吳石林 張 玘 熊九龍

中國人民解放軍國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院 湖南長沙 410073

對理工科學(xué)員進行計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育的思考

吳石林 張 玘 熊九龍

中國人民解放軍國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院 湖南長沙 410073

針對理工科學(xué)員計量技術(shù)基礎(chǔ)知識缺乏的現(xiàn)狀，分析了對其進行計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育的必要性；在此基礎(chǔ)上，對計量技術(shù)基礎(chǔ)普及教育知識體系進行了初步設(shè)計，并對普及教育的形式提出了具體的措施建議。

計量技術(shù)；基礎(chǔ)知識；普及教育；理工科專業(yè)

計量是科學(xué)技術(shù)進步、經(jīng)濟社會發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。任何科學(xué)、任何部門、任何行業(yè)乃至任何活動，都直接或間接、有意或無意地需要計量學(xué)知識體系的支撐[1]。計量水平的高低，已成為衡量一個國家科技、經(jīng)濟和社會發(fā)展程度的重要標(biāo)志之一。因而，掌握一定的計量技術(shù)基礎(chǔ)知識是每一個參與國家與社會建設(shè)的人應(yīng)具備的基本素質(zhì)。高等院校作為人才培養(yǎng)的搖籃，進行計量技術(shù)基礎(chǔ)知識的普及教育具有義不容辭的責(zé)任。

1 計量技術(shù)基礎(chǔ)知識教育現(xiàn)狀與存在的問題

1.1 教育現(xiàn)狀

目前，在綜合性高等院校中，只有測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)計量技術(shù)課程，但并非所有大學(xué)的測控技術(shù)與儀器專業(yè)均開設(shè)了該課程。此外，在質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督類學(xué)院、質(zhì)量工程類學(xué)校及計量學(xué)校的有關(guān)專業(yè)也開設(shè)了計量技術(shù)課程。但總體而言，國內(nèi)對計量技術(shù)的教育還局限在一個非常小的群體中，高等院校的絕大多數(shù)畢業(yè)生不具備基本的計量技術(shù)基礎(chǔ)知識技能。

1.2 存在的問題

由于缺乏必要的計量技術(shù)基礎(chǔ)知識，理工類畢業(yè)生(包括本科、碩士、博士)的畢業(yè)論文及投稿的科技論文(包括碩士、博士)中常常存在量和單位使用不當(dāng)、數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果表達不合理、實驗數(shù)據(jù)可信度不高等問題。

1.2.1 量和單位使用不當(dāng)[2]

(1)使用已廢棄的量名稱，如比重、比熱、原子量、質(zhì)量百分比濃度等；使用已廢棄的非法定單位或單位符號，前者如斤、千克力(kgf)、卡(cal)、摩爾濃度(M)等，后者如K(開爾文)、rpm(轉(zhuǎn)每分)等。

(2)量符號及其下標(biāo)符號、單位及詞頭符號的正斜體、大小寫不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；未使用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的量符號，如質(zhì)量符號不用m，而用W，P或Q等。

(3)對單位符號進行修飾，如在單位符號上加下標(biāo)、復(fù)數(shù)形式以及其他說明性字符；同一篇文章中的單位時而用中文符號，時而用國際符號；在組合單位中兩種符號并用，如“m3/秒”；把一些不是單位符號的符號或單位的全稱作為標(biāo)準(zhǔn)化符號使用，如ppm(10-6)，hr(小時)，day(天)等；使用單位符號張冠李戴，如把平面角的單位符號“'”“″”用作時間單位“分”“秒”等。

(4)不善于使用詞頭構(gòu)成十進倍數(shù)或分?jǐn)?shù)單位，常出現(xiàn)如100 000m，0.000 36A等書寫形式；或詞頭使用錯誤，如獨立使用、重疊使用等。

(5)在圖、表等用特定的單位表示量的數(shù)值時，未采用“量/單位”的標(biāo)準(zhǔn)化法，如“p/MPa”，仍按傳統(tǒng)方法表示成“p，MPa”或“p(MPa)”等。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果表達不合理

(1)有效數(shù)字的取舍概念不清，對實驗結(jié)果小數(shù)點后取幾位無分寸，認(rèn)為小數(shù)位數(shù)越多，測量結(jié)果精度越高，且同一組測量結(jié)果，各數(shù)據(jù)小數(shù)點后位數(shù)常不一致；對實驗結(jié)果及實驗誤差(或測量不確定度)的有效位數(shù)取值把握不準(zhǔn)，常出現(xiàn)實驗結(jié)果與誤差(或測量不確定度)小數(shù)位數(shù)不同的錯誤。

(2)對測量數(shù)據(jù)不進行誤差分析，即不進行系統(tǒng)誤差有無分析，也不進行粗大誤差判別，而是直接由實驗數(shù)據(jù)計算測量結(jié)果；測量結(jié)果只給出最佳估計值(如算術(shù)平均值)，而不給出測量的標(biāo)準(zhǔn)差或測量不確定度指標(biāo)，也不對測量誤差來源進行分析。

