《物理化学B2》教学大纲

《物理化学B2》教学大纲课程英文名PhysicalChemistryB2课程代码05M0061学分3总学时48理论学时48实验/实践学时0课程类别学科基础课课程性质限选课先修课程物理化学B1、高等数学、大学物理适用专业材料科学与工程专业开课学院材料与化学学院注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位《物理化学B2》是高等工科院校材料科学与工程专业的学科基础课，属于限选课程，本课程的目的是在先行课的基础上，运用物理化学的有关理论和方法进一步定量地研究某些化学现象，使学生了解并掌握物理化学的基础知识、基本理论和基本方法，增强他们分析问题、解决问题的能力。《物理化学B2》的内容主要包括化学反应动力学、电化学、表面现象和胶体分散系统，化学反应动力学研究化学反应的快慢与动力机制，电化学研究如何通过化学电池实现电能和化学能的相互转换，表面现象研究常见的化学相关表面问题，胶体分散系统研究常见胶体的基本物理化学性质。通过教学的各个环节使学生达到上述内容所提出的基本要求。讲授应分清主次，在注意系统性的原则下，针对本学科解决问题的思想和方法，着重讲解教材的重点与难点，同时重视习题课、课外辅导和批改作业等各个重要教学环节。（二）课程目标（1）掌握化学反应动力学、电解质与电极、可逆电池、表面张力与表面自由能、分散系统、胶体体系的基本概念与基本原理，学会利用化学动力学方法以及与热力学方法相结合去解决和分析材料方面的复杂工程问题；（2）通过化学动力学模型、化学反应机理、反应类型特征以及电化学、表面化学、胶体化学中的化学原理与知识，并结合物理方法对材料制备与化工生产中的复杂化学问题进行分析与解决。（3）掌握化学动力学中光化学检测、电化学中电导与电动势检测、表面化学吸附检测、胶体电学光学检测的基本原理与概念，根据材料、化学工程问题中的工程条件进行产品的性能检测与分析。二、课程目标达成的途径与方法（1）培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维传统教学中仅仅将知识按照章节分别教授给学生，在考核时通常也只针对单一知识点进行考查，这就导致学生们倾向于通过死记硬背和刷题等形式来加深对课程内容掌握；往往忽视对于物理化学基本概念和内在联系的掌握。前者虽然有利于考试通过但是从长期看来，学生不一定能够有效掌握知识，无法做到“高阶性”：将知识能力素质有机融合并应用于实际科研工作。针对这个问题，首先在教学内容的中放入更多的实际问题，解决这些问题往往需要将多个章节学到的知识有机融合：例如在制备光电催化降解污染物或者分解水等相关材料时，不仅需要考虑到热力学、动力学相关的基础内容，还需要结合光催化、电化学、表面化学、胶体化学等多个方面的知识。然后通过在教学过程中引领学生主动查找资料、建立合作团队，提出解决方案并进行点评补充，通过这个过程提升学生的自学能力、合作能力及解决问题的能力。最后再加强这些内容在考核中的占比，从源头上降低学生为了分数而采取死板学习方法的可能性。（2）提升课程内容与学习结果的前沿性、探究性传统物理化学给学生的印象都是刻板的公示概念，很容易使他们产生惧怕和厌恶感。由于大学生精力旺盛,好奇心强,易接受新事物，因此在教学中可以把最新研究成果引入课堂,让书本知识紧跟时代步伐,调动学生的求知欲和激发其探索创新精神。充分利用学院在科研方面的实力，将学院老师以及科研领域的进展与课堂知识相结合：在讲解电化学中电池电动势的测定时,可以介绍传感器材料、防腐蚀材料；讲到化学电池时描述锂离子电池和燃料电池的工作原理以及在航天、汽车、通讯、医疗等方面的应用；讲到固体表面的吸附可以介绍储气材料的研发,比较活性炭和碳纳米管在储氢方面的差异,还可以介绍它们在多相催化反应中的应用；在胶体化学部分讲到纳米材料时介绍不同领域纳米材料的种类、制备方法和应用等。