例談利用PowerPoint中的VBA制作交互式物理課件

摘要：針對PowerPoint的強大功能，本文結合課件《簡諧運動》的制作過程，歸納了利用PowerPoint中的VBA制作交互式物理課件的基本策略、動畫實現方法與技巧。

關鍵詞：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。但絕大多數由PowerPoint制作的課件交互功能差、動畫簡單、形式呆板，成了名副其實的幻燈片，尤其是交互性強的動畫模擬課件很少見到。因此，許多人錯誤地認為PowerPoint只是制作幻燈片的簡單工具，功能有限，不可能制作出交互性很強的課件。通過反復地思考和摸索，我們發現可以利用PowerPoint中的VBA制作出交互性很強、動感十足且符合物理運動規律的課件，下面就粗略介紹一下《簡諧運動》課件的制作方法及關鍵技術。

● 課件制作的原理和實現的功能

1.彈簧振子做簡諧運動動畫的實現

彈簧振子的振動過程也就是小球的運動過程。設定一個時間間隔，只要計算出每個時間間隔后小球圓心的位置，也就知道了小球的運動軌跡。我們可以把實際問題轉化為運用循環結構和簡諧運動規律來計算圓心運動軌跡的過程。具體算法如下：簡諧運動中彈簧振子離開平衡位置的位移x隨時間t變化的函數表達式為：，彈簧振子的速度v隨時間t變化的關系為：，彈簧振子的加速度a隨時間t變化的關系為：，其中A為振幅， 為角速度，即，T是振動周期，是初相位。假設振子運動的角速度ω=1，初相位=0，簡諧運動的函數表達式簡化為：，。運動時間t初值為0，輸入振幅A，計算出彈簧振子的位移x、速度v和加速度a，累加小球運動的時間t=t+0.1，直到t大于所設定的時間結束。

2.課件實現的功能

點擊“演示”按鈕時，課件可以動態地模擬彈簧振子振動的全過程，同時繪制振動圖像，“演示”按鈕同時自動變為“清除”按鈕，點擊“清除”按鈕可以清除圖像；分別點擊“顯示位移”、“顯示速度”、“顯示回復力”按鈕，可以動態顯示位移、速度和回復力的大小和方向隨時間變化的矢量圖，同時這些按鈕自動變為“隱藏位移”、“隱藏速度”、“隱藏回復力”，分別點擊它們可以隱藏位移、速度和回復力的矢量圖；文本框中輸入振幅值可以改變振子的振幅A；點擊“退出”按鈕可退出課件，運行效果如下圖所示。

● 簡諧運動課件的制作

1.添加對象

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

（2）坐標的繪制。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“設置自選圖形格式”命令，打開設置自選圖形格式對話框，分別在“顏色和線條、尺寸、大小”選項卡下做相應設置，點擊“確定”按鈕即可。再使用繪圖工具欄上的文本框工具，給橫軸標上“t/s”，縱軸標上“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，繪制一個適當大小的圓形作為彈簧振子；再繪制一個直徑為1mm的圓形作為振動圖像的一個像點。

（4）彈簧的添加。先利用Windows附件中的畫圖軟件制作彈簧圖片，通過“插入/圖片/來自文件”菜單插入彈簧圖片，右鍵單擊圖片彈出快捷菜單，選擇“設置自選圖形格式”命令，打開設置自選圖形格式對話框，在“尺寸”選項卡中取消“鎖定縱橫比”選項，其他選項卡根據需要做相應設置。

（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，然后復制這個箭頭，右鍵單擊箭頭彈出快捷菜單，選擇“設置自選圖形格式”命令，打開設置自選圖形格式對話框，在“尺寸”選項卡旋轉選項中輸入180度，使箭頭向上。同樣方法繪制速度矢量箭頭和回復力矢量箭頭，為了區別各矢量圖可設置不同顏色代表不同的物理量。

（6）矢量標簽的添加。點擊菜單欄“視圖/工具欄/控件工具箱”命令彈出控件工具箱，點擊“標簽”圖標添加標簽，右鍵單擊標簽，在彈出的快捷菜單中點擊“屬性”命令，打開“屬性”對話框，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“回復力”標簽。

（7）輸入文本框的添加。在控件工具箱中，點擊“文本框”圖標添加文本框，根據需要設置屬性。再使用繪圖工具欄上的文本框工具，分別在“文本框”兩側添加“振幅”和“cm”字樣。

（8）按鈕的添加。在控件工具箱中，點擊“命令按鈕”圖標添加按鈕，右鍵單擊“命令按鈕”，在彈出的快捷菜單中點擊“屬性”命令，打開“屬性”對話框，將“名稱”和“Caption”屬性都改為“演示”，屬性“AutoSize”改為“True”。同理，再添加8個“命令按鈕”，將“名稱”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”、“顯示回復力”、“隱藏回復力”和“退出”，屬性“AutoSize”都改為“True”。

