《化學(xué)計(jì)量學(xué)》教學(xué)大綱

《化學(xué)計(jì)量學(xué)》教學(xué)大綱課程英文名Stoichiometry課程代碼05M0106學(xué)分2總學(xué)時(shí)32理論學(xué)時(shí)32實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)0課程類(lèi)別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)任選先修課程無(wú)機(jī)化學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)適用專(zhuān)業(yè)材料科學(xué)與工程開(kāi)課學(xué)院材料與化學(xué)學(xué)院注：課程類(lèi)別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專(zhuān)業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位化學(xué)計(jì)量學(xué)是材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，是統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)和化學(xué)等交叉形成的具有豐富內(nèi)涵的學(xué)科。它為化學(xué)量測(cè)提供基礎(chǔ)理論與方法學(xué)，為各類(lèi)化學(xué)波譜的數(shù)據(jù)解析和化學(xué)化工過(guò)程的研究及優(yōu)化提供新途徑，是分析儀器智能化的理論與技術(shù)基礎(chǔ)?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)不僅對(duì)發(fā)展分析化學(xué)基礎(chǔ)理論和促進(jìn)分析儀器的智能化具有重要意義，而且逐步向多學(xué)科滲透，成為材料、化工、生物和環(huán)境等學(xué)科的重要基礎(chǔ)。本課程主要講授化學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)理論和方法，包括采樣理論與方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與化學(xué)化工過(guò)程的優(yōu)化控制，化學(xué)信號(hào)處理、分析信號(hào)的多元校正與分辨、化學(xué)模式識(shí)別、化學(xué)過(guò)程和化學(xué)量測(cè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬、化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系、化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)與化學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)等內(nèi)容。通過(guò)學(xué)習(xí)這門(mén)課程，學(xué)生掌握化學(xué)計(jì)量學(xué)中各種算法的基本思路與基本方法，能夠解析各類(lèi)化學(xué)波譜及化學(xué)量測(cè)的數(shù)據(jù)，并解決化學(xué)分析和量測(cè)中的工程問(wèn)題。（二）課程目標(biāo)1.掌握基礎(chǔ)化學(xué)計(jì)量學(xué)的基本知識(shí)和基本內(nèi)容，研究任務(wù)及其應(yīng)用領(lǐng)域，全面認(rèn)識(shí)化學(xué)計(jì)量學(xué)，并了解化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展的新動(dòng)向。2.系統(tǒng)掌握化學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、分析信號(hào)檢測(cè)與處理、基礎(chǔ)校正理論、化學(xué)因子分析基礎(chǔ)、化學(xué)模式識(shí)別的基本理論和應(yīng)用條件。3.根據(jù)分析目的、各種化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍，選擇適宜的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法以解決分析化學(xué)問(wèn)題。4.分析和解決多學(xué)科交叉中的化學(xué)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生具有解決復(fù)雜工程中化學(xué)計(jì)量問(wèn)題的能力。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法1.以課堂教學(xué)為主，采用智慧課堂方式，通過(guò)雨課堂等工具，活躍課堂氣氛，引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，講述化學(xué)計(jì)量學(xué)的基本知識(shí)和基本原理。2.充分引入課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，將化學(xué)計(jì)量學(xué)中化學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、分析信號(hào)檢測(cè)與處理、化學(xué)模式識(shí)別以及化學(xué)過(guò)程和化學(xué)量測(cè)過(guò)程等作為互動(dòng)討論的重點(diǎn)，使學(xué)生更好地理解和掌握根據(jù)實(shí)際需要如何在化學(xué)和工程中進(jìn)行化學(xué)計(jì)量。3.注重案例教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)踐。將化學(xué)計(jì)量學(xué)的原理和知識(shí)充分與化工、材料、生物和環(huán)境等方面應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)計(jì)量學(xué)原理和知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求3畢業(yè)要求7畢業(yè)要求11課程目標(biāo)10.20.3課程目標(biāo)20.20.3課程目標(biāo)30.30.20.4課程目標(biāo)40.30.20.6注：1.支撐強(qiáng)度分別填寫(xiě)H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低）。畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)課程（3）設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案：能夠針對(duì)新材料的組分設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、工藝制定和質(zhì)量管理等多方面綜合性的復(fù)雜工程問(wèn)題提出合理解決方案，在材料設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與工程應(yīng)用環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素，設(shè)計(jì)并制訂特定性能的新材料開(kāi)發(fā)全周期、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。3-1能夠描述新材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制備工藝、性能檢測(cè)、質(zhì)量管理等的解決方法和影響因素；0.30（學(xué)科選修任選模塊1）3-2能夠進(jìn)行系統(tǒng)或工藝流程設(shè)計(jì)，并能夠針對(duì)特定需求進(jìn)行可行性分析，體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題并提出解決方案；3-3能識(shí)別材料開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)任務(wù)所面臨的多種制約因素，如社會(huì)、健康、安全、法律以及環(huán)境等。（7）環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展：能夠理解和評(píng)價(jià)針對(duì)新材料的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、工藝制定和質(zhì)量管理等多方面的復(fù)雜工程問(wèn)題的專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。7-1理解新材料開(kāi)發(fā)及工程應(yīng)用與環(huán)境保護(hù)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系；7-2能夠從環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展分析和評(píng)價(jià)新材料設(shè)計(jì)、制備及工程實(shí)踐的可持續(xù)性，評(píng)價(jià)新材料產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)周期對(duì)于人類(lèi)和環(huán)境的影響。0.40（學(xué)科選修任選模塊1）（11）項(xiàng)目管理：理解并掌握新材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)和實(shí)施全周期、全流程的過(guò)程管理、成本分析與決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。11-1理解新材料研發(fā)、生產(chǎn)及工程應(yīng)用過(guò)程中涉及的重要管理與經(jīng)濟(jì)決策方法；11-2了解新材料研發(fā)、生產(chǎn)及工程應(yīng)用中全周期、全流程的成本構(gòu)成，能夠綜合工程活動(dòng)中的多學(xué)科因素，運(yùn)用工程管理與經(jīng)濟(jì)決策方法進(jìn)行合理分析。0.35（學(xué)科選修任選模塊1）四、課程主要內(nèi)容與基本要求知識(shí)點(diǎn)主要內(nèi)容基本要求對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)(1)化學(xué)計(jì)量學(xué)簡(jiǎn)介①化學(xué)計(jì)量學(xué)的定義L1課程目標(biāo)1、2②化學(xué)計(jì)量學(xué)研究對(duì)象L1課程目標(biāo)1、2③化學(xué)計(jì)量學(xué)的進(jìn)展L3課程目標(biāo)1、2、4(2)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與MATLAB簡(jiǎn)介①掌握線性代數(shù)和概率論的基礎(chǔ)知識(shí)L1課程目標(biāo)1、2②MATLAB平臺(tái)的基本功能和使用L2課程目標(biāo)1、2、3(3)相關(guān)分析及其應(yīng)用①典型相關(guān)分析原理及實(shí)踐L2課程目標(biāo)1、2、3②數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法L2課程目標(biāo)2、3③Handamad變換、Fourier變換和小波變換L3課程目標(biāo)2、3(4)回歸分析及其應(yīng)用①K-矩陣法、P-矩陣法L3課程目標(biāo)1、2、3②多元回歸、主成分回歸L2課程目標(biāo)1、2、3③人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法L2課程目標(biāo)1、2、3④多元分辨的有關(guān)方法L3課程目標(biāo)1、2、3、4(5)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理①正交設(shè)計(jì)的方法L1課程目標(biāo)1、2、3②均勻設(shè)計(jì)L1課程目標(biāo)1、2、3③序貫實(shí)驗(yàn)方法L2課程目標(biāo)1、2、3、4(6)主成分分析及其在回歸分析中的應(yīng)用①主成分析的NIPLALS算法L3課程目標(biāo)2、3、4②主成分回歸L3課程目標(biāo)2、3③PLSR原理L3課程目標(biāo)1、2、3(7)化學(xué)校正理論及光譜定量分析技術(shù)①多元化學(xué)校正方法L1課程目標(biāo)1、2、3②定量分析方法L3課程目標(biāo)1、2、3、4(8)化學(xué)模式識(shí)別及其應(yīng)用①化學(xué)模式識(shí)別的基本概念L1課程目標(biāo)1、2②判別分析法和聚類(lèi)分析法L2課程目標(biāo)1、2、3、4③基于特征投影的降維顯示方法L3課程目標(biāo)1、2、3、4五、課程學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)第一章：緒論1.為什么學(xué)習(xí)化學(xué)計(jì)量學(xué)2.化學(xué)計(jì)量學(xué)的定義3.化學(xué)計(jì)量學(xué)解決問(wèn)題的方法4.化學(xué)計(jì)量學(xué)的研究對(duì)象與內(nèi)容5.化學(xué)計(jì)量學(xué)與現(xiàn)代分析化學(xué)的關(guān)系6.化學(xué)計(jì)量學(xué)教學(xué)及其目的21.