《结构化学》课程教学大纲课程概况课程名称结构化学课程号1412013课程英文名称学时/学分54/3Structural Chemistry材料化学、新能源材料与课程性质必修适用专业器件王丹课程负责人教学团队慈志鹏教材：李炳瑞，《结构化学》（第4版），高等教育出版社参考书：1.周公度、段连运，《结构化学基础》（第5版），北京大学出版社选用教材及2.徐光宪、王祥云，《物质结构》（第2版），高等教育出版社参考书目3.周公度，《结构和物性》，高等教育出版社4.潘道、赵成大、郑载兴，《物质结构》（第2版），高等教育出版社课程简介：结构化学是材料化学和化学专业本科生的一门专业必修课，课程主要从量子力学基本假设出发，在微观层次上介绍原子、分子中电子的运动规律，以及原子和分子的空间和电子结构，重点在于揭示化学键和分子间相互作用的本质。通过本课程的学习，学生能够掌握结构化学的基本概念、基本理论和部分化学现象的物理本质，并能够应用所学理论和方法分析一些简单的分子结构和实验现象，培养学生从微观角度分析化学反应和物质结构与性能的能力，可塑造学生抽象思维能力和科学思维方式，以及应用结构化学原理去分析、解决生活、生产中实际问题的能力。课程目标（CourseObjectives，CO）知识目标（CO1)熟悉掌握系统的自然科学基础知识与专业知识掌握科学的思维方法能够对材料科学与工程领域的复杂工程问题进行表述能力目标（CO2）能够对材料科学与工程领域的基于化学的复杂工程问题进行抽象分析ZPMI讲授法教学47学时87%ZPM2研讨式学习3学时6%教学方式(PedagogicalMethods,PM)PM4翻转课堂4学时7%考ZEM1课程作业20%ZEM2单元测试12%16%ZEM3课堂辩论试课必选考核方式(EvaluationMethods,EM)40%口出席12%ZEMS期末考试
1 《结构化学》课程教学大纲 一、课程概况 课程名称 结构化学 课程号 1412013 课程英文名称 Structural Chemistry 学时/学分 54/3 课程性质 必修 适用专业 材料化学、新能源材料与 器件 课程负责人 王丹 教学团队 慈志鹏 选用教材及 参考书目 教材：李炳瑞，《结构化学》（第 4 版），高等教育出版社 参考书：1.周公度、段连运，《结构化学基础》（第 5 版），北京大学出版社 2.徐光宪、王祥云，《物质结构》（第 2 版），高等教育出版社 3.周公度，《结构和物性》，高等教育出版社 4.潘道皑、赵成大、郑载兴，《物质结构》（第 2 版），高等教育出版社 课程简介：结构化学是材料化学和化学专业本科生的一门专业必修课，课程主要从量子力学基本假设出 发，在微观层次上介绍原子、分子中电子的运动规律，以及原子和分子的空间和电子结构，重点在于揭 示化学键和分子间相互作用的本质。通过本课程的学习，学生能够掌握结构化学的基本概念、基本理论 和部分化学现象的物理本质，并能够应用所学理论和方法分析一些简单的分子结构和实验现象，培养学 生从微观角度分析化学反应和物质结构与性能的能力，可塑造学生抽象思维能力和科学思维方式，以及 应用结构化学原理去分析、解决生活、生产中实际问题的能力。 课程目标（Course Objectives, CO） 知识目标（CO1） 熟悉掌握系统的自然科学基础知识与专业知识 能力目标（CO2） 掌握科学的思维方法 能够对材料科学与工程领域的复杂工程问题进行表述 能够对材料科学与工程领域的基于化学的复杂工程问题进行抽象分 析 教学方式 （Pedagogical Methods,PM） ☑PM1 讲授法教学 47 学时 87 % ☑PM2 研讨式学习 3 学时 6 % ☑PM4 翻转课堂 4 学时 7 % 考核方式 （Evaluation Methods,EM） 考 试 课 必 选 ☑EM1 课程作业 20% ☑EM 2 单元测试 16% ☑EM3 课堂辩论 12% ☑EM5 期末考试 40% ☑出席 12%
