物理實驗教學中計量意識的培養

邱淑霞++徐鵬

摘要：計量本身就是科學技術的一個重要的組成部分，任何科學技術，都是為了探討、分析、研究、掌握和利用事物的客觀規律；而所有的事物都是由一定的“量”組成，并通過“量”來體現的。大學物理實驗教育作為眾多教育領域的重要組成部分，它的基礎無疑是測量活動，與計量測試有著密不可分的聯系，在實驗教育中不斷增強計量意識，更應引起足夠的重視。

關鍵詞：計量；實驗教學；計量意識

計量是國民經濟的重要技術基礎，一個國家的計量水平標志著其經濟和科學技術發展的水平，一個企業的計量水平決定了其產品技術水平和質量控制能力。沒有計量，產品的質量將無法保證；沒有計量，經濟活動將不能正常運轉，公平、公正、誠實、守信就成了一句空話。在經濟社會中，計量的經濟效益除檢定、檢測的顯性效益外，主要體現在維護正常的經濟秩序、保證公平的交易、打破技術性國際貿易壁壘、提高產品質量、正確評定科研、科技水平。特別在醫療衛生、安全防護、節能降耗、社會民生等領域發揮巨大作用。加強計量工作，充分發揮計量在各行業中的技術基礎作用，有利于促進技術進步、質量提升和節能減排，保持國民經濟又好又快發展，有利于打造和諧、誠信的社會環境[1-3]。

大學物理實驗教育作為眾多教育領域的重要組成部分，它的基礎無疑是測量活動，與計量測試有著密不可分的聯系，尤其是理工科高等院校，在實驗教育中不斷增強計量意識，更應引起足夠的重視[4]。

一、計量是科學技術發展的重要基礎

計量本身就是科學技術的一個重要的組成部分，任何科學技術，都是為了探討、分析、研究、掌握和利用事物的客觀規律；而所有的事物都是由一定的“量”組成，并通過“量”來體現的。為了認識量并確切地獲得其量值，只有通過計量。比如，哥白尼關于天體運行的學說，是在反復觀察的基礎上提出的，并在伽利略用天文望遠鏡進行了進一步觀測之后而確立的；著名的萬有引力定律，被牛頓的敏銳觀察所揭示，并在百余年后經卡文迪許的精密測試而得到了確認；愛因斯坦的相對論，也是在頻率精密測量的基礎上才得到了一定的驗證；李政道、楊振寧關于弱相互作用下宇稱不守恒的理論，也是吳健雄等人在美國標準局（金標準技術研究院）進行了專門的測試才驗證的?？傊?，從經典的牛頓力學到現代的量子力學，各種定律、定理，都是經過觀察、分析、研究、推理和實際驗證才被揭示、承認和確立。計量正是上述過程的重要技術基礎。

歷史上三次大的技術革命，都充分地依靠了計量，同時也促進了計量的發展。

以蒸汽機的廣泛應用為主要標志的第一次技術革命，在蒸汽機的研制和應用的過程中，需要對蒸汽壓力、熱膨脹系數、燃料的燃燒效率、能量的轉換等進行大量的計量測試，發展起力學計量和熱工計量；另外，機械工業的興起，使幾何量的計量得到了進一步的發展。

以電的產生和應用為基本標志的第二次技術革命中，各種熱電偶的研制成功，對溫度計量、電工計量、以及無線電計量等提供了一種重要手段；邁克爾遜等人為了實際測量地球運動的相對速率，研制出了邁克爾遜干涉儀，從而為長度計量提供了一個重要方法；愛因斯坦成功地解釋了光電效應，成了熱輻射計量的理論基礎，使計量開始從宏觀進入微觀領域；隨著量子力學、核物理學的創立與發展，電離輻射計量逐漸形成。

以核能及化工等的開發與應用導致的第三次技術革命中，原子能、化工、半導體、電子計算機、超導、激光、遙感、宇航等新技術的廣泛應用，使計量日趨現代化，計量的宏觀實物基準逐步向量子（自然）基準過渡。原子頻標的建立和米的新定義的形成，有著相當重要的意義。頻率和長度的精密測量，促進了現代科技的發展。

至于人們廣泛談論和關注的所謂第四次技術革命的先導是微電子學和計算機，集成電路又可以說是先導的核心。集成電路的研制，依賴于相應的計量保證。比如，硅單晶的幾何參數、物理特性，超純水、超純氣的純度，化學試劑、光刻膠的性能，膜層厚度、層錯位錯，離子注入深度、濃度、均勻度以及工藝監控測試圖形等的測定與控制，都是精密測量。當前，我國集成電路研制尚比較落后，計量工作跟不上是其中的原因之一。

