物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中計(jì)量意識(shí)的培養(yǎng)

邱淑霞++徐鵬

摘要：計(jì)量本身就是科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要的組成部分，任何科學(xué)技術(shù)，都是為了探討、分析、研究、掌握和利用事物的客觀規(guī)律；而所有的事物都是由一定的“量”組成，并通過“量”來體現(xiàn)的。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育作為眾多教育領(lǐng)域的重要組成部分，它的基礎(chǔ)無疑是測(cè)量活動(dòng)，與計(jì)量測(cè)試有著密不可分的聯(lián)系，在實(shí)驗(yàn)教育中不斷增強(qiáng)計(jì)量意識(shí)，更應(yīng)引起足夠的重視。

關(guān)鍵詞：計(jì)量；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；計(jì)量意識(shí)

計(jì)量是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，一個(gè)國(guó)家的計(jì)量水平標(biāo)志著其經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平，一個(gè)企業(yè)的計(jì)量水平?jīng)Q定了其產(chǎn)品技術(shù)水平和質(zhì)量控制能力。沒有計(jì)量，產(chǎn)品的質(zhì)量將無法保證；沒有計(jì)量，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)將不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，公平、公正、誠(chéng)實(shí)、守信就成了一句空話。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)中，計(jì)量的經(jīng)濟(jì)效益除檢定、檢測(cè)的顯性效益外，主要體現(xiàn)在維護(hù)正常的經(jīng)濟(jì)秩序、保證公平的交易、打破技術(shù)性國(guó)際貿(mào)易壁壘、提高產(chǎn)品質(zhì)量、正確評(píng)定科研、科技水平。特別在醫(yī)療衛(wèi)生、安全防護(hù)、節(jié)能降耗、社會(huì)民生等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。加強(qiáng)計(jì)量工作，充分發(fā)揮計(jì)量在各行業(yè)中的技術(shù)基礎(chǔ)作用，有利于促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、質(zhì)量提升和節(jié)能減排，保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展，有利于打造和諧、誠(chéng)信的社會(huì)環(huán)境[1-3]。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育作為眾多教育領(lǐng)域的重要組成部分，它的基礎(chǔ)無疑是測(cè)量活動(dòng)，與計(jì)量測(cè)試有著密不可分的聯(lián)系，尤其是理工科高等院校，在實(shí)驗(yàn)教育中不斷增強(qiáng)計(jì)量意識(shí)，更應(yīng)引起足夠的重視[4]。

一、計(jì)量是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)

計(jì)量本身就是科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要的組成部分，任何科學(xué)技術(shù)，都是為了探討、分析、研究、掌握和利用事物的客觀規(guī)律；而所有的事物都是由一定的“量”組成，并通過“量”來體現(xiàn)的。為了認(rèn)識(shí)量并確切地獲得其量值，只有通過計(jì)量。比如，哥白尼關(guān)于天體運(yùn)行的學(xué)說，是在反復(fù)觀察的基礎(chǔ)上提出的，并在伽利略用天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了進(jìn)一步觀測(cè)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(jīng)卡文迪許的精密測(cè)試而得到了確認(rèn)；愛因斯坦的相對(duì)論，也是在頻率精密測(cè)量的基礎(chǔ)上才得到了一定的驗(yàn)證；李政道、楊振寧關(guān)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)局（金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院）進(jìn)行了專門的測(cè)試才驗(yàn)證的?？傊?，從經(jīng)典的牛頓力學(xué)到現(xiàn)代的量子力學(xué)，各種定律、定理，都是經(jīng)過觀察、分析、研究、推理和實(shí)際驗(yàn)證才被揭示、承認(rèn)和確立。計(jì)量正是上述過程的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

歷史上三次大的技術(shù)革命，都充分地依靠了計(jì)量，同時(shí)也促進(jìn)了計(jì)量的發(fā)展。

以蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用為主要標(biāo)志的第一次技術(shù)革命，在蒸汽機(jī)的研制和應(yīng)用的過程中，需要對(duì)蒸汽壓力、熱膨脹系數(shù)、燃料的燃燒效率、能量的轉(zhuǎn)換等進(jìn)行大量的計(jì)量測(cè)試，發(fā)展起力學(xué)計(jì)量和熱工計(jì)量；另外，機(jī)械工業(yè)的興起，使幾何量的計(jì)量得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

