创新设计应用的理念与3D打印。四、教学环节安排与要求课内讲授：达到“工程知识”目标，掌握3D打印的技术和材料分类，熟悉3D打印的典型应用领域及应用途径。课内讨论：达到“工程与社会”目标，正确认识3D打印技术，能够合理选择3D打印技术来为自己的工作和研究服务。课外讨论：达到问题分析”目标，能够根据问题需求，选择合适的3D打印的技术和材料种类。课外作业：达到“使用现代工具”和“设计/开发解决方案目标，掌握3D模型设计的计算机辅助软件的基本操作，并参与3D打印实践过程，初步具备应用智能制造技术解决工程问题的能力。五、教授方法与学习方法教授方法：(1）讲授在讲解3D打印的相关基本概念和技术工艺原理时，运用立体视图、动画或视频等多媒体教学技术使抽象的概念讲解更为形象，加深学生的理解。在讲解3D打印的发展史和应用情况时穿插介绍我国在相关领域取得的成就、重要科学家做出的贡献以及存在的短板问题，培养学生的科研兴趣和家国情怀。（2）研讨在教学过程中，注重建立基本知识与实际应用之间的联系，适时引入最新的工程应用案例，针对性地提出问题，启发学生运用前期所学知识在课堂上进行分析讨论，使学生从被动学习转变为主动探索，从学习知识到勇于创新，从而强化其对基础知识点的理解和实际运用能力。（3）探究教学和小组合作根据授课进度设置开放型的讨论题目供学生在课后进行文献资料或行业调研分析总结，例如针对某种制造问题采用3D打印的必要性和优缺点，研究现状与应用情况等，可自由组队在课堂上进行交流讨论，以帮助学生建立本课程的知识体系和对实际问题的分析运用能力。学习方法：（1）根据教师授课内容安排随堂思考题和课后作业讨论题目，以便学生根据教案资料进行基本知识点的复习和掌握。（2）基于日新学堂和微信学习群等平台参与线上教学或相关专题的讨论，老师向学生推荐与本课程相关的线上视频学习材料，鼓励大家在课外进行加强学习。针对具体的教学需要召开线上视频讨论会，激励学生在线上积极参与讨论发言，同时也鼓励同学们针对自己学习过程中的困惑在微信群里与任课教师或其他同学进行线上交流。另外，基于学习群发布一些关于3D打印的前沿论文和科技资讯，拓宽学生的视野。5
5 创新设计应用的理念与 3D 打印。 四、教学环节安排与要求 课内讲授：达到“工程知识”目标，掌握 3D 打印的技术和材料分类，熟悉 3D 打印的典 型应用领域及应用途径。 课内讨论：达到“工程与社会”目标，正确认识 3D 打印技术，能够合理选择 3D 打印技 术来为自己的工作和研究服务。 课外讨论：达到“问题分析”目标，能够根据问题需求，选择合适的 3D 打印的技术和 材料种类。 课外作业：达到“使用现代工具”和“设计/开发解决方案”目标，掌握 3D 模型设计的计 算机辅助软件的基本操作，并参与 3D 打印实践过程，初步具备应用智能制造技术解决工 程问题的能力。 五、教授方法与学习方法 教授方法： （1）讲授 在讲解 3D 打印的相关基本概念和技术工艺原理时，运用立体视图、动画或视频等多 媒体教学技术使抽象的概念讲解更为形象，加深学生的理解。在讲解 3D 打印的发展史和 应用情况时穿插介绍我国在相关领域取得的成就、重要科学家做出的贡献以及存在的短板 问题，培养学生的科研兴趣和家国情怀。 （2）研讨 在教学过程中，注重建立基本知识与实际应用之间的联系，适时引入最新的工程应用 案例，针对性地提出问题，启发学生运用前期所学知识在课堂上进行分析讨论，使学生从 被动学习转变为主动探索，从学习知识到勇于创新，从而强化其对基础知识点的理解和实 际运用能力。 （3）探究教学和小组合作 根据授课进度设置开放型的讨论题目供学生在课后进行文献资料或行业调研分析总 结，例如针对某种制造问题采用 3D 打印的必要性和优缺点，研究现状与应用情况等，可 自由组队在课堂上进行交流讨论，以帮助学生建立本课程的知识体系和对实际问题的分析 运用能力。 学习方法： （1）根据教师授课内容安排随堂思考题和课后作业讨论题目，以便学生根据教案资 料进行基本知识点的复习和掌握。 （2）基于日新学堂和微信学习群等平台参与线上教学或相关专题的讨论，老师向学 生推荐与本课程相关的线上视频学习材料，鼓励大家在课外进行加强学习。针对具体的教 学需要召开线上视频讨论会，激励学生在线上积极参与讨论发言，同时也鼓励同学们针对 自己学习过程中的困惑在微信群里与任课教师或其他同学进行线上交流。另外，基于学习 群发布一些关于 3D 打印的前沿论文和科技资讯，拓宽学生的视野
六、学时分配表3各章节学时分配表学时分配章节合计主要内容实验讨论讲授习题其它13143D打印概述23143D打印在各个领域的应用32103D打印前处理——3D模型设计622448143D打印的各类后处理技术及打印案例实践32合计2048七、考核与成绩评定表4考核方式及成绩评定分布表比例（%）考核方式主要考核内容布置开放型的讨论题目，供学生在课后进行文献资料或行业市场的调研分作业20析，例如针对某一领域采用3D打印的研究现状与应用情况等。（对应教学目标表中的序号第1，2，3项）根据教师上节授课内容安排随堂练习的思考题，督促学生根据教案资料进随堂练习30行基本知识点的复习和掌握及运用。（对应教学目标表中的序号第1，2项）针对某一制造需求选题，通过计算机辅助软件进行3D模型设计，并通过报期末50告演讲形式论证选题依据和设计思路。（对应教学目标表中的序号第4项）制定者：吴琼批准者：高峰2021年01月6
6 六、学时分配 表 3 各章节学时分配表 章节 主要内容 学 时 分 配 合计 讲授 习题 实验 讨论 其它 1 3D 打印概述 3 1 4 2 3D 打印在各个领域的应用 3 1 4 3 3D 打印前处理——3D 模型设计 6 2 2 10 4 3D 打印的各类后处理技术及打印案例实践 8 2 4 14 合计 20 4 8 32 七、考核与成绩评定 表 4 考核方式及成绩评定分布表 考核方式 比例（%） 主要考核内容 作业 20 布置开放型的讨论题目，供学生在课后进行文献资料或行业市场的调研分 析，例如针对某一领域采用 3D 打印的研究现状与应用情况等。（对应教学 目标表中的序号第 1，2，3 项） 随堂练习 30 根据教师上节授课内容安排随堂练习的思考题，督促学生根据教案资料进 行基本知识点的复习和掌握及运用。（对应教学目标表中的序号第 1，2 项） 期末 50 针对某一制造需求选题，通过计算机辅助软件进行 3D 模型设计，并通过报 告演讲形式论证选题依据和设计思路。（对应教学目标表中的序号第 4 项） 制定者：吴琼 批准者：高峰 2021 年 01 月
“材料的发展与历史进步”课程教学大纲英文名称：TheDevelopmentandHistoricalProgressofMaterials课程编号：0006600课程性质：通识教育选修课学分：2.0学时：32课程类别：口工程经济与项目管理口文化自信与艺术鉴赏口科学探索与创新发展口道德修养与身心健康口沟通表达与全球视野口其它面向对象：全校本科生先修课程：无教材：[1]郝士明.材料图传.化学工业出版社.2014年10月[2]涂铭旌.材料创造发明学四川大学出版社，2007年1月参考书：[1]徐晓虹，材料概论.高等教育出版社，2006年5月[2]杨瑞成，丁旭，陈奎.材料科学与材料世界。化学工业出版社,2005年3月[3]赵建华.