《结构化学101化学》课程教学大纲

附件5-1ADDINCNKISM.UserStyle《结构化学101》课程教学大纲（理论课程·2023版）一、课程基本信息课程号1123D00009开课单位化学与材料科学学院课程名称结构化学101StructuralChemistry（101）课程性质必修考核类型考试课程学分3课程学时51课程类别学科基础课程（学科核心课）先修课程无机化学，有机化学，分析化学，物理化学适用专业（类）化学、材料化学、化学生物学二、课程描述及目标（一）课程简介《结构化学》课程是本专业（类）的一门主干基础课程，它以微观粒子运动所遵循的量子力学规律为理论依据，研究原子、分子和晶体的微观结构，进而研究探讨物质结构和性质之间的关系，是化学的一个重要分支。随着科学技术的不断发展，以及化学与数学、计算机、物理学、材料学、医药学、生命科学、环境科学等其他学科的交叉渗透，结构化学不仅是化学专业、材料化学专业和化学生物学专业（类）的一门学科基础课，它在化学以及其他相关学科中的重要性也日益增强。《结构化学》课程旨在通过对下述内容的理论教学：微观物质运动的基本规律和基础知识（量子力学原理）、分子轨道理论、分子对称性原理、配位场理论、晶体结构理论和结构测定等一些基本原理，使学生获得物质结构的基本理论和基础知识、深入理解物质的结构与性能关系、明确研究分子和晶体结构的近代物理方法的基本原理；同时加深学生对前修课程（如：无机化学、有机化学等）相关内容的理解，为后续课程（高等有机、高等无机、高等物化、结构分析）以及毕业设计的学习打下基础。本课程的学习，有助于学生理解和掌握研究微观物质运动的基本规律和性质的科学方法；也有助于培养学生从微观物质基本结构与性质关系的基本规律出发分析和解决问题的能力，为学生灵活应用物质结构和性能关系开展实际工作以及研究奠定良好的基础。（二）教学目标《结构化学》是化学、材料化学和化学生物学这三个专业三年级学生必修的一门专业基础课。通过本课程的学习，学生将掌握微观物质运动的基本规律，获得原子、分子及晶体结构的基本理论、基础知识，了解物质的结构与性能关系，了解研究分子和晶体结构的近代物理方法的基本原理，具备从物质结构与物质性质（性能）相互关系的基本规律出发分析和解决问题的能力。课程目标1：掌握研究微观粒子运动规律的基本思想和基本方法，包括量子化、波粒二象性、薛定谔方程及其线性变分法求解方式；掌握氢原子薛定谔方程的求解过程，了解多原子分子薛定谔方程的求解并掌握原子光谱；掌握分子轨道理论、价键理论和配位场理论；掌握点阵理论、晶体结构特征以及联系衍射二要素和晶胞二要素的重要方程，明确各类晶体结构特征及结构与性能之间的关系；了解金属、离子化合物等的基本型式及规律等基本概念和知识。了解原子光谱、分子光谱、单晶/多晶衍射方法的基本原理和技术。课程目标2：能够应用量子化、波粒二象性、不确定关系等基本理论区分宏观和微观性质；能够利用原子结构、性质和其运动的基本规律；能够使用分子轨道/价键/配位场/晶体结构等理论认识和分析原子、分子、配合物及晶体的几何结构、电子排布、光谱、稳定性以及其反应机制；能够准确辨别各种谱学技术的应用范围和限制。课程目标3：深化学生逻辑思维和数理思辨能力，加强学生独立获取知识和综合应用知识的能力，培养学生从微观水平认识、分析和解决问题的基本能力；课程目标4：培养学生基于辩证唯物主义世界观认识客观认识物质结构及性质的能力，增强学生对物质结构和性质认识的广度和深度。能够批判性地解释物质结构的理论和技术、批判性地讨论和执行物质结构研究中常用的理论和技术、能够将课程中的内容与感兴趣的相关研究领域联系起来并正确、科学地判断和解决实际问题。课程目标5：培养学生终生学习的能力和习惯,能适应和胜任多变的职业领域。增强学生自主学习能力和创新意识，加强学生独立获取知识和综合应用知识的能力，以期能更好的从事科学生产等社会实践活动。三、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重1-1：系统掌握化学基本理论、基础知识和基本技能，了解化学的知识体系和发展趋势课程目标1-30.32-1：具有扎实的化学各学科的基本理论、基本知识和基本实验技能课程目标1-30.22-2：具有一定的科学研究和实际工作能力，具有一定的批判性思维课程目标4-50.23-1：具有正确的世界观、人生观、价值观，具有高度的社会责任感和良好的协作精神课程目标4-50.13-2：具有良好的科学文化素养，掌握科学的方法论课程目标3-50.2四、教学方式与方法《结构化学》采用以多媒体为主和板书为辅的教学手段，所有课堂全部使用自编电子教案（PowerPoint）授课，并且每年都进行更新和充实。利用现代的教学手段可以在理论课时减少的情况下，保证教学信息量不减甚至增加。教学中也注意结合黑板板书讲授该课程的重点和难点，以达到更好引导学生思路使其及时理解掌握。多媒体课件教学便于教授课程中需要丰富的空间想象能力的知识点和不易用语言描述的内容。课程教学环节包括授课、作业、讨论、课堂实习、总结、考核等。课程主要采用多媒体电子教案授课，同时结合模型演示、在线讨论等教学过程，加强教学方法的启发性、针对性和实效性，不仅给学生提供提纲式的知识要点(非纸质教材的电子幻灯版),而且增加一些教材中没有的学科前沿研究动态和热点；培养学生从现有知识联想到前沿知识的思维能力。