以電的產(chǎn)生和應(yīng)用為基本標(biāo)志的第二次技術(shù)革命中，各種熱電偶的研制成功，對(duì)溫度計(jì)量、電工計(jì)量、以及無線電計(jì)量等提供了一種重要手段；邁克爾遜等人為了實(shí)際測(cè)量地球運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速率，研制出了邁克爾遜干涉儀，從而為長(zhǎng)度計(jì)量提供了一個(gè)重要方法；愛因斯坦成功地解釋了光電效應(yīng)，成了熱輻射計(jì)量的理論基礎(chǔ)，使計(jì)量開始從宏觀進(jìn)入微觀領(lǐng)域；隨著量子力學(xué)、核物理學(xué)的創(chuàng)立與發(fā)展，電離輻射計(jì)量逐漸形成。

以核能及化工等的開發(fā)與應(yīng)用導(dǎo)致的第三次技術(shù)革命中，原子能、化工、半導(dǎo)體、電子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)、激光、遙感、宇航等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使計(jì)量日趨現(xiàn)代化，計(jì)量的宏觀實(shí)物基準(zhǔn)逐步向量子（自然）基準(zhǔn)過渡。原子頻標(biāo)的建立和米的新定義的形成，有著相當(dāng)重要的意義。頻率和長(zhǎng)度的精密測(cè)量，促進(jìn)了現(xiàn)代科技的發(fā)展。

至于人們廣泛談?wù)摵完P(guān)注的所謂第四次技術(shù)革命的先導(dǎo)是微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)，集成電路又可以說是先導(dǎo)的核心。集成電路的研制，依賴于相應(yīng)的計(jì)量保證。比如，硅單晶的幾何參數(shù)、物理特性，超純水、超純氣的純度，化學(xué)試劑、光刻膠的性能，膜層厚度、層錯(cuò)位錯(cuò)，離子注入深度、濃度、均勻度以及工藝監(jiān)控測(cè)試圖形等的測(cè)定與控制，都是精密測(cè)量。當(dāng)前，我國(guó)集成電路研制尚比較落后，計(jì)量工作跟不上是其中的原因之一。

總之，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是物理學(xué)的成就，為計(jì)量的發(fā)展創(chuàng)造了重要的前提，同時(shí)也對(duì)計(jì)量提出了更高的要求，推動(dòng)了計(jì)量的發(fā)展；而計(jì)量的成就，又促進(jìn)了科技的發(fā)展。

二、計(jì)量測(cè)試與實(shí)驗(yàn)教育密切相關(guān)

除了驗(yàn)證、確認(rèn)和深化相應(yīng)的理論課內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校理論實(shí)踐的基礎(chǔ)，也是依據(jù)實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行的一種測(cè)量活動(dòng)。諸如計(jì)量單位的選取，計(jì)量檢測(cè)設(shè)備的選用，測(cè)量原理及方法和誤差理論的研究，測(cè)量結(jié)果的獲得等，其最終目的都是為了獲得統(tǒng)一和準(zhǔn)確的量值，從而得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這正是計(jì)量測(cè)試技術(shù)的核心，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。因此可以說，計(jì)量測(cè)試是實(shí)驗(yàn)教育的基礎(chǔ)，計(jì)量測(cè)試技術(shù)滲透于實(shí)驗(yàn)教育之中。

從計(jì)量學(xué)的角度研究，計(jì)量測(cè)試技術(shù)是一個(gè)綜合性體系，它從方案的策劃到儀器的配備、測(cè)試方法、環(huán)境要求以及測(cè)試者的操作技能等，無一不對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著直接的影響。因此，在實(shí)驗(yàn)教育中應(yīng)緊密結(jié)合計(jì)量測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)思想上要注意以下幾個(gè)方面：首先要正確認(rèn)識(shí)計(jì)量單位的運(yùn)用；其次要選用科學(xué)合理的生產(chǎn)儀器設(shè)備；再次實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)性文件，對(duì)引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)有著重要作用，應(yīng)特別著重于編寫有層次、有深度的測(cè)量試驗(yàn)原理、程序和數(shù)據(jù)處理方法。