二、教学大纲的定位说明（一）课程教学目标与任务通过本课程的学习，使学生达到以下几点自标：1.理解概括量子力学基本原理，并能够应用量子力学基本原理处理微观领域问题的基本思路和方法，从原子、分子等微观角度加深“结构决定性能”的观念，形成微观领域粒子运动规律要用量子力学处理的科学思维方式。2.能够概况描述原子和分子轨道的物理含义，并应用量子力学理论表达单电子原子和双原子分子的微观状态方程，阐述量子力学原理研究多电子原子的基本方法和步骤。3.能够认识原子结构与原子结构参数及原子光谱项之间的关系，区分原子轨道和电子云的图形表示。4.熟悉应用分子轨道理论和价键理论分析多原子分子的电子结构，并能够从微观角度出发解释、预测复杂多原子分子的结构及其化学反应性能，并对问题进行科学分析，能够识别其关键环节，并进行正确的表述。5.通过自主学习，能够判断常见分子所属的对称点群及包含的对称元素，分析分子对称性与偶极矩、旋光性的关系。6.通过自主学习，了解超分子化学的研究动向，培养自主学习和终身学习的意识。（二）课程教学目标与培养目标的关系课程教学目标与培养目标的关系：通过本课程的学习，能够加深学生的化学基础理论（培养目标2），培养科学的思维方式，使学生能够在材料相关领域从事基于化学的新材料理论设计、合成和理论分析等工作（培养目标3）。2
2 二、教学大纲的定位说明 （一）课程教学目标与任务 通过本课程的学习，使学生达到以下几点目标： 1.理解概括量子力学基本原理，并能够应用量子力学基本 原理处理微观领域问题的基本思路和方法，从原子、分子等 微观角度加深“结构决定性能”的观念，形成微观领域粒子运 动规律要用量子力学处理的科学思维方式。 2.能够概况描述原子和分子轨道的物理含义，并应用量子 力学理论表达单电子原子和双原子分子的微观状态方程，阐 述量子力学原理研究多电子原子的基本方法和步骤。 3.能够认识原子结构与原子结构参数及原子光谱项之间 的关系，区分原子轨道和电子云的图形表示。 4.熟悉应用分子轨道理论和价键理论分析多原子分子的 电子结构，并能够从微观角度出发解释、预测复杂多原子分 子的结构及其化学反应性能，并对问题进行科学分析，能够 识别其关键环节，并进行正确的表述。 5.通过自主学习，能够判断常见分子所属的对称点群及包 含的对称元素，分析分子对称性与偶极矩、旋光性的关系。 6.通过自主学习，了解超分子化学的研究动向，培养自主 学习和终身学习的意识。 （二）课程教学目标与培养目标的关系 课程教学目标与培养目标的关系：通过本课程的学习， 能够加深学生的化学基础理论（培养目标 2），培养科学的思 维方式，使学生能够在材料相关领域从事基于化学的新材料 理论设计、合成和理论分析等工作（培养目标 3）
1.主要支撑1.1能够将数学、自然科学、工程基础知识和专业知识用于表述材料科学与工程领域的复杂工程问题。2.辅助支撑2.1能够对材料科学与工程领域的基于化学的复杂工程问题进行抽象分析，识别其关键环节和重要参数。课程教学目标与毕业要求的关系见下表。毕业要求2.11.1课程教学目标1.理解概括量子力学基本原理，并能够应用量子力学基本原理处理微观领域问题的基本思路和方法，从原子、分子等微观角度加深“结构决定性能”的观念，形成微观领域粒子运动规律要用量子力学处理的科学思维方式。2.能够概况描述原子和分子轨道的物理含义，并应用量子力学理论表达单电子原子和双原子分子的微观状态方程，阐述量子力学原理研究多电子原子的基本方法和步骤。3.能够认识原子结构与原子结构参数及原子光谱项之间的关系，区分原子轨道和电子云的图形表示。4、熟悉应用分子轨道理论和价键理论分析多原子分子的电子结构，并能够从微观角度出发解释、预测复杂多原子分子的结构及其化学反应性能，并对问题进行科学分析，能够识别其关键环节，并进行正确的表述。5.通过自主学习，能够判断常见分子所属的对称点群及包含的对称元素，分析分子对称性与偶极矩、旋光性的关系。6.通过自主学习，了解超分子化学的研究动向，培养自主学习和终身学习的意识。（三）支撑课程目标的教学内容与方法序号教学内容教学方法课程目标第1章：量子力学基础课程教学目标：理解概括量子力学1.1.从经典力学到早期量子论基本原理，并能够应用量子力学基讲授1.2.量子力学的建立本原理处理微观领域问题的基本思1.3.阱中粒子的量子特征路和方法。课程教学目标：培养应用量子力学第1章习题和与第1章内容相讲授方法处理简单的微观体系的科学思2关的扩展知识点维方式。第2章：原子结构课程教学目标1：能够概况描述原子讲授2.1.单电子原子的Schrodinger轨道的物理含义，并应用量子力学方程及其解理论表达单电子原子的微观状态方3