(3)仍停留在以經(jīng)典誤差理論的極限誤差評定與表達測量結(jié)果的階段，不能合理采用現(xiàn)代誤差理論的測量不確定度對測量結(jié)果及其質(zhì)量進行評定和表示。

1.2.3 實驗數(shù)據(jù)可信度差

在高等院校中，各科研課題組的科研設(shè)備很少按計量法在各級法定計量檢定機構(gòu)進行檢定或校準(zhǔn)，計量檢定規(guī)程也很少在高校中使用，計量工作在高校成了“盲區(qū)”[3]。學(xué)員對儀器檢定或校準(zhǔn)完全沒有概念，對儀器設(shè)備的計量檢定工作理解不足，缺乏計量意識、質(zhì)量意識法律意識。不管儀器的準(zhǔn)確與否，只關(guān)心其是否有輸出，這樣既保證不了量值的準(zhǔn)確可靠傳遞，也直接影響到科研、實驗工作中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

2 實施計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育的必要性

為徹底改變以往人才培養(yǎng)中凸顯出來的問題(即計量技術(shù)基礎(chǔ)知識欠缺)，對理工科學(xué)員進行計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育已勢在必行。

2.1 進行計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育是貫徹實施《中華人民共和國計量法》的需要

《中華人民共和國計量法》(以下簡稱《計量法》)對計量單位制、計量基/標(biāo)準(zhǔn)器具及計量檢定工作均有明確的法律條文。其中，《計量法》第一章第三條規(guī)定“國家采用國際單位制。國際單位制計量單位和國家選定的其他計量單位，為國家法定計量單位。國家法定計量單位的名稱、符號由國務(wù)院公布。非國家法定計量單位應(yīng)當(dāng)廢除?！薄队嬃糠ā返诙碌诎藯l規(guī)定“企業(yè)、事業(yè)單位根據(jù)需要，可以建立本單位使用的計量標(biāo)準(zhǔn)器具，其各項最高計量標(biāo)準(zhǔn)器具經(jīng)有關(guān)人民政府計量行政部門主持考核合格后使用。”《計量法》第二章第九條規(guī)定“對前款規(guī)定以外的其他計量標(biāo)準(zhǔn)器具和工作計量器具，使用單位應(yīng)當(dāng)自行定期檢定或者送其他計量檢定機構(gòu)檢定。”在貫徹實施以上精神時，理工科學(xué)員必須具備相應(yīng)的計量技術(shù)基礎(chǔ)知識。

2.2 進行計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育是促進加強國際學(xué)術(shù)交流的需要

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流日益頻繁，為了使教學(xué)科研成果及實驗數(shù)據(jù)對外得到公認(rèn)，必須實施和加強計量工作。只有使用國際單位制，實驗結(jié)果才能具有可比性；科研中使用的測量儀器只有檢定合格，才有利于科研實驗數(shù)據(jù)的復(fù)現(xiàn)性、重復(fù)性和可比性；數(shù)據(jù)處理結(jié)果采用測量不確定度評定和表達，才能符合國際慣例。在符合計量要求的準(zhǔn)則下，各種交流和國際合作才能消除技術(shù)壁壘。

3 計量技術(shù)基礎(chǔ)普及教育知識體系設(shè)計[4-6]

計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育針對面廣，其內(nèi)容應(yīng)寬廣，深度應(yīng)適中，系統(tǒng)性要強，主要涉及如下4個知識點。

3.1 計量法律、法規(guī)、規(guī)章

“有法可依”“有法必依”是設(shè)置該知識點的基本出發(fā)點。大多數(shù)學(xué)員在學(xué)習(xí)及論文撰寫中表現(xiàn)出的問題，不是因為他們不“守法”，而是因為他們不“知法”，由于專業(yè)和研究領(lǐng)域的區(qū)別，他們根本不知道計量方面的相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章的存在。因此，在此知識點上進行系統(tǒng)但并不需要深入的介紹，即可使他們在以后的學(xué)習(xí)工作中“依法辦事”。

3.2 量和單位制

正確合理地使用量和單位是設(shè)置該知識點的出發(fā)點，內(nèi)容包括：

(1)我國法定計量單位的構(gòu)成(由國際單位制的單位、國家選定的非國際單位制單位及以上兩種單位組合形式的單位)。

(2)法定計量單位的正確使用，即單位名稱、單位和詞頭符號、應(yīng)淘汰的測量單位和符號。

(3)量和量值的正確表示，即量的名稱、量的符號(一般規(guī)定、量符號的下標(biāo)、量值的表示)及圖表中量和單位的表示。

(4)量和單位制的系列國家標(biāo)準(zhǔn)，即國家技術(shù)監(jiān)督局于1993年12月27日批準(zhǔn)發(fā)布的15項有關(guān)“量和單位”的強制性國家標(biāo)準(zhǔn)(GB3100-93，GB3101-93，GB3102.1-93～GB3102.13-93)，這套標(biāo)準(zhǔn)涉及自然科學(xué)的各個領(lǐng)域，是各行各業(yè)必須執(zhí)行的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，也是國家法定計量單位的具體應(yīng)用形式。

