傅里葉紅外光譜儀教學(xué)及管理模式探究

□劉榮軍，羅志輝，韋慶敏，曾楚杰

（玉林師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，廣西 玉林 537000）

傅里葉紅外光譜儀教學(xué)及管理模式探究

□劉榮軍，羅志輝，韋慶敏，曾楚杰

（玉林師范學(xué)院 化學(xué)與材料學(xué)院，廣西 玉林 537000）

對傅里葉紅外光譜儀在教學(xué)和管理中存在的問題進行了詳細地分析，然后探討了紅外光譜儀的教學(xué)管理模式，包括實驗教學(xué)方法、教學(xué)模式和管理模式. 通過改革其教學(xué)方法和教學(xué)模式，使學(xué)生快速熟練地掌握了紅外光譜儀的操作過程，提高了紅外光譜儀實驗教學(xué)效果；通過改革管理模式，減輕了儀器管理員工作強度，提高了儀器的使用率，并且降低了儀器的故障率.

傅里葉紅外光譜儀；教學(xué)模式；管理模式

近年來我院為申請碩士點，相繼購買了許多大型儀器設(shè)備，包括掃描電子顯微鏡、單晶衍射儀、粉末衍射儀、熱重分析儀和傅里葉紅外光譜儀等.按照計劃學(xué)校要組建一個分析測試中心，把這些大型儀器集中起來進行統(tǒng)一管理和統(tǒng)一開放測試，但由于各方面的原因，分析測試中心到現(xiàn)在還沒有建好.面對已經(jīng)購買的這些大型儀器，如何進行管理、使用和維護這些儀器，如何教會學(xué)生熟練使用這些先進的儀器設(shè)備，是整個學(xué)院重點考慮的問題.學(xué)院在學(xué)生大二或大三時開設(shè)有儀器分析實驗這門課程，這門實驗課的要求不僅僅是讓學(xué)生修完這門課拿到學(xué)分就行了，而是讓學(xué)生正真地了解這些儀器的原理，熟練掌握操作步驟，為后面做畢業(yè)論文時使用這些儀器做準(zhǔn)備[1].

2011年我院購買了一臺傅里葉紅外光譜儀，這臺儀器價格不是很高，也不是很低，加上附件和電腦總價值25萬元.紅外線光譜儀主要被應(yīng)用于分析、表征和判斷物質(zhì)的種類、結(jié)構(gòu)、特征基因等，特別是有機物的節(jié)后或官能團的分析.如果我們在傅里葉紅外光譜儀的教學(xué)環(huán)節(jié)中，就讓學(xué)生熟練掌握儀器的基本構(gòu)造、操作技能，那后面學(xué)生做畢業(yè)論文需要測試紅外時，會為我們儀器管理員節(jié)省不少時間.在我們以前的傅里葉紅外教學(xué)中，學(xué)生通常對老師的講解和演示操作能大致知道一些，但大多記憶不深，過了一兩年后基本都忘完了，等到做畢業(yè)論文要使用此儀器時，學(xué)生不會操作又需要管理員重新教一遍，確實耽誤不少時間.我們通過試驗性教學(xué)及管理改革，包括在教學(xué)環(huán)節(jié)增加學(xué)生自己動手的機會，拍攝儀器操作視頻、在期末考試中增加操作考試和開放周末及寒暑假測試等方法，提高了學(xué)生對該儀器操作技能，同時也提高了該儀器的使用率[2].

1 傅里葉紅外光譜儀簡介

傅里葉變換紅外光譜儀（Fourier Transform Infrared Spectrometer，簡寫為FTIR Spectrometer）,簡稱為傅里葉紅外光譜儀.傅里葉紅外光譜儀可用于固體、液體、氣體等各形態(tài)樣品分析，其特點是：樣品用樣少，且可回收；測試簡單；測樣時間短；譜圖特征性強及積累文獻譜圖豐富；測試費用較低等.廣泛應(yīng)用于有機化合物、聚合物、無機化合物等所有化學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域，以及生物領(lǐng)域、納米材料、礦石等的研究[3].紅外光譜儀有國內(nèi)品牌和國外品牌，國內(nèi)品牌中我院已購買了一臺天津港東生產(chǎn)的雙光束紅外光譜儀，使用過程中發(fā)現(xiàn)其測試速度慢，測一個樣本需要十幾分鐘.國外的品牌有德國的布魯克(Bruker)，加拿大的波曼(ABB BOMEM)，美國的里高尼(Nicolet)和珀金埃爾默(PerkinElmer). 我院購買的傅里葉變換紅外光譜儀為美國珀金埃爾默儀器有限公司（PerkinElmer）生產(chǎn)的Spectrum 100紅外光譜儀，配有ATR附件和傳統(tǒng)壓片測試模塊，ATR附件測試波數(shù)的范圍為4000cm-1--650cm-1；傳統(tǒng)壓片測試波數(shù)的范圍為4000cm-1--400cm-1.放置環(huán)境要求有空調(diào)和抽濕機，室內(nèi)溫度應(yīng)保持在15℃--30℃，室內(nèi)濕度不超過60%，光譜儀內(nèi)裝有6包干燥劑（每6個月更換一次）.

