Оформление задач в latex + beamer как на школьной доске

Дистанционные занятия в 2020 году застали меня неподготовленным к ведению уроков онлайн. Сейчас я для этих целей применяю графический планшет, а тогда я даже не знал про их существование.

Оглавление #

Цель #

Одной из первых попыток подстроиться под новый режим была подготовка презентаций с таким же оформлением, как я бы сделал это на доске. Это требует значительного времени подготовки, но результат получается эстетически красивым. Не берусь хвалить его с методической точки зрения.

Итак, требования, которые я предъявлял к процессу подготовки презентации с задачами:

1. Удобная работа с 2-3 колонками
2. Оформление «дано» как на доске (с ограничивающими линиями)
3. Компактный код
4. Оглавление с активными ссылками, отображающее прогресс урока
5. Возможность и использовать паузы, и сохранять pdf без них

Реализация #

В архиве лежат необходимые файлы, чтобы скомпилировать презентацию. В архиве в файле с аббревиатурами очень много «лишнего». Дело в том, что этот файл я использую во всех своих latex документах, связанных со школьной физикой. Возможно, кому-то покажется полезным, там много команд, которые имеют осмысленные названия, так что их легко запомнить. Рекомендую ознакомиться с подходом, который я использую для написания конструкций типа :

1
2
3
4
5
6

\usepackage{xspace}
\usepackage{siunitx}
  \sisetup{exponent-product=\cdot,output-decimal-marker={,}}
\def\Om{\ensuremath{\;\textrm{Ом}}\xspace}
\def\ROm[#1]{\ensuremath{R=\num{#1}\Om}\xspace}
Сопротивление резистора \ROm[1.5], ...

После того как файл с аббревиатурами готов, такой подход существенно сокращает время набора текстов физических задач. Если занимаешься этим часто, то время, потраченное на создание универсального файла с аббревиатурами, оказывается потраченным не зря.

Выглядит презентация так:

Удобная работа с 2-3 колонками #

Колонки в latex можно реализовать как минимум следующими способами:

• окружение minipage
• таблица tabular
• режим twocolumn (только 2 колонки)
• пакет multicols
• окружение columns (только в beamer)

Я пользовался последним методом, с ним было меньше всего проблем с вертикальным выравниванием (часто нужно начать новую колонку с самого верха, не заполнив предыдущую), да и код довольно компактный:

1
2
3
4
5
6
7

\begin{columns}[T]
  \column{0.15\linewidth}
  ...
  \column{0.40\linewidth}
  ...
  \column{0.40\linewidth}
\end{columns}

Оформление «дано» как на доске #

Определены новые команды — «дано» и «найти» (\find{...} и \given{...}).

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

\newcommand\insertitemn[1]{\item[] \ensuremath{#1\;-\;?}}
\newcommand\insertitem[1]{\item[] \ensuremath{#1}}
\NewDocumentCommand\given{>{\SplitList{;}}mO{0.15}}
  {
    \column{#2\linewidth}
      \minipage[t][\textheight][t]{\columnwidth}
        \textit{Дано:}
        %                                                                                                                 Above&below list
        \begin{list}{}{\labelsep=0em \labelwidth=0em \leftmargin=0.0em \itemindent=0em \parskip=0ex \parsep=0ex \itemsep=0.5ex \topsep=1ex \partopsep=0ex}
          \ProcessList{#1}{ \insertitem }
        \end{list}
        \vspace{1ex}\hrule\vspace{0.5ex}
  }
\NewDocumentCommand\find{>{\SplitList{;}}m}
  {
        \begin{list}{}{\labelsep=0em \labelwidth=0em \leftmargin=0.0em \itemindent=0em \parskip=0ex \parsep=0ex \itemsep=0.5ex \topsep=1ex \partopsep=0ex}
          \ProcessList{#1}{ \insertitemn }
        \end{list}
      \endminipage\vline
  }

