講義内容詳細:化学基礎実験

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年度/Academic Year 2022
授業科目名/Course Title (Japanese) 化学基礎実験
英文科目名/Course Title (English) Basic Experiments in Chemistry
学期/Semester 前期 単位/Credits 2
教員名/Instructor (Japanese) 中田 恭子/柏原 航/高澤 陽太朗/佐々木 郁雄/武藤 克也/島田 林太郎/澤野 卓大/向後 純也
英文氏名/Instructor (English) NAKADA Kyouko/KASHIHARA Wataru/TAKAZAWA Yotaro/SASAKI Ikuo/MUTOH Katsuya/SHIMADA Rintaro/SAWANO Takahiro/KOGO Junya

講義概要/Course description
この科目は、化学分野における基本的な法則や、実生活や科学技術に関連する化学的知見のいくつかを取り扱う。これらの法則や化学的知見は既に確立されたものであって、ここで新たに発見するという性質のものではない。しかし、得られた観察結果や実験データから、一定の条件のもとに見出される一般的な事実や普遍的な法則を導くということは、理工系の学問すべての根幹である。また、実験から結論を導くまでの一連の作業(文献調査、実験データの記録、データ処理、図表の作成、考察、報告書の作成、など)は、理工系の学問すべてに必須の技能である。
「化学基礎実験」においては、化学に関連した全5テーマの実験を各2週にわたって行う。実験には、実験室にて行う少人数制の「対面実験」と、オンライン教材を通じて行う「オンライン実験」とがある。どちらの場合も、実験操作について学び、実験の様子を観察・記録し、得られたデータを適切な形式のレポートにまとめる。これにより、化学分野における基本的な概念や実験操作について学び、さらに、理工系の学問すべてに共通する技能の獲得を目指す。
達成目標/Course objectives
毎回の学習を通じて、次の各項目を達成する。
(1) 個々の実験の目的と、それに関連する化学の原理とを理解する。
(2) 実験準備としての文献調査の必要性と、文献の適切な利用法(調べ方、引用の仕方)を理解し、実際に文献調査を行う。
(3) 実験結果の記録とデータ処理の方法、ならびに実験結果をまとめる表やグラフの作成法を習得する。
(4) 実験から得られた結果と文献調査から得られた知見を総合して考察を行い、結論を導く。
(5) 以上をまとめて、適切な形式のレポートを作成する。
履修条件(事前に履修しておくことが望ましい科目など)/Prerequisite
特になし
授業計画/Lecture plan
1
授業計画/Class 初回ガイダンス:   【対面授業】
(1) 科目の目的: 実験室で行う実験とオンライン教材を通じて行う実験について
(2) 単位修得の条件、履修上の注意
(3) 受講の実際: 受講の仕方、毎回の授業の流れ、質問の仕方
(4) レポート作成法: 化学実験におけるレポートの役割、レポートの作成法 & 提出法
(5) 実験グループ & 実験スケジュール: 各自の「実験グループ」によってスケジュールが異なる
(6) 連絡ページ: 毎回の実験前に事前レポートの受取状況を確認する
(7) 次週までの課題
(8) 質疑応答
事前学習/Preparation (1) CoursePowerの「化学基礎実験」へアクセスする。第01回授業フォルダ内の「開講前のお知らせ」を参照して、DropboxPaper形式の資料 をPCやスマホから閲覧できるように準備する。
(2) 「連絡ページ」にアクセスして、ガイダンスの事前連絡を確認する。
(3) 「連絡ページ」を参照して、
 (a) PDFファイルを印刷する方法  と
 (b) 作成したレポートをスキャンしてPDFファイルにする方法   を確認しておく。これらは毎回のレポート作成・提出の際に必要となる。
(4) 「連絡ページ」を参照して、化学基礎実験の専用ノート「実験ノート」(←レポート用紙・ルーズリーフは不可)を用意する。
事後学習/Reviewing (1) 指示された方法に従って「第03回_レポート指導」用のテキストをダウンロードする。
(2) 指示された方法に従って「第03回_レポート指導」用のワークシートをダウンロード、片面印刷する。テキストを読み、事前レポートと事後レポートの両方を作成する。作成した事前レポート・事後レポートは、第2回授業当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
(3) 疑問点があればCoursePowerの「質問登録」や Webexの「オフィスアワー」にて質問し、次回の授業までに解消しておく。