3 1.主要支撑 1.1 能够将数学、自然科学、工程基础知识和专业知识用 于表述材料科学与工程领域的复杂工程问题。 2.辅助支撑 2.1 能够对材料科学与工程领域的基于化学的复杂工程 问题进行抽象分析，识别其关键环节和重要参数。 课程教学目标与毕业要求的关系见下表。 毕业要求 课程教学目标 1.1 2.1 1.理解概括量子力学基本原理，并能够应用量子力学基本原理处理微观领 域问题的基本思路和方法，从原子、分子等微观角度加深“结构决定性 能”的观念，形成微观领域粒子运动规律要用量子力学处理的科学思维 方式。 √ 2.能够概况描述原子和分子轨道的物理含义，并应用量子力学理论表达单 电子原子和双原子分子的微观状态方程，阐述量子力学原理研究多电子 原子的基本方法和步骤。 √ 3.能够认识原子结构与原子结构参数及原子光谱项之间的关系，区分原子 轨道和电子云的图形表示。 √ 4、熟悉应用分子轨道理论和价键理论分析多原子分子的电子结构，并能 够从微观角度出发解释、预测复杂多原子分子的结构及其化学反应性能， 并对问题进行科学分析，能够识别其关键环节，并进行正确的表述。 √ √ 5.通过自主学习，能够判断常见分子所属的对称点群及包含的对称元素， 分析分子对称性与偶极矩、旋光性的关系。 √ 6.通过自主学习，了解超分子化学的研究动向，培养自主学习和终身学习 的意识。 √ （三）支撑课程目标的教学内容与方法 序号 教学内容 教学方法 课程目标 1 第 1 章：量子力学基础 1.1.从经典力学到早期量子论 1.2.量子力学的建立 1.3.阱中粒子的量子特征 讲授 课程教学目标：理解概括量子力学 基本原理，并能够应用量子力学基 本原理处理微观领域问题的基本思 路和方法。 2 第 1 章习题和与第 1 章内容相 关的扩展知识点 讲授 课程教学目标：培养应用量子力学 方法处理简单的微观体系的科学思 维方式。 3 第 2 章：原子结构 2.1.单电子原子的 Schrödinger 方程及其解 讲授 课程教学目标 1：能够概况描述原子 轨道的物理含义，并应用量子力学 理论表达单电子原子的微观状态方
2.2.原子轨道和电子云的图形程，阐述量子力学原理研究单电子表示原子的基本方法和步骤。2.3.量子数与可测物理量课程教学目标2：能够认识原子结构2.4.多电子原子的结构与原子结构参数及原子光谱项之间2.5.原子结构参数的关系，区分原子轨道和电子云的2.6.原子光谱项图形表示。课程教学目标：培养应用量子力学第2章习题和与第2章内容相讲授+研讨方法处理简单的微观体系的科学思4关的扩展知识点维方式。第3章：双原子分子结构与化课程教学目标：能够概况描述分子学键理论轨道的物理含义，并应用量子力学讲授3.1.分子轨道理5理论表达双原子分子的微观状态方3.2.价键理论程，阐述量子力学原理研究双原子3.3.双原子分子的光谱项分子的基本方法和步骤。课程教学目标：培养应用量子力学第3章习题和与第3章内容相讲授+研讨方法处理简单的微观体系的科学思6关的扩展知识点维方式。第4章：分子对称性与群论初步课程教学目标：通过自主学习，能4.1.对称性概念够判断常见分子所属的对称点群及4.2.分子的对称操作与对称元翻转课堂7包含的对称元素，分析分子对称性素与偶极矩、旋光性的关系。4.3.分子点群4.4.分子对称性与偶极矩、旋光性的关系第5章：多原子分子的结构与性质5.1.非金属元素的结构化学：8-N法则课程教学目标：熟悉应用分子轨道5.2.非共轭分子几何构型与理论分析多原子分子的电子结构。VSEPR规则能够应用量子力学原理，从微观角讲授+研讨85.3.共轭分子与SHMO法度出发解释、预测复杂多原子分子5.4.饱和分子的正则轨道与定的结构及其化学反应性能，并对问域轨道题进行科学分析，能够识别其关键5.5.缺电子分子的结构环节，并进行正确的表述。5.6.多原子分子的谱项5.7.配位场理论5.8.分子轨道对称性守恒原理课程教学目标1：培养应用量子力学方法处理简单的微观体系的科学思维方式。第5章习题和与第5章内容相讲授9关的扩展知识点课程教学目标2：能够应用量子力学原理，从微观角度出发解释、预测复杂多原子分子的结构及其化学反4
4 2.2.原子轨道和电子云的图形 表示 2.3.量子数与可测物理量 2.4.多电子原子的结构 2.5.原子结构参数 2.6.原子光谱项 程，阐述量子力学原理研究单电子 原子的基本方法和步骤。 课程教学目标 2：能够认识原子结构 与原子结构参数及原子光谱项之间 的关系，区分原子轨道和电子云的 图形表示。 4 第 2 章习题和与第 2 章内容相 关的扩展知识点 讲授+研讨 课程教学目标：培养应用量子力学 方法处理简单的微观体系的科学思 维方式。 5 第 3 章：双原子分子结构与化 学键理论 3.1.分子轨道理 3.2.价键理论 3.3.双原子分子的光谱项 讲授 课程教学目标：能够概况描述分子 轨道的物理含义，并应用量子力学 理论表达双原子分子的微观状态方 程，阐述量子力学原理研究双原子 分子的基本方法和步骤。 6 第 3 章习题和与第 3 章内容相 关的扩展知识点 讲授+研讨 课程教学目标：培养应用量子力学 方法处理简单的微观体系的科学思 维方式。 