三元相图是研究材料的重要工具，也是材料类专业课程教学的基本内容。完整的三元相图是三维立体模型，但实际应用时则采用平面印刷或投影等方法进行二维显示，如截面图和投影图[1-3]。在分析相图时，又需要反推空间模型的三维结构才能理解得更为准确，这就要求使用者具有极强的空间想象能力，而这并不是所有学生都擅长的。尽管也可以采用虚拟仿真等方式获得立体的效果，但其便利性和体验性仍显不足[4-6]。其结果是：课堂上教师费尽口舌，学生依然不得要领，很难取得满意的教学效果[7]，部分学生甚至因此丧失学习的兴趣和信心。

　　教具的使用，对于教学效果的增强和教学质量的提升具有重要作用[8,9]。山东科技大学曾尝试采用金属丝焊接、泡沫切割、精雕塑泥塑造等不同的方法制作三元相图实体立体模型作为教具，如图1所示。这些方法制造过程门槛较低，便于学生全员参与，但所制作的模型存在便携性差、视觉效果不佳、强度不足等缺陷。

　　3D打印技术在个性化订制方面具有成本和效率方面的优势，为制作三元相图立体模型提供了新的技术手段[10,11]。为了适应工程教育认证背景下的教学质量提升，我校材料学院设立了教学研究项目“3D打印三元相图分解组合式空间模型的教学设计、实施及推广”。结合3D打印的工艺特点，对三维模型进行有针对性地设计，以获得更直观的体验效果，实现动态演示三元相图的基本规律，直接展示三维模型和二维图形之间的对应关系[12]。经过在教学过程中多次使用和改进，取得了较好的效果。

　　1 技术方案设计

　　2 模型制作

　　3 教学中使用模型的积极效果

　　4 结语

　　结合3D打印的技术特点进行三元相图立体模型的设计、制作，极大地调动了学生的主动性，激发对材料专业的兴趣和学习热情。3D打印也适合制作晶体结构等各种模型(如异类原子掺杂)，成为新材料研究的一种有用手段。

　　参考文献

　　[1] 胡赓祥,蔡珣,戎咏华.材料科学基础(第3版)[M].上海:上海交通大学出版社,2010.

　　[2] 陶杰,姚正军,薛烽.材料科学基础(第2版)[M].北京: 化学工业出版社,2018.

　　[3] 石德珂.材料科学基础(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2012.

　　[4] 高圆,席生岐,孙巧艳,等.虚拟仿真技术在材料实验教学中的应用探讨[J].中国现代教育装备,2016(5):94-98.

　　[5] 康进武,汪有浪,熊守美.3D立体显示技术在多元相图教学中的应用[J].实验技术与管理,2014,31(10):59-62.

　　[6] 陈燕,刘军,任云鹏.Flash技术在三元相图分析中的应用[J].广州化工,2019,47(3):119-120,135.

　　[7] 谢鲲,崔洪芝,曹梅青,等.材料科学基础课程体验式教学[J].中国冶金教育,2012(5):12-14.

　　[8] 朱健民,吴翊,李建平,等.从教具谈大学数学教学方法改革[J].中国大学教学,2010(3):55-57.

　　[9] 高奇,曾红,张德强.3D打印在大学生创新实验中的应用研究[J].实验技术与管理,2015,32(11):28-30.

　　[10] 王建宏,李迎春.3D打印技术在高校材料专业课程中的应用探究[J].山西科技,2015(6):114-116.

　　[11] 杨屹,李昆,张若浔,等.一种可拆装多元相图模型及其制备方法和应用:中国,201611193535.0[P].2018-01-05.

　　[12] 谢鲲,岳丽杰,魏文阁,等.三元相图立体模型及3D打印制作:中国,2019105894554[P].2019-11-05.

谢鲲 曹梅青 丁建旭 夏鹏成 岳丽杰 孙金全 魏文阁 山东科技大学材料科学与工程学院