2
授業計画/Class 安全指導:  【対面授業】
化学実験を安全に行うために留意すべき点について学ぶ。
(1) 基本的な注意、化学実験室における注意事項
(2) 化学薬品の分類と危険性
(3) 化学薬品の取り扱い方
(4) 実験廃棄物の処理
(5) 事故・災害時の対応
事前学習/Preparation (1) 作成した「第3回 レポート指導」用の事前レポートと事後レポートの両方を指定の方法でCoursePowerに提出する。
(2) CoursePowerより第2回授業のテキストをダウンロードする。全体を読み、疑問点を「実験ノート」に書き出しておく。
事後学習/Reviewing (1) 第2回授業のテキスト、および授業中にとったメモを見直して復習する。
(2) 疑問点はCoursePowerの「質問登録」や Webexの「オフィスアワー」にて質問し、次回の授業までに解消しておく。
3
授業計画/Class レポート指導: 理工系の実験レポートを作成する上で必須となる事項を学ぶ。  【対面授業】
(1) レポートの様式
(2) レポートの各項目に記載すべき内容
(3) 図表の作成法 (グラフ、表、観察スケッチ、他)
(4) 数値データの処理法 (有効数字、誤差、他)
(5) 文献調査法 (オンライン図書館の利用法、データベースの利用法、SDSの利用法、他)
事前学習/Preparation テキストと、前週に提出した事前レポート・事後レポートを見直しておく。
事後学習/Reviewing (1) 返却されたレポートの添削コメントをよく読み、レポート(事前レポート、事後レポート)を作成する上で注意すべき点を「実験ノート」にまとめる。
(2) 疑問点があればCoursePowerの「質問登録」や Webexの「オフィスアワー」にて質問する。
(3) CoursePowerから「スケジュール」にアクセスし、自分の実験スケジュール(日付、テーマ、対面実験/オンライン実験)を確認する。
(4) ガイダンスの資料や「連絡ページ」を参照して、対面実験に必要なもの(白衣、名札、保護メガネ、他)を用意する。
4
授業計画/Class コンピュータ・シミュレーション(1)  【オンライン授業(オンデマンド型)】
気体の状態方程式 : 理想気体のシミュレーションから気体の諸法則を導出し、理想気体という概念を理解する。また、van der Waals モデルに基づく実在気体のシミュレーションから、そのモデルの範囲で現実の気体を記述する方法とその結果について学ぶ。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。
5
授業計画/Class コンピュータ・シミュレーション(2)  【対面授業】
結晶構造の作成 : シミュレーション・ソフトウエアを使って様々な結晶構造を描画する際の考え方を学び、その三次元構造を理解する。また、単位格子、ブラベ格子、格子面および格子面の族などの概念を理解する。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。
6
授業計画/Class 定性分析(1)  【オンライン授業(オンデマンド型)】
Ⅰ族・III族の陽イオンが混在する試料溶液に対して、溶液中に含まれる金属イオンを同定する方法とその結果について学ぶ。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
(3) 「実験ノート」に実験方法の予習を用意する(事前レポートの「方法」欄のコピー貼付可)。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。
7
授業計画/Class 定性分析(2)  【対面授業】
III族・V族・VI族の陽イオンが混在する試料溶液に対して、溶液中に含まれる金属イオンを同定する方法とその結果について学ぶ。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
(3) 「実験ノート」に実験方法の予習を用意する(事前レポートの「方法」欄のコピー貼付可)。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。
8
授業計画/Class 色の科学(1)  【対面授業】
金属イオンによる光吸収:金属イオンを含む水溶液に対して、分光光度計を用いてその光吸収を測定する方法とその結果について学ぶ。また、濃度未知の水溶液に対して、溶液中に含まれる金属イオンの濃度を求める比色定量の原理と方法、およびその結果について学ぶ。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
(3) 「実験ノート」に実験方法の予習を用意する(事前レポートの「方法」欄のコピー貼付可)。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。
