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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 応用化学科
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
化学熱力学
Chemical Thermodynamics
2 B003-01 2021年度
2期(後学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習・教育目標
キーワード 学習・教育目標
1.物質の状態の記述 2.気体分子の運動 3.熱力学第一法則 4.熱力学第二法則 5.エンタルピーとエントロピー 理学、工学の広い分野に関わる熱力学という学問の基礎について学び、まず化学分野の応用 例として、物質のありさまをエネルギーの観点から理解し、それを記述することができると 同時に、その理解にもとづき化学の応用的な問題が解けることを目標とする。さらに、環境 、地域のエネルギー需給など、熱力学で理解、解決できるさらに広範囲な事例についても紹 介し考察する。
授業の概要および学習上の助言
以下の項目について演習を中心として学んでいく. 1 気体状態方程式と気体分子運動論 2 運動エネルギーと位置エネルギー 3 熱化学とヘスの法則、熱力学第一法則とエンタルピー 4 熱力学第二法則とエントロピー 授業では練習問題を配布し、授業の中で随時解答していく.単に解答が提示されるのを待つのではなく、積極的に各自が解答 を試みることで浮かび上がる疑問点や理解しにくい点を意識していくように心がけてほしい. 応用化学を学ぶ基本となる内容であるので,学習内容をしっかり理解していくようにする. 高校において基礎化学を学んでいない場合には,十分な予習が必要となるので注意する. 本科目では化学を中心に学習するが、熱力学自体は理学から工学、物理から生物にわたる非常に広い分野と関わりがある. そこで「熱」にかかわる化学実験装置、手法についてキャンパスや実験室で実物に触れることを勧める.
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:アトキンス物理化学要論 第7版[東京化学同人] 参考書:指定なし リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
1 応用化学を学んでいくために必要な物理および数学の基礎的な知識を習得している。 2 化学の基礎的な知識を習得している。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
L 気体の状態方程式を理解し、これを説明できる。
L 熱力学第一法則を理解し、これを説明できる。
L エンタルピーの概念を説明できる。
L 熱力学第二法則を理解し、これを説明できる
L エントロピーの概念を説明できる。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 40 50 10 0 0 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 40 50 10 0 0 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 20 25 5 0 0 0 0 50
思考・推論・創造する力 20 25 0 0 0 0 0 45
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 0 0 0 0 0
発表・表現・伝達する力 0 0 5 0 0 0 0 5
学習に取組む姿勢・意欲 0 0 0 0 0 0 0 0
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 基礎的な事項を理解し、これらを記述することができるとともに、この理解にもとづき演習問題を解くこ とができるかを評価する。基礎的な項目を確実に自らの知識として理解し、これにもとづき演習問題を確 実に解けるようにする。
クイズ
小テスト
授業で配布する練習問題を解答していくことで、基礎的な項目を確実に自らの知識として理解し、これに もとづき教科書にある進んだ演習問題を確実に解けるようにする。基礎的な事項を理解し、これらを記述 することができるとともに、この理解にもとづき演習問題を解くことができるかを評価する。
レポート 熱力学自体は理学から工学、物理から生物にわたる非常に広い分野と関わりがある. キャンパスや実験室で化学実験装置、手法の実物に触れて、それらが「熱」「エネルギー」とどう関わり 活用しているかを考察してレポートにまとめる.
