二、3D打印为自制教具开辟新路径
（一） 3D打印技术丰富了自制教具的类型
3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，通过逐层堆积实现增材制造的快速成形技术，已广泛应用于生物、医疗、工业、教育等领域。新版课程标准关于相关模块学习要求的表述是“学生应了解三维打印机的使用方法”，并设置了“产品三维设计与制造”选择性必修模块。3D打印技术在通用技术课堂教学中将逐步得到普及，3D打印机也将成为通用技术教室装备配置中的必配设备。随着3D打印技术的逐步成熟，傻瓜式的一键操作降低了使用门槛，促使人人都能成为设计者和制造者，为教师自制教具提供了极大的便利。技术的成熟，使得教师使用3D打印技术自制教具成为可能，丰富了自制教具的类型。
（二）使用3D打印技术自制教具可提高教具质量和数量
教师利用三维建模软件快速、精确、直观的特点，结合3D打印机高精度、成形效果好、可靠性高的优势，可研制高质量的教具。使用3D打印技术自制教具的过程主要是使用三维建模软件进行设计和数字化建模，制作部分只需将数字模型文件转换为打印机识别的切片文件一键打印即可，呈现重设计而轻制作的特点。这有助于教师聚焦于教具的设计而非制作，缩短研发周期，提高教具质量。教具研制成功后，教师通过数字模型文件方便分享，可批量复制，共享成果——以研促教，以教促研，形成良性循环。
（三）使用3D打印技术自制教具可弥补传统教具呈现形式的不足
传统自制教具多用板材和块材，以手工锯割或激光切割方式制作。这样制作的作品造型单一，多为面块结构，对于空间造型较复杂的曲面和重细节的教具则无法呈现，存在外形粗糙、可靠性差、加工难度大、制作周期长等弊端。3D打印技术具有独特的数字化增材制造功能，以及成形速度快、精度高、材料利用率高、节能环保、制造难度低、可靠性高、造型不受约束、曲面质量好、细节丰富、呈现效果好等优势，弥补了传统自制教具的不足。如图1所示为笔者就太阳能小车项目使用3D打印技术制作的教具，小车的曲面和细节等造型方面优势得到了充分体现。该教具在笔者执教的绘制设计草图和构思创意设计单元中实现了一物多用，学生既可使用该教具练习复杂设计草图的绘制方法，又可通过它理解构思设计方案中几何体造型法的演变过程。如果采用传统工艺将木块进行简单切割与堆积，或使用激光切割技术将面片化的木板进行拼接，难以加工出复杂的曲面（细节少，造型单一）。
图 1 自制教具呈现细节
（四）3D打印技术能帮助教师实现教具的私人订制
3D打印与传统机械制造相比最大的优势在于个性化订制，教师可根据教学主题和教学内容自主设计个性化的教具，不受加工工艺约束。教师只需掌握三维建模软件的操作方法，便可随时随地根据自己的创意设计和制作教具。笔者执教3D打印台灯项目中关于结构设计单元时就自制了壳体结构教具。学生借助该教具可直观了解壳体结构的塑料制品中用于增加结构强度的加强筋设计，并通过一组对比实验突破形状影响结构强度这一教学难点。笔者为执教电动赛车项目也使用3D打印技术自制了教具，让学生了解汽车模型的系统构成、结构设计、控制设计和车身设计等内容。
三、自制教具辅助教与学
（一）提升教学效能
3D打印自制教具是教师在对项目、单元、内容、学情的精准定位基础上，根据项目实际需要量身订制的教具，主题性和针对性强。3D打印自制教具可靠性高，能够帮助师生将注意力聚焦于课堂教学内容，减少因教具问题而造成的干扰，提高效率。教师利用3D打印自制教具将抽象的学科知识具象化和实物化，去伪存真，凝练学科知识，有助于学生突破难点，加深对重难点的理解。笔者在结构设计单元教学中，为突破影响结构稳定性的因素这一教学难点做了黑箱对比实验（自制教具如图2）。该教具的重心和接触面积可被设置为唯一变量。学生观察教师演示的对比实验过程，分析倒下先后顺序的原因，得出结论。这种做对比实验的教学方式形式直观、说服力强，令学生印象深刻。师生使用较少的时间即达成本节课的学习目标，教学效率显著提升。对比实验强调变量的唯一性，如该案例所示，在保证两个教具质量、密度、材质、形状等因素一致的前提下，重心位置或接触面积为变量，这有利于排除干扰，提高演示的科学性。如果手工制作，教师难以制作出各项参数完全一致的两组教具，花费的时间、精力