化学表达式在化学教育教学和科学研究领域占有举足轻重的地位，化学表达式的编辑也逐渐成为研究的热点。虽然目前已有相当数量的化学表达式编辑和分子结构绘制软件，但该类软件大多基于WIMP图形用户界面，不仅界面复杂，难于学习和掌握，而且在编辑化学表达式，尤其是在编辑化学表达式的二维图形元素(如上下标、有机环、反应条件、反应现象等)时操作序列冗长，用户注意力焦点转换频繁，编辑效率低下，无法适应化学表达式编辑的需求。　　 本文针对这一问题，将基于“纸笔”隐喻的笔式用户界面应用于化学表达式编辑领域。定义了包括选择、删除、复制、平移、旋转、缩放、撤销、恢复等12种化学表达式编辑手势，以及识别、检索、文件存取等6种系统功能调用手势；建立手势笔画的样本集，共包含样本数量2560个；实现基于特征统计的笔手势识别算法，系统手势平均识别率达到95.35％；并将基于笔手势交互的笔式用户界面应用于化学辅助教学系统(Chemistry Study Assistant，简称CSA)中，取得较好的效果。　　 在此基础上对本文基于笔手势交互的笔式用户界面从可用性和易用性两方面进行评测。对100名用户进行电子问卷调查，调查结果显示：用户对系统笔手势的平均理解和接受程度为4.37，高于等级平均值4(等级范围：1～7)，表明本文设计的笔手势为多数用户理解和接受。采用用户测试与KLM预测模型相结合的方法，将系统笔式用户界面与WIMP界面化学公式编辑系统ChemSketch和笔式用户界面Windows日记本软件进行比较，实验结果显示，在编辑化学表达式方面，系统笔式用户界面比WIMP界面使用方式更加自然，编辑效率更高，降低了用户的认知负担；同时由于加入针对化学表达式编辑的手势操作，系统笔式用户界面比现有的普通笔式用户界面具有更强的针对性和更高的使用效率，有效改善用户体验，体现了以人为中心的人机交互设计理念，使人机交互过程更加自然、高效。