2 傅里葉紅外光譜儀在教學(xué)和日常使用存在的問題

在教學(xué)過程中：（1）由于班級人數(shù)比較多且實驗條件有限，進行分組實驗的人數(shù)較多，在教學(xué)中，學(xué)生只能看看熱鬧，動手操作的機會很少.（2）儀器分析實驗要上很多臺儀器操作實驗課，而上課的老師只有一位，那么他對每臺儀器的研究和掌握就沒那么深入.特別是傅里葉紅外光譜儀，若有具備豐富的有機知識方面的老師來上會比較合適.（3）儀器分析實驗課不進行考試，期末成績通過查看實驗報告、參考儀器分析理論課的成績進行評定，導(dǎo)致部分學(xué)生重理論輕實驗，課前不做預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，上實驗課不認真或只是為了獲得學(xué)分而應(yīng)付了事，課后實驗報告存在抄襲的現(xiàn)象.（4）由于學(xué)生沒有進行動手操作加之也沒有設(shè)置一些趣味性的實驗內(nèi)容，教學(xué)過程中教師為保證實驗的成功率，忽略了與學(xué)生的互動和儀器的創(chuàng)新性教學(xué)，導(dǎo)致大部分學(xué)生只知道這種儀器可以干什么，而不知道幾種儀器聯(lián)合起來還能干什么等等.在日常使用和管理中也存在以下不當(dāng)情況：（1）在平時使用中，一些同學(xué)使用ATR附件（不用KBr壓片）進行測試時，不設(shè)置波數(shù)范圍，導(dǎo)致測不出數(shù)據(jù)；另一部分同學(xué)使用傳統(tǒng)壓片方法測試，但對壓片方法和技術(shù)不熟練，導(dǎo)致測出來的數(shù)據(jù)不能用.（2）紅外儀器室對環(huán)境的要求是干凈、人少，但有些課題組做紅外測試時，一大堆人進去，測完后不對測完的垃圾進行清理，導(dǎo)致紅外儀器室藥品味道重，對測試的結(jié)果有影響[4].

3 采用多分小組和視頻教學(xué)

為解決每個實驗小組人數(shù)較多的問題，我們采用增加小組的方式來減小每個小組的人數(shù).原來一個班約55人一天分四組（上午兩組，下午兩組），現(xiàn)在改成六組（上午三組，下午三組）.這個方法可以直接降低每個小組的人數(shù)，但同時提高了教師的工作量，原來講解四次的內(nèi)容現(xiàn)在變成了六次.為了降低教學(xué)工作強度和增強教學(xué)專業(yè)性，我們請專業(yè)的教師講解儀器操作過程，并拍攝了紅外光譜儀的操作步驟視頻，放在電腦桌面上，這樣在開始教學(xué)時我們可以在電腦上，讓學(xué)生觀看視頻，然后再演示操作一遍，最后由多位同學(xué)自己操作一遍.這樣一來就可以避免教師重復(fù)多次講同樣的內(nèi)容，如果學(xué)生以后做實驗時又忘了的話，可以打開視頻文件反復(fù)觀看，回憶一下以前怎么操作的，很快就又會懂操作了.

4 增強教學(xué)過程中的互動性

在教學(xué)過程中需要安排豐富多樣的活動來提高教學(xué)效果.在傅里葉紅外的教學(xué)工作中，教師可以在課前給學(xué)生布置任務(wù)，如一些常用有機物官能團（-COOH，-CHO，-NH2，-OH）的特征峰應(yīng)該出現(xiàn)在紅外光譜的什么位置，并讓其針對樣品的譜圖做預(yù)測.教會同學(xué)們使用紅外光譜儀自帶的操作軟件進行測量后數(shù)據(jù)處理，包括基線校正、光滑曲線、標(biāo)峰等.同時教會學(xué)生使用Origin8.0軟件，因為許多儀器得到的數(shù)據(jù)結(jié)果都需要用Origin軟件處理.教師在講到傅里葉紅外光譜儀的保養(yǎng)環(huán)境時，重點強調(diào)溫度與濕度對光譜儀的影響，讓學(xué)生懂得傅里葉紅外光譜儀的室內(nèi)濕度不能超過60%，而過多人進入儀器室呼出的二氧化碳就多，測試譜圖中二氧化碳峰就會突出，從而影響測試結(jié)果.在壓片時溴化鉀的取用量一般為200 mg 左右，應(yīng)根據(jù)制片后的片子厚度來控制溴化鉀的用量，一般片子厚度應(yīng)該在0.5 mm以下.讓學(xué)生自己選擇不同的樣品制作壓片，并將壓片過程給其他同學(xué)們講述，限時10 min 左右，教師對學(xué)生所講述內(nèi)容進行概括總結(jié)，逐一點評.