9
授業計画/Class 色の科学(2)  【オンライン授業(オンデマンド型)】
セラミックス:様々な金属イオンを含む釉薬を用いて七宝焼を作製する過程とその結果について学ぶ。また、釉薬の成分や焼成過程と色の関係について学ぶ。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
(3) 「実験ノート」に実験方法の予習を用意する(事前レポートの「方法」欄のコピー貼付可)。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。。
10
授業計画/Class 液晶(1)  【対面授業】
液晶分子の合成 : コレステリック液晶の一種であるコレステリル・アセテートを合成する方法とその結果について学ぶ。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
(3) 「実験ノート」に実験方法の予習を用意する(事前レポートの「方法」欄のコピー貼付可)。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。
11
授業計画/Class 液晶(2)  【オンライン授業(オンデマンド型)】
液晶状態の観察 : コレステリック液晶を偏光顕微鏡で観察し、液晶という状態(固体や液体との違い、構造上の特徴、光学的な特性)を理解する。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
(3) 「実験ノート」に実験方法の予習を用意する(事前レポートの「方法」欄のコピー貼付可)。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。
12
授業計画/Class 水の科学(1)  【オンライン授業(オンデマンド型)】
水の電気分解 : イオン交換膜を使用して塩化ナトリウム水溶液を電気分解し、そのpHや電気伝導度を測定する方法とその結果について学ぶ。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
(3) 「実験ノート」に実験方法の予習を用意する(事前レポートの「方法」欄のコピー貼付可)。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。
13
授業計画/Class 水の科学(2)  【対面授業】
飲料水の硬度 : キレート滴定法を用いて、飲料水に含まれるカルシウムとマグネシウムを定量する方法とその結果について学ぶ。
事前学習/Preparation (1) CoursePowerよりテキストをダウンロードし、ワークシートをダウンロード・片面印刷する。
(2) 実験の目的、原理、方法、その他を予習し、事前レポートを作成する。作成した事前レポートは、実験当日の指定時刻までに、指定の方法でCoursePowerに提出する。
(3) 「実験ノート」に実験方法の予習を用意する(事前レポートの「方法」欄のコピー貼付可)。
事後学習/Reviewing 実験結果をまとめ、考察、課題、その他を加えて事後レポートを作成する。作成した事後レポートは、指定の日時までに指定の方法でCoursePowerに提出する。
14
授業計画/Class 補講(1)  【対面授業 または オンライン授業(オンデマンド型)】
第4~8回の実験テーマに関する学習の中から、授業時間内に実施できなかった学習を行う。
事前学習/Preparation CoursePowerよりテキストをダウンロードし、全体をよく読んでおく。重要と思われるポイントを「実験ノート」に書き出しておく。
事後学習/Reviewing (a)テキスト、 (b)授業中にとった「実験ノート」、 (c)対応する実験の事前レポート・事後レポートを見直して復習する。
15
授業計画/Class 補講(2)  【対面授業 または オンライン授業(オンデマンド型)】
第9~13回の実験テーマに関する学習の中から、授業時間内に実施できなかった学習を行う。
事前学習/Preparation CoursePowerよりテキストをダウンロードし、全体をよく読んでおく。重要と思われるポイントを「実験ノート」に書き出しておく。
事後学習/Reviewing (a)テキスト、 (b)授業中にとった「実験ノート」、 (c)対応する実験の事前レポート・事後レポートを見直して復習する。
授業方法/Method of instruction
区分/Type of Class 対面授業 / Classes in-person
実施形態/Class Method ハイブリッド型ブレンド形式 / hybrid blend
補足事項/Supplementary notesこの科目は対面授業(ハイブリッド型ブレンド形式)で実施する。

