浅谈计量认证对高校建筑材料实验教学的促进作用

钱匡亮+彭宇+詹树林

摘要：计量认证是国家为了保证、控制和监督全国工农业产品质量、发展国民经济所采取的一项重要管理措施，具有科学性、规范性和权威性。目前国内已有不少高校实验室申请了计量认证，文章从人员要求、仪器设备、环境条件、试验方法和材料五个方面，分析和探讨了建筑材料计量认证与实验教学的差异，根据建筑材料实验教学的现状，提出并实施了实验教学管理及内容的改进，提升了建筑材料实验教学的规范性和科学性，强化了学生对实验全过程的认知，也增强了学生的工程实践和科研能力。

关键词：计量认证；建筑材料实验；教学改进

中图分类号：TU502 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）01-0132-03

一、引言

计量认证是依据《中华人民共和国计量法》的相关规定，对为社会提供公证数据的产品质量检验机构实施计量监督，即要通过严格的技术考核，确认其具备同检验工作相适应的计量检定和测试能力、可靠性和公正性。相关文献表明全国共有52家高校实验室通过国家计量认证。

高校实验室实施计量认证，不仅能充分发挥人才、技术和设备优势，为社会提供更好的技术服务工作，同时也能促进高校实验室的管理水平，提升实验人员的素质，提高实验教学质量，促进实验室的建设和发展。北京工业大学更是以通过计量认证的实验室为平台，开设了学生创新性研究项目和选修课程，有效地促进了高校实验教学的改革。浙江大学建筑工程学院土木工程测试中心于2003年首次通过了浙江省计量认证评审，并持续开展社会服务工作。在实验室相关人员全程参与计量认证相关工作并积累了大量的技术和管理经验后，适宜地将计量认证中“人、机、料、法、环”的技术管理要求和方法在建筑材料实验教学中进行了实践，结合学科实验教学目标和内容，实施了实验教学管理和内容的改进，成效显著。

二、人员

检测机构人员是计量认证工作的重要组成。计量认证中对管理、技术等不同岗位的人员要求不同，但均着重于素质和水平，以保证检测机构能够依据法律法规、管理制度和标准，公正地出具结果。教学工作中的教师可看作是最高管理者、技术主管、质量主管以及技术人员的综合体，需具备较强的管理和技术能力。而学生可看作新进员工，不同类型的高校应根据其目标定位实施培养。

专业基础课程教学实验要注重基础能力训练，检测的目标是规范和准确地获取结果，科研实验则需要科学地应用实验技能和检测方法，实现科研思路和目标。建筑材料实验课程是专业基础课程，教学应在强调学生实验参与度的基础上，增强学生对实验材料、设备、环境、操作的原理理解，基本概念的建立和掌握。同时，对学生的培养，应强化实验过程的理解，注重学生对实验结果的解读。学生的操作熟练程度、环境气候条件、仪器设备的差异会导致较大的结果差异，只有充分理解过程和原理，才能使学生理解实验规定的边界条件和实验操作规范的必要性，以更好地理解、分析和判断实验结果。此外，应通过实验使学生能辨识实验、检测和科研的目标定位以及方式方法的差异。

三、仪器设备

（一）计量认证与实验教学仪器的管理差异

计量认证中仪器设备管理的核心是可靠性，即通过可靠的仪器设备获取准确的数据。从大多数高校实验室的现状来看，实验教学仪器设备的管理和技术水平还达不到计量认证的高度。原因在于：一是管理制度的体系性和落实相对较弱，而计量认证实施对仪器设备的购置、流转、维护、建档、过程记录的全过程系统管理；二是对量值溯源的要求重视程度不足，对仪器设备的精度要求未严格遵循标准执行，认为能够运行就满足要求；三是缺少经费支持，量值溯源成本较高，如建筑材料实驗涉及大量仪器设备，若委托计量检定部门进行校准，每年将产生约5万元的费用，日常运行经费远不能满足。

（二）改进方法

在实验教学工作中，可以有效借鉴计量认证的管理方法，采用类似计量认证“自校”、“运行检查”等方式对一些主要的仪器设备自行进行校准，以评价学生实验的适用性。首先将压力传感器、天平、游标卡尺及钢直尺等器具，委托有资质的机构进行检校，使其测量值能与规定的参考标准进行参比，实现量值的准确可靠；再以这些经检校的器具测量值为基准，对实验室其他的仪器设备进行校准，确保仪器设备测量值的可靠性；最后对不满足要求的仪器设备分类进行处理，对偏差较大的设备进行调校，对无法调校的设备采用数值修正或报废的方式进行处置。

1.试验机。实验室可配备合适量程的压力传感器，并将压力传感器进行校准，建立压力传感器显示荷载——标准计量器荷载曲线。每年在学生实验开课前，对所需用到的试验机采用传感器进行校准。若试验机误差超过标准规定的±1%测量精度要求，可委托厂家进行调校，若调校后无法满足要求，则可采用试验机示值——传感器示值曲线进行修正。

2.容器类。容器类的体积可采用经检定的天平或台秤，以称重法进行校准。水泥标准稠度用水量实验所用的量水器容易发生偏差大的情况，实践中发现有一批量水器中，约30%的偏差超过规范规定±0.5ML的要求，最大的偏差量达到了3ML。对不满足精度要求的容器应作报废处理。

