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摘要：“电路分析基础”是一门电子类专业的基础课程，能够为相关专业后续课程的学习提供必要的理论及实践基础知识。现阐述虚拟仪器实验在教学中的优势，通过一个应用虚拟仪器的实验实例证明这种教学方法可以提升教学效果。
关键词：虚拟仪器；电路分析基础；实验教学
作者简介：陈东升（1974-），男，吉林长春人，北京工业大学电子信息与控制工程学院，讲师；李梅（1962-），女，北京人，北京工业大学电子信息与控制工程学院，副教授。（北京 100124）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）08-0110-02
“电路分析基础”是通信、信息工程、计算机、自动控制等电子类的专业基础课程，可以为学习“信号与系统”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”等专业课程提供必要的理论基础知识；同时，作为后续课程亦即相关专业的“专业基础课”或“技术基础课”，“电路分析基础”课程有着广泛的工程背景。因此，它是一门理论性和实践性都很强的课程，既有利于培养学生分析问题的能力，又有利于培养学生解决问题的能力。
但是，在教学过程中却很难做到理论与实践并重。对理论的重视明显超过后者，即追求理论完整性、严密性和先进性的倾向明显超过对工程实践的关注；与此相对应，过多地注重培养学生分析问题的能力，较少考虑对解决问题能力的培养，将课程重点过多集中于“列方程求解”。然而，当学生以这种思维方式展开后续课程学习或面对工程实际问题时却往往看到与此大相径庭的现实电路世界。
从理论上讲，“电路分析基础”这门课程的核心内容是三个基本电路元件（R、L、C）电压与电流之间的约束关系，以及两个电路拓扑约束（KCL，KVL），依此可以建立起完备的代数方程（电阻电路）或微分方程（含动态元件电路）。因而从数学模型分析的角度观察，只要正确掌握这些规律，建立方程式并求解，即可解决电路分析的全部问题。并且，随着计算机辅助分析与设计软件的日益成熟，列方程求解的原理和技巧早已不那么重要，在分析电路时可进行适当减略。
在课程讲述中有意识地引入演示实验，可以增强学生的感性认识，激发他们的学习兴趣。基于单纯的电路仿真设计软件用于实践训练真实感不强。虚拟仪器的突出优点在于能够和计算机技术相结合，从而拓展更多的功能，便于开展创新性的实验。
一、虚拟仪器技术简介
虚拟仪器是随着计算机技术、电子测量技术和通信技术而发展起来的一种新型仪器，它应用了计算机系统的数据处理和显示功能，利用软件完成数据的采集、控制、数据分析和处理以及测试结果的显示等，通过软、硬件的配合实现传统仪器的各种功能，实现了“软件即仪器”的设想，可以自定义仪器功能，对仪器进行维护、扩展和升级。
虚拟仪器的“面板”显示在计算机屏幕上，仪器的操作是通过鼠标选中不同的按键以及结合键盘的输入来共同完成的，可操作性强。根据实际教学和实验的需要，采用不同的软硬件组合，就能够在计算机的屏幕上定义自己的仪器，生成各种不同的“仪器面板”。
对于电子技术类的实验研究，输入与输出的都是电信号。通过虚拟仪器的硬件设备与计算机相连，实验电路系统中产生的电信号经A/D模块采集后，用软件的方法对信号进行处理、分析。LabView等虚拟仪器软件开发平台除提供了基本的仪器开发工具之外，还提供了丰富的信号模拟及处理工具，在使用过程中可以根据实际应用需求，快速完成设计目标。应用虚拟仪器技术便于开展创新性的实验。
二、虚拟仪器技术在课堂教学中的应用
本文以RLC串联谐振电路特性研究的演示实验为例，简要介绍虚拟仪器技术在课堂教学中的应用。RLC串联电路研究是“电路分析基础”课程中的一个基础实验，实验目的是通过绘制串联谐振电路的幅频特性曲线，研究电路参数对谐振特性的影响，加深对串联谐振电路特点的了解。在RLC串联谐振电路中，电流和各元件上的电压有效值都是频率的函数，在保持信号源电压有效值不变的情况下，信号源的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之改变，电路中的电流也随之改变。基本RLC串联电路如图1所示，其电压、电流、电压转移函数等表达式如式（1）所示。