總之，科學技術的發展，特別是物理學的成就，為計量的發展創造了重要的前提，同時也對計量提出了更高的要求，推動了計量的發展；而計量的成就，又促進了科技的發展。

二、計量測試與實驗教育密切相關

除了驗證、確認和深化相應的理論課內容，實驗教學作為高校理論實踐的基礎，也是依據實驗手段進行的一種測量活動。諸如計量單位的選取，計量檢測設備的選用，測量原理及方法和誤差理論的研究，測量結果的獲得等，其最終目的都是為了獲得統一和準確的量值，從而得出正確的實驗結果。這正是計量測試技術的核心，也是實驗教學的目的。因此可以說，計量測試是實驗教育的基礎，計量測試技術滲透于實驗教育之中。

從計量學的角度研究，計量測試技術是一個綜合性體系，它從方案的策劃到儀器的配備、測試方法、環境要求以及測試者的操作技能等，無一不對實驗結果有著直接的影響。因此，在實驗教育中應緊密結合計量測試技術的應用，在實驗指導思想上要注意以下幾個方面：首先要正確認識計量單位的運用；其次要選用科學合理的生產儀器設備；再次實驗指導書是實驗教學的指導性文件，對引導啟發學生學習有著重要作用，應特別著重于編寫有層次、有深度的測量試驗原理、程序和數據處理方法。

在實驗報告的制作上，側重于對所得數據和運算結果的分析，以此確認理論知識的正確性。要得到好的實驗報告，必須引導學生注意三個關鍵問題：其一是對理論知識的深刻理解，而不是照抄照搬書本的內容；其二是測試結果的準確和完整，改變現有單一定性實驗模式，向綜合性實驗方向發展；其三是熟悉必要的數據處理方法和依此計算的實驗結果的準確度，重點應放在實驗結果的分析與改進上。

三、在實驗教學中應不斷增強計量意識

展在實驗教育中任何一種測試活動都是以計量為基礎的，計量學就是統一量值和發展精密測試技術，以保證質量，實現生產社會化，保證科學研究可靠性和連續性的一門應用科學。高校是培養社會科學人才的主要基地，尤其是理工科院校，學生一旦走向社會，必然要在社會實踐中接觸大量的測量問題，并從各種測量活動中得出結論，任何一個科學數據要保證其準確性，都要通過反復實驗獲取。因此培養學生不要將實驗看作一種簡單的重復性勞動，而要注重在操作中不斷增強計量意識，認真對待每一個測量數據，要轉變學生對實驗課的認識，要從實驗教育中不斷樹立科學、嚴謹、細致的工作作風，這對提高實驗教學水平有著極其重要的作用。計量測試技術是一門基礎性學科，它滲透于國民經濟的各個領域，在社會上廣泛應用。高等教育也不例外，將計量技術滲透于高等教育的實驗教學中，無疑對深化和培養我國科技合格人才，促進國民經濟的建設與發展起著積極的作用。四、建立合理的實驗評定方法和體系為了培養高素質的試驗研究人員，創造有利的研究條件，需建立準確可靠的計量測試體系。作為實驗教學的側重點，應將學生預習實驗報告以熟悉實驗內容及實地操作能力和實驗報告質量作為綜合評定實驗成績體系，每個環節都應占有適當的評定比例，由此才能從內容、方法和措施上調動學生的主觀能動性，將實驗能力的培養和實驗素質的提高落實到各個環節。誤差理論與數據處理是實驗教學中的主要一環，應占有相對較大的比重。在我們所接觸的各種各樣的量以及量值之間的關系中，不管其形式如何，最終總是可以用數字和單位量來進行描述和表征的。實際工作中，我們遇到的量大都不是絕對準確的，都存在一定的誤差，必須研究誤差的來源、性質、傳遞規律以及它對測試數據的影響。隨著人們對誤差的深入分析和采取相應的有效措施，可以使存在于測試結果中的誤差得到減小或消除。參考文獻：[1] 呂家云.談企業計量與效益 [J].計量與測試技術，1995，（5）：31-32.[2] 汪漢生.必須開展全面計量管理，努力提高全民計量意識 [J].計量與測試技術，1999，（4）：37-38.[3] 曹王劍.創新能源計量管理 促進節能減排增效 [J].中國計量，2007，（11）：325-26.[4] 蘇軍.在實驗教學中應增強計量意識 [J].中國計量，1999，（43）：30-31.