基于App Inventor的初中人工智能教學實踐

彭蓉霞

摘? 要? 《新一代人工智能發展規劃》明確指出要在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育。在此政策的引領下，廈門雙十中學海滄附屬學校開發了基于App Inventor的人工智能校本課程智能移動應用開發。以“文字識別”一課為例，闡述基于App Inventor的初中人工智能教學實踐，為實施人工智能教育的廣大教師提供借鑒。

關鍵詞? App Inventor；人工智能教學；文字識別

中圖分類號：G633.67? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）03-0032-03

0? 引言

App Inventor是由Google公司開發的一款在線開放的Android編程工具軟件，通過圖形化積木式的拖放組件來完成APP開發。手機APP的界面設計和邏輯設計都可以通過可視化的拖放拼接組件來完成，無需關注復雜的語法規則，可以有效降低初中生編程開發的技術門檻，學生可以實現零基礎安卓移動應用開發。App Inventor不僅自帶語音識別器組件、文本語音轉換器組件、語言翻譯器組件、藍牙客戶端組件、Web客戶端組件以及一些傳感器組件，還支持一些專為實現人工智能功能而開發的擴展插件，使得利用App Inventor進行人工智能教學成為可能。下面以“文字識別”一課為例闡述基于App Inventor的初中人工智能教學實踐。

1? 教材與學情分析

本課選自廈門雙十中學海滄附屬學校人工智能校本教材《智能移動應用開發》中的第三節課。利用App Inventor開發出一款能夠進行文字識別的智能移動應用APP。授課對象為參與人工智能校本課的35名初一學生，通過前面兩節課的學習，學生已經掌握App Inventor中組件使用以及邏輯模塊調用等方面的知識，熟悉移動應用開發的方法與步驟。

2? 教學目標

依據中國教育學會中小學信息技術教育專業委員會發布的《中小學人工智能課程開發標準（試行）》[1]制定本節課的目標。

2.1? 人工智能意識

使學生在實踐的過程中了解文字識別技術的應用場景，意識到通過合理使用文字識別技術可極大地提高學習與工作效率，知道借助文字識別技術可以解決很多傳統技術手段難以解決的問題。

2.2? 技術應用能力

在理解文字識別技術原理與特點的基礎上大膽想象，利用百度智能云平臺提供的API，小組合作探究創作具有應用價值的文字識別APP。

2.3? 實踐創新思維

對所學知識技能進行遷移，對項目進行創新以解決生活情境中的其他問題。

2.4? 智能社會責任

使學生有意識地運用文字識別技術改善人類智能生活，同時遵守智能社會規范，防范與優化文字識別技術的不合理應用所造成的負面影響。

3? 課前準備

教師提供在百度智能云平臺申請API Key和Secret Key的操作說明文檔；準備擴展插件（圖片修剪插件TaifunImage、圖片編碼插件SimpleBase64、文字復制插件TaifunClipboard）、導學案、任務清單、15臺裝有AI伴侶的安卓平板電腦。學生依據操作說明文檔在百度智能云平臺創建應用申請個人的API Key和Secret Key，并記錄。

4? 教學過程

4.1? 感知智能：體驗文字識別技術

人工智能課程遵循從感知到應用、實踐創新到價值承載的過程。體驗是創新的基礎和前提，教師可以設計以下兩個體驗活動。

體驗活動一：利用網絡上的文字識別開放平臺識別無法從網頁上復制的文字內容。

體驗活動二：打開微信“順豐速運+”小程序，在收件人地址填寫界面點擊拍照或者從相冊選擇包含地址的圖片，讓系統識別圖片中的地址并自動填充文字內容。

通過這兩個體驗活動，讓學生直觀地感知文字識別技術給人類生活帶來的便利。教師還可以向學生展示一些應用文字識別技術的生活場景：手機自動填充銀行卡號、身份證信息、收件地址，車牌識別、視頻字幕識別、運動員號碼牌識別、小猿搜題App等，使學生深入了解社會中文字識別技術的應用場景和效果，思考文字識別技術可以解決的問題，形成運用人工智能技術解決問題的意識和思路。

4.2? 揭示智能：理解文字識別技術原理

教師運行基于Python的OpenCV文字識別源代碼，進行斷點調試，把每一步的運行結果輸出，并結合人識別文字的過程將抽象、復雜的原理形象化、簡單化，使學生深刻理解文字識別工作的基本原理，最后以流程圖的形式梳理出文字識別的基本工作原理，如圖1所示。