通過鼠標移動這些命令按鈕，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、“顯示回復力”和“隱藏回復力”按鈕完全疊加重合。再選中所有的按鈕，點擊繪圖工具欄上的“繪圖/對齊或分布/頂端對齊”命令，可以使它們上下對齊；再次點擊“繪圖/對齊或分布/橫向分布”命令，使它們橫向等距離分布。

（9）對象名稱的確定。點擊菜單欄“工具/宏/錄制新宏”命令，打開錄制新宏對話框，使用默認宏名并單擊“確定”按鈕，單擊選定小球，單擊浮動工具欄中的“停止錄制”命令，結束宏錄制。點擊菜單欄“工具/宏/宏”命令，選中剛才錄制的宏名并單擊“編輯”按鈕，打開VBA編輯窗口，在代碼中可以看到小球的名稱為Shapes（“Oval 8”）。同理，錄制振動圖像的像點名稱為Shapes（“Oval 9”），前半周期的位移矢量名稱為Shapes（“line 10”），后半周期的位移矢量名稱為Shapes（“line 11”），前半周期的速度矢量名稱為Shapes（“line 28”），后半周期的速度矢量名稱為Shapes（“line 29”），前半周期的回復力矢量名稱為Shapes（“line 31”），后半周期的回復力矢量名稱為Shapes（“line 30”）。

2.編寫宏代碼

在幻燈片中雙擊按鈕或文本框等控件進入宏編輯窗口，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，對象名稱必須與在宏中定義的名稱一致

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

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 '復制振動圖像的像點到下列坐標位置

.Left = 22 * t + 130

.Top = y1 + 220

End With

T1 = Timer '控制動畫速度

While Timer - T1 < 0.001 ：DoEvents ：Wend

Next

SlideShowWindows（1）.View.GotoSlide 1 '頁面刷新的語句

End Sub

Private Sub 清除_Click（）

清除.Visible = False

演示.Visible = True

n = Shapes.Count '統計頁面上的對象數

b = 30

Dim J As Integer

For J = n To b Step -1

Shapes（J）.Delete '清除頁面上指定的對象

T1 = Timer

While Timer - T1 < 0.01 ：DoEvents ：Wend

Next

TextBox1.Value = 70

SlideShowWindows（1）.View.GotoSlide 1

End Sub

Private Sub 顯示回復力_Click（）

顯示回復力.Visible = False

隱藏回復力.Visible = True

Shapes（"line 30"）.Visible = True

Shapes（"line 31"）.Visible = True

Label4.Visible = True

SlideShowWindows（1）.View.GotoSlide 1

End Sub

Private Sub 隱藏回復力_Click（）

隱藏回復力.Visible = False

顯示回復力.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“顯示回復力”按鈕代碼相同，“隱藏速度”、“隱藏位移”按鈕代碼與“隱藏回復力”按鈕代碼相同。

● 制作課件過程中遇到的問題及解決的方法

（1）代碼中要引用有關控件或對象的名稱，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，對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、圖片和表格等對象其名稱便無從得知。獲取名稱的唯一方法是針對這些對象錄制一段臨時宏，然后在宏代碼中去查找。

（2）在模擬彈簧的伸縮動畫時，利用Height屬性改變圖片的高度來實現，但是PowerPoint默認值是鎖定縱橫比，彈簧伸縮時不但縱向伸縮，而且橫向也在伸縮。所以，需要在彈簧圖片的“尺寸”選項卡中取消“鎖定縱橫比”選項。

（3）在模擬各矢量大小變化時，也是利用Height屬性改變箭頭的高度來實現，但是PowerPoint默認狀態下只是矢量圖的下端伸縮，而上端無變化，在需要矢量圖的上端伸縮時，可以先畫一個向下的箭頭，再在箭頭的“尺寸”選項卡旋轉選項中輸入180度，單擊“確定”使箭頭向上。

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

（5）由于課件命令按鈕較多，界面顯得比較凌亂無序，我們采用了Visible屬性使按鈕顯示和隱藏交替出現，在同一位置設計兩個按鈕，保證界面美觀有序。

（6）制作好的課件不能正常運行。為了防范宏病毒對計算機的侵害，一般情況下，在PowerPoint的工具菜單中對宏的安全性設置為“高”選項，這時將拒絕執行VBA代碼。在確保VBA代碼運行無害的前提下，需要降低PowerPoint的安全等級以使VBA代碼得以執行。單擊菜單欄“工具/宏/安全性”命令，打開“安全性”對話框，單擊“安全級”選項卡，選擇“中”或“低”選項，單擊“確定”即可。