《物理化學(xué)B2》教學(xué)大綱

《物理化學(xué)B2》教學(xué)大綱課程英文名PhysicalChemistryB2課程代碼05M0061學(xué)分3總學(xué)時48理論學(xué)時48實驗/實踐學(xué)時0課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)限選課先修課程物理化學(xué)B1、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理適用專業(yè)材料科學(xué)與工程專業(yè)開課學(xué)院材料與化學(xué)學(xué)院注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(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《物理化學(xué)B2》是高等工科院校材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，屬于限選課程，本課程的目的是在先行課的基礎(chǔ)上，運(yùn)用物理化學(xué)的有關(guān)理論和方法進(jìn)一步定量地研究某些化學(xué)現(xiàn)象，使學(xué)生了解并掌握物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識、基本理論和基本方法，增強(qiáng)他們分析問題、解決問題的能力。《物理化學(xué)B2》的內(nèi)容主要包括化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、電化學(xué)、表面現(xiàn)象和膠體分散系統(tǒng)，化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究化學(xué)反應(yīng)的快慢與動力機(jī)制，電化學(xué)研究如何通過化學(xué)電池實現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換，表面現(xiàn)象研究常見的化學(xué)相關(guān)表面問題，膠體分散系統(tǒng)研究常見膠體的基本物理化學(xué)性質(zhì)。通過教學(xué)的各個環(huán)節(jié)使學(xué)生達(dá)到上述內(nèi)容所提出的基本要求。講授應(yīng)分清主次，在注意系統(tǒng)性的原則下，針對本學(xué)科解決問題的思想和方法，著重講解教材的重點(diǎn)與難點(diǎn)，同時重視習(xí)題課、課外輔導(dǎo)和批改作業(yè)等各個重要教學(xué)環(huán)節(jié)。（二）課程目標(biāo)（1）掌握化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、電解質(zhì)與電極、可逆電池、表面張力與表面自由能、分散系統(tǒng)、膠體體系的基本概念與基本原理，學(xué)會利用化學(xué)動力學(xué)方法以及與熱力學(xué)方法相結(jié)合去解決和分析材料方面的復(fù)雜工程問題；（2）通過化學(xué)動力學(xué)模型、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)類型特征以及電化學(xué)、表面化學(xué)、膠體化學(xué)中的化學(xué)原理與知識，并結(jié)合物理方法對材料制備與化工生產(chǎn)中的復(fù)雜化學(xué)問題進(jìn)行分析與解決。（3）掌握化學(xué)動力學(xué)中光化學(xué)檢測、電化學(xué)中電導(dǎo)與電動勢檢測、表面化學(xué)吸附檢測、膠體電學(xué)光學(xué)檢測的基本原理與概念，根據(jù)材料、化學(xué)工程問題中的工程條件進(jìn)行產(chǎn)品的性能檢測與分析。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法（1）培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維傳統(tǒng)教學(xué)中僅僅將知識按照章節(jié)分別教授給學(xué)生，在考核時通常也只針對單一知識點(diǎn)進(jìn)行考查，這就導(dǎo)致學(xué)生們傾向于通過死記硬背和刷題等形式來加深對課程內(nèi)容掌握；往往忽視對于物理化學(xué)基本概念和內(nèi)在聯(lián)系的掌握。前者雖然有利于考試通過但是從長期看來，學(xué)生不一定能夠有效掌握知識，無法做到“高階性”：將知識能力素質(zhì)有機(jī)融合并應(yīng)用于實際科研工作。針對這個問題，首先在教學(xué)內(nèi)容的中放入更多的實際問題，解決這些問題往往需要將多個章節(jié)學(xué)到的知識有機(jī)融合：例如在制備光電催化降解污染物或者分解水等相關(guān)材料時，不僅需要考慮到熱力學(xué)、動力學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)內(nèi)容，還需要結(jié)合光催化、電化學(xué)、表面化學(xué)、膠體化學(xué)等多個方面的知識。