基于UBD逆向设计的初中ESP32人工智能创客课程案例实践研究

邓晓妹

 福建省永安市第三中学初中校 366000

摘要：就目前初中人工智能创客课程教学目标不明晰、评价不匹配、实践应用性差等状况而言，本文依据UBD逆向设计理论，以核心素养为方向，重新塑造ESP32开源硬件创客课程教学体系。按照“确定预期结果→制定评估证据→设计教学活动”的逆向流程，根据初中生的认知特点搭建起软硬件融合的项目式教学框架，设计出智能传感、物联网应用等系列创客案例。通过课堂实践、问卷调查和成果分析进行实证研究，结果显示，该种设计模式可以很好地理清教学逻辑，落实过程性评价，明显提高学生的人工智能实践能力和创新思维，为初中信息科技创客课程的提质增效提供可行的实践参考。

关键词：基于UBD逆向设计；初中ESP32人工智能；创客课程案例实践    

引言

人工智能与创客教育已成为初中信息科技课程的核心内容，ESP32开源硬件凭借低成本、高拓展性的优势，广泛应用于中小学智能科创教学。当前初中创客课程多采用传统顺向教学设计，存在目标碎片化、评价单一、学用脱节等问题，难以适配核心素养培育要求。为此，本文引入UBD逆向教学设计理念，以终为始规划课程目标、评价与活动，结合ESP32项目开展课程实践，旨在优化科创教学模式，提升学生实践创新能力，为初中人工智能创客教学改革提供实践依据。

一、课程改造依据与教学适配分析

（一）课程改革依据与育人导向

义务教育信息科技新课标明确提出素养型课程体系，以真实的项目为载体，培养学生数字化的学习和创新实践能力，使开源硬件、人工智能内容常态化进入初中课堂。目前中小学科创教育改革着力于打破技能化、碎片化、形式化的教学弊端，推崇有目标、有评价、学以致用的课堂模式。ESP32是轻量级、兼容性好的智能硬件平台，正好符合初中阶段人工智能启蒙、物联网实践、创客创造教学要求。

（二）UBD模式与ESP32创客教学适配性机理

UBD逆向设计不同于传统的顺向备课逻辑，以“理解、迁移、评估”为核心抓手，可以很好地解决创客课堂目标脱离、评价滞后、活动低效的问题。初中生正处在逻辑思维快速发展的时期，在学习目的和评价标准的引领下可以对硬件搭建、程序调试、项目创新等进行系统的操作。ESP32创客课程具有实践性、综合性、探究性，教学过程要层层递进地布置任务，对整个学习过程进行全程的监测。UBD评价前置、目标统领活动的运行机制，可以准确地适应智能硬件课程项目化的特点，使知识的获得、技能的培养和素养的形成同时发生，给课程改造提供相应的支持。

二、初中ESP32创客课程教学现状与问题分析

（一）初中人工智能创客课程开展现状

新课标全面实施之后，初中人工智能和创客教育成了信息科技教学的重要部分，各个中小学开始开展开源硬件科创教学活动。目前大部分学校已经使用了ESP32、Arduino等开源硬件来开展拓展课程和社团教学，但是整体教学开展存在不平衡的问题。大部分课堂只进行基础硬件认识、简单的代码烧录，课程体系零散，没有梯度化的、系统的教学资源。同时教学模式仍然以教师演示、学生模仿的传统模式为主，资源配置、课时安排、教学规划缺乏规范性，不能充分发挥ESP32硬件高拓展性、智能化的教学优势，限制学生科创能力的系统化发展。

（二）现有课程教学存在的核心问题

根据目前初中ESP32创客课程教学现状，传统顺向教学设计下课堂存在的问题很多。第一，课程教学目标虚化，重知识讲授、技能模仿，轻素养培育目标。第二，教学评价体系不健全，大多采用最后的作品作为唯一的评价标准，忽略学生的整个学习过程、思维的发展以及创新的表现。第三，软硬件教学严重脱离，代码编程、硬件实操、智能原理讲解相互割裂，学生很难形成完整的知识体系。其四，课堂缺少高阶思维的培养，机械式的实操训练较多，学生的问题解决能力、创新设计能力得不到有效的锻炼，不能满足新时代科创人才的培养要求。

