傅里叶红外光谱仪教学及管理模式探究

□刘荣军，罗志辉，韦庆敏，曾楚杰

（玉林师范学院 化学与材料学院，广西 玉林 537000）

傅里叶红外光谱仪教学及管理模式探究

□刘荣军，罗志辉，韦庆敏，曾楚杰

（玉林师范学院 化学与材料学院，广西 玉林 537000）

对傅里叶红外光谱仪在教学和管理中存在的问题进行了详细地分析，然后探讨了红外光谱仪的教学管理模式，包括实验教学方法、教学模式和管理模式. 通过改革其教学方法和教学模式，使学生快速熟练地掌握了红外光谱仪的操作过程，提高了红外光谱仪实验教学效果；通过改革管理模式，减轻了仪器管理员工作强度，提高了仪器的使用率，并且降低了仪器的故障率.

傅里叶红外光谱仪；教学模式；管理模式

近年来我院为申请硕士点，相继购买了许多大型仪器设备，包括扫描电子显微镜、单晶衍射仪、粉末衍射仪、热重分析仪和傅里叶红外光谱仪等.按照计划学校要组建一个分析测试中心，把这些大型仪器集中起来进行统一管理和统一开放测试，但由于各方面的原因，分析测试中心到现在还没有建好.面对已经购买的这些大型仪器，如何进行管理、使用和维护这些仪器，如何教会学生熟练使用这些先进的仪器设备，是整个学院重点考虑的问题.学院在学生大二或大三时开设有仪器分析实验这门课程，这门实验课的要求不仅仅是让学生修完这门课拿到学分就行了，而是让学生正真地了解这些仪器的原理，熟练掌握操作步骤，为后面做毕业论文时使用这些仪器做准备[1].

2011年我院购买了一台傅里叶红外光谱仪，这台仪器价格不是很高，也不是很低，加上附件和电脑总价值25万元.红外线光谱仪主要被应用于分析、表征和判断物质的种类、结构、特征基因等，特别是有机物的节后或官能团的分析.如果我们在傅里叶红外光谱仪的教学环节中，就让学生熟练掌握仪器的基本构造、操作技能，那后面学生做毕业论文需要测试红外时，会为我们仪器管理员节省不少时间.在我们以前的傅里叶红外教学中，学生通常对老师的讲解和演示操作能大致知道一些，但大多记忆不深，过了一两年后基本都忘完了，等到做毕业论文要使用此仪器时，学生不会操作又需要管理员重新教一遍，确实耽误不少时间.我们通过试验性教学及管理改革，包括在教学环节增加学生自己动手的机会，拍摄仪器操作视频、在期末考试中增加操作考试和开放周末及寒暑假测试等方法，提高了学生对该仪器操作技能，同时也提高了该仪器的使用率[2].

1 傅里叶红外光谱仪简介

傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer，简写为FTIR Spectrometer）,简称为傅里叶红外光谱仪.傅里叶红外光谱仪可用于固体、液体、气体等各形态样品分析，其特点是：样品用样少，且可回收；测试简单；测样时间短；谱图特征性强及积累文献谱图丰富；测试费用较低等.广泛应用于有机化合物、聚合物、无机化合物等所有化学及其相关领域，以及生物领域、纳米材料、矿石等的研究[3].红外光谱仪有国内品牌和国外品牌，国内品牌中我院已购买了一台天津港东生产的双光束红外光谱仪，使用过程中发现其测试速度慢，测一个样本需要十几分钟.国外的品牌有德国的布鲁克(Bruker)，加拿大的波曼(ABB BOMEM)，美国的里高尼(Nicolet)和珀金埃尔默(PerkinElmer). 我院购买的傅里叶变换红外光谱仪为美国珀金埃尔默仪器有限公司（PerkinElmer）生产的Spectrum 100红外光谱仪，配有ATR附件和传统压片测试模块，ATR附件测试波数的范围为4000cm-1--650cm-1；传统压片测试波数的范围为4000cm-1--400cm-1.放置环境要求有空调和抽湿机，室内温度应保持在15℃--30℃，室内湿度不超过60%，光谱仪内装有6包干燥剂（每6个月更换一次）.

2 傅里叶红外光谱仪在教学和日常使用存在的问题

在教学过程中：（1）由于班级人数比较多且实验条件有限，进行分组实验的人数较多，在教学中，学生只能看看热闹，动手操作的机会很少.（2）仪器分析实验要上很多台仪器操作实验课，而上课的老师只有一位，那么他对每台仪器的研究和掌握就没那么深入.特别是傅里叶红外光谱仪，若有具备丰富的有机知识方面的老师来上会比较合适.（3）仪器分析实验课不进行考试，期末成绩通过查看实验报告、参考仪器分析理论课的成绩进行评定，导致部分学生重理论轻实验，课前不做预习准备，上实验课不认真或只是为了获得学分而应付了事，课后实验报告存在抄袭的现象.（4）由于学生没有进行动手操作加之也没有设置一些趣味性的实验内容，教学过程中教师为保证实验的成功率，忽略了与学生的互动和仪器的创新性教学，导致大部分学生只知道这种仪器可以干什么，而不知道几种仪器联合起来还能干什么等等.在日常使用和管理中也存在以下不当情况：（1）在平时使用中，一些同学使用ATR附件（不用KBr压片）进行测试时，不设置波数范围，导致测不出数据；另一部分同学使用传统压片方法测试，但对压片方法和技术不熟练，导致测出来的数据不能用.（2）红外仪器室对环境的要求是干净、人少，但有些课题组做红外测试时，一大堆人进去，测完后不对测完的垃圾进行清理，导致红外仪器室药品味道重，对测试的结果有影响[4].