4.3? 應用智能：制作文字識別App

教師創設情境：正值國慶來臨，學校面向全校學生進行以“愛國”為主題的征稿，要求提交電子版，小明想到自己曾經寫過此主題的文章，想投稿試一試，可他之前是寫在紙上的。教師提問：大家能否利用剛剛學習的人工智能技術來解決這個問題呢？小組討論提出解決方案，引出本節課的項目：制作文字識別APP。

編寫文字識別算法程序對于初中生來說難度較大，在App Inventor中使用Web客戶端組件可以調用網絡上的API（應用程序編程接口），只要按照API文檔中的規則進行調用即可返回識別結果，降低學生應用人工智能技術的門檻。目前有很多平臺提供人工智能API，騰訊云、百度智能云、阿里云等，本項目使用的是百度智能云提供的API，在調用之前需要申請API Key和Secret Key以獲得令牌（Access Token，用戶身份驗證和授權的憑證），在課前學生已經完成申請并記錄。

教師帶領學生分析文字識別APP的工作過程：通過拍照或從相冊選擇獲取文字圖片并顯示圖片→將圖片進行裁剪、編碼→調用文字識別API→接收識別結果并顯示，進而分析所需組件，引導學生進行界面設計，如圖2所示。

界面設計完成后進行邏輯設計，也就是編寫代碼塊，教師給學生提供aia格式的項目半成品，可直接導入App Inventor中，節省拖拽基礎代碼塊的時間，學生只需要編寫挖空的核心代碼。調用API是本項目的重點，教師帶領學生閱讀API文檔，讓學生了解調用的步驟以及每個參數的含義，在編寫調用程序時只需從API文檔中復制相關的參數到挖空程序即可。調用文字識別API返回的結果是一個JSON文本，需要從中把文字提取出來，教師引導學生利用“在鍵值對中查找關鍵字”的方法像剝洋蔥一樣一層一層地把文字提取出來，同時提供相應的導學案和微課。

App Inventor是一款直觀化、便捷化的移動應用開發編程工具，將其用于人工智能教學能夠增強學生應用人工智能技術的熱情，并在編程的過程中培養學生的計算思維和工程思維。

4.4? 創新智能：優化文字識別APP

教師從生活情境出發，引導學生對APP的界面和功能進行個性化設計和改進，比如添加復制粘貼功能、把識別內容朗讀或者翻譯出來等，也可以讓小組自行討論改進方案。小組可以借助教師提供的資料或搜索網絡資料進行實踐創新。最后，組間進行展示交流，內容包括場景描述、程序講解和所遇到的問題。引導學生批判質疑，提供改進意見，各組根據意見課后再進行優化。

4.5? 思辨智能：分析文字識別技術的利與弊

文字識別技術不僅可以提高人們的工作和學習效率，在網絡安全方面也有著重要作用。教師播放視頻讓學生了解文字識別技術最新的應用場景：網絡上的圖片與視頻與日俱增，一些不良分子將一些涉政、涉暴、低俗的文字包含其中，污染網絡環境，人工審核效率低、成本高，文字識別技術能夠有效提升審核效率，及時刪除不良信息，保障社會穩定，創造更高效、更安全的未來。與此同時，滲透德育教育，讓學生規范自己的網絡行為，不在網絡上發表一些不良信息，凈化網絡環境。教師展示案例：很多中小學生利用手機上的作業識別軟件，拍攝教師布置的作業題目，正確答案就直接顯示出來，學生不經任何思考就把答案照抄。以此引導學生分析文字識別技術的利與弊，防范文字識別技術的不合理應用所造成的負面影響。

5? 結束語

App Inventor通過模塊化的方式貼合學生認知發展規律，借助模塊封裝，降低理解門檻，極大提升了學生的創作熱情。借助App Inventor利用人工智能技術開發移動智能APP解決現實生活中的相關問題，在此過程中，能夠有效提高學生分析與解決問題的能力、實踐創新能力、計算思維、工程思維、創意物化能力，使學生具備利用人工智能技術成就自我、改善生活的能力，并以有責任感的態度使用、開發、監督人工智能技術。App Inventor可作為中小學開展人工智能教育的有效載體，為廣大教師實施人工智能教育提供便利。

6? 參考文獻

[1] 中小學人工智能課程開發標準（試行）[S/OL].（2021-10-21）[2021-12-12].http：//www.ttbz.org.cn/StandardManage/Detail/51978/.