我们还安排课堂实习、讨论,将学生分成几个学习小组，各有不同主题分组讨论，进行课堂交流，使学生变“被动”为“主动”、引导学生由“学会”到“会用”。该方式不仅丰富了学生的知识,而且也培养了学生的自学能力、合作交流能力和创新意识。五、教学重点与难点（一）教学重点量子力学基本原理，微观体系运动方程（薛定谔方程方程）的处理、解释化学键本质的分子轨道理论、共价键理论和配位场理论等，分子结构和分子性质之间的关系，晶体结构和X射线衍射理论等。（二）教学难点微观粒子的运动特征、测不准关系、量子力学基本理论、薛定谔方程求解、光谱项、晶体点阵理论、晶体结构特征等。六、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求学时教学方式对应课程目标1绪论理解什么是结构化学，掌握结构化学的研究内容和研究方法1讲授课程目标1、4、52第1章量子力学基础知识了解经典力学的内容，了解与经典物理相矛盾的实验现象，从而理解旧量子理论的诞生的必要性，要理解并掌握微观粒子的特性、量子力学的基本假定，掌握一维势箱中薛定谔方程的求解过程及结果7讲授课程目标1、2、3、4、53第2章原子的结构和性质了解用量子力学处理原子中的电子的一般过程，掌握原子轨道的能级公式及相关量子数的意义，利用所得结果解释元素的周期性规律及原子光谱项8讲授课程目标1、2、3、4、54第3章共价键和双原子分子的结构化学掌握共价键的本质、分子轨道理论及双原子分子的结构、价键理论、分子光谱，了解变分法、分子光谱、光电子能谱等内容8讲授课程目标1、2、3、4、55第4章分子的对称性理解分子的对称性、点群的意义，掌握如何判断分子所属点群，了解点群和分子的偶极矩、旋光性的关系4讲授、演示课程目标1、2、3、4、56第5章多原子分子的结构和性质理解价电子对互斥理论、杂化轨道理论和离域分子轨道理论，掌握HMO法、分子轨道对称性和反应机理，了解分子轨道对称性和反应机理、缺电子多中心键和硼烷的结构等内容6讲授课程目标1、2、3、4、57第6章配位化合物的结构和性质理解配位场理论的要点，掌握配位键与有关配合物的结构和性质，了解原子簇化合物的结构与性质、金属-金属四重键、物质磁性和磁共振等内容4讲授课程目标1、2、3、4、58第7章晶体的点阵结构和晶体的性质理解晶体结构的周期性和点阵，掌握晶体结构的对称性，了解晶体的结构的表达和应用、晶体的X射线衍射原理6讲授、展示课程目标1、2、3、4、59第8章金属的结构和性质理解金属的性质和金属键、掌握球的密堆积和金属单质的结构、了解合金的结构和性质、固体表面的结构和性质3讲授课程目标1、4、510第9章离子化合物的结构化学理解离子键的本质和点阵能的定义，掌握典型离子化合物的结构，了解离子配位多面体及其连接方式和硅酸盐的结构2讲授课程目标1、4、511第10章次级键及超分子结构化学掌握氢键及氢键在生命物质中的作用和分子间的相互作用，了解点非氢键型、键级、次级键及超分子结构(分子识别和超分子自组装)2讲授课程目标1、3、4、5合计51七、实验内容、基本要求与学时分配（如有实验，则需再按以下格式继续填写）序号实验项目名称实验内容与要求学时类型对应课程目标1合计注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括“演示性”、“验证性”、“设计性”、“探究性”、“其它”等。八、学业评价和课程考核（一）考核类型：√考试考查（二）考核方式：开卷考试√闭卷考试课程论文课程报告其它：（三）成绩评定：考核依据建议分值（百分比）考核/评价细则对应课程目标过程考核40%出勤表现10%要求不迟到、不旷课、上课认真听讲；无故旷课一次扣完出勤分值；全勤+10课程目标1-5作业20%要求作业完整、正确，基本概念和基础知识掌握熟练课程目标1-5随堂小测10%按解答题目的准确度得0-10课程目标1-5期末考核60%依据标准答案和评分细则课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标5九、课程目标达成评价课程目标的实际达成效果计算方式如下，达成值越高，教学效果越好。课程目标达成度毕业要求指标点达成度十、教材与教学参考书（一）教材《结构化学基础》，周公度、段连运编，北京大学出版社，2017，第五版。（二）教学参考书《结构化学》，李炳瑞编，高等教育出版社，2011，第二版；《结构化学》，江元生编，高等教育出版社，2011，第二版；《结构化学》，王荣顺、潘秀梅编，高等教育出版社，2016，第二版；《基础结构化学》，张季爽、申成编，科学出版社，2006，第二版；《高等无机结构化学》，麦松威，周公度，李伟基编，北京大学出版社，2014，第二版；《物质结构》，徐光宪、王祥云编，高等教育出版社，2010，第二版；《物质结构》，潘道皑编，高等教育出版社，2004，第二版；《量子力学导论》，L.Pauling、E.B.Wilson编，陈洪生译，科学出版社，1964，第一版；《配位化合物的结构和性质》，游效曾编，高等教育出版社，2012，第二版；《群论在化学中的应用》，Cotton