7 第 4 章：分子对称性与群论初 步 4.1.对称性概念 4.2.分子的对称操作与对称元 素 4.3.分子点群 4.4.分子对称性与偶极矩、旋 光性的关系 翻转课堂 课程教学目标：通过自主学习，能 够判断常见分子所属的对称点群及 包含的对称元素，分析分子对称性 与偶极矩、旋光性的关系。 8 第 5 章：多原子分子的结构与 性质 5.1.非金属元素的结构化学： 8-N 法则 5.2.非共轭分子几何构型与 VSEPR 规则 5.3.共轭分子与 SHMO 法 5.4.饱和分子的正则轨道与定 域轨道 5.5.缺电子分子的结构 5.6.多原子分子的谱项 5.7.配位场理论 5.8.分子轨道对称性守恒原理 讲授+研讨 课程教学目标：熟悉应用分子轨道 理论分析多原子分子的电子结构。 能够应用量子力学原理，从微观角 度出发解释、预测复杂多原子分子 的结构及其化学反应性能，并对问 题进行科学分析，能够识别其关键 环节，并进行正确的表述。 9 第 5 章习题和与第 5 章内容相 关的扩展知识点 讲授 课程教学目标 1：培养应用量子力学 方法处理简单的微观体系的科学思 维方式。 课程教学目标 2：能够应用量子力学 原理，从微观角度出发解释、预测 复杂多原子分子的结构及其化学反
应性能，并对问题进行科学分析，能够识别其关键环节，并进行正确的表述。第6章：超分子化学简介106.1.超分子的概念课程教学目标：通过自主学习，了6.2.分子间相互作用翻转课堂解超分子化学的研究动向，培养自6.3.分子识别与自组装主学习和终身学习的意识。6.4.超分子实例6.5.晶体工程（四）先修课程要求，与先修及后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接先修相关课程：《高等数学》《线性代数》《普通物理》《普通化学》后续相关课程：《固体物理》与先修相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：《高等数学》中微积分、级数、极限等数学知识为《结构化学》提供了必要的数学基础。《线性代数》中矩阵的概念和计算在《结构化学》中广泛应用。《普通物理》涉及的力学量是构造微观体系哈密顿算符的基础。《普通化学》中涉及了物质结构、化学键等理论，《结构化学》在《普通化学》相关知识点的基础上，从量子力学的角度对相关内容进行了深入的诠释。与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：《结构化学》从微观角度分析了原子、分子中电子的运动状态，为后续的《固体物理》中固体电子理论提供了知识基础。（五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准本课程目标达成度的考核方法主要包括过程性评价和终结性评价两部分：过程性评价包括出席、课堂辩论、课程作业和单元测试。5
5 应性能，并对问题进行科学分析， 能够识别其关键环节，并进行正确 的表述。 10 第 6 章：超分子化学简介 6.1.超分子的概念 6.2.分子间相互作用 6.3.分子识别与自组装 6.4.超分子实例 6.5.晶体工程 翻转课堂 课程教学目标：通过自主学习，了 解超分子化学的研究动向，培养自 主学习和终身学习的意识。 （四）先修课程要求，与先修及后续相关课程之间的逻 辑关系和内容衔接 先修相关课程：《高等数学》《线性代数》《普通物理》 《普通化学》 后续相关课程：《固体物理》 与先修相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：《高等数 学》中微积分、级数、极限等数学知识为《结构化学》提供 了必要的数学基础。《线性代数》中矩阵的概念和计算在《结 构化学》中广泛应用。《普通物理》涉及的力学量是构造微 观体系哈密顿算符的基础。《普通化学》中涉及了物质结构、 化学键等理论，《结构化学》在《普通化学》相关知识点的 基础上，从量子力学的角度对相关内容进行了深入的诠释。 与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：《结构化 学》从微观角度分析了原子、分子中电子的运动状态，为后 续的《固体物理》中固体电子理论提供了知识基础。 （五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准 本课程目标达成度的考核方法主要包括过程性评价和终 结性评价两部分： 过程性评价包括出席、课堂辩论、课程作业和单元测试