具有LaTeX排版和数学可视化功能的网站建设.pdf

科学技术创新 2023.23具有 LaTeX 排版和数学可视化功能的网站建设刘培，张嘉璇，陈永强，于翔（天津城建大学，天津）1绪论1.1开发意义随着计算机科学技术的发展，人们对数学的学习和交流产生了更高的需求。然而，由于数学公式不能像字母和文字那样易于在互联网中传播，数学图形的在线编辑也存在很大的难度，这不利于数学知识的有效传播。当前，数学网站可分为两个主要类别，一类是提供数学知识的在线教育平台，例如 Coursera、Khan A原cademy、edX 等；另一类是提供数学工具和资源的在线平台，例如 Wolfram Alpha、Desmos 等。这两类平台在数学学习和研究方面都非常有用，但它们在数学公式和图形显示上都存在一些缺陷。为了解决这些问题，需要建立一个数学网站，支持 LaTeX 语言、数学可视化以及数学公式和图形的在线组合显示。1.2开发目的网站应具备以下功能：（1）支持 LaTeX 语言：数学网站应该具备 La原TeX 语言的编写和显示功能，能够让用户更容易输入复杂的数学公式，并确保数学公式的排版质量。（2）数学可视化：数学网站应提供强大的数学可视化工具，使用户更好地理解和研究数学问题。这些工具可以包括二维和三维图形的绘制、动画演示、交互式作图等功能。（3）在线编辑和组合显示：数学网站应该支持在线编辑数字，并能够结合数学公式和图形进行显示。这可以让用户更直观地理解数学公式和图形之间的关系，同时方便用户进行教学和学习。除此之外，数学网站也应该具备其他需求，例如可以上传、下载和共享数学公式和图形、提供各种数学文献的数据库、提供在线的数学测试和题库等。这些功能对于数学爱好者、学生和研究员来说都非常重要。这样的网站体现了美学和功能性的结合，促进了数学学者之间的交流和交流数学思想和知识的传播。它还满足了大学教师和学生以及数学爱好者的教学和学习需求1。2网站开发2.1基础开发开发工具：Moodle 系统。Moodle 是一种广泛使用的开源学习管理系统，可创建在线课程和虚拟学习环境。依据其具有的可扩展性和灵活性特点，可以根据不同的学习和教学需求进行自定义配置。Moodle 也可以与其他系统集成，例如视频会议系统、课程管理系天津城建大学大学生创新创业训练项目：“具有 LaTex 排版效果的数学交流与评测网站的设计与开发”（项目编号：202210792036）。作者简介：刘培（2001-），女，本科，学生，研究方向：数学与应用数学。摘要：随着计算机技术的发展，数学的重要性愈加凸显。然而，数学公式在通讯软件中还不能像文字一样方便传输，在网页中也难以高质量显示，数学图形的在线编辑也存在很大的难度。因此，打造一个能够规范排版数学公式及实现数学可视化功能的数学学习交流网站具有现实意义。本文基于 Moodle 系统设计了一款数学网站，分别运用 MathJax 和 GeoGebra 插件实现数学公式在网页中的 LaTeX 排版和数学绘图功能。网站会为学者提供一个良好的数学学习平台，有利于数学思想和知识的交流传播。关键词：Moodle；MathJax；GeoGebra；网站中图分类号院TP393.092文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤23-0092-0492-2023.23 科学技术创新统等，以支持更多的学习和教学功能。依据其具有的可扩展性和灵活性特点，可以根据不同的学习和教学需求进行自定义配置2。以下为具体开发流程：（1）下载虚拟机和 Moodle 系统，虚拟机是为了在本地搭建 Moodle 平台的开发环境，Moodle 则是我们要在搭建的环境中运行的学习管理系统。（2）在虚拟机中配置 Moodle 的运行环境，包括数据库、Web 服务器、PHP 等多个组件，保证 Moo原dle 能够正常运行。（3）申请一个动态域名，这个域名将会作为Moodle 平台的访问地址，便于学习者在任何地方都能够方便地访问 Moodle 平台，从而进行学习和教学。（4）将申请到的动态域名映射到虚拟机的 IP地址，这样能通过域名来访问 Moodle 平台。需要注意的是，如果 IP 地址是动态的，那么每次重新拨号后 IP 地址会发生变化，这时候需要重新更新 DNS记录，确保域名仍然能够正确地映射到新的 IP 地址上。（5）通过步骤 3 中申请的动态域名来生成Moodle 平台的网址，这个网址将会作为访问 Moodle平台的入口。此设计不需要购买域名、服务器，只需要一台能够上网的计算机，极大减小了试错成本。开发流程如图 1 所示。图 1开发流程2.2数学公式排版功能开发开发工具：MathJax 插件。MathJax 是一种用于网页中呈现数学公式的开源 Java-Script 引擎。它可以在支持 JavaScript 的任何网页中使用，因此它可跨平台使用，包括可以在不同操作系统和浏览器中使用，这就使得开发的网站具有良好的跨浏览器兼容性。此外，MathJax 也支持移动设备和屏幕阅读器，为网站提供了一种便捷、灵活和可访问的数学公式呈现解决方案3。下面介绍具体操作。首先在 MathJax 官网上下载最新的插件安装包，然后进入 Moodle 系统中的插件管理，再将下载好的插件包安装进 Moodle 系统，最后调整公式编辑器的优先级，即将 MathJax 编辑器设置为最高级。公式编辑器效果如图 2 所示。图 2公式编辑器效果2.3数学可视化功能开发开发工具：GeoGebra 软件。GeoGebra 是一款集代数、几何、统计、微积分及其他数学功能于一体的动态数学软件，也是一款免费开源软件，同时，GeoGebra 还提供了一些工具和功能，例如动画、求解器、3D 视图等。网站中集成 GeoGebra，使网站真正实现了数学可视化功能，增强了数学知识与理论的直观性，提供了优秀的数学探索工具，增加了数学学习的趣味性，便于学习者借助数形结合的思想来更好地理解和探索数学概念和问题、提高学习效率4。下面介绍具体操作。首先进入 Moodle 系统官方插件下载网页，再搜索 GeoGebra，然后下载所有的 GeoGebra 安装包，最后将 GeoGebra 植入 Moodle 系统。完成上述步骤之后我们就可以在网站内打开图像编辑器。3网站功能3.1基础功能我们不仅提供了丰富的数学内容和资源，还通过在线交互、测试和评估等方式，帮助用户提升数学能93-科学技术创新 2023.23力和素质，促进数学教育的发展和进步。