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的制作上，側(cè)重于對(duì)所得數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果的分析，以此確認(rèn)理論知識(shí)的正確性。要得到好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，必須引導(dǎo)學(xué)生注意三個(gè)關(guān)鍵問題：其一是對(duì)理論知識(shí)的深刻理解，而不是照抄照搬書本的內(nèi)容；其二是測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確和完整，改變現(xiàn)有單一定性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，向綜合性實(shí)驗(yàn)方向發(fā)展；其三是熟悉必要的數(shù)據(jù)處理方法和依此計(jì)算的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，重點(diǎn)應(yīng)放在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與改進(jìn)上。

三、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)不斷增強(qiáng)計(jì)量意識(shí)

展在實(shí)驗(yàn)教育中任何一種測(cè)試活動(dòng)都是以計(jì)量為基礎(chǔ)的，計(jì)量學(xué)就是統(tǒng)一量值和發(fā)展精密測(cè)試技術(shù)，以保證質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)社會(huì)化，保證科學(xué)研究可靠性和連續(xù)性的一門應(yīng)用科學(xué)。高校是培養(yǎng)社會(huì)科學(xué)人才的主要基地，尤其是理工科院校，學(xué)生一旦走向社會(huì)，必然要在社會(huì)實(shí)踐中接觸大量的測(cè)量問題，并從各種測(cè)量活動(dòng)中得出結(jié)論，任何一個(gè)科學(xué)數(shù)據(jù)要保證其準(zhǔn)確性，都要通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)獲取。因此培養(yǎng)學(xué)生不要將實(shí)驗(yàn)看作一種簡(jiǎn)單的重復(fù)性勞動(dòng)，而要注重在操作中不斷增強(qiáng)計(jì)量意識(shí)，認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，要轉(zhuǎn)變學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的認(rèn)識(shí)，要從實(shí)驗(yàn)教育中不斷樹立科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作作風(fēng)，這對(duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平有著極其重要的作用。計(jì)量測(cè)試技術(shù)是一門基礎(chǔ)性學(xué)科，它滲透于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，在社會(huì)上廣泛應(yīng)用。高等教育也不例外，將計(jì)量技術(shù)滲透于高等教育的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，無疑對(duì)深化和培養(yǎng)我國(guó)科技合格人才，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)與發(fā)展起著積極的作用。四、建立合理的實(shí)驗(yàn)評(píng)定方法和體系為了培養(yǎng)高素質(zhì)的試驗(yàn)研究人員，創(chuàng)造有利的研究條件，需建立準(zhǔn)確可靠的計(jì)量測(cè)試體系。作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，應(yīng)將學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告以熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)地操作能力和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量作為綜合評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)體系，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)占有適當(dāng)?shù)脑u(píng)定比例，由此才能從內(nèi)容、方法和措施上調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)和實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的提高落實(shí)到各個(gè)環(huán)節(jié)。誤差理論與數(shù)據(jù)處理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主要一環(huán)，應(yīng)占有相對(duì)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(guān)系中，不管其形式如何，最終總是可以用數(shù)字和單位量來進(jìn)行描述和表征的。實(shí)際工作中，我們遇到的量大都不是絕對(duì)準(zhǔn)確的，都存在一定的誤差，必須研究誤差的來源、性質(zhì)、傳遞規(guī)律以及它對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的影響。隨著人們對(duì)誤差的深入分析和采取相應(yīng)的有效措施，可以使存在于測(cè)試結(jié)果中的誤差得到減小或消除。參考文獻(xiàn)：[1] 呂家云.談企業(yè)計(jì)量與效益 [J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，1995，（5）：31-32.[2] 汪漢生.必須開展全面計(jì)量管理，努力提高全民計(jì)量意識(shí) [J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，1999，（4）：37-38.[3] 曹王劍.創(chuàng)新能源計(jì)量管理 促進(jìn)節(jié)能減排增效 [J].中國(guó)計(jì)量，2007，（11）：325-26.[4] 蘇軍.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)增強(qiáng)計(jì)量意識(shí) [J].中國(guó)計(jì)量，1999，（43）：30-31.