3.尺寸类。混凝土、砂浆试模采用经检定的游标卡尺、钢直尺等进行校准，一般情况下，试模尺寸均能符合规范要求，若不能满足要求应作报废处理。

4.称重类。采用标准砝码对其精度进行检查，检查中发现个别电子天平易在靠近最大量程处产生较大的偏差，对这些仪器可贴上测量范围的标签，表明超出测量范围后不应使用此仪器设备。

四、环境条件

（一）计量认证检测与实验教学的环境条件差异

环境条件对数据结果的准确性影响不仅体现在试验时，更贯穿在试验全过程中。计量认证的设施和环境条款中明确要求对环境条件进行有效的监测、控制和记录，并提出了严格的控制要求。学生实验中可以引入计量认证的要求，强化学生对材料的准备、制样、养护和试验全过程的理解。在建筑材料实验中，环境条件对结果的影响主要是温度和湿度，特别是水泥、混凝土相关主要实验。endprint

学生实验室通常难以达到标准要求的环境气候条件。一是实验室对环境气候控制要求的重视程度不足。教学实验室建设过程中，重视空间的使用功能，轻视调控温湿度的空调、加湿器等的配制；学生实验室的使用率相对较低，费效比低。约50%的仅以教学为目的的建筑材料类实验室的使用率在1年6次或3—4个月每年。二是实验室环境条件控制的有效性较差。学生实验时，进入实验室的大量人员成为热扰，显著影响室内环境温湿度，其温湿度及均匀性均难以控制。

（二）改进方法

教学实验开展中应尽量保证试验过程中环境条件的控制，增强实验结果的稳定性、可比性和准确性，同时让学生理解、掌握环境条件对试验结果的影响。

对环境条件有要求的实验室应优先配备温度及湿度控制设备。首先考虑配备水泥、混凝土实验室温湿度的控制设备和设施，以保证试验操作空间的温湿度满足规定要求；其次应配备标准养护设备或设施，保证试样养护达到标准规定，减小过程环节对实验结果的影响。

在无法配制温湿度控制仪器设备的条件情况下，可调整上课时间。如夏热冬冷气候区的高校，水泥、混凝土实验尽量安排在春秋两季，晚上优先于白天，以使环境的温湿度及稳定性尽量接近标准要求。

教学中应强化环境条件对实验结果影响的基本概念。理解温度、湿度对试验结果如何以及产生什么样的影响，如水泥的标准稠度试验中，不仅材料和器具的温度，更有试验过程中温度和湿度变化对结果的影响，应该从相对湿度对水分蒸发速度、温度对水化速度的角度综合理解温湿度对实验结果的影响。这样便于学生分析评价数据结果的准确性和可靠性，也有利于建立规范化概念，提升获取准确的实验结果的检测和科研能力。

五、试验方法

（一）试验方法的偏离

计量认证中着重强调了有条件的偏离。由于标准规范或检测委托方需求原因，检测中会产生与标准不完全一致的内容，但条件是偏离处于受控状态，预计所发生的偏离不会影响检测结果的准确性，实验教学中试验方法与标准的检测方法常常会有较大的偏离。除前面所述的环境条件、仪器设备等因素外，还受课程时间安排的约束，使得方法偏离比检测更大，也更不易受控。如砂表观密度试验，实验课程需要在2个课时内完成，但标准方法中，仅静置的时间就需要24小时。在实施教学过程中，说明偏离的原因以及对结果产生的影响，这样既不会影响学生对实验的理解，也加强了对实验结果的认识。

（二）数据及分析

计量认证对数据的修约处理。按照数值修约的专项规范产品和试验标准进行。认证机构分析数据时主要的关注点是临界数据，學生实验中应强化数据取值的有效性概念，更科学地获取数据，另外，在进行综合分析测量结果中，最末一位有效数字应与测量精度是同一量级，末一位有效数字是不可靠的，而倒数第二位有效数字是可靠的，多取数据的位数并不能减小测量误差。应改变学生读取仪器设备的全部显示数值，计算的过程多取几位数字的习惯。

学生实验的数据结果分析主要从误差角度考虑。需从原材料的性状、测量过程的环境条件、测量仪器的精度和准确性、测量人员的操作规范性和熟练程度等方面，采用比较、验证、统计等方法进行分析评价。也需要强调真值为约定真值，且存在诸多的边界条件。此外，一些实验中操作的规范及熟练程度是影响实验结果的重要因素，如水泥标准稠度用水量实验中，因操作原因，同时进行的不同组的学生数据最大差异会达40%以上。

六、材料

材料在计量认证中为检测样品，其性能指标在检测前并不明确，检测过程中强调了样品在整个流转状态中保持延续性和有效性。而实验教学中样品为实验对象，一般由实验室准备，性能指标较为固定。

建筑材料实验以验证实验为主体，实验教学中可结合样品的性能指标，来判断学生实验过程和结果的可靠性；此外，由于时间关系省略了取样和缩分的步骤，但应使学生充分理解明确样品的代表性概念，即试验样品获得的结果要能代表整批材料的性状，必须保证取样位置、数量的合理性，并采用合适的方式缩分至试验需要的数量。

七、结论

建筑材料实验课程更需着眼于学生对基础知识和技能的掌握，以及走向社会后的工程应用需求，通过将计量认证中对“人、机、料、法、环”五个方面管理的要求和方法应用到建筑材料实验课程的日常管理和实验中去，可显著加强实验教学的规范性、科学性，强化学生对实验过程和环境条件的全面理解，以及对实验结果的解读，以利于学生工程实践应用和科研工作能力的培养。将计量认证的方法与实验教学有机地结合，对教学内容和方法进行改进，可提升实验室的管理水平，更有利于人才的培养。

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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