然后通過在教學(xué)過程中引領(lǐng)學(xué)生主動查找資料、建立合作團(tuán)隊，提出解決方案并進(jìn)行點(diǎn)評補(bǔ)充，通過這個過程提升學(xué)生的自學(xué)能力、合作能力及解決問題的能力。最后再加強(qiáng)這些內(nèi)容在考核中的占比，從源頭上降低學(xué)生為了分?jǐn)?shù)而采取死板學(xué)習(xí)方法的可能性。（2）提升課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)結(jié)果的前沿性、探究性傳統(tǒng)物理化學(xué)給學(xué)生的印象都是刻板的公示概念，很容易使他們產(chǎn)生懼怕和厭惡感。由于大學(xué)生精力旺盛,好奇心強(qiáng),易接受新事物，因此在教學(xué)中可以把最新研究成果引入課堂,讓書本知識緊跟時代步伐,調(diào)動學(xué)生的求知欲和激發(fā)其探索創(chuàng)新精神。充分利用學(xué)院在科研方面的實力，將學(xué)院老師以及科研領(lǐng)域的進(jìn)展與課堂知識相結(jié)合：在講解電化學(xué)中電池電動勢的測定時,可以介紹傳感器材料、防腐蝕材料；講到化學(xué)電池時描述鋰離子電池和燃料電池的工作原理以及在航天、汽車、通訊、醫(yī)療等方面的應(yīng)用；講到固體表面的吸附可以介紹儲氣材料的研發(fā),比較活性炭和碳納米管在儲氫方面的差異,還可以介紹它們在多相催化反應(yīng)中的應(yīng)用；在膠體化學(xué)部分講到納米材料時介紹不同領(lǐng)域納米材料的種類、制備方法和應(yīng)用等。結(jié)合這些前沿知識,學(xué)生就會明白看似深奧的科學(xué)前沿,它們的根基就在基礎(chǔ)理論里面。充分發(fā)掘這些基礎(chǔ)理論的“閃光點(diǎn)”,使得課堂教學(xué)富有生命力、感染力與時代感,在夯實學(xué)生基礎(chǔ)知識的同時拓寬了知識面，使得學(xué)生具備更強(qiáng)的創(chuàng)新精神。（3）提升學(xué)生克服困難掌握知識的能力雖然在課程建設(shè)中根據(jù)材料專業(yè)的特色降低了教學(xué)中的公式推導(dǎo)和數(shù)學(xué)計算內(nèi)容，但是這不僅沒有降低課程的教學(xué)難度，反而因為強(qiáng)調(diào)基本概念的理解和應(yīng)用而提高了課程的“挑戰(zhàn)度”，而這一點(diǎn)在學(xué)生的后續(xù)繼續(xù)深造中尤為重要。傳統(tǒng)教學(xué)中單純增加考卷題目的難度只能使學(xué)生成為“考試型”選手，沒有辦法提升他們有效掌握知識并解決問題的能力。因此在控制考核難度的同時更需要增加對基本概念和應(yīng)用考查的比例，讓學(xué)生不能僅靠簡單的背誦與刷題來應(yīng)付考試，反而需要花時間克服困難，徹底掌握知識并以此解決問題。（4）加入課程思政元素在教授專業(yè)知識的同時，也要積極探索和踐行思政教育，在課程中有機(jī)融入思政元素，實現(xiàn)專業(yè)教學(xué)和思政教學(xué)的無縫銜接。如培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感，我們既可以在在講解氣溶膠的知識時，結(jié)合新型冠狀病毒的相關(guān)內(nèi)容介紹氣溶膠在病毒傳播中的原理，讓學(xué)生了解如何通過科學(xué)佩戴防護(hù)工具、采用科學(xué)防護(hù)手段來降低甚至杜絕疫情的感染，并提高他們冷靜思考、分析問題、不輕信謠言的科學(xué)素養(yǎng)；也可以在分散體系以及膠體沉降這些章節(jié)的內(nèi)容教育過程中，結(jié)合相關(guān)知識讓學(xué)生了解“霧霾”、“廢水”等污染的微觀組成與化學(xué)性質(zhì)，使他們通過利用所學(xué)的物理化學(xué)知識來討論提出解決這些污染的科學(xué)方法，提升他們對環(huán)境保護(hù)的了解與重視程度以及利用科學(xué)知識來思考解決問題的能力。（5）充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段與翻轉(zhuǎn)課堂傳統(tǒng)物理化學(xué)課程仍然以PPT結(jié)合板書教學(xué)模式為主，學(xué)生在課堂上只能被動的跟著老師學(xué)習(xí)。如果老師對于抽象的概念或公式推導(dǎo)講解不到位，學(xué)生理解起來會比較困難。一旦學(xué)生跟不上節(jié)奏，則會影響其學(xué)習(xí)后面的課程內(nèi)容。久而久之，會失去學(xué)習(xí)物理化學(xué)課程的興趣。依靠互聯(lián)網(wǎng)，通過手機(jī)、電腦及平板等現(xiàn)代大學(xué)生普遍使用的電子終端進(jìn)行教學(xué)活動，相對于傳統(tǒng)課堂來說，更容易被學(xué)生接受，可以縮短學(xué)生與老師之間的距離。利用軟件反饋，可以將教師對課堂的掌握從經(jīng)驗?zāi)Ｊ睫D(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)模式，更加準(zhǔn)確可靠。