物理实验教学中计量意识的培养

摘要：计量本身就是科学技术的一个重要的组成部分，任何科学技术，都是为了探讨、分析、研究、掌握和利用事物的客观规律；而所有的事物都是由一定的“量”组成，并通过“量”来体现的。大学物理实验教育作为众多教育领域的重要组成部分，它的基础无疑是测量活动，与计量测试有着密不可分的联系，在实验教育中不断增强计量意识，更应引起足够的重视。

关键词：计量；实验教学；计量意识

计量是国民经济的重要技术基础，一个国家的计量水平标志着其经济和科学技术发展的水平，一个企业的计量水平决定了其产品技术水平和质量控制能力。没有计量，产品的质量将无法保证；没有计量，经济活动将不能正常运转，公平、公正、诚实、守信就成了一句空话。在经济社会中，计量的经济效益除检定、检测的显性效益外，主要体现在维护正常的经济秩序、保证公平的交易、打破技术性国际贸易壁垒、提高产品质量、正确评定科研、科技水平。特别在医疗卫生、安全防护、节能降耗、社会民生等领域发挥巨大作用。加强计量工作，充分发挥计量在各行业中的技術基础作用，有利于促进技术进步、质量提升和节能减排，保持国民经济又好又快发展，有利于打造和谐、诚信的社会环境[1-3]。

大学物理实验教育作为众多教育领域的重要组成部分，它的基础无疑是测量活动，与计量测试有着密不可分的联系，尤其是理工科高等院校，在实验教育中不断增强计量意识，更应引起足够的重视[4]。

一、计量是科学技术发展的重要基础

计量本身就是科学技术的一个重要的组成部分，任何科学技术，都是为了探讨、分析、研究、掌握和利用事物的客观规律；而所有的事物都是由一定的“量”组成，并通过“量”来体现的。为了认识量并确切地获得其量值，只有通过计量。比如，哥白尼关于天体运行的学说，是在反复观察的基础上提出的，并在伽利略用天文望远镜进行了进一步观测之后而确立的；著名的万有引力定律，被牛顿的敏锐观察所揭示，并在百余年后经卡文迪许的精密测试而得到了确认；爱因斯坦的相对论，也是在频率精密测量的基础上才得到了一定的验证；李政道、杨振宁关于弱相互作用下宇称不守恒的理论，也是吴健雄等人在美国标准局（金标准技术研究院）进行了专门的测试才验证的。总之，从经典的牛顿力学到现代的量子力学，各种定律、定理，都是经过观察、分析、研究、推理和实际验证才被揭示、承认和确立。计量正是上述过程的重要技术基础。

历史上三次大的技术革命，都充分地依靠了计量，同时也促进了计量的发展。

以蒸汽机的广泛应用为主要标志的第一次技术革命，在蒸汽机的研制和应用的过程中，需要对蒸汽压力、热膨胀系数、燃料的燃烧效率、能量的转换等进行大量的计量测试，发展起力学计量和热工计量；另外，机械工业的兴起，使几何量的计量得到了进一步的发展。

以电的产生和应用为基本标志的第二次技术革命中，各种热电偶的研制成功，对温度计量、电工计量、以及无线电计量等提供了一种重要手段；迈克尔逊等人为了实际测量地球运动的相对速率，研制出了迈克尔逊干涉仪，从而为长度计量提供了一个重要方法；爱因斯坦成功地解释了光电效应，成了热辐射计量的理论基础，使计量开始从宏观进入微观领域；随着量子力学、核物理学的创立与发展，电离辐射计量逐渐形成。

以核能及化工等的开发与应用导致的第三次技术革命中，原子能、化工、半导体、电子计算机、超导、激光、遥感、宇航等新技术的广泛应用，使计量日趋现代化，计量的宏观实物基准逐步向量子（自然）基准过渡。原子频标的建立和米的新定义的形成，有着相当重要的意义。频率和长度的精密测量，促进了现代科技的发展。

至于人们广泛谈论和关注的所谓第四次技术革命的先导是微电子学和计算机，集成电路又可以说是先导的核心。集成电路的研制，依赖于相应的计量保证。比如，硅单晶的几何参数、物理特性，超纯水、超纯气的纯度，化学试剂、光刻胶的性能，膜层厚度、层错位错，离子注入深度、浓度、均匀度以及工艺监控测试图形等的测定与控制，都是精密测量。当前，我国集成电路研制尚比较落后，计量工作跟不上是其中的原因之一。

