考古文博類實驗教學中紅外光譜儀的應用與實踐

一、序言

考古文博類科學是文理交叉的學科，實踐性很強，理論課程教學、室內實驗教學、田野發掘教學和博物館實習教學是考古文博類專業本科教育的基本教學體系。室內實驗教學是實踐教學體系中的重要環節。以重慶師范大學考古學及博物館學實驗教學示范中心為例，根據培養目標和專業特點，中心構建了四大板塊、三個層次的教學體系。四大板塊即：田野考古、科技考古、文物保護和博物館學。在每個板塊，均設置基礎技能型、綜合設計型和研究創新型等三個層次的實驗項目。四大板塊、三個層次的實驗教學體系，與每門課的理論教學與實踐教學、校內實驗與校外基地實踐、學校培養與國家文物保護項目相結合，構建適應我國考古學和文物與博物館學本科專業人才的培養模式。四大板塊的實驗教學相互獨立又有交叉，儀器分析占有重要的比例，是其中科技考古類和文物保護類實驗教學的主要內容。

紅外光譜又稱分子振動轉動光譜，屬分子吸收光譜樣品受到頻率連續變化的紅外光照射時，分子吸收其中一些頻率的輻射，使振一轉能級從基態躍遷到激發態，相應于這些區域的透射光強減弱，記錄百分透過率T%對波數或波長的曲線。利用紅外光譜對物質分子進行的分析和鑒定將一束不同波長的紅外射線照射到物質的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜，據此可以對分子進行結構分析和鑒定[1]，目前廣泛應用于考古文物科技分析的多個領域，如青銅器、陶瓷器、玉器、漆器、紡織品等[2]。掌握紅外光譜相關知識，利用分析儀器對文物潛藏信息進行認知，是文物與博物館學專業學生實驗教學和人才培養工作的重要內容。

重慶師范大學文物與博物館學本科專業招生文理兼收，但文科生偏多，由于文科生理科知識相對薄弱，對于實驗教學來說有一定難度。針對上述情況，我們對紅外光譜實驗進行設計和探索，通過實驗教學，讓學生能掌握紅外光譜儀的操作方法，正確使用儀器、準確獲取數據、正確解讀圖譜、科學表達結果，并能培養本專業科學思維和創新能力，使學生熟知紅外光譜儀在文物研究中的作用。

二、實驗教學模式

紅外光譜的實驗教學，教學方式采用基本理論講解、分析儀器介紹、實驗操作演示、學生動手實驗相結合的辦法。加深學生對紅外光譜儀的熟悉程度，知道該方法在文物研究中的應用原理，重點培養學生的思考能力、創新能力和動手能力。

針對學生理科基礎知識薄弱，動手能力缺乏，傳統文物研究方法和科技方法差異較大的現實情況。本實驗教學目標擬定為讓學生了解紅外光譜實驗的基本原理，熟悉紅外光譜儀的基本操作方法；掌握實驗樣品的制作、分析測試和譜圖的解讀方法；具備應用分析儀器研究古代文物，并了解與傳統研究方法的差異和相結合研究的方法。

三、實驗教學過程

結合化學材料類紅外光譜實驗教學[3]，通過前期準備，在文物材料分析實驗室進行該實驗教學，教學過程步驟為：課件講解→觀看視頻→實驗演示→制作樣品→上機測試→解讀譜圖→表述結果→發表見解[4]。

課件講解：利用多媒體課件讓學生首先了解紅外光譜儀和基本原理，講解樣品的制備過程和注意事項，重點講述固體樣品的制備，譜圖的解讀方法等理論知識。

觀看視頻：給學生播放知名高校實驗中心的多媒體教學視頻，讓學生結合前面理論講解熟悉整個實驗過程。觀看過程中要留心注意實驗要點，實驗教師強調重點，并講解樣品處理不當對紅外譜圖的影響及解決方法等。

實驗演示：由實驗教師演示樣品的制備過程，鑒于陶器殘片較為常見，紅外光譜在其研究中也較多見[5]，本實驗以考古工地帶回的古代陶器殘片為實驗樣本。

制作樣品：將學生五個人分為一組，每組合作制一個樣品，制樣過程中老師予以指導和點撥。

上機測試：在教師的指導下，學生親手操作儀器分析樣品，在分析過程中教師再次強調注意事項。

解讀圖譜：指導學生針對自己制作的樣品所得圖譜進行解讀，讓學生熟記主要的文物中含有礦物的圖譜。

表述結果：針對文物的考古背景，結合考古類型學、文化因素分析等方法，綜合判斷，科學表述研究結果。

發表見解：讓學生自由發言，發表對紅外光譜在文物研究中應用的見解，實驗教師對其進行點評，培養學生的思考能力。

四、實驗教學重難點

實驗教學同課堂教學的理論講解不同，實際動手操作是其主要特征，根據教學總結，以下幾點為教學重點和難點。

（一）制作樣品

考古學、文物與博物館學專業學生在未進入實驗室之前，基本沒有接觸過分析儀器，對紅外光譜儀也是初步認識，作為實驗的第一個步驟，樣品的制備是教學的重點。為了增強學生的積極性，依舊五人一組，每組同學合作制備一個陶片固體樣品。在學生動手制作過程中，反復強調制樣要點，加深學生的記憶，并明白制樣失誤可能對實驗結果造成的影響。

（二）解讀譜圖

紅外光譜譜圖的解讀是該實驗教學的重點同時也是難點。結合同學們自己制作的實驗樣品分析得出的圖譜，給同學講解紅外光譜譜圖的基本解讀原理，并結合顏料、瓷器、絲綢等其他文物紅外光譜譜圖給予比較講解，觸類旁通、舉一反三。在讓學生組互相評價對方的分析結果并提出意見。

（三）紅外光譜在文物研究中的應用

通過實驗教學和圖譜解讀，讓學生熟悉紅外光譜的整個實驗流程，并知道在文物研究中的簡單應用后，給學生講解紅外光譜在文物研究中的優缺點。指引學生思考，從文物研究的目的和文物材質探討紅外光譜分析技術在文物研究中的實際應用，和傳統方法的區別在什么地方。古代文物樣品多為混合物，單一的分析方法并不是能夠完全準確判斷其材料屬性，往往要結合多種分析儀器，如拉曼光譜分析儀、X射線衍射儀、X射線熒光儀等。儀器分析所得圖譜解讀，在表述結果時要結合考古文化背景予以細致的分析，不然會偏離歷史事實。

五、結語

通過設計紅外光譜實驗和改進教學方法，在考古文博類教學中取得了良好的教學成效。不僅夯實了考古文博類專業學生對紅外光譜理論知識的理解，而且初步掌握了紅外光譜實驗的制樣、測試和讀譜方法，對紅外光譜在文物科技分析中應用的優缺點有了深入認識，為今后紅外光譜分析技術在考古文物研究中的應用奠定了基礎。實驗教學作為大學實踐教學中的重要組成部分，對其進行有效設計和改新，是促進學生學習的重要途徑。現代分析儀器在文物研究中的應用越來越廣，通過進一步的有效探索和改進，重慶師范大學考古文博類的實驗教學將會取得長足的發展。