结合这些前沿知识,学生就会明白看似深奥的科学前沿,它们的根基就在基础理论里面。充分发掘这些基础理论的“闪光点”,使得课堂教学富有生命力、感染力与时代感,在夯实学生基础知识的同时拓宽了知识面，使得学生具备更强的创新精神。（3）提升学生克服困难掌握知识的能力虽然在课程建设中根据材料专业的特色降低了教学中的公式推导和数学计算内容，但是这不仅没有降低课程的教学难度，反而因为强调基本概念的理解和应用而提高了课程的“挑战度”，而这一点在学生的后续继续深造中尤为重要。传统教学中单纯增加考卷题目的难度只能使学生成为“考试型”选手，没有办法提升他们有效掌握知识并解决问题的能力。因此在控制考核难度的同时更需要增加对基本概念和应用考查的比例，让学生不能仅靠简单的背诵与刷题来应付考试，反而需要花时间克服困难，彻底掌握知识并以此解决问题。（4）加入课程思政元素在教授专业知识的同时，也要积极探索和践行思政教育，在课程中有机融入思政元素，实现专业教学和思政教学的无缝衔接。如培养学生的社会责任感，我们既可以在在讲解气溶胶的知识时，结合新型冠状病毒的相关内容介绍气溶胶在病毒传播中的原理，让学生了解如何通过科学佩戴防护工具、采用科学防护手段来降低甚至杜绝疫情的感染，并提高他们冷静思考、分析问题、不轻信谣言的科学素养；也可以在分散体系以及胶体沉降这些章节的内容教育过程中，结合相关知识让学生了解“雾霾”、“废水”等污染的微观组成与化学性质，使他们通过利用所学的物理化学知识来讨论提出解决这些污染的科学方法，提升他们对环境保护的了解与重视程度以及利用科学知识来思考解决问题的能力。（5）充分利用现代教学手段与翻转课堂传统物理化学课程仍然以PPT结合板书教学模式为主，学生在课堂上只能被动的跟着老师学习。如果老师对于抽象的概念或公式推导讲解不到位，学生理解起来会比较困难。一旦学生跟不上节奏，则会影响其学习后面的课程内容。久而久之，会失去学习物理化学课程的兴趣。依靠互联网，通过手机、电脑及平板等现代大学生普遍使用的电子终端进行教学活动，相对于传统课堂来说，更容易被学生接受，可以缩短学生与老师之间的距离。利用软件反馈，可以将教师对课堂的掌握从经验模式转变为数据模式，更加准确可靠。在翻转课堂中根据学生课前在线预习过程中所提出的问题，教师结合课程的教学重点和难点在课堂上集中进行讲授。选择生活实例为切入点，让学生能够带着问题听讲，期待在课堂中找到答案。对于重点、难点在课堂上进行重点讲解，并发布提升任务，如案例分析，习题等，实现课堂指导互动，使学生对学到的知识进行内化和巩固。为了加强学生团结协作的能力，课堂上通过对提出的问题进行分组讨论，同时请一位表达能力较强的学生进行讨论结果的讲解，随后教师进行总结和点评。从而实现生生互动、师生互动，最终达到使课堂高效、课外可控的目的。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求2.2毕业要求4.1课程目标（1）0.40.2课程目标（2）0.40.2课程目标（3）0.20.6毕业要求指标点对应课程（2）问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，通过合适的科学原理和抽象模型识别和表达复杂工程问题，通过查阅文献、标准、规范规程，分析新材料的产品设计、性能检测、工艺制定和质量管理等多方面复杂工程问题，能获得有效结论。2-2能够运用自然科学和工程科学的基本原理、数学模型方法、文献研究来表达和分析复杂工程问题；物理化学(0.30)（4）研究：能够应用材料科学与工程基本原理及相关学科知识对新材料的产品设计、性能检测、工艺制定和质量管理等复杂工程问题进行创新性研究，包括材料成分设计、生产工艺规范制定、产品检测、数据分析等多个相互关联的子问题，并通过信息综合得到合理有效的结论。