Использование этих команд позволяет вместо такого

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

\column{0.12\linewidth}
\minipage[c][\textheight][s]{\columnwidth}
  \textit{Дано}:  \\[7pt]
  \hspace*{-0pt}\eds, \r        \\[2pt]
  \Ro, \Rd        \\[2pt]
  \C              \\ \hrule\vspace*{3mm}
  $I_0\,-?$       \\[2pt]
  $I_{01}\,-?$    \\[2pt]
  $I_{02}\,-?$
\endminipage\vline

писать такое

1
2

\given{\eds, \r; \Ro, \Rd; \C}[0.12]
\find{I_0; I_{01}; I_{02}}

для достижения одинакового результата:

Компактный код #

Благодаря новым командам целиком слайд с задачей может выглядеть относительно компактно (основная часть кода — содержание слайда, а не его разметка):

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

\begin{frame}[noframenumbering]{\#1}
  \begin{columns}[T]

    \given{\eds, \r; \Ro, \Rd; \C}[0.12]
    \find{I_0; I_{01}; I_{02}}

    \column{0.36\linewidth}
        \includegraphics[width=0.91\linewidth,clip,trim={0mm 0mm 0mm 0mm}]{cik_1a} \br \pause
        \includegraphics[width=0.99\linewidth,clip,trim={0mm 0mm 0mm 0mm}]{cik_1b} \pause

    \column{0.47\linewidth}
        $
          \begin{cases}
            I_0 = \dfrac{\eds}{r+\frac{\Ro\Rd}{\RR}} = \pause \dfrac{\eds(\RR)}{r(\RR)+\Ro\Rd} \\[5mm] \pause
            I_{01}R_1=I_{02}R_2 \br \pause
            I_0=I_{01}+I_{02} \pause
          \end{cases}
        $\br

        $I_0 = I_{01}\!\left(\!1+\frac{\Ro}{\Rd}\!\right) = \frac{I_{01}(\Ro+\Rd)}{\Rd}$ \br \pause
        $I_{01} = I_0\frac{\Rd}{\RR} = \boxed{\frac{\eds\Rd}{r(\RR)+\Ro\Rd}}$ \br \pause
        $I_{02} = I_0\frac{\Ro}{\RR} = \boxed{\frac{\eds\Ro}{r(\RR)+\Ro\Rd}}$ \\[10pt] \pause

        $I_0 \not\propto C$

  \end{columns}
\end{frame}

Оглавление с активными ссылками #

Воспользовался стандартными методами beamer, сделав чуть минималистичнее стандартного. Для этого надо не забывать вставлять \section{...} или использовать что-нибудь типа \addcontentsline{toc}{section}{...}.

1

\setbeamertemplate{headline}{\ttfamily\insertsectionnavigationhorizontal{\textwidth}{\hskip55pt plus1filll}{}}

Включение / отключение пауз #

Под паузами подразумевается последовательное появление элементов на одном и том же слайде по щелчку. Реализуется в beamer это просто как две страницы в pdf, отличающиеся только наличием конкретного элемента. Чтобы отключить паузы, достаточно добавить в \documentclass опцию handout.

Заключение #

Что-то из задуманного получилось. По крайней мере, довольно продолжительный период времени меня хватало на то, чтобы после рабочего дня подготовить 2-3 урока на следующий день. В презентации, использованной в качестве примера для этой записи, вдобавок еще и все электрические схемы я нарисовал в python при помощи библиотеки schemdraw. Поразительно, сколько же было во мне энтузиазма!

Многие презентации сохранились и лежат на специальной странице в разделе «видео-уроки».

Все же после того, как сделал один такой урок и разобрался с шаблоном, подготовить следующий становится уже не очень трудоемко. С появлением графического планшета, однако, я презентации забросил сразу же. Очевидный плюс планшета — к уроку готовиться не надо, включил MyPaint (в этой программе писать значительно приятнее, чем во всем, что я перепробовал) — и поехали. Я даже в какой-то момент с 11-ым классом перешел на очно-дистанционный режим: подключаю электронную доску в классе как монитор к своему ноутбуку и пишу на планшете. Те, кто присутствуют в классе, видят все на доске. То же самое видят и те, кто подключается онлайн. Получается довольно удобно.

© Сергей Лисаков, 2024. Сайт собран Hexo.