淺談計量認證對高校建筑材料實驗教學的促進作用

錢匡亮+彭宇+詹樹林

摘要：計量認證是國家為了保證、控制和監(jiān)督全國工農業(yè)產品質量、發(fā)展國民經濟所采取的一項重要管理措施，具有科學性、規(guī)范性和權威性。目前國內已有不少高校實驗室申請了計量認證，文章從人員要求、儀器設備、環(huán)境條件、試驗方法和材料五個方面，分析和探討了建筑材料計量認證與實驗教學的差異，根據(jù)建筑材料實驗教學的現(xiàn)狀，提出并實施了實驗教學管理及內容的改進，提升了建筑材料實驗教學的規(guī)范性和科學性，強化了學生對實驗全過程的認知，也增強了學生的工程實踐和科研能力。

關鍵詞：計量認證；建筑材料實驗；教學改進

中圖分類號：TU502 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0132-03

一、引言

計量認證是依據(jù)《中華人民共和國計量法》的相關規(guī)定，對為社會提供公證數(shù)據(jù)的產品質量檢驗機構實施計量監(jiān)督，即要通過嚴格的技術考核，確認其具備同檢驗工作相適應的計量檢定和測試能力、可靠性和公正性。相關文獻表明全國共有52家高校實驗室通過國家計量認證。

高校實驗室實施計量認證，不僅能充分發(fā)揮人才、技術和設備優(yōu)勢，為社會提供更好的技術服務工作，同時也能促進高校實驗室的管理水平，提升實驗人員的素質，提高實驗教學質量，促進實驗室的建設和發(fā)展。北京工業(yè)大學更是以通過計量認證的實驗室為平臺，開設了學生創(chuàng)新性研究項目和選修課程，有效地促進了高校實驗教學的改革。浙江大學建筑工程學院土木工程測試中心于2003年首次通過了浙江省計量認證評審，并持續(xù)開展社會服務工作。在實驗室相關人員全程參與計量認證相關工作并積累了大量的技術和管理經驗后，適宜地將計量認證中“人、機、料、法、環(huán)”的技術管理要求和方法在建筑材料實驗教學中進行了實踐，結合學科實驗教學目標和內容，實施了實驗教學管理和內容的改進，成效顯著。

二、人員

檢測機構人員是計量認證工作的重要組成。計量認證中對管理、技術等不同崗位的人員要求不同，但均著重于素質和水平，以保證檢測機構能夠依據(jù)法律法規(guī)、管理制度和標準，公正地出具結果。教學工作中的教師可看作是最高管理者、技術主管、質量主管以及技術人員的綜合體，需具備較強的管理和技術能力。而學生可看作新進員工，不同類型的高校應根據(jù)其目標定位實施培養(yǎng)。

專業(yè)基礎課程教學實驗要注重基礎能力訓練，檢測的目標是規(guī)范和準確地獲取結果，科研實驗則需要科學地應用實驗技能和檢測方法，實現(xiàn)科研思路和目標。建筑材料實驗課程是專業(yè)基礎課程，教學應在強調學生實驗參與度的基礎上，增強學生對實驗材料、設備、環(huán)境、操作的原理理解，基本概念的建立和掌握。同時，對學生的培養(yǎng)，應強化實驗過程的理解，注重學生對實驗結果的解讀。學生的操作熟練程度、環(huán)境氣候條件、儀器設備的差異會導致較大的結果差異，只有充分理解過程和原理，才能使學生理解實驗規(guī)定的邊界條件和實驗操作規(guī)范的必要性，以更好地理解、分析和判斷實驗結果。此外，應通過實驗使學生能辨識實驗、檢測和科研的目標定位以及方式方法的差異。

三、儀器設備

（一）計量認證與實驗教學儀器的管理差異

計量認證中儀器設備管理的核心是可靠性，即通過可靠的儀器設備獲取準確的數(shù)據(jù)。從大多數(shù)高校實驗室的現(xiàn)狀來看，實驗教學儀器設備的管理和技術水平還達不到計量認證的高度。原因在于：一是管理制度的體系性和落實相對較弱，而計量認證實施對儀器設備的購置、流轉、維護、建檔、過程記錄的全過程系統(tǒng)管理；二是對量值溯源的要求重視程度不足，對儀器設備的精度要求未嚴格遵循標準執(zhí)行，認為能夠運行就滿足要求；三是缺少經費支持，量值溯源成本較高，如建筑材料實驗涉及大量儀器設備，若委托計量檢定部門進行校準，每年將產生約5萬元的費用，日常運行經費遠不能滿足。

