将虚拟仪器技术融入《电工》课堂,强化实践教学效果

【摘 要】与传统的仪器仪表相比，利用虚拟仪器技术开发的各种测试、测量系统具有性能更高、功能更强、灵活性更大等特点。本文从《电工与电子技术基础》课程的教学需求出发，利用虚拟仪器技术开发课堂教学软件，通过实时、动态的显示电路工作过程，达到了良好的教学效果。

【关键词】虚拟仪器技术 LabVIEW软件仿真

2013长安大学教育教学研究课题。

《电工与电子技术基础》课程是高等学校工科非电专业的一门重要的技术基础课，它涵盖了电专业多门专业基础课程的内容，理论与实践并重，培养非电专业学生的“电”思维能力和素质，为后续学习打下一个良好的基础。

虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，它融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形软件编程等技术。其主要以计算机为硬件平台，并配备一定的外设，通过软件编程实现由用户自己定义的、带有虚拟仪器显示面板的、各种传统仪器所拥有的功能。利用LabVIEW开发《电工》课程教学软件，可在课堂上实时、动态地显示某电路中各个参数之间变化关系，使学生更快、更深地理解理论知识，提高课堂教学效果。

例如在讲解第四章正弦交流电路时，学生对在正弦交流电源作用下，各种负载上产生的电压、电流关系容易产生混淆。利用LabVIEW开发软件，就可以轻松解决这一问题。

当220V正弦交流电源给电阻负载供电时，用鼠标滑动滑块，就改变电路中电阻大小，分别得到电阻值为2Ω和5Ω时的电压、电流波形，见图1、图2（图中，白色细线为电压波形，红色粗线为电流波形）。结论：电压不变时，电阻越大与电流越小，其电压与电流同相位。

当220V正弦交流电源给电感负载供电时，滑动滑块即改变电感大小，分别得到电感值为10mH和20mH时的电压、电流波形，见图3、图4（图中，白色细线为电压波形，黄色粗线为电流波形）。结论：电压不变时，电感越大与电流越小，其电压超前电流90°。

当220V正弦交流电源给电容负载供电时，滑动滑块即改变电容大小，分别得到电容值为300μF和750μF时的电压、电流波形，见图5、图6（图中，白色细线为电压波形，绿色粗线为电流波形）。结论：电压不变时，电容越大与电流越大，其电压滞后电流90°。

有了上面的基础，再进一步讲解RLC串联电路。首先强调因为是串联电路，所以流过电阻、电感、电容上的电流是相同的，故设i=30sin314t进行仿真运行。分别滑动滑块即改变电路中电阻、电感或电容的值，选择电阻2Ω、电感10mH和电容300μF以及电阻5Ω、电感20mH和电容750μF时得到图7、图8（图中，白色为总电流，枚红色为总电压，红色为电阻电压，黄色为电感电压，绿色为电容电压）。比较图7、图8发现，图7中总电压相位滞后总电流，图8中总电压相位超前总电流；而电阻、电感、电容上的电压和电流依然保持各自原有的数值与相位关系。结论：电阻、电感、电容上的电压电流各自保持原有的数值与相位关系，但它们的大小影响着RLC串联电路的总电压、总电流的大小和相位。

通过这种直观的教学软件演示，清晰地展示出各种电压之间的大小和相位关系，使理论与实践相结合，启发学生思维，激发了学生学习兴趣，在有限的间内获得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]王磊.精通LabVIEW8.0[M].北京：电子工业出版社，2007.

作者单位：长安大学电子与控制工程学院 陕西西安