將虛擬儀器技術融入《電工》課堂，強化實踐教學效果

宋 舒 楊武鋼 肖 梅

《電工與電子技術基礎》課程是高等學校工科非電專業的一門重要的技術基礎課，它涵蓋了電專業多門專業基礎課程的內容，理論與實踐并重，培養非電專業學生的“電”思維能力和素質，為后續學習打下一個良好的基礎。

虛擬儀器技術是測試技術和計算機技術相結合的產物，它融合了測試理論、儀器原理和技術、計算機接口技術、高速總線技術以及圖形軟件編程等技術。其主要以計算機為硬件平臺，并配備一定的外設，通過軟件編程實現由用戶自己定義的、帶有虛擬儀器顯示面板的、各種傳統儀器所擁有的功能。利用LabVIEW 開發《電工》課程教學軟件，可在課堂上實時、動態地顯示某電路中各個參數之間變化關系，使學生更快、更深地理解理論知識，提高課堂教學效果。

例如在講解第四章正弦交流電路時，學生對在正弦交流電源作用下，各種負載上產生的電壓、電流關系容易產生混淆。利用LabVIEW開發軟件，就可以輕松解決這一問題。

當220V正弦交流電源給電阻負載供電時，用鼠標滑動滑塊，就改變電路中電阻大小，分別得到電阻值為2Ω 和5Ω 時的電壓、電流波形，見圖1、圖2（圖中，白色細線為電壓波形，紅色粗線為電流波形）。結論：電壓不變時，電阻越大與電流越小，其電壓與電流同相位。

當220V正弦交流電源給電感負載供電時，滑動滑塊即改變電感大小，分別得到電感值為10mH和20mH時的電壓、電流波形，見圖3、圖4（圖中，白色細線為電壓波形，黃色粗線為電流波形）。結論：電壓不變時，電感越大與電流越小，其電壓超前電流90°。

當220V正弦交流電源給電容負載供電時，滑動滑塊即改變電容大小，分別得到電容值為300μF和750μF時的電壓、電流波形，見圖5、圖6（圖中，白色細線為電壓波形，綠色粗線為電流波形）。結論：電壓不變時，電容越大與電流越大，其電壓滯后電流90°。

有了上面的基礎，再進一步講解RLC串聯電路。首先強調因為是串聯電路，所以流過電阻、電感、電容上的電流是相同的，故設i=30sin314t進行仿真運行。分別滑動滑塊即改變電路中電阻、電感或電容的值，選擇電阻2Ω、電感10mH和電容300μF以及電阻5Ω、電感20mH和電容750μF時得到圖7、圖8（圖中，白色為總電流，枚紅色為總電壓，紅色為電阻電壓，黃色為電感電壓，綠色為電容電壓）。比較圖7、圖8發現，圖7中總電壓相位滯后總電流，圖8中總電壓相位超前總電流；而電阻、電感、電容上的電壓和電流依然保持各自原有的數值與相位關系。結論：電阻、電感、電容上的電壓電流各自保持原有的數值與相位關系，但它們的大小影響著RLC串聯電路的總電壓、總電流的大小和相位。

通過這種直觀的教學軟件演示，清晰地展示出各種電壓之間的大小和相位關系，使理論與實踐相結合，啟發學生思維，激發了學生學習興趣，在有限的間內獲得了良好的教學效果。

圖7取不同值時RLC串聯電路波形

圖8取不同值時RLC串聯電路波形

[1]王磊.精通LabVIEW8.0[M].北京：電子工業出版社，2007.