用户可以通过该网站参与线上学习，访问不同级别的数学课程和学习资源，还可以通过论坛等在线工具与其他学习者交流讨论数学问题。图 3 为基础功能的简要介绍。图 3网站基础功能3.2特色功能3.2.1数学公式我们为用户提供数学公式编辑器页面，此页面允许用户据提供的函数及符号自主选择自己需要的符号并进行排版公式，也允许用户使用 LaTeX 编码自主排版数学公式，系统会根据输入的值自动生成数学公式代码嵌入网页，使所需公式可以规范地展示在页面中。图 4 以式子为例展示了数学公式网页代码。图 4数学公式网页代码3.2.2在线画图通过本网站，用户可以创建、编辑和共享各种数学对象和公式，包括点、线、面、体、场、函数、矢量、导数、积分等等。我们提供了一个直观的图形用户界面，使用户可以轻松地、规范地创建和操作数学对象，并将它们组合在一起以形成更复杂的结构。图形用户界面：用户可以用鼠标轻松地创建和编辑数学对象，而不需要复杂的编程或代码知识。我们的用户界面是基于图形编辑器的，而非 LaTeX 代码编辑器。共享和合作：支持用户间的共享和协作，每个用户都可以创建自己的工作区，将数学对象和公式保存到个人的存储空间中。同时，用户还可以与其他用户或共享工作区中的对象和公式合作，完成更复杂、更有创意的数学建模和设计。多种格式输出：支持多种格式输出数学对象和公式，包括图片、矢量图形、LaTeX 代码等，方便用户进行文档或演示时的展示与应用。网页特色功能的效果如图 5 所示。图 5网页效果4网站测试测试用例：UI 测试：检查各页面的风格是否统一，图片是否可以正常显示，栏目名称、文章内容等地方文字是否正确，特别检查数学符号、公式等是否可以正常显示，没有乱码，是否可以正常使用 GeoGebra 进行可视化。兼容性测试：检查网站是否可以在不同的浏览器中正常使用，例如日常作用较多的浏览器：Edge 浏览器、Chrome 浏览器、Firefox 浏览器、Safari 浏览器等。性能测试：检查网站的性能表现是否理想，例如页面加载速度、响应时间、并发用户数等，以确保网站在大流量情况下也能保持优秀的性能。安全性测试：检查网站的安全性表现是否良好，例如是否存在 SQL 注入、XSS 攻击、CSRF 攻击等网络攻击行为，是否有足够的安全防护措施等。维护性测试：检查网站是否容易维护，例如是否有易于维护的代码、易于修改布局和设计的模板、合理的文件组织结构等等。94-2023.23 科学技术创新Website Development with LaTeXTypography and MathematicalVisualisationsLiu Pei袁 Zhang Jiaxuan袁 Chen Yongqiang袁 Yu Xiang（Tianjin Chengjian University，Tianjin，China）Abstract:With the development of computer technology,the importance of mathematics has become moreand more prominent.However,mathematical formulas cannot be transmitted as easily as text in communicationsoftware,and it is difficult to display them in web pages with high quality,and there is great difficulty inonline editing of mathematical graphics.Therefore,it is of practical significance to create a mathematicslearning and communication website that can standardise the layout of mathematical formulas and realise thefunction of mathematical visualisation.In this paper,we designed a mathematical website based on Moodlesystem,using MathJax and GeoGebra plug-ins to realise the LaTeX layout of mathematical formulas andmathematical graphic functions in web pages respectively.The website will provide a good platform for schol原ars to learn mathematics,which is conducive to the exchange and dissemination of mathematical ideas andknowledge.Key words:Moodle;MathJax;GeoGebra;website通过以上各项测试，可以确保平台的功能完整、稳定性好、性能表现优秀、安全性高、易于维护等，为用户提供一个高品质的数学建模和设计平台。经过以上各方面的测试，本网站完全达到设计要求和目标。5结论本网站基于 Moodle 系统，集成了当前最流行的MathJax 插件和 GeoGebra 软件，利用其强大的跨平台性和兼容性及有益的功能，设计和开发了具有规范排版数学公式及数学可视化功能的数学学习交流网站。网站的建立，为用户提供了良好的学习平台，有利于数学知识与理论的交流与传播。随着互联网技术的发展，我们也会就如何为数学爱好者提供更好的学习交流服务，如何让网站更加具有准确性，如何提升网站的使用体验等提出更多思考与解答。参考文献1冯伟,辛岚.基于学生自主学习网络平台构建的研究J.内江科技,2018,39(8):64-65.2蔡佳.基于 Moodle 的英语网络自主学习平台设计与实现J.微型电脑应用,2022,38(8):22-25.3张磊,王则栋,黄敏,等.MathJax 在网页公式解决方案中的应用J.科学技术创新,2021(29):99-101.4盛思佳,赵育林.利用 GeoGebra 软件辅助数形结合思想教学以二次函数图像平移规律教学设计为例J/OL.中国教育技术装备，2023-03-07.95-