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
気体の状態方程式、熱力学第一および第二法則を中心とした概 念を理解し、これらについての演習問題を解くことができると ともに、自らの知識を社会において応用していくために必要な 知識と知恵が身についている。 気体の状態方程式、熱力学第一および第二法則を中心とした基 礎的概念を理解し、これらについての基礎的な演習問題を解く ことができる。
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分
1回 化学とエネルギー、単位と次元 原子・分子という化学の基礎から地域社会のエネルギ ー需給など、ミクロからマクロまでのエネルギーがか かわる話題を取り上げる。物理量と単位、その変換な どについてま学習する。 遠隔授業による講義と質疑・ 演習 (予習)教科書0章「はじめに」 を中心に化学とエネルギーの関連 について予習を行う。 (復習)エネルギーなど、化学に 必要な物理的概念について復習す る。教科書付録1「物理量と単位 」を中心に単位変換などについて 復習し配布した練習問題を解答す る。 30 100
2回 気体の状態 -ボイルの法則とシャルルの法則- 対面授業による講義と質疑・ 演習 (予習)教科書1章「気体の性質 」からボイルの法則およびシャル ルの法則について予習を行う。 (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった演習問題ついて 復習する。圧力、体積、温度など の単位を含めた計算について復習 する。 60 100
3回 気体の状態方程式 遠隔授業による講義と質疑・ 演習 (予習)教科書1章「気体の性質 」から気体の状態方程式とは何か について予習を行う。 (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった演習問題につい て復習する。気体定数を数値と単 位の結びつきで理解する。 60 100
4回 演習-気体の状態方程式ー 対面授業週での講義と質疑・ 演習 気体の性質について配布された演 習問題について解答しておく。 (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった演習問題につい て復習する。単位を含めて計算す る習慣を確実にする。 60 100
5回 気体分子の運動と圧力 完全気体と実在気体 遠隔授業での講義と質疑・演 習 (予習)教科書0章「はじめに」 の中の力学の基礎、運動方程式に ついて予習する。 (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった演習問題につい て復習する。運動エネルギーにつ いて復習する。 60 100
6回 演習-5回までの内容- 小テスト1 対面授業での講義と質疑・演 習 小テスト(1) (予習、準備)演習問題を解き小 テストに備える。授業でといた演 習問題について復習しておく。 (復習)小テスト1で解答できな かった問題について復習する。 180 60
7回 中間振り返りと自己点検 力と仕事、運動エネルギー、位置エネルギーとエネル ギー保存の法則 遠隔授業での講義と質疑・演 習 (予習)教科書0章「はじめに」 の中の運動エネルギーと位置エネ ルギーについて予習する。 (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった演習問題につい て復習する。2種類のエネルギー の違いについて復習する。 60 100
8回 熱力学第一法則とエンタルピー 仕事とエンタルピー 熱容量と状態変化 対面授業での講義と質疑・演 習 (予習)教科書2章「熱力学第一 法則」について基礎的な予習を行 う。 (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった演習問題につい て復習する。力学的なエネルギー と化学的なエネルギーの違いを復 習する。 60 100
9回 いろいろなエンタルピー ヘスの法則 遠隔授業での講義と質疑・演 習 (予習)教科書3章「熱化学」の ヘスの法則について基礎的な予習 を行う。 (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった演習問題につい て復習する。エネルギー保存則と の関わりについて復習する。 60 100
10回 エントロピー入門 小テスト(2) 対面授業週での講義と質疑・ 演習 小テスト(2) (予習)熱化学について配布され た演習問題を解き小テストに備え る (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった問題について復 習する。エントロピーの基礎事項 について復習する。 60 100
11回 熱力学第二法則とエントロピー 物質のエントロピー エントロピー変化 遠隔授業での講義と質疑・演 習 (予習)教科書4章「熱力学第二 法則」のエントロピーについての 基礎的な予習を行う。 (復習)理解できなかった内容、 演習問題について復習する。 180 60
12回 系と外界のエントロピー変化 ギブズエネルギーと変化の方向 対面授業での講義と質疑・演 習 (自己点検)これまでの学習内容 を振り返っておく。 (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった演習問題につい て復習を行う。 30 70 100
13回 仕事とギブズエネルギー 遠隔授業での講義と質疑・演 習 (予習)教科書4章「熱力学第二 法則」エントロピー変化、ギブス エネルギーについて復習する (復習)理解できなかった内容、 解答できなかった問題について復 習する。 90 100
14回 エントロピーの統計力学的背景および他分野との関わ り 期末試験(80分)(対象範囲は第1回〜第13回のすべて の学習内容) 対面授業での講義と質疑・演 習 (試験)筆記試験について解 答する。 (予習)教科書テーマ12「統計 熱力学」を読んで予習を行う。 (復習)解答できなかった問題に ついて復習を行なう 180 60
15回 自己点検と総合演習 (実験装置、実験手法と熱力学、気体の性質との関連 について) (北陸地域のエネルギー供給体制について調査する) 遠隔授業での講義と質疑 応用化学科の研究分野の調査 、レポート作成、試験返却 (自己点検)理解が十分でなかっ た事項を確認しておく (復習)理解が不十分であった項 目を復習する (課題作成)地域のエネルギー問 題をとりあげ、科学、工学の役割 について議論し、レポートを提出 する。 30 60 120