到達目標
（科目コード：41070、英語名：Experiments in Materials Engineering）
この科目は長岡高専の教育目標（D）と主体的に関わる。この科目の到達目標と、長岡高専の学習・教育到達目標との関連を、到達目標、評価の重み、学習教育目標との関連の順で示す。①. 物理化学の原理や法則と実際の現象との関係を、「授業計画・内容に示した項目の実験」を通して学ぶことにより、その知識を更に確実なものにする。30%(d3)、②. 測定した物理量の取り扱い方の基礎を身につける（有効数字、回帰分析等）。30%(d3)、③. 報告書の書き方を身につける。40%(d4)。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 最低限の到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 実験内容の理解と実験操作 | 実験テーマについて、その目的と背景を理解している。各実験操作についても、その意味を理解して実験を行っている。 | 実験テーマについて、その目的と背景を理解している。 | 実験テーマについて、その目的と背景を概ね理解している。 | 左記に達していない |
| フローチャートの書き方 | 実験テーマについて、その目的と背景を理解し、実験前に必要な計算がされている。実験結果をを整理するための表やグラフが準備してある。 | 実験テーマについて、その目的と背景を理解し、各実験操作についても、その意味を理解している。 | 実験テーマについて、その目的と背景を理解し、各実験操作についても、その意味を概ね理解している。 | 左記に達していない |
| 報告書の書き方 | 実験テーマについて、その目的と背景を理解している。目的、方法、結果、考察など、報告書としての体裁が整い、結果と考察が十分に検討されている。 | 実験テーマについて、その目的と背景を理解している。目的、方法、結果、考察など、報告書としての体裁が整っている。 | 実験テーマについて、その目的と背景を理解している。目的、方法、結果、考察など、報告書としての体裁が概ね整っている。 | 左記に達していない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
物理化学分野の学習内容についての理解を深めるために、下に示したテーマのうちのいくつかについて基礎的な実験を行う。実験者は精度の高い測定値が得られるよう、各実験テーマの目的に則した実験計画を立て、この実験計画に基づき物理・化学量を測定する。得られた実験データはパソコンなどを用いて解析し、実験結果についての考察を行う。この実験を通して基礎的な実験操作を体得するとともに、物理化学の基本的な考え方を身に付ける。
○関連する科目：物質工学実験(無機･有機･生化)（3学年前期･後期履修）、物質工学実験(化工)（5学年前期履修）、卒業研究（5学年前期･後期履修）
授業の進め方・方法:
第1回、実験の進め方、全体を通しての注意などを含め、本実験についてのガイダンスを行う。
第2回、実験は安全が第一であることから、安全・衛生についての説明を行う。
以下の6テーマの実験を用意しており、１テーマにつき2週で実験を行う。それぞれの実験テーマの到達目標については授業計画の第3週から第１4週に示した。
1. 溶解熱
2. 分子量の測定（凝固点降下法）
3. 液体の蒸気圧
4. 固体の密度
5. 反応速度
6. 分解電圧
注意点:
実験は安全が第一である。事故が起きないよう、実験中は周囲にも気を配り事故防止に努めなければならない。実験は班単位で行うが、各自が行う実験作業量に偏りが出ないよう、協力して実験を進めること。
実験前のフローチャート、実験後のレポートは必ず期限までに提出すること。特段の理由無く提出期限を過ぎたフローチャート、レポートは受理しない。全てのレポートが受理されていなければ単位を取得できないので注意すること。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス |
実験における安全確保の重要性の理解。本科目の意義についての理解。
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| 2週 |
安全衛生指導
実験器具の準備
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実験を進める上での安全・衛生に関する具体的な事例の理解。器具の取り扱いに関する理解。
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| 3週 |
１. 溶解熱 |
熱量計を用いて物質の溶解熱を測定し、熱容量、溶媒和について理解する
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| 4週 |
１. 溶解熱 |
熱量計を用いて物質の溶解熱を測定し、熱容量、溶媒和について理解する
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| 5週 |
２. 分子量の測定（凝固点降下法） |
凝固点降下を測定し、分子量を求め、束一的性質を理解する
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| 6週 |
２. 分子量の測定（凝固点降下法） |
凝固点降下を測定し、分子量を求め、束一的性質を理解する
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| 7週 |
３. 液体の蒸気圧 |
液体の蒸気圧の温度依存性を測定し、蒸発エンタルピーを求め、クラウジウスークラペイロンの式について理解を深める
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| 8週 |
３. 液体の蒸気圧 |
液体の蒸気圧の温度依存性を測定し、蒸発エンタルピーを求め、クラウジウスークラペイロンの式について理解を深める
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| 2ndQ |
| 9週 |
４. 固体の密度 |
ピクノメーターを用いて固体の密度を測定し、計算密度との比較から、固体構造についての理解を深める
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| 10週 |
４. 固体の密度 |
ピクノメーターを用いて固体の密度を測定し、計算密度との比較から、固体構造についての理解を深める
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| 11週 |
５. 反応速度 |
反応の速度の温度依存性を測定することにより、反応の活性化エネルギーを求められることを理解する
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| 12週 |
５. 反応速度 |
反応の速度の温度依存性を測定することにより、反応の活性化エネルギーを求められることを理解する
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| 13週 |
６. 分解電圧 |
種々の溶液を用いて分解電圧を測定し、電極反応と電極電位について理解する
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| 14週 |
６. 分解電圧 |
種々の溶液を用いて分解電圧を測定し、電極反応と電極電位について理解する
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| 15週 |
実験器具の整理
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実験に用いた装置、器具の洗浄と整理を行い、装置の保守・管理法を理解する。
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| 16週 |
期末試験
17週：試験解説と発展授業 |
試験時間：50分
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の工学実験・実習能力 | 化学・生物系分野【実験・実習能力】 | 物理化学実験 | 温度、圧力、容積、質量等を例にとり、測定誤差(個人差・器差)、実験精度、再現性、信頼性、有効数字の概念を説明できる。 | 4 | 前1 |
| 各種密度計(ゲールサック、オストワルド等)を用いて、液体および固体の正確な密度を測定し、測定原理を説明できる。 | 4 | 前13 |
| 熱に関する測定(溶解熱、燃焼熱等)をして、定量的に説明できる。 | 4 | 前6 |
| 分子量の測定(浸透圧、沸点上昇、凝固点降下、粘度測定法等)により、束一的性質から分子量を求めることができる。 | 4 | 前5 |
| 相平衡(液体の蒸気圧、固体の溶解度、液体の相互溶解度等)を理解して、平衡の概念を説明できる。 | 4 | 前4 |
| 基本的な金属単極電位(半電池)を組み合わせ、代表的なダニエル電池の起電力を測定できる。また、水の電気分解を測定し、理論分解電圧と水素・酸素過電圧についても説明できる。 | 4 | 前7 |
| 反応速度定数の温度依存性から活性化エネルギーを決定できる。 | 4 | 前11 |
評価割合
| 試験 | レポート | フローチャート | 合計 |
| 総合評価割合 | 30 | 50 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 30 | 50 | 20 | 100 |
| 専門的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 |