第1回(ガイダンス)、第2回(安全指導)の2回は、全員がこの順番通りに対面授業&課題演習の形式の授業を受講する。第3回(レポート指導)の受講に必要な事前レポート・事後レポートは、第1回(ガイダンス)受講後に作成し、第2回(安全指導)の指定時間までに提出する必要がある。

第3回(レポート指導)は、「実験グループ」ごとに教室に分かれて受講する。各人が所属する「実験グループ」については第1回(ガイダンス)において説明する。

第4~13回は、毎回、この実験テーマのうちのいずれか1テーマを受講する。各人の受講スケジュール(どの回にどのテーマの実験を行うか、また、対面/オンライン のどちらで実験を行うか)については、第1回ガイダンスにおいて説明する。
各実験テーマの受講は、次の(1)~(9)を順に実施することによって行われる。

(1) 前の週の授業終了後に授業フォルダからテキストをダウンロードする。
(2) 前の週の授業終了後に授業フォルダからワークシートをダウンロードし、全ページを片面印刷する。
(3) テキストを読み、文献調査を行い、事前レポートを作成する。
(4) 事前レポートを指定の形式(PDF)に変換し、受講日の指定時間までにCoursePowerへ提出する。
(5) 実験方法の予習を「実験ノート」に用意する。
(6) 対面授業の回は、実験室にて実験を行う。「実験ノート」を見ながら実験操作を行い、観察結果や測定結果を「実験ノート」に記録する。オンライン授業の回は、受講当日の4~5限の間に授業フォルダの実験教材を視聴する。この時、実験方法の注意や重要な点、観察結果や測定結果を「実験ノート」に記録する。指定の公開期間(原則として1週間)の後は実験教材が視聴できなくなるので、可能な限り、受講当日の4~5限の間に実験教材の視聴を終えること。
(7) 実験を終えたら事後レポートを作成する。
(8) 疑問点があれば、指定の期間内に「質問登録」や「オフィスアワー」にて質問する。
(9) 事後レポートを指定の形式(PDF)に変換し、指定の期日(原則として1週間後)の指定時刻までにCoursePowerへ提出する。

第14~15回については、第1回ガイダンスにおいて説明する。
活用される授業方法/Teaching methods used
成績評価方法/Evaluation
1 レポート Report 100% 実験テーマごとに作成・提出する次のレポートを評価する。
(1) 事前レポート:実験前に作成して、指定の形式(PDF)に変換し、実験当日の指定時刻までにCoursePowerへ提出する。提出期限と提出方法については、初回ガイダンスの説明に従うこと。
(2) 事後レポート:実験終了後に作成して、指定の形式(PDF)に変換し、指定の提出期限までにCoursePowerへ提出する。提出期限と提出方法については、初回ガイダンスの説明に従うこと。
教科書/Textbooks
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Comments
1 化学基礎実験テキスト(2022年度前期版)を使用する。テキストの入手法は初回ガイダンスにて指示する。実験テーマや課題が一部変更されたため、2021年度以前のテキストは使用できない
参考書/Reference books
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1 化学実験テキスト(2022年度前期版)に記載
メッセージ/Message
今年度の化学基礎実験は、実験室で行う少人数制の対面実験とオンライン教材を使って行う実験とを併用する形式で開講します。
実験室で実験を行う回は、自分自身の手を動かして実験操作を行い、自分自身の目や耳をフル活用して結果を観察して下さい。「実験ノート」を見ながら実験操作を行い、観察した結果や測定した結果は、必ず「実験ノート」に記録しましょう。
オンラインで実験を行う回は、自分自身の手を動かして実験操作を行うことはできません。ですが、結果を観察する部分は実験室で行う実験と変わりません。自分自身の目や耳をフル活用して結果を観察して下さい。実験で一番大切なのは、実験操作を行った結果をよく観察して、その観察結果の奥に潜んでいる科学的な法則や事実を見つけ出すことです。オンライン教材には、皆さんが実験室で実験を行ったら観察できたであろうことや、もしかすると一度きりの実験では見逃してしまったかも知れないことが、すべて記録されています。それをよく観察して、必要なら何度でも見直して、貴方が見つけ出したものを「実験ノート」に記録して下さい。
大学で学ぶ実験科目でもう一つ重要なことは、実験結果と文献調査の結果を総合して結論を導き出し、それらを適切な形式の報告書(レポート)にまとめることです。これは、理工学部のどの学科の人にも必要な能力です。この能力を1年生のうちに身につけられるように、毎回のレポート作成を頑張って下さい。提出されたレポートによって成績評価がなされます。わからないことがあれば、CoursePowerの「質問登録」に質問してください。また、火曜と木曜に「オフィスアワー」も予定しています。PCやスマホを使って直接質問ができるので、活用してください。
その他/Others
(1) 毎回の実験の前にテキストをよく読み、事前レポートを作成して指定時間までに提出すること。
(2) テキストの入手法については初回ガイダンスで説明する。指示に従って必ず2022年度前期版のテキストを使用すること。実験テーマや課題の内容が一部変更されたため、他人の使用済みテキストは使えない。
(3) 対面実験の際にもオンライン実験の際にも、「実験ノート」に実験方法の予習を準備し、「実験ノート」に観察・測定結果を記録すること。
(4) 対面実験(コンピュータ・シミュレーションを除く)の際には、「実験ノート」以外に、白衣、名札、保護メガネ、不織布マスクを必ず用意すること。
キーワード/Keywords
化学         実験     理工学基礎実験