在翻轉(zhuǎn)課堂中根據(jù)學(xué)生課前在線預(yù)習(xí)過程中所提出的問題，教師結(jié)合課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)在課堂上集中進(jìn)行講授。選擇生活實例為切入點(diǎn)，讓學(xué)生能夠帶著問題聽講，期待在課堂中找到答案。對于重點(diǎn)、難點(diǎn)在課堂上進(jìn)行重點(diǎn)講解，并發(fā)布提升任務(wù)，如案例分析，習(xí)題等，實現(xiàn)課堂指導(dǎo)互動，使學(xué)生對學(xué)到的知識進(jìn)行內(nèi)化和鞏固。為了加強(qiáng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力，課堂上通過對提出的問題進(jìn)行分組討論，同時請一位表達(dá)能力較強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)行討論結(jié)果的講解，隨后教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評。從而實現(xiàn)生生互動、師生互動，最終達(dá)到使課堂高效、課外可控的目的。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求2.2畢業(yè)要求4.1課程目標(biāo)（1）0.40.2課程目標(biāo)（2）0.40.2課程目標(biāo)（3）0.20.6畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)課程（2）問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，通過合適的科學(xué)原理和抽象模型識別和表達(dá)復(fù)雜工程問題，通過查閱文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)程，分析新材料的產(chǎn)品設(shè)計、性能檢測、工藝制定和質(zhì)量管理等多方面復(fù)雜工程問題，能獲得有效結(jié)論。2-2能夠運(yùn)用自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理、數(shù)學(xué)模型方法、文獻(xiàn)研究來表達(dá)和分析復(fù)雜工程問題；物理化學(xué)(0.30)（4）研究：能夠應(yīng)用材料科學(xué)與工程基本原理及相關(guān)學(xué)科知識對新材料的產(chǎn)品設(shè)計、性能檢測、工藝制定和質(zhì)量管理等復(fù)雜工程問題進(jìn)行創(chuàng)新性研究，包括材料成分設(shè)計、生產(chǎn)工藝規(guī)范制定、產(chǎn)品檢測、數(shù)據(jù)分析等多個相互關(guān)聯(lián)的子問題，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4-1能夠基于科學(xué)原理和文獻(xiàn)研究，調(diào)研和分析新材料設(shè)計、制備工藝、性能檢測、質(zhì)量管理等復(fù)雜工程問題；物理化學(xué)(0.25)四、課程主要內(nèi)容與基本要求知識點(diǎn)主要內(nèi)容基本要求對應(yīng)的課程目標(biāo)1、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)動力學(xué)的基本概念L1課程目標(biāo)1具有簡單級數(shù)反應(yīng)的特點(diǎn)L3課程目標(biāo)1溫度對反應(yīng)速率的影響L3課程目標(biāo)2典型的復(fù)雜反應(yīng)L2課程目標(biāo)2反應(yīng)速率理論簡介L1課程目標(biāo)1催化反應(yīng)動力學(xué)L1課程目標(biāo)2光化學(xué)反應(yīng)L1課程目標(biāo)32、電化學(xué)電化學(xué)的基本概念L1課程目標(biāo)1電導(dǎo)及其應(yīng)用L3課程目標(biāo)3強(qiáng)電解質(zhì)溶液理論簡介L2課程目標(biāo)2可逆電池和可逆電極L2課程目標(biāo)1可逆電池?zé)崃W(xué)L3課程目標(biāo)1電極電勢和電池的電動勢L3課程目標(biāo)2電動勢測定的應(yīng)用L3課程目標(biāo)3極化作用和電極反應(yīng)L2課程目標(biāo)2金屬的腐蝕與防腐L1課程目標(biāo)1化學(xué)電源L1課程目標(biāo)23、界面現(xiàn)象表面自由能和表面張力L2課程目標(biāo)1彎曲液面的附加壓力L3課程目標(biāo)1彎曲液面的蒸汽壓L3課程目標(biāo)2溶液的表面吸附L1課程目標(biāo)2表面膜L1課程目標(biāo)2鋪展與潤濕L2課程目標(biāo)2表面活性劑及其作用L1課程目標(biāo)2固體表面的吸附L2課程目標(biāo)34、膠體分散系統(tǒng)膠體分散系統(tǒng)概述L3課程目標(biāo)1溶膠的動力和光學(xué)性質(zhì)L3課程目標(biāo)3溶膠的電學(xué)性質(zhì)L3課程目標(biāo)3溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用L2課程目標(biāo)