3.3 誤差分析與測量不確定度評定與表達

對測量數(shù)據(jù)進行正確合理的誤差分析、數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果表達是設(shè)置該知識點的出發(fā)點，內(nèi)容包括：

(1)誤差基本概念，包括誤差的定義、分類、表示方法、微小誤差取舍準(zhǔn)則，三大類誤差的處理等。

(2)有效數(shù)字與數(shù)據(jù)修約規(guī)則，包括有效數(shù)字與運算規(guī)則、數(shù)據(jù)修約規(guī)則、測量結(jié)果的有效位數(shù)、誤差或不確定度的有效位數(shù)等。

(3)最小二乘法和回歸分析。

(4)測量不確定度，包括不確定度來源、測量不確定度的評定(A類評定、B類評定)、測量不確定度的表示(合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、擴展不確定度)、測量不確定度報告(測量結(jié)果的正確表達)等。

3.4 量值傳遞與溯源

對所使用的測量儀器合理地進行檢定或校準(zhǔn)，使儀器處于要求的精度范圍內(nèi)，以保證測量結(jié)果的精度及測量結(jié)果的可信度是設(shè)置該知識點的出發(fā)點，內(nèi)容包括：

(1)量值傳遞與溯源的必要性。

(2)量值傳遞與溯源的方式與方法。

(3)國家計量檢定系統(tǒng)表及國家計量檢定規(guī)程。

4 計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育的具體措施建議

計量技術(shù)基礎(chǔ)知識的普及教育主要針對在校的理工科學(xué)員進行，但從徹底改變高校人員計量意識、更好地貫徹實施《計量法》有關(guān)精神出發(fā)，對高?，F(xiàn)有從業(yè)人員(特別是理工科教師、高校實驗室教師及工作人員)也要進行普及教育。

4.1 理工科學(xué)員培養(yǎng)部分

理工科在校學(xué)員的計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育可按兩種途徑開展。一是結(jié)合大學(xué)物理實驗、大學(xué)化學(xué)實驗進行，以往，在此類實驗課程中或多或少包含了一些計量技術(shù)基礎(chǔ)知識的教育(特別是誤差理論與數(shù)據(jù)處理方面知識)。只需在此基礎(chǔ)上進行計量技術(shù)基礎(chǔ)知識擴展，并加強系統(tǒng)性即可。二是進行第二課堂講座，可分年級、分專業(yè)進行，在宣傳普及計量技術(shù)基礎(chǔ)知識的同時，結(jié)合專業(yè)特點，其教學(xué)效果更佳。

4.2 高校從業(yè)人員部分

對現(xiàn)有高校從業(yè)人員進行計量基礎(chǔ)知識普及教育動員，具體知識印發(fā)學(xué)習(xí)材料到每一個人，督促其在日常教學(xué)科研中執(zhí)行。對高校實驗室人員，可組織學(xué)習(xí)計量法律法規(guī)、檢定規(guī)程、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和各種規(guī)章制度，強調(diào)計量工作的重要性和必要性，并讓全體人員了解計量檢定工作的具體要求和程序，以取得對計量工作的共識，增強工作的責(zé)任心，使計量工作真正成為高校實驗室和科研人員工作必不可少的一部分。

5 結(jié)束語

進行計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育勢在必行，但其涉及面廣，要在各高校普遍實施還有待時日。但從長遠(yuǎn)來看，只要人們的計量意識增強了，計量技術(shù)基礎(chǔ)知識普及教育就會順利實施。

[1] 林建忠.現(xiàn)代計量工程教育模式探索[J].高等工程教育研究,2007,6:78-82.

[2] 張俊英,郭昆,王秀清.科技論文中量和單位使用的常見的錯誤解析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2010,28(S2):109-110,120.

[3] 董耀,鄭敏.加強高校計量工作勢在必行[J].上海計量測試,2005,32(6):59-60.

[4] 李宗揚.計量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:原子能出版社,2002.

[5] 王立吉.計量學(xué)基礎(chǔ)(修訂版)[M].北京:中國計量出版社,2009.

[6] 洪生偉.計量管理(第五版)[M].北京:中國計量出版社,2011.

Considerations on universal education of basic knowledge of metrology in students majoring in science and engineering

Wu Shilin, Zhang Qi, Xiong Jiulong
National university of defense technology, Changsha, 410073, China

Aiming at the actuality that students majoring in science and engineering lack basic knowledge of metrology, the necessity to implement universal education of basic knowledge of metrology in students majoring in science and engineering is analyzed. On this based, the knowledge system of the basic knowledge of metrology is designed preliminarily, and some detailed measures and suggestions for actualizing universal education are put forward.

metrology; basic knowledge; universal education; science and engineering specialty

2011-08-24

吳石林，碩士，副研究員。張玘，博士，教授，博士生導(dǎo)師。

全國工程碩士教育研究課題(編號：2009-ZX-077)。