（二）改進方法

在實驗教學工作中，可以有效借鑒計量認證的管理方法，采用類似計量認證“自校”、“運行檢查”等方式對一些主要的儀器設備自行進行校準，以評價學生實驗的適用性。首先將壓力傳感器、天平、游標卡尺及鋼直尺等器具，委托有資質的機構進行檢校，使其測量值能與規(guī)定的參考標準進行參比，實現(xiàn)量值的準確可靠；再以這些經檢校的器具測量值為基準，對實驗室其他的儀器設備進行校準，確保儀器設備測量值的可靠性；最后對不滿足要求的儀器設備分類進行處理，對偏差較大的設備進行調校，對無法調校的設備采用數(shù)值修正或報廢的方式進行處置。

1.試驗機。實驗室可配備合適量程的壓力傳感器，并將壓力傳感器進行校準，建立壓力傳感器顯示荷載——標準計量器荷載曲線。每年在學生實驗開課前，對所需用到的試驗機采用傳感器進行校準。若試驗機誤差超過標準規(guī)定的±1%測量精度要求，可委托廠家進行調校，若調校后無法滿足要求，則可采用試驗機示值——傳感器示值曲線進行修正。

2.容器類。容器類的體積可采用經檢定的天平或臺秤，以稱重法進行校準。水泥標準稠度用水量實驗所用的量水器容易發(fā)生偏差大的情況，實踐中發(fā)現(xiàn)有一批量水器中，約30%的偏差超過規(guī)范規(guī)定±0.5ML的要求，最大的偏差量達到了3ML。對不滿足精度要求的容器應作報廢處理。

3.尺寸類。混凝土、砂漿試模采用經檢定的游標卡尺、鋼直尺等進行校準，一般情況下，試模尺寸均能符合規(guī)范要求，若不能滿足要求應作報廢處理。

4.稱重類。采用標準砝碼對其精度進行檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)個別電子天平易在靠近最大量程處產生較大的偏差，對這些儀器可貼上測量范圍的標簽，表明超出測量范圍后不應使用此儀器設備。

四、環(huán)境條件

（一）計量認證檢測與實驗教學的環(huán)境條件差異

環(huán)境條件對數(shù)據(jù)結果的準確性影響不僅體現(xiàn)在試驗時，更貫穿在試驗全過程中。計量認證的設施和環(huán)境條款中明確要求對環(huán)境條件進行有效的監(jiān)測、控制和記錄，并提出了嚴格的控制要求。學生實驗中可以引入計量認證的要求，強化學生對材料的準備、制樣、養(yǎng)護和試驗全過程的理解。在建筑材料實驗中，環(huán)境條件對結果的影響主要是溫度和濕度，特別是水泥、混凝土相關主要實驗。endprint

學生實驗室通常難以達到標準要求的環(huán)境氣候條件。一是實驗室對環(huán)境氣候控制要求的重視程度不足。教學實驗室建設過程中，重視空間的使用功能，輕視調控溫濕度的空調、加濕器等的配制；學生實驗室的使用率相對較低，費效比低。約50%的僅以教學為目的的建筑材料類實驗室的使用率在1年6次或3—4個月每年。二是實驗室環(huán)境條件控制的有效性較差。學生實驗時，進入實驗室的大量人員成為熱擾，顯著影響室內環(huán)境溫濕度，其溫濕度及均勻性均難以控制。

（二）改進方法

教學實驗開展中應盡量保證試驗過程中環(huán)境條件的控制，增強實驗結果的穩(wěn)定性、可比性和準確性，同時讓學生理解、掌握環(huán)境條件對試驗結果的影響。

對環(huán)境條件有要求的實驗室應優(yōu)先配備溫度及濕度控制設備。首先考慮配備水泥、混凝土實驗室溫濕度的控制設備和設施，以保證試驗操作空間的溫濕度滿足規(guī)定要求；其次應配備標準養(yǎng)護設備或設施，保證試樣養(yǎng)護達到標準規(guī)定，減小過程環(huán)節(jié)對實驗結果的影響。

在無法配制溫濕度控制儀器設備的條件情況下，可調整上課時間。如夏熱冬冷氣候區(qū)的高校，水泥、混凝土實驗盡量安排在春秋兩季，晚上優(yōu)先于白天，以使環(huán)境的溫濕度及穩(wěn)定性盡量接近標準要求。