2大分子概說L1課程目標(biāo)2唐南平衡L2課程目標(biāo)1凝膠L1課程目標(biāo)1納米技術(shù)與應(yīng)用簡介L1課程目標(biāo)1五、課程學(xué)時安排章節(jié)號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時數(shù)學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標(biāo)第7章動力學(xué)的基本概念2課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)1第7章具有簡單級數(shù)反應(yīng)的特點(diǎn)2完成作業(yè)7.2，7.5課程目標(biāo)1第7章溫度對反應(yīng)速率的影響2完成作業(yè)7.15，7.17課程目標(biāo)2第7章典型的復(fù)雜反應(yīng)2完成作業(yè)7.20，7.21課程目標(biāo)2第7章反應(yīng)速率理論簡介1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)1第7章催化反應(yīng)動力學(xué)1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)2第7章光化學(xué)反應(yīng)1完成作業(yè)7.30課程目標(biāo)3第8章電化學(xué)的基本概念1完成作業(yè)8.1，8.3課程目標(biāo)1第8章電導(dǎo)及其應(yīng)用2完成作業(yè)8.4，8.6課程目標(biāo)3第8章強(qiáng)電解質(zhì)溶液理論簡介1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)2第8章可逆電池和可逆電極2完成作業(yè)8.11課程目標(biāo)1第8章可逆電池?zé)崃W(xué)1完成作業(yè)8.13課程目標(biāo)1第8章電極電勢和電池的電動勢2完成作業(yè)8.14-17課程目標(biāo)2第8章電動勢測定的應(yīng)用2完成作業(yè)8.19,8.23課程目標(biāo)3第8章極化作用和電極反應(yīng)1完成作業(yè)8.29課程目標(biāo)2第8章金屬的腐蝕與防腐1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)1第8章化學(xué)電源1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)2第9章表面自由能和表面張力1完成作業(yè)9.1課程目標(biāo)1第9章彎曲液面的附加壓力1完成作業(yè)9.2，9.4課程目標(biāo)1第9章彎曲液面的蒸氣壓1完成作業(yè)9.8課程目標(biāo)2第9章溶液的表面吸附1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)2第9章表面膜1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)2第9章鋪展與潤濕2完成作業(yè)9.16課程目標(biāo)2第9章表面活性劑及其作用2完成作業(yè)9.17課程目標(biāo)2第9章固體表面的吸附1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)3第10章膠體分散系統(tǒng)概述2完成作業(yè)10.2課程目標(biāo)1第10章溶膠的動力和光學(xué)性質(zhì)1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)3第10章溶膠的電學(xué)性質(zhì)1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)3第10章溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用2完成作業(yè)10.12課程目標(biāo)2第10章大分子概說1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)2第10章唐南平衡1完成作業(yè)10.16課程目標(biāo)1第10章凝膠1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)1第10章納米技術(shù)與應(yīng)用簡介1課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)課程目標(biāo)1六、考核方式及成績評定考核內(nèi)容考核方式評定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績比例過程考核課堂表現(xiàn)10%和網(wǎng)絡(luò)平臺作業(yè)20%、中期考試30%和課后作業(yè)完成情況40%中國計量大學(xué)學(xué)生課程平時成績考核細(xì)則20%期末考核閉卷試卷參考答案和評分標(biāo)準(zhǔn)80%考核類別考試成績登記方式百分制七、推薦教材與主要參考書（一）推薦教材：《物理化學(xué)核心教程》，沈文霞，王喜章，許波連，科學(xué)出版