國立交通大學

微觀化學世界-初階基礎課程（2020化學人才培育夏季班）

教師: 李大偉

高中MOOC-高中人才培育計畫

2020/06/22 ~ 2020/09/20

36小時/18週 (尚未開始)

         專班課程

不開放自由選修

摘要

※本課程07/01正式開始，06/22~06/30為準備週供學員測試帳號和預習

Ø  本次課程目前僅開放給人才培育計畫錄取學生。

Ø 報名資格：班排名前20%的國高中職在校生(特殊班及檢附推薦函者不在此限)

Ø  若欲報名課程，請至計畫網站報名，相關資訊請參考網站說明與介紹。

Ø 課程簡介

瞭解電子在原子中運動的幾何形狀，並能計算不同運動的電子能量。 瞭解電子的運動狀態如何影響原子的活性，並能清楚解釋週期表上原子的特性。 瞭解古典分子模式的化學鍵模型（包括離子鍵與共價鍵），並能清楚繪製路易士結構（Lewis Structure）。 瞭解分子的共振結構，並能清楚計算Formal Charge來辨別其穩定性。 瞭解利用「電子對排斥理論」從 Lewis Structure預測此分子的3D立體結構。 瞭解「價鍵理論」如何在 Lewis Structure模式下，將原子軌域與古典分子模行進行完美的混成。 瞭解「分子軌域理論」建立出化學鍵的新模型。 利用「分子軌域理論」解釋分子顏色、導電性與磁性的由來。

課程目標

• 瞭解電子在原子中運動的幾何形狀，並能計算不同運動的電子能量。
• 瞭解電子的運動狀態如何影響原子的活性，並能清楚解釋週期表上原子的特性。
• 瞭解古典分子模式的化學鍵模型（包括離子鍵與共價鍵），並能清楚繪製路易士結構（Lewis Structure）。
• 瞭解分子的共振結構，並能清楚計算Formal Charge來辨別其穩定性。
• 瞭解利用「電子對排斥理論」從 Lewis Structure預測此分子的3D立體結構。
• 瞭解「價鍵理論」如何在 Lewis Structure模式下，將原子軌域與古典分子模行進行完美的混成。
• 瞭解「分子軌域理論」建立出化學鍵的新模型。
• 利用「分子軌域理論」解釋分子顏色、導電性與磁性的由來。

授課教師

課程進度表

第1週:ewant學習簡單上手：學習平臺功能教學

第2週:Week 1 新原子模型的需求與量子理論的雛形

第3週:Week 2 薛丁格方程式、波函式與氫原子的軌域

第4週:Week 3 單電子與多電子原子軌域的差異

第5週:Week 4 原子軌域的應用：八隅體、週期表與化學鍵的形成

第6週:線上期中考

第7週:Week 5 八隅體的應用：離子鍵、共價鍵與路易士結構

第8週:Week 6 分子的幾何形狀與價鍵理論

第9週:Week 7 新分子模型的需求與分子軌域理論

第10週:Week 8 分子軌域理論的應用：顏色、導電與磁性

第11週:線上即時互動課

第12週:實體期末考

課程內容

本課程分為兩大部份，每一部份各分為四大單元。

第一部份（Week 1 ~ Week 4 的課程）介紹如何利用量子力學瞭解原子與電子相互吸引的能階與電子運動的波函式，並進而利用波函式所得到原子軌域解釋八隅體的合理性，元素的週期特性及分子軌域形成的原理；

第二部份（Week 5 ~ Week 8 的課程）則是介紹如利用八隅體及分子軌域不同的理論分別解釋分子化學鍵的複雜性。

上課形式

本課程分為兩大部份，每一部份各分為四大單元，每個單元將由數個小單元所組成，每個小單元提供一段10~30分鐘的視頻影片。每一週課後有1~2個小練習（放置於「作業測驗」中），如同模擬小考讓同學在真正進小考前有心理準備。小練習全部不計在總成績中，但可能在小考或期中考或期末考出現。每個小練習都有可有10次練習的機會，若有任何問題歡迎同學在「小考練習區討論」。

本課程每個單元的學習總時間以一週為限，Week 1 ~ Week 8 皆有小考。

本課程於完成 Week 4 課程後，進行網路期中考；

在完成 Week 8課程後，請到交大進行紙筆期末考。

小考與網路期中考皆有2次考試機會，小考的時限為30分鐘而期中的時限為60分鐘。

所有的考試皆取最高分的紀錄當成該次考試的分數。

• 每週課程進度

※課程面授時間表

◎線上互動將利用Joinnet平台，於線上即時與修課學生作互動授課，將會由樂學網負責提供技術服務，協助教師與學生的連線事宜。

評分標準

• 課程及格標準：60分 

• 滿分：100分

• 平時測驗： 8次（分別為Week 1 ~ Week 8的上課內容的小考），佔20%

• 線上期中考：1次（考試內容為Week 1~Week 4的所有上課內容），佔20%

• 實體期末考： 1次（考試內容為Week 1 ~ Week 8的所有上課內容），佔60%

※成績將於實體面授課後20個工作天內發佈。

※證書將於公佈成績後20個工作天內寄發。

通過標準

課程及格標準:60分滿分：100分

先修科目或先備能力

高一化學、熟悉三角函數與其圖形、熟悉指數與對數函數與其圖形及微積分

建議參考書目

本課程提供上課講義，不需額外購買教科書。學習者仍可參考坊間書局或以下推薦之統計相關書籍，以獲得更豐富及更深入的學習內容。

• Atkins, Peter, and Loretta Jones. Chemical Principles: The Quest for Insight. 5th ed. New York, NY: W.H. Freeman and Company, 2010.
• 電子書ebook：http://www.whfreeman.com/catalog/Product/chemicalprinciples-fifthedition-atkins

常見問答集

(1) 問：此課程完成後是否提供相關證書？
      答：是。總成績超過（含） 60分者，可獲得一紙「修課通過證明」。

(2) 問：哪種人適合上此課？
      答：只要對週期表好奇或對下列問題感興趣者，皆適合來上此課：

• 電子到底如何在原子核旁運動呢？
• 為什麼有些元素活性特別強，容易產生化學反應；有些元素卻特別穩定，可以單獨存在？
• 電子到底如何幫忙原子結合成分子？
• 分子為什麼會有顏色？
• 分子為什麼有磁性？
• 分子為什麼能導電？

(3) 問：此課程需要很強的數學背景知識嗎？
      答：不需要太強。但還是要對三角函數、指數函數、對數函數及簡單微積分擁有基本觀念。
              如果對課程中的數學感到學習困難，每單元的參考資料將會放入與該單元相關的
              數學教學影音檔或超連結。

(4) 問：請問兩岸的專業術語翻譯不同會不會影響我的學習?

      答：雖然兩岸的專業術語翻譯有些許不同，但本課程在專有名詞或人名旁將放上原文以供參考。