5 改革期末成績評價方式

以前的評價方式不能準(zhǔn)確地把握學(xué)生掌握儀器的詳細情況，因此我們增加操作考試，采取多元組合的評價方式，將考核分為平時實驗考勤、實驗報告和儀器操作及提問三個方面，其中儀器操作考核及提問占期末總成績的50%.同學(xué)們一聽需要考儀器操作并且要提問，就認真地對待考試，因為要懂得儀器操作需要學(xué)生平時進行過操作，且還要回答問題，如果不對儀器原理和操作熟練的話，很難回答出來.通過改革期末成績評價方式，使實驗課的教學(xué)突出了“重學(xué)生平時表現(xiàn)、重學(xué)生實驗過程、重學(xué)生創(chuàng)新思維”的特色，能更加公平地、客觀地反映學(xué)生的儀器分析實驗真實水平，并能提高學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析實驗的興趣，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[5].同時，通過我院開設(shè)的儀器分析實驗課程，學(xué)生學(xué)習(xí)掌握了大型儀器的操作過程，為下一步做畢業(yè)論文或者畢業(yè)時就業(yè)需要使用大型儀器做了充分準(zhǔn)備.

6 加強儀器管理，建立一套測試服務(wù)體系

如何管理好紅外光譜儀，讓其充分發(fā)揮效益是實驗管理員的首要任務(wù).為此，我們實行了加強儀器管理，建立一套測試服務(wù)體系.（1）紅外光譜儀實行專人管理，儀器管理員負責(zé)編寫簡單的儀器操作步驟，并將其掛在墻上有利于操作者參考使用.（2）學(xué)生使用紅外光譜儀應(yīng)先預(yù)約，在管理員確認他們會使用此儀器時，才允許操作儀器，學(xué)生測試要嚴格按照操作規(guī)程操作，如在操作時遇到異?；蛘吖收蠒r要及時撥打管理員的電話，以便及時排除故障或發(fā)現(xiàn)問題.操作完后登記儀器操作者名字、儀器運行狀況、開機時間等.（3）使用者在開機前首先檢查紅外室和儀器的衛(wèi)生情況，是否清潔，發(fā)現(xiàn)問題及時向管理員反映，以便找上一次使用者問明情況，知情不報者追查當(dāng)次使用者責(zé)任.（4）在寒暑假和畢業(yè)前一段時間適當(dāng)增加紅外室開放時間，以便學(xué)生測試樣品.（5）本校學(xué)生使用紅外光譜儀暫不收費，但違反操作規(guī)程造成儀器損壞或發(fā)生事故的，視情節(jié)輕重，對責(zé)任者處以批評教育、書面檢查、罰款等處分. ■

[1]楊士春. 儀器分析實驗教學(xué)新模式開發(fā)[J]. 寧夏農(nóng)林科技，2012，53（08）：113-114.

[2]尹燕霞，魏群. 管好用好大型儀器設(shè)備的幾項措施[J].實驗技術(shù)與管理，2007，24(07)：166-168.

[3]呂海濤. 儀器分析實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J]. 實驗室科學(xué), 2011，14（03）：16-18.

[4]崔連義. 儀器分析實驗教學(xué)改革之實踐[J]. 實驗室研究與探索，2011，30（02）：189-192.

[5]陳蘭化. 淺談儀器分析實驗教學(xué)[J]. 淮北煤炭師范學(xué)院學(xué)報, 2009，30（04）：88-90.

【責(zé)任編輯 潘琰佩】

Exploration on Experimental Reform and Management Mode of Fourier Transform Infrared Spectrometer Teaching

LIU Rong-jun，LUO Zhi-hui，WEI Qing-min，ZENG Chu-jie
（School of Chemistry and Materials, Yulin Normal University, Yulin, Guangxi 537000）

This paper analyses the current existing problems of Fourier Transform Infrared Spectrometer in teaching and management, discusses the model and method of Fourier Transform Infrared Spectrometer teaching and managing. By reforming the teaching methods and teaching mode, we help students quickly master infrared spectrometer operating process, thus improving the effect of the infrared spectrometer experiment teaching. Through the reform of the management pattern, we reduce the instrument administrator working strength, improve the efficiency of the instrument, and reduce the failure rate of the instrument.

Fourier Transform Infrared Spectrometer; teaching mode; management mode

G642.0

A

1004-4671（2015）02-0062-03

2014-10-20

國家自然科學(xué)基金項目（21265024），玉林師范學(xué)院青年科研項目（2011YJQN07）。

劉榮軍（1977～），男，廣西桂林人，玉林師范學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院實驗師。主要研究方向：儀器分析實驗教學(xué)。