3 采用多分小组和视频教学

为解决每个实验小组人数较多的问题，我们采用增加小组的方式来减小每个小组的人数.原来一个班约55人一天分四组（上午两组，下午两组），现在改成六组（上午三组，下午三组）.这个方法可以直接降低每个小组的人数，但同时提高了教师的工作量，原来讲解四次的内容现在变成了六次.为了降低教学工作强度和增强教学专业性，我们请专业的教师讲解仪器操作过程，并拍摄了红外光谱仪的操作步骤视频，放在电脑桌面上，这样在开始教学时我们可以在电脑上，让学生观看视频，然后再演示操作一遍，最后由多位同学自己操作一遍.这样一来就可以避免教师重复多次讲同样的内容，如果学生以后做实验时又忘了的话，可以打开视频文件反复观看，回忆一下以前怎么操作的，很快就又会懂操作了.

4 增强教学过程中的互动性

在教学过程中需要安排丰富多样的活动来提高教学效果.在傅里叶红外的教学工作中，教师可以在课前给学生布置任务，如一些常用有机物官能团（-COOH，-CHO，-NH2，-OH）的特征峰应该出现在红外光谱的什么位置，并让其针对样品的谱图做预测.教会同学们使用红外光谱仪自带的操作软件进行测量后数据处理，包括基线校正、光滑曲线、标峰等.同时教会学生使用Origin8.0软件，因为许多仪器得到的数据结果都需要用Origin软件处理.教师在讲到傅里叶红外光谱仪的保养环境时，重点强调温度与湿度对光谱仪的影响，让学生懂得傅里叶红外光谱仪的室内湿度不能超过60%，而过多人进入仪器室呼出的二氧化碳就多，测试谱图中二氧化碳峰就会突出，从而影响测试结果.在压片时溴化钾的取用量一般为200 mg 左右，应根据制片后的片子厚度来控制溴化钾的用量，一般片子厚度应该在0.5 mm以下.让学生自己选择不同的样品制作压片，并将压片过程给其他同学们讲述，限时10 min 左右，教师对学生所讲述内容进行概括总结，逐一点评.

5 改革期末成绩评价方式

以前的评价方式不能准确地把握学生掌握仪器的详细情况，因此我们增加操作考试，采取多元组合的评价方式，将考核分为平时实验考勤、实验报告和仪器操作及提问三个方面，其中仪器操作考核及提问占期末总成绩的50%.同学们一听需要考仪器操作并且要提问，就认真地对待考试，因为要懂得仪器操作需要学生平时进行过操作，且还要回答问题，如果不对仪器原理和操作熟练的话，很难回答出来.通过改革期末成绩评价方式，使实验课的教学突出了“重学生平时表现、重学生实验过程、重学生创新思维”的特色，能更加公平地、客观地反映学生的仪器分析实验真实水平，并能提高学生学习仪器分析实验的兴趣，从而调动学生的学习积极性[5].同时，通过我院开设的仪器分析实验课程，学生学习掌握了大型仪器的操作过程，为下一步做毕业论文或者毕业时就业需要使用大型仪器做了充分准备.

6 加强仪器管理，建立一套测试服务体系

如何管理好红外光谱仪，让其充分发挥效益是实验管理员的首要任务.为此，我们实行了加强仪器管理，建立一套测试服务体系.（1）红外光谱仪实行专人管理，仪器管理员负责编写简单的仪器操作步骤，并将其挂在墙上有利于操作者参考使用.（2）学生使用红外光谱仪应先预约，在管理员确认他们会使用此仪器时，才允许操作仪器，学生测试要严格按照操作规程操作，如在操作时遇到异常或者故障时要及时拨打管理员的电话，以便及时排除故障或发现问题.操作完后登记仪器操作者名字、仪器运行状况、开机时间等.（3）使用者在开机前首先检查红外室和仪器的卫生情况，是否清洁，发现问题及时向管理员反映，以便找上一次使用者问明情况，知情不报者追查当次使用者责任.（4）在寒暑假和毕业前一段时间适当增加红外室开放时间，以便学生测试样品.（5）本校学生使用红外光谱仪暂不收费，但违反操作规程造成仪器损坏或发生事故的，视情节轻重，对责任者处以批评教育、书面检查、罚款等处分. ■

[1]杨士春. 仪器分析实验教学新模式开发[J]. 宁夏农林科技，2012，53（08）：113-114.

[2]尹燕霞，魏群. 管好用好大型仪器设备的几项措施[J].实验技术与管理，2007，24(07)：166-168.

[3]吕海涛. 仪器分析实验教学改革的探索与实践[J]. 实验室科学, 2011，14（03）：16-18.

[4]崔连义. 仪器分析实验教学改革之实践[J]. 实验室研究与探索，2011，30（02）：189-192.

[5]陈兰化. 浅谈仪器分析实验教学[J]. 淮北煤炭师范学院学报, 2009，30（04）：88-90.

【责任编辑 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

国家自然科学基金项目（21265024），玉林师范学院青年科研项目（2011YJQN07）。

刘荣军（1977～），男，广西桂林人，玉林师范学院化学与材料学院实验师。主要研究方向：仪器分析实验教学。