（三）UBD逆向设计融入创客课程的适配性与优势

将UBD逆向设计理念运用到初中ESP32创客课程中，具有很强的适应性以及教学改革的优势。初中生正处在由具体思维向抽象思维过渡的阶段，以项目实践、情境探究为载体来开展深度学习比较合适。UBD逆向设计依靠终为始的设计思路，可以很好地确定素养目标，防止传统教学目标不清、教学跑偏的情况出现。该理论重视评价先行，用前置多元评价标准来达到教学全过程的精准引导和动态监测。除此之外，“目标—评价—活动”一体化的设计模式可以很好地将ESP32软硬件知识和科创项目的实践联系起来，实现学、练、评的闭环，有效地克服了传统创客课程教学中存在的不足，提高课程育人的质量。

三、基于UBD逆向设计的初中ESP32创客课程体系构建

（一）课程设计原则

根据UBD逆向设计思想，结合初中学情和新课标要求，提出四大主要的设计原则。一是以素养为导向的原则，紧扣信息科技核心素养，把计算思维、数字化创新能力的培养融入到课程全过程。二是学以致用原则，以真实的生活中为背景来设置科创项目，使知识的学习和生活应用相结合。第三条是分层递进原则，根据学生的认知水平和操作能力的不同来设置基础、提高、创新三个梯度的教学内容，满足分层教学的要求。四、评教一体化原则，即用评价来引领教学，用教学来支撑评价，使教学活动与评价体系深度融合，全面提高课程的系统性、实效性。

（二）课程整体框架搭建

本文严格按照UBD逆向教学设计三个阶段的核心流程来搭建系统的、一体化的ESP32创客课程整体框架。第一阶段是预期学习结果的定位，根据新课标的要求和初中生的认知特点，确定课程的知识目标、能力目标、素养目标，确定学生应该了解、掌握、迁移的核心内容。第二阶段是多元评价体系的创建，设计出过程性、表现性、成果性的三个方面的评价证据，定量与定性评价相融合，检测学生的学习效果。第三阶段为教学活动的设计，根据既定的目标和评价的标准，设计出情境导入、探究实操、项目创作、拓展创新等一系列的活动来构成闭环式的课程教学框架。

（三）ESP32创客课程案例开发

根据建立的课程框架，结合ESP32硬件功能特点和初中教学环境，设计出梯度化、生活化、趣味化的创客课程教学案例。课程内容抛弃繁杂晦涩的专业知识，集中于适合初中生的几个主要模块，有基础智能传感检测、灯光和电机智能控制、环境温湿度监测、物联网数据上传和智能交互等实用项目。案例设计按照由浅入深、逐步深入的逻辑，从基础硬件认识、简单的代码编写、综合项目的设计、创新改造的优化等几个方面进行递进。同时根据校园、生活真实的场景创设项目主题，使学生通过案例的实践操作和创新创作来适应初中课堂常态化的教学。

（四）课程过程性评价体系构建

为了克服传统创客课程评价单一化的问题，本文创建起符合UBD逆向设计的多元过程性评价体系。该评价体系冲破单一作品结果评价的模式，创建起多维度、全过程的评价指标，主要包括四个主要方面，即知识掌握维度、实操能力维度、创新思维维度和团队协作维度，其中知识掌握维度主要是考察学生对ESP32硬件原理、编程代码、智能技术的认知掌握情况，实操能力维度是考察学生硬件搭建、程序调试、故障排查的实操水平，创新思维维度是考察学生项目优化、创意改造、个性化设计的创新能力，团队协作维度是记录小组合作探究、分工协作、交流展示的综合表现，全方位、立体化地进行学习评价。

结语

综上所述，本文以UBD逆向设计为依托，针对初中ESP32人工智能创客课程存在的不足，建立目标明确、评价闭环、层次递进的课程体系，完成一系列科创案例的开发和教学设计的改进。通过实践证明，该种教学模式可以有效地规范创客课堂教学的逻辑，促进学生对智能硬件实操能力的掌握，发展学生的计算思维和创新能力，为初中信息科技创客课程改革和常态化教学提供一定的参考。

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