4-1能够基于科学原理和文献研究，调研和分析新材料设计、制备工艺、性能检测、质量管理等复杂工程问题；物理化学(0.25)四、课程主要内容与基本要求知识点主要内容基本要求对应的课程目标1、化学反应动力学动力学的基本概念L1课程目标1具有简单级数反应的特点L3课程目标1温度对反应速率的影响L3课程目标2典型的复杂反应L2课程目标2反应速率理论简介L1课程目标1催化反应动力学L1课程目标2光化学反应L1课程目标32、电化学电化学的基本概念L1课程目标1电导及其应用L3课程目标3强电解质溶液理论简介L2课程目标2可逆电池和可逆电极L2课程目标1可逆电池热力学L3课程目标1电极电势和电池的电动势L3课程目标2电动势测定的应用L3课程目标3极化作用和电极反应L2课程目标2金属的腐蚀与防腐L1课程目标1化学电源L1课程目标23、界面现象表面自由能和表面张力L2课程目标1弯曲液面的附加压力L3课程目标1弯曲液面的蒸汽压L3课程目标2溶液的表面吸附L1课程目标2表面膜L1课程目标2铺展与润湿L2课程目标2表面活性剂及其作用L1课程目标2固体表面的吸附L2课程目标34、胶体分散系统胶体分散系统概述L3课程目标1溶胶的动力和光学性质L3课程目标3溶胶的电学性质L3课程目标3溶胶的稳定性和聚沉作用L2课程目标2大分子概说L1课程目标2唐南平衡L2课程目标1凝胶L1课程目标1纳米技术与应用简介L1课程目标1五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第7章动力学的基本概念2课前预习、课后复习课程目标1第7章具有简单级数反应的特点2完成作业7.2，7.5课程目标1第7章温度对反应速率的影响2完成作业7.15，7.17课程目标2第7章典型的复杂反应2完成作业7.20，7.21课程目标2第7章反应速率理论简介1课前预习、课后复习课程目标1第7章催化反应动力学1课前预习、课后复习课程目标2第7章光化学反应1完成作业7.30课程目标3第8章电化学的基本概念1完成作业8.1，8.3课程目标1第8章电导及其应用2完成作业8.4，8.6课程目标3第8章强电解质溶液理论简介1课前预习、课后复习课程目标2第8章可逆电池和可逆电极2完成作业8.11课程目标1第8章可逆电池热力学1完成作业8.13课程目标1第8章电极电势和电池的电动势2完成作业8.14-17课程目标2第8章电动势测定的应用2完成作业8.19,8.23课程目标3第8章极化作用和电极反应1完成作业8.29课程目标2第8章金属的腐蚀与防腐1课前预习、课后复习课程目标1第8章化学电源1课前预习、课后复习课程目标2第9章表面自由能和表面张力1完成作业9.1课程目标1第9章弯曲液面的附加压力1完成作业9.2，9.4课程目标1第9章弯曲液面的蒸气压1完成作业9.8课程目标2第9章溶液的表面吸附1课前预习、课后复习课程目标2第9章表面膜1课前预习、课后复习课程目标2第9章铺展与润湿2完成作业9.16课程目标2第9章表面活性剂及其作用2完成作业9.17课程目标2第9章固体表面的吸附1课前预习、课后复习课程目标3第10章胶体分散系统概述2完成作业10.2课程目标1第10章溶胶的动力和光学性质1课前预习、课后复习课程目标3第10章溶胶的电学性质1课前预习、课后复习课程目标3第10章溶胶的稳定性和聚沉作用2完成作业10.12课程目标2第10章大分子概说1课前预习、课后复习课程目标2第10章唐南平衡1完成作业10.16课程目标1第10章凝胶1课前预习、课后复习课程目标1第10章纳米技术与应用简介1课前预习、课后复习课程目标1六、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核课堂表现10%和网络平台作业20%、中期考试30%和课后作业完成情况40%中国计量大学学生课程平时成绩考核细则20%期末考核闭卷试卷参考答案和评分标准80%考核类别考试成绩登记方式百分制七、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：《物理化学核心教程》，沈文霞，王喜章，许波连，科学出版