教學中應強化環(huán)境條件對實驗結果影響的基本概念。理解溫度、濕度對試驗結果如何以及產生什么樣的影響，如水泥的標準稠度試驗中，不僅材料和器具的溫度，更有試驗過程中溫度和濕度變化對結果的影響，應該從相對濕度對水分蒸發(fā)速度、溫度對水化速度的角度綜合理解溫濕度對實驗結果的影響。這樣便于學生分析評價數(shù)據(jù)結果的準確性和可靠性，也有利于建立規(guī)范化概念，提升獲取準確的實驗結果的檢測和科研能力。

五、試驗方法

（一）試驗方法的偏離

計量認證中著重強調了有條件的偏離。由于標準規(guī)范或檢測委托方需求原因，檢測中會產生與標準不完全一致的內容，但條件是偏離處于受控狀態(tài)，預計所發(fā)生的偏離不會影響檢測結果的準確性，實驗教學中試驗方法與標準的檢測方法常常會有較大的偏離。除前面所述的環(huán)境條件、儀器設備等因素外，還受課程時間安排的約束，使得方法偏離比檢測更大，也更不易受控。如砂表觀密度試驗，實驗課程需要在2個課時內完成，但標準方法中，僅靜置的時間就需要24小時。在實施教學過程中，說明偏離的原因以及對結果產生的影響，這樣既不會影響學生對實驗的理解，也加強了對實驗結果的認識。

（二）數(shù)據(jù)及分析

計量認證對數(shù)據(jù)的修約處理。按照數(shù)值修約的專項規(guī)范產品和試驗標準進行。認證機構分析數(shù)據(jù)時主要的關注點是臨界數(shù)據(jù)，學生實驗中應強化數(shù)據(jù)取值的有效性概念，更科學地獲取數(shù)據(jù)，另外，在進行綜合分析測量結果中，最末一位有效數(shù)字應與測量精度是同一量級，末一位有效數(shù)字是不可靠的，而倒數(shù)第二位有效數(shù)字是可靠的，多取數(shù)據(jù)的位數(shù)并不能減小測量誤差。應改變學生讀取儀器設備的全部顯示數(shù)值，計算的過程多取幾位數(shù)字的習慣。

學生實驗的數(shù)據(jù)結果分析主要從誤差角度考慮。需從原材料的性狀、測量過程的環(huán)境條件、測量儀器的精度和準確性、測量人員的操作規(guī)范性和熟練程度等方面，采用比較、驗證、統(tǒng)計等方法進行分析評價。也需要強調真值為約定真值，且存在諸多的邊界條件。此外，一些實驗中操作的規(guī)范及熟練程度是影響實驗結果的重要因素，如水泥標準稠度用水量實驗中，因操作原因，同時進行的不同組的學生數(shù)據(jù)最大差異會達40%以上。

六、材料

材料在計量認證中為檢測樣品，其性能指標在檢測前并不明確，檢測過程中強調了樣品在整個流轉狀態(tài)中保持延續(xù)性和有效性。而實驗教學中樣品為實驗對象，一般由實驗室準備，性能指標較為固定。

建筑材料實驗以驗證實驗為主體，實驗教學中可結合樣品的性能指標，來判斷學生實驗過程和結果的可靠性；此外，由于時間關系省略了取樣和縮分的步驟，但應使學生充分理解明確樣品的代表性概念，即試驗樣品獲得的結果要能代表整批材料的性狀，必須保證取樣位置、數(shù)量的合理性，并采用合適的方式縮分至試驗需要的數(shù)量。

七、結論

建筑材料實驗課程更需著眼于學生對基礎知識和技能的掌握，以及走向社會后的工程應用需求，通過將計量認證中對“人、機、料、法、環(huán)”五個方面管理的要求和方法應用到建筑材料實驗課程的日常管理和實驗中去，可顯著加強實驗教學的規(guī)范性、科學性，強化學生對實驗過程和環(huán)境條件的全面理解，以及對實驗結果的解讀，以利于學生工程實踐應用和科研工作能力的培養(yǎng)。將計量認證的方法與實驗教學有機地結合，對教學內容和方法進行改進，可提升實驗室的管理水平，更有利于人才的培養(yǎng)。

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Abstract：Metrology accreditation，be endowed with scientificity，normativeness and authoritativeness，is an important measure to guarantee，control and supervise the quality of national industrial and agricultural products and to develop national's economics. The difference and connection between metrology accreditation and experiment course of building materials were discussed in this paper from the five aspects of personnel requirements，experiment instruments，environmental conditions and materials. According to the actuality of the building material experiment course，improvements about the course's contents and managements were proposed and practiced，which highly raised the scientificity and normativeness of the course，strongly strengthened the students' knowledge about the experiments and the ability of practice and research too.

Key words：metrology accreditation；building material experiment；improvement of teaching methodendprint