考古文博类实验教学中红外光谱仪的应用与实践

一、序言

考古文博类科学是文理交叉的学科，实践性很强，理论课程教学、室内实验教学、田野发掘教学和博物馆实习教学是考古文博类专业本科教育的基本教学体系。室内实验教学是实践教学体系中的重要環节。以重庆师范大学考古学及博物馆学实验教学示范中心为例，根据培养目标和专业特点，中心构建了四大板块、三个层次的教学体系。四大板块即：田野考古、科技考古、文物保护和博物馆学。在每个板块，均设置基础技能型、综合设计型和研究创新型等三个层次的实验项目。四大板块、三个层次的实验教学体系，与每门课的理论教学与实践教学、校内实验与校外基地实践、学校培养与国家文物保护项目相结合，构建适应我国考古学和文物与博物馆学本科专业人才的培养模式。四大板块的实验教学相互独立又有交叉，仪器分析占有重要的比例，是其中科技考古类和文物保护类实验教学的主要内容。

红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，使振一转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线。利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定[1]，目前广泛应用于考古文物科技分析的多个领域，如青铜器、陶瓷器、玉器、漆器、纺织品等[2]。掌握红外光谱相关知识，利用分析仪器对文物潜藏信息进行认知，是文物与博物馆学专业学生实验教学和人才培养工作的重要内容。

重庆师范大学文物与博物馆学本科专业招生文理兼收，但文科生偏多，由于文科生理科知识相对薄弱，对于实验教学来说有一定难度。针对上述情况，我们对红外光谱实验进行设计和探索，通过实验教学，让学生能掌握红外光谱仪的操作方法，正确使用仪器、准确获取数据、正确解读图谱、科学表达结果，并能培养本专业科学思维和创新能力，使学生熟知红外光谱仪在文物研究中的作用。

二、实验教学模式

红外光谱的实验教学，教学方式采用基本理论讲解、分析仪器介绍、实验操作演示、学生动手实验相结合的办法。加深学生对红外光谱仪的熟悉程度，知道该方法在文物研究中的应用原理，重点培养学生的思考能力、创新能力和动手能力。

针对学生理科基础知识薄弱，动手能力缺乏，传统文物研究方法和科技方法差异较大的现实情况。本实验教学目标拟定为让学生了解红外光谱实验的基本原理，熟悉红外光谱仪的基本操作方法；掌握实验样品的制作、分析测试和谱图的解读方法；具备应用分析仪器研究古代文物，并了解与传统研究方法的差异和相结合研究的方法。

三、实验教学过程

结合化学材料类红外光谱实验教学[3]，通过前期准备，在文物材料分析实验室进行该实验教学，教学过程步骤为：课件讲解→观看视频→实验演示→制作样品→上机测试→解读谱图→表述结果→发表见解[4]。

课件讲解：利用多媒体课件让学生首先了解红外光谱仪和基本原理，讲解样品的制备过程和注意事项，重点讲述固体样品的制备，谱图的解读方法等理论知识。

观看视频：给学生播放知名高校实验中心的多媒体教学视频，让学生结合前面理论讲解熟悉整个实验过程。观看过程中要留心注意实验要点，实验教师强调重点，并讲解样品处理不当对红外谱图的影响及解决方法等。

实验演示：由实验教师演示样品的制备过程，鉴于陶器残片较为常见，红外光谱在其研究中也较多见[5]，本实验以考古工地带回的古代陶器残片为实验样本。

制作样品：将学生五个人分为一组，每组合作制一个样品，制样过程中老师予以指导和点拨。

上机测试：在教师的指导下，学生亲手操作仪器分析样品，在分析过程中教师再次强调注意事项。

解读图谱：指导学生针对自己制作的样品所得图谱进行解读，让学生熟记主要的文物中含有矿物的图谱。

表述结果：针对文物的考古背景，结合考古类型学、文化因素分析等方法，综合判断，科学表述研究结果。

发表见解：让学生自由发言，发表对红外光谱在文物研究中应用的见解，实验教师对其进行点评，培养学生的思考能力。

四、实验教学重难点

实验教学同课堂教学的理论讲解不同，实际动手操作是其主要特征，根据教学总结，以下几点为教学重点和难点。

（一）制作样品

考古学、文物与博物馆学专业学生在未进入实验室之前，基本没有接触过分析仪器，对红外光谱仪也是初步认识，作为实验的第一个步骤，样品的制备是教学的重点。为了增强学生的积极性，依旧五人一组，每组同学合作制备一个陶片固体样品。在学生动手制作过程中，反复强调制样要点，加深学生的记忆，并明白制样失误可能对实验结果造成的影响。

（二）解读谱图

红外光谱谱图的解读是该实验教学的重点同时也是难点。结合同学们自己制作的实验样品分析得出的图谱，给同学讲解红外光谱谱图的基本解读原理，并结合颜料、瓷器、丝绸等其他文物红外光谱谱图给予比较讲解，触类旁通、举一反三。在让学生组互相评价对方的分析结果并提出意见。

（三）红外光谱在文物研究中的应用

通过实验教学和图谱解读，让学生熟悉红外光谱的整个实验流程，并知道在文物研究中的简单应用后，给学生讲解红外光谱在文物研究中的优缺点。指引学生思考，从文物研究的目的和文物材质探讨红外光谱分析技术在文物研究中的实际应用，和传统方法的区别在什么地方。古代文物样品多为混合物，单一的分析方法并不是能够完全准确判断其材料属性，往往要结合多种分析仪器，如拉曼光谱分析仪、X射线衍射仪、X射线荧光仪等。仪器分析所得图谱解读，在表述结果时要结合考古文化背景予以细致的分析，不然会偏离历史事实。

五、结语

通过设计红外光谱实验和改进教学方法，在考古文博类教学中取得了良好的教学成效。不仅夯实了考古文博类专业学生对红外光谱理论知识的理解，而且初步掌握了红外光谱实验的制样、测试和读谱方法，对红外光谱在文物科技分析中应用的优缺点有了深入认识，为今后红外光谱分析技术在考古文物研究中的应用奠定了基础。实验教学作为大学实践教学中的重要组成部分，对其进行有效设计和改新，是促进学生学习的重要途径。现代分析仪器在文物研究中的应用越来越广，通过进一步的有效探索和改进，重庆师范大学考古文博类的实验教学将会取得长足的发展。