材料科学技术与人类文明.华中科技大学出版社,2011年8月[4]毛卫民.材料与文明.高等教育出版社，2020年1月[5]王正品等。金属功能材料.化学工业出版社，2004。一、课程简介材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具。在人类文明历史的长河上，曾被以材料为基础来命名的时代一一如旧石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时代等，即使是高速发展的现代社会，我们仍可以材料在各行各业的身影，如水泥、合金钢、硅及石墨烯等新材料，由此可见材料的发展对人类社会的影响，没有材料就是没有发展。因此，本门课程以什么是材料为引导，依据历史的发展，介绍材料在人类社会进步中的作用（第一章：材料与人类文明）、随着科技的进步，材料在现代社会中的地位及作用（第二章：新世纪与材料）、材料学科发展至今的系统化概念及材料学科的分类（第三章：材料科学与工程），进而引出金属材料、非金属材料、高分子材料及复合材料，并分别以这四大类材料为例，介绍四类材料的发展史及对人类社会的作用（第四章：金属材料及发展史；第五章：非金属材料及发展史：高分子材料及发展史、复合材料及发展史），最后以自前较为前沿的材料为例，介绍未来材料的可能发展方向。通过该课程的设置，使学生对材料在人类社会发展中的作用有一定的了解和认知。二、课程地位与教学目标课程地位：材料的发展与历史进步课程是一门面向全校本科生开展的通识课，是关于材料、技术及人类文明之间相辅相成、相互促进的综合性课程，既包含了人类文明发展的历史性知识，又包含了材料学科的基础性知识。教学目标：本课程作为理工类通识教育基础课，主要介绍材料与人类社会的关系，旨7
7 “材料的发展与历史进步”课程教学大纲 英文名称：The Development and Historical Progress of Materials 课程编号：0006600 课程性质：通识教育选修课 学分：2.0 学时：32 课程类别：□工程经济与项目管理 □文化自信与艺术鉴赏 科学探索与创新发展 □道德修养与身心健康 □沟通表达与全球视野 □其它 面向对象：全校本科生 先修课程：无 教材： [1] 郝士明. 材料图传. 化学工业出版社. 2014 年 10 月. [2] 涂铭旌. 材料创造发明学. 四川大学出版社, 2007 年 1 月. 参考书： [1] 徐晓虹. 材料概论. 高等教育出版社, 2006 年 5 月. [2] 杨瑞成, 丁旭, 陈奎. 材料科学与材料世界. 化学工业出版社, 2005 年 3 月. [3] 赵建华. 材料科学技术与人类文明. 华中科技大学出版社, 2011 年 8 月. [4] 毛卫民. 材料与文明. 高等教育出版社，2020 年 1 月. [5] 王正品等. 金属功能材料. 化学工业出版社，2004。 一、课程简介 材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具。在人类文明历史的长河 上，曾被以材料为基础来命名的时代——如旧石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时 代等，即使是高速发展的现代社会，我们仍可以材料在各行各业的身影，如水泥、合金钢、 硅及石墨烯等新材料，由此可见材料的发展对人类社会的影响，没有材料就是没有发展。 