式（1）
式（1）中，ω为系统所加测试信号的角频率。
由阻抗Z的表达式可知，在谐振频率f0处阻抗Z值最小，且整个电路呈纯电阻性，电流i达到最大值。在不同频率的信号激励下，可以测量得出R、L、C上电压的有效值。
实验时选取器件的参数为电阻99Ω，电感1.48mH，电容3.28μF。测量结果如图2所示，为了便于分析与对比，图中绘制了三条曲线，通过手动、自动、理论三种方法分别得到RLC串联谐振电路的幅频特性，整個实验的演示时间大约15分钟。
演示实验结束后，针对演示结果。在课堂上对以下问题展开讨论：
（1）改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振？
（2）要提高RLC串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？
随着电子信息和计算机技术的发展，除了实验教学内容更新之外，新的实验方法和手段也在不断出现，在课堂上将最新的实验技术、方法和手段展现给学生，是培养创新型人才的途径之一。
三、结束语
本文从现代教学设计思想的理念出发，在课堂教学中引入虚拟仪器，从而达到了完善教学手段的目的，提高了学生综合运用知识的能力。通过教学实践，整个教学过程形象、直观、交互性强，可激发学生的学习兴趣，改善课堂教学效果。
参考文献：
[1]郑君里,龚绍文.电路原理课程改革之路[J].电气电子教学学报,2007,29(3).
[2]于歆杰,陆文娟,王树民.专业基础课教学内容的选材与创新——清华大学电路原理课程案例研究[J].电气电子教学学报,2006,28(3).
[3]李培芳,等.“电路原理”与“信号与系统”课程的整合与优化[J].电气电子教学学报,2003,25(5).
[4]杨乐平.虚拟仪器技术概论[M].北京:电子工业出版社,2003．
[5]梁贵书,董华英,宗伟.电路理论课程全方位教学改革与实践[J].中国电力教育,2007,(1):89-91.
[6]秦平,沈钺.基于课程联系探讨“电路分析基础”教学[J].电气电子教学学报,2007,29(6).
（责任编辑：刘俊卿）
关键词：虚拟仪器；电路分析基础；实验教学
作者简介：陈东升（1974-），男，吉林长春人，北京工业大学电子信息与控制工程学院，讲师；李梅（1962-），女，北京人，北京工业大学电子信息与控制工程学院，副教授。（北京 100124）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）08-0110-02
“电路分析基础”是通信、信息工程、计算机、自动控制等电子类的专业基础课程，可以为学习“信号与系统”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”等专业课程提供必要的理论基础知识；同时，作为后续课程亦即相关专业的“专业基础课”或“技术基础课”，“电路分析基础”课程有着广泛的工程背景。因此，它是一门理论性和实践性都很强的课程，既有利于培养学生分析问题的能力，又有利于培养学生解决问题的能力。
但是，在教学过程中却很难做到理论与实践并重。对理论的重视明显超过后者，即追求理论完整性、严密性和先进性的倾向明显超过对工程实践的关注；与此相对应，过多地注重培养学生分析问题的能力，较少考虑对解决问题能力的培养，将课程重点过多集中于“列方程求解”。然而，当学生以这种思维方式展开后续课程学习或面对工程实际问题时却往往看到与此大相径庭的现实电路世界。
从理论上讲，“电路分析基础”这门课程的核心内容是三个基本电路元件（R、L、C）电压与电流之间的约束关系，以及两个电路拓扑约束（KCL，KVL），依此可以建立起完备的代数方程（电阻电路）或微分方程（含动态元件电路）。因而从数学模型分析的角度观察，只要正确掌握这些规律，建立方程式并求解，即可解决电路分析的全部问题。并且，随着计算机辅助分析与设计软件的日益成熟，列方程求解的原理和技巧早已不那么重要，在分析电路时可进行适当减略。