化學(xué)計(jì)量學(xué)的定義和解決問(wèn)題的方法有關(guān)習(xí)題2.課堂討論：化學(xué)計(jì)量學(xué)和現(xiàn)代分析化學(xué)的關(guān)系課程目標(biāo)1、2、4第二章：數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與MATLAB簡(jiǎn)介1.線性代數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)2.矩陣概念與化學(xué)信息3.誤差與數(shù)理統(tǒng)計(jì)基本知識(shí)4.MATLAB平臺(tái)簡(jiǎn)介5.化學(xué)數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法31.完成線性代數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、矩陣概念和誤差基本知識(shí)的有關(guān)習(xí)題2.課后報(bào)告：MATLAB軟件的應(yīng)用課程目標(biāo)1、2、3第三章：相關(guān)分析及其應(yīng)用1.簡(jiǎn)單線性相關(guān)分析2.相關(guān)分析函數(shù)關(guān)系3.復(fù)相關(guān)分析4.典型相關(guān)分析31.完成簡(jiǎn)單線性相關(guān)分析、復(fù)相關(guān)分析的習(xí)題2.課堂討論：化學(xué)成分計(jì)量和檢測(cè)中的相關(guān)分析課程目標(biāo)1、2、3第四章：回歸分析及其應(yīng)用1.回歸分析的概念與原理2.一元線性回歸分析3.多元線性回歸分析4.可化成多元線性回歸的問(wèn)題5.二次回歸模型及最優(yōu)回歸模型6.回歸分析中必須注意的問(wèn)題41.一元線性回歸分析、多元線性回歸分析和二次回歸模型的習(xí)題2.課堂測(cè)驗(yàn)：一元線性回歸分析、多元線性回歸分析和二次回歸模型相關(guān)測(cè)驗(yàn)課程目標(biāo)1、2、3、4第五章：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理1.基本概念介紹2.正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)4.序貫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法41.完成正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)的相關(guān)習(xí)題2.課后報(bào)告：向材料與化學(xué)學(xué)院各個(gè)實(shí)驗(yàn)室（至少3個(gè)）詢(xún)問(wèn)有關(guān)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在化學(xué)試驗(yàn)中的使用情況課程目標(biāo)1、2、3、4第六章：主成分分析及其在回歸分析中的應(yīng)用1.主成分分析2.主成分分析的實(shí)例及其在MATLAB平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)3.偏最小二乘回歸(PLSR)41.完成主成分分析和偏最小二乘回歸相關(guān)習(xí)題2.課堂討論：偏最小二乘回歸在化學(xué)計(jì)量檢測(cè)中的應(yīng)用課程目標(biāo)1、2、3、4第七章：化學(xué)校正理論及光譜定量分析技術(shù)1.基本概念2.化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)的矩陣表示3.多元化學(xué)校正方法4.多元校正方法在近紅外定量分析技術(shù)中的應(yīng)用5.光譜多元校正定量分析技術(shù)41.完成化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)的矩陣表示和多元化學(xué)較正方法的相關(guān)習(xí)題2.課堂測(cè)驗(yàn)：結(jié)合近紅外光譜進(jìn)行多元校正課程目標(biāo)1、2、3、4第八章：化學(xué)模式識(shí)別及其應(yīng)用1.基本概念2.模式識(shí)別的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備3.模式間相似程度的度量方式4.判別分析5.無(wú)監(jiān)督模式識(shí)別法6.模式識(shí)別方法在近紅外定性分析技術(shù)中的應(yīng)用41.完成模式識(shí)別的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和判別分析相關(guān)習(xí)題2.課堂討論：近紅外定性分析中的模式識(shí)別方法課程目標(biāo)1、2、3、4第九章：如何用好化學(xué)計(jì)量學(xué)1.避免采用不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)建模2.避免采用離群點(diǎn)和異常點(diǎn)建模3.謹(jǐn)慎進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和確認(rèn)4.原始數(shù)據(jù)的初始分析5.專(zhuān)業(yè)知識(shí)的利用6.建模與驗(yàn)證相結(jié)合7.慎重選擇適用方法8.課程總結(jié)41.課堂討論：原始數(shù)據(jù)的分析、建模和驗(yàn)證課程目標(biāo)1，2，3，4六、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核內(nèi)容考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績(jī)比例過(guò)程考核雨課堂表現(xiàn)情況和平時(shí)作業(yè)（20%）根據(jù)中國(guó)計(jì)量大學(xué)學(xué)生課程平時(shí)成績(jī)考核細(xì)則，按照雨課堂表現(xiàn)情況和作業(yè)完成情況進(jìn)行考核40%課堂討論發(fā)言、課后撰寫(xiě)報(bào)告和平時(shí)測(cè)驗(yàn)（20%）根據(jù)中國(guó)計(jì)量大學(xué)學(xué)生課程平時(shí)成績(jī)考核細(xì)則，按照課堂發(fā)言、撰寫(xiě)報(bào)告和課堂測(cè)驗(yàn)成績(jī)考核期末考核開(kāi)卷卷面成績(jī)60%考核類(lèi)別考試成績(jī)登記方式百分制七、推薦教材與主要參考書(shū)（一）推薦教材：基礎(chǔ)化學(xué)計(jì)量學(xué)及其應(yīng)用，倪力軍，張立國(guó)編者，華東理工大學(xué)出版社，2011年7月，第一版（二）主要參考書(shū)：1.《化學(xué)計(jì)量學(xué)研究方法》，盧小泉編著，科學(xué)出版社，2013年4月，第一版。2