因此，本门课程以什么是材料为引导，依据历史的发展，介绍材料在人类社会进步中 的作用（第一章：材料与人类文明）、随着科技的进步，材料在现代社会中的地位及作用 （第二章：新世纪与材料）、材料学科发展至今的系统化概念及材料学科的分类(第三章： 材料科学与工程)，进而引出金属材料、非金属材料、高分子材料及复合材料，并分别以这 四大类材料为例，介绍四类材料的发展史及对人类社会的作用（第四章：金属材料及发展 史；第五章：非金属材料及发展史；高分子材料及发展史、复合材料及发展史）， 最后以 目前较为前沿的材料为例，介绍未来材料的可能发展方向。通过该课程的设置，使学生对 材料在人类社会发展中的作用有一定的了解和认知。 二、课程地位与教学目标 课程地位：材料的发展与历史进步课程是一门面向全校本科生开展的通识课，是关于 材料、技术及人类文明之间相辅相成、相互促进的综合性课程，既包含了人类文明发展的 历史性知识，又包含了材料学科的基础性知识。 教学目标：本课程作为理工类通识教育基础课，主要介绍材料与人类社会的关系，旨
在使学生对材料科学与工程建立整体与全貌的认识：了解现有材料的分类、特性、应用范围及其与相关学科领域的关系，发展历史以及对人类社会的贡献；着重论述反映当代材料科学发展的主要前沿领域，把握材料的发展趋势，在今后的科研、生产、经营、管理工作中有所受益。支撑的毕业能力项分别对应工程教育认证标准毕业要求[1]、[2]和[12]。三、课程教学内容及要求1、课程内容及要求第一章材料与人类文明1.1什么是材料[掌握]目标：掌握材料的定义，明晰材料与物质的区别、了解材料的特点及材料能够应用的5个判据。重点及难点：材料的定义及材料与物质的区别。1.2材料是人类文明的里程碑[掌握]通过2个问题的提出（问题1：为何青铜器时代在前？铁器时代在后？问题2：现在是什么时代？），启发式引导学生听课及思考。目标：掌握人类历史长河中三个重要的时代（石器时代、铜器时代及铁器时代）重点及难点：结合出土文物，解析合金元素及制备工艺对材料（铜器及铁器）性能的影响，使学生能够对材料四要素有初步印象。1.3材料是社会现代化的物质基础与先导[了解]从古至今，材料都是社会发展的基石，从技术发展来看，新材料的研制开发也起到了举足轻重的作用，现代社会的发展仍离不开新材料的研制与开发。目标：了解材料在各领域中的重要作用，材料与技术之间相互促进，相互发展的关系。重点及难点：通过以电子技术、光纤通信技术、航空航天技术的发展与新材料开发之间的关系为例，了解材料与技术之间的关系。1.4材料循环：材料、能源、环境了解目标：了解材料从生到灭的大循环过程中，生命周期评价的作用；了解材料与资源、能源及环境之间的关系。重点及难点：如何既能很好的使用材料、能源，又不会给环境带来灾难，了解研究环境、材料、能源、社会之间的关系，充分利用材料，从而推动人类社会可持续发展的战略目标进程。第二章新世纪与材料2.1材料的分类及特性[掌握]目标：掌握材料的分类及分类依据。重点及难点：材料的分类及其对应的类别材料有哪些，如常见的金属材料、非金属材料、高分子材料、功能材料、结构材料等都有哪些。2.2新材料的诞生及应用了解]目标：了解新材料的诞生、特性及相应的应用领域。重点及难点：“新材料”包含两层含义：一是对传统材料的再开发，使其在性能上获得8