总之，科学技术的发展，特别是物理学的成就，为计量的发展创造了重要的前提，同时也对计量提出了更高的要求，推动了计量的发展；而计量的成就，又促进了科技的发展。

二、计量测试与实验教育密切相关

除了验证、确认和深化相应的理论课内容，实验教学作为高校理论实践的基础，也是依据实验手段进行的一种测量活动。诸如计量单位的选取，计量检测设备的选用，测量原理及方法和误差理论的研究，测量结果的获得等，其最终目的都是为了获得统一和准确的量值，从而得出正确的实验结果。这正是计量测试技术的核心，也是实验教学的目的。因此可以说，计量测试是实验教育的基础，计量测试技术渗透于实验教育之中。

从计量学的角度研究，计量测试技术是一个综合性体系，它从方案的策划到仪器的配备、测试方法、环境要求以及测试者的操作技能等，无一不对实验结果有着直接的影响。因此，在实验教育中应紧密结合计量测试技术的应用，在实验指导思想上要注意以下几个方面：首先要正确认识计量单位的运用；其次要选用科学合理的生产仪器设备；再次实验指导书是实验教学的指导性文件，对引导启发学生学习有着重要作用，应特别着重于编写有层次、有深度的测量试验原理、程序和数据处理方法。

在实验报告的制作上，侧重于对所得数据和运算结果的分析，以此确认理论知识的正确性。要得到好的实验报告，必须引导学生注意三个关键问题：其一是对理论知识的深刻理解，而不是照抄照搬书本的内容；其二是测试结果的准确和完整，改变现有单一定性实验模式，向综合性实验方向发展；其三是熟悉必要的数据处理方法和依此计算的实验结果的准确度，重点应放在实验结果的分析与改进上。

三、在实验教学中应不断增强计量意识

展在实验教育中任何一种测试活动都是以计量为基础的，计量学就是统一量值和发展精密测试技术，以保证质量，实现生产社会化，保证科学研究可靠性和连续性的一门应用科学。高校是培养社会科学人才的主要基地，尤其是理工科院校，学生一旦走向社会，必然要在社会实践中接触大量的测量问题，并从各种测量活动中得出结论，任何一个科学数据要保证其准确性，都要通过反复实验获取。因此培养学生不要将实验看作一种简单的重复性劳动，而要注重在操作中不断增强计量意识，认真对待每一个测量数据，要转变学生对实验课的认识，要从实验教育中不断树立科学、严谨、细致的工作作风，这对提高实验教学水平有着极其重要的作用。计量测试技术是一门基础性学科，它渗透于国民经济的各个领域，在社会上广泛应用。高等教育也不例外，将计量技术渗透于高等教育的实验教学中，无疑对深化和培养我国科技合格人才，促进国民经济的建设与发展起着积极的作用。四、建立合理的实验评定方法和体系为了培养高素质的试验研究人员，创造有利的研究条件，需建立准确可靠的计量测试体系。作为实验教学的侧重点，应将学生预习实验报告以熟悉实验内容及实地操作能力和实验报告质量作为综合评定实验成绩体系，每个环节都应占有适当的评定比例，由此才能从内容、方法和措施上调动学生的主观能动性，将实验能力的培养和实验素质的提高落实到各个环节。误差理论与数据处理是实验教学中的主要一环，应占有相对较大的比重。在我们所接触的各种各样的量以及量值之间的关系中，不管其形式如何，最终总是可以用数字和单位量来进行描述和表征的。实际工作中，我们遇到的量大都不是绝对准确的，都存在一定的误差，必须研究误差的来源、性质、传递规律以及它对测试数据的影响。随着人们对误差的深入分析和采取相应的有效措施，可以使存在于测试结果中的误差得到减小或消除。参考文献：[1] 吕家云.谈企业计量与效益 [J].计量与测试技术，1995，（5）：31-32.[2] 汪汉生.必须开展全面计量管理，努力提高全民计量意识 [J].计量与测试技术，1999，（4）：37-38.[3] 曹王剑.创新能源计量管理 促进节能减排增效 [J].中国计量，2007，（11）：325-26.[4] 苏军.在实验教学中应增强计量意识 [J].中国计量，1999，（43）：30-31.

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