象錄制一段臨時(shí)宏，然后在宏代碼中去查找。

（2）在模擬彈簧的伸縮動(dòng)畫(huà)時(shí)，利用Height屬性改變圖片的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是PowerPoint默認(rèn)值是鎖定縱橫比，彈簧伸縮時(shí)不但縱向伸縮，而且橫向也在伸縮。所以，需要在彈簧圖片的“尺寸”選項(xiàng)卡中取消“鎖定縱橫比”選項(xiàng)。

（3）在模擬各矢量大小變化時(shí)，也是利用Height屬性改變箭頭的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是PowerPoint默認(rèn)狀態(tài)下只是矢量圖的下端伸縮，而上端無(wú)變化，在需要矢量圖的上端伸縮時(shí)，可以先畫(huà)一個(gè)向下的箭頭，再在箭頭的“尺寸”選項(xiàng)卡旋轉(zhuǎn)選項(xiàng)中輸入180度，單擊“確定”使箭頭向上。

（4）在利用Delete命令清除圖像時(shí)，會(huì)把繪制的像點(diǎn)以及后來(lái)添加的對(duì)象全部清除掉，因此，制作課件時(shí)要在程序執(zhí)行Shapes（J）.Delete命令前一次性添加好所有控件和對(duì)象，在執(zhí)行Shapes（J）.Delete命令時(shí)，J的初始值必須大于界面上添加的所有控件和對(duì)象數(shù)。

（5）由于課件命令按鈕較多，界面顯得比較凌亂無(wú)序，我們采用了Visible屬性使按鈕顯示和隱藏交替出現(xiàn)，在同一位置設(shè)計(jì)兩個(gè)按鈕，保證界面美觀有序。

（6）制作好的課件不能正常運(yùn)行。為了防范宏病毒對(duì)計(jì)算機(jī)的侵害，一般情況下，在PowerPoint的工具菜單中對(duì)宏的安全性設(shè)置為“高”選項(xiàng)，這時(shí)將拒絕執(zhí)行VBA代碼。在確保VBA代碼運(yùn)行無(wú)害的前提下，需要降低PowerPoint的安全等級(jí)以使VBA代碼得以執(zhí)行。單擊菜單欄“工具/宏/安全性”命令，打開(kāi)“安全性”對(duì)話框，單擊“安全級(jí)”選項(xiàng)卡，選擇“中”或“低”選項(xiàng)，單擊“確定”即可。