8 在使学生对材料科学与工程建立整体与全貌的认识；了解现有材料的分类、特性、应用范 围及其与相关学科领域的关系，发展历史以及对人类社会的贡献；着重论述反映当代材料 科学发展的主要前沿领域，把握材料的发展趋势，在今后的科研、生产、经营、管理工作 中有所受益。 支撑的毕业能力项分别对应工程教育认证标准毕业要求[1]、[2]和[12]。 三、课程教学内容及要求 1、课程内容及要求 第一章 材料与人类文明 1.1 什么是材料[掌握] 目标：掌握材料的定义，明晰材料与物质的区别、了解材料的特点及材料能够应用的 5 个判据。 重点及难点：材料的定义及材料与物质的区别。 1.2 材料是人类文明的里程碑[掌握] 通过 2 个问题的提出（问题 1：为何青铜器时代在前？铁器时代在后？问题 2：现在 是什么时代？），启发式引导学生听课及思考。 目标：掌握人类历史长河中三个重要的时代（石器时代、铜器时代及铁器时代） 重点及难点：结合出土文物，解析合金元素及制备工艺对材料（铜器及铁器）性能的 影响，使学生能够对材料四要素有初步印象。 1.3 材料是社会现代化的物质基础与先导[了解] 从古至今，材料都是社会发展的基石，从技术发展来看，新材料的研制开发也起到了 举足轻重的作用，现代社会的发展仍离不开新材料的研制与开发。 目标：了解材料在各领域中的重要作用，材料与技术之间相互促进，相互发展的关系。 重点及难点：通过以电子技术、光纤通信技术、航空航天技术的发展与新材料开发之 间的关系为例，了解材料与技术之间的关系。 1.4 材料循环：材料、能源、环境[了解] 目标：了解材料从生到灭的大循环过程中，生命周期评价的作用；了解材料与资源、 能源及环境之间的关系。 重点及难点：如何既能很好的使用材料、能源，又不会给环境带来灾难，了解研究环 境、材料、能源、社会之间的关系，充分利用材料，从而推动人类社会可持续发展的战略 目标进程。 第二章 新世纪与材料 2.1 材料的分类及特性[掌握] 目标：掌握材料的分类及分类依据。 重点及难点：材料的分类及其对应的类别材料有哪些，如常见的金属材料、非金属材 料、高分子材料、功能材料、结构材料等都有哪些。 2.2 新材料的诞生及应用[了解] 目标：了解新材料的诞生、特性及相应的应用领域。 重点及难点：“新材料”包含两层含义：一是对传统材料的再开发，使其在性能上获得
重大突破的材料；二是采用新工艺和新技术合成，开发出具有各种新的和特殊功能的材料。由此可以看出，新材料与新工艺、新技术有着密切的关系。授课过程中以“911”事件为例，传达新材料在建筑行业的重要性：以现代战争（如巴以冲突等）为例，讲解现代战争武器装备与材料的关系等。第三章材料科学与工程(6)3.1材料科学与工程的形成与发展[理解]目标：理解材料科学与工程概念提出的历史就拓展。重点及难点：材料科学与工程的形成与社会经济的需求及科学技术的发展密切相关。材料科学往往被理解为研究材料的组织、结构和性质的关系，探索自然规律，这属于基础研究；但实际上，研究和发展材料的目的在于应用。材料又是一门应用科学，研究材料必须通过合理工艺流程才能制备出具有实际价值的材料来，即材料工程问题。3.2材料科学与工程学科的形成与发展[理解]目标：理解材料科学与工程中的四要素一一材料的组成、结构、制备工艺流程与材料性能和用途关系。重点及难点：材料科学与工程的内涵及材料科学与工程在各个国家的发展历程。3.3北京工业大学材料学科的发展[了解]目标：了解北京工业大学材料科学与工程的发展历史。第四章金属材料及发展史4.1金属材料特点及分类[掌握]目标：掌握金属材料的分类（有色金属、黑色金属：轻金属、重金属等：稀土金属；贵金属）。重点及难点：1、金属材料的特点：金属材料主要通过金属键结合而成，因此具有比高分子材料高得多的模量及比陶瓷高得多的韧性、可加工性、磁性和导电性。2、黑色金属以外的金属称为有色金属，即除了铁、铬、锰以外，其他的金属，都算是有色金属。4.2金属材料的发展史[理解]目标：了解世界各地金属材料（主要是青铜时代和铁器时代）的发展史。