在课程讲述中有意识地引入演示实验，可以增强学生的感性认识，激发他们的学习兴趣。基于单纯的电路仿真设计软件用于实践训练真实感不强。虚拟仪器的突出优点在于能够和计算机技术相结合，从而拓展更多的功能，便于开展创新性的实验。
一、虚拟仪器技术简介
虚拟仪器是随着计算机技术、电子测量技术和通信技术而发展起来的一种新型仪器，它应用了计算机系统的数据处理和显示功能，利用软件完成数据的采集、控制、数据分析和处理以及测试结果的显示等，通过软、硬件的配合实现传统仪器的各种功能，实现了“软件即仪器”的设想，可以自定义仪器功能，对仪器进行维护、扩展和升级。
虚拟仪器的“面板”显示在计算机屏幕上，仪器的操作是通过鼠标选中不同的按键以及结合键盘的输入来共同完成的，可操作性强。根据实际教学和实验的需要，采用不同的软硬件组合，就能够在计算机的屏幕上定义自己的仪器，生成各种不同的“仪器面板”。
对于电子技术类的实验研究，输入与输出的都是电信号。通过虚拟仪器的硬件设备与计算机相连，实验电路系统中产生的电信号经A/D模块采集后，用软件的方法对信号进行处理、分析。LabView等虚拟仪器软件开发平台除提供了基本的仪器开发工具之外，还提供了丰富的信号模拟及处理工具，在使用过程中可以根据实际应用需求，快速完成设计目标。应用虚拟仪器技术便于开展创新性的实验。
二、虚拟仪器技术在课堂教学中的应用
本文以RLC串联谐振电路特性研究的演示实验为例，简要介绍虚拟仪器技术在课堂教学中的应用。RLC串联电路研究是“电路分析基础”课程中的一个基础实验，实验目的是通过绘制串联谐振电路的幅频特性曲线，研究电路参数对谐振特性的影响，加深对串联谐振电路特点的了解。在RLC串联谐振电路中，电流和各元件上的电压有效值都是频率的函数，在保持信号源电压有效值不变的情况下，信号源的频率f改变时，电路中的感抗、容抗随之改变，电路中的电流也随之改变。基本RLC串联电路如图1所示，其电压、电流、电压转移函数等表达式如式（1）所示。
式（1）
式（1）中，ω为系统所加测试信号的角频率。
由阻抗Z的表达式可知，在谐振频率f0处阻抗Z值最小，且整个电路呈纯电阻性，电流i达到最大值。在不同频率的信号激励下，可以测量得出R、L、C上电压的有效值。
实验时选取器件的参数为电阻99Ω，电感1.48mH，电容3.28μF。测量结果如图2所示，为了便于分析与对比，图中绘制了三条曲线，通过手动、自动、理论三种方法分别得到RLC串联谐振电路的幅频特性，整個实验的演示时间大约15分钟。
演示实验结束后，针对演示结果。在课堂上对以下问题展开讨论：
（1）改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振？
（2）要提高RLC串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？
随着电子信息和计算机技术的发展，除了实验教学内容更新之外，新的实验方法和手段也在不断出现，在课堂上将最新的实验技术、方法和手段展现给学生，是培养创新型人才的途径之一。
三、结束语
本文从现代教学设计思想的理念出发，在课堂教学中引入虚拟仪器，从而达到了完善教学手段的目的，提高了学生综合运用知识的能力。通过教学实践，整个教学过程形象、直观、交互性强，可激发学生的学习兴趣，改善课堂教学效果。
参考文献：
[1]郑君里,龚绍文.电路原理课程改革之路[J].电气电子教学学报,2007,29(3).
[2]于歆杰,陆文娟,王树民.专业基础课教学内容的选材与创新——清华大学电路原理课程案例研究[J].电气电子教学学报,2006,28(3).
[3]李培芳,等.“电路原理”与“信号与系统”课程的整合与优化[J].电气电子教学学报,2003,25(5).
[4]杨乐平.虚拟仪器技术概论[M].北京:电子工业出版社,2003．
[5]梁贵书,董华英,宗伟.电路理论课程全方位教学改革与实践[J].中国电力教育,2007,(1):89-91.
[6]秦平,沈钺.基于课程联系探讨“电路分析基础”教学[J].电气电子教学学报,2007,29(6).
（责任编辑：刘俊卿）