重点及难点：世界各地进入铜器时代、铁器时代的时间相差很大，后来的发展也极不平衡：从考古发掘的资料看，西亚是世界上最早使用金属并掌握了冶炼方法的地区，例如埃及在公元前2600年就出现了青铜器具：中国历史证实黄帝为制铜、用铜的创始者，中国手夏代进入青铜时期，使用的金属已证实有铜、金、铅、锡、银、汞、锌八种，除锌元素为公元10世纪外，其余均为史前金属。4.3钢铁材料概况及发展[了解]自标：了解钢铁的发展史及钢铁对工业发展的促进作用及钢的熔炼。。重点及难点：中国钢铁的发展史：春秋战国时代后期，中国人的祖先就发明了生铁冶炼技术，成为最早使用铁器的民族之一；公元前6世纪末，中国在世界上首先掌握了生铁（铸铁或白口铁）铸造方法并得到应用：汉朝以后，中国又发明了“炒钢等当时独特的炼钢方法，即将生铁放入熔池里加热熔化后，像炒菜一样搅拌翻炒，利用空气中的氧气除去生铁水中的碳之后成为"熟铁”（即钢），然后烧除渣、成形。直到19世纪中叶，这种方9
9 重大突破的材料；二是采用新工艺和新技术合成，开发出具有各种新的和特殊功能的材料。 由此可以看出，新材料与新工艺、新技术有着密切的关系。授课过程中以“911”事件为例， 传达新材料在建筑行业的重要性；以现代战争（如巴以冲突等）为例，讲解现代战争武器 装备与材料的关系等。 第三章 材料科学与工程(6) 3.1 材料科学与工程的形成与发展[理解] 目标：理解材料科学与工程概念提出的历史就拓展。 重点及难点：材料科学与工程的形成与社会经济的需求及科学技术的发展密切相关。 材料科学往往被理解为研究材料的组织、结构和性质的关系，探索自然规律，这属于基础 研究；但实际上，研究和发展材料的目的在于应用。材料又是一门应用科学，研究材料必 须通过合理工艺流程才能制备出具有实际价值的材料来，即材料工程问题。 3.2 材料科学与工程学科的形成与发展[理解] 目标：理解材料科学与工程中的四要素——材料的组成、结构、制备工艺流程与材料 性能和用途关系。 重点及难点：材料科学与工程的内涵及材料科学与工程在各个国家的发展历程。 3.3 北京工业大学材料学科的发展[了解] 目标：了解北京工业大学材料科学与工程的发展历史。 第四章 金属材料及发展史 4.1 金属材料特点及分类[掌握] 目标：掌握金属材料的分类（有色金属、黑色金属；轻金属、重金属等；稀土金属； 贵金属）。 重点及难点：1、金属材料的特点：金属材料主要通过金属键结合而成，因此具有比 高分子材料高得多的模量及比陶瓷高得多的韧性、可加工性、磁性和导电性。2、黑色金 属以外的金属称为有色金属，即除了铁、铬、锰以外，其他的金属，都算是有色金属。 4.2 金属材料的发展史[理解] 目标：了解世界各地金属材料（主要是青铜时代和铁器时代）的发展史。 重点及难点：世界各地进入铜器时代、铁器时代的时间相差很大，后来的发展也极不 平衡；从考古发掘的资料看，西亚是世界上最早使用金属并掌握了冶炼方法的地区，例如 埃及在公元前 2600 年就出现了青铜器具；中国历史证实黄帝为制铜、用铜的创始者，中 国于夏代进入青铜时期，使用的金属已证实有铜、金、铅、锡、银、汞、锌八种，除锌元 素为公元 10 世纪外，其余均为史前金属。 4.3 钢铁材料概况及发展[了解] 目标：了解钢铁的发展史及钢铁对工业发展的促进作用及钢的熔炼。 重点及难点：中国钢铁的发展史：春秋战国时代后期，中国人的祖先就发明了生铁冶 炼技术，成为最早使用铁器的民族之一；公元前 6 世纪末，中国在世界上首先掌握了生铁 （铸铁或白口铁）铸造方法并得到应用；汉朝以后，中国又发明了“炒钢”等当时独特的炼 钢方法，即将生铁放入熔池里加热熔化后，像炒菜一样搅拌翻炒，利用空气中的氧气除去 生铁水中的碳之后成为“熟铁”（即钢），然后煅烧除渣、成形。直到 19 世纪中叶，这种方