基于App Inventor的初中人工智能教学实践

彭蓉霞

摘  要  《新一代人工智能发展规划》明确指出要在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育。在此政策的引领下，厦门双十中学海沧附属学校开发了基于App Inventor的人工智能校本课程智能移动应用开发。以“文字识别”一课为例，阐述基于App Inventor的初中人工智能教学实践，为实施人工智能教育的广大教师提供借鉴。

关键词  App Inventor；人工智能教学；文字识别

中图分类号：G633.67    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）03-0032-03

0  引言

App Inventor是由Google公司开发的一款在线开放的Android编程工具软件，通过图形化积木式的拖放组件来完成APP开发。手机APP的界面设计和逻辑设计都可以通过可视化的拖放拼接组件来完成，无需关注复杂的语法规则，可以有效降低初中生编程开发的技术门槛，学生可以实现零基础安卓移动应用开发。App Inventor不仅自带语音识别器组件、文本语音转换器组件、语言翻译器组件、蓝牙客户端组件、Web客户端组件以及一些传感器组件，还支持一些专为实现人工智能功能而开发的扩展插件，使得利用App Inventor进行人工智能教学成为可能。下面以“文字识别”一课为例阐述基于App Inventor的初中人工智能教学实践。

1  教材与学情分析

本课选自厦门双十中学海沧附属学校人工智能校本教材《智能移动应用开发》中的第三节课。利用App Inventor开发出一款能够进行文字识别的智能移动应用APP。授课对象为参与人工智能校本课的35名初一学生，通过前面两节课的学习，学生已经掌握App Inventor中组件使用以及逻辑模块调用等方面的知识，熟悉移动应用开发的方法与步骤。

2  教學目标

依据中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会发布的《中小学人工智能课程开发标准（试行）》[1]制定本节课的目标。

2.1  人工智能意识

使学生在实践的过程中了解文字识别技术的应用场景，意识到通过合理使用文字识别技术可极大地提高学习与工作效率，知道借助文字识别技术可以解决很多传统技术手段难以解决的问题。

2.2  技术应用能力

在理解文字识别技术原理与特点的基础上大胆想象，利用百度智能云平台提供的API，小组合作探究创作具有应用价值的文字识别APP。

2.3  实践创新思维

对所学知识技能进行迁移，对项目进行创新以解决生活情境中的其他问题。

2.4  智能社会责任

使学生有意识地运用文字识别技术改善人类智能生活，同时遵守智能社会规范，防范与优化文字识别技术的不合理应用所造成的负面影响。

3  课前准备

教师提供在百度智能云平台申请API Key和Secret Key的操作说明文档；准备扩展插件（图片修剪插件TaifunImage、图片编码插件SimpleBase64、文字复制插件TaifunClipboard）、导学案、任务清单、15台装有AI伴侣的安卓平板电脑。学生依据操作说明文档在百度智能云平台创建应用申请个人的API Key和Secret Key，并记录。

4  教学过程

4.1  感知智能：体验文字识别技术

人工智能课程遵循从感知到应用、实践创新到价值承载的过程。体验是创新的基础和前提，教师可以设计以下两个体验活动。

体验活动一：利用网络上的文字识别开放平台识别无法从网页上复制的文字内容。

体验活动二：打开微信“顺丰速运+”小程序，在收件人地址填写界面点击拍照或者从相册选择包含地址的图片，让系统识别图片中的地址并自动填充文字内容。

通过这两个体验活动，让学生直观地感知文字识别技术给人类生活带来的便利。教师还可以向学生展示一些应用文字识别技术的生活场景：手机自动填充银行卡号、身份证信息、收件地址，车牌识别、视频字幕识别、运动员号码牌识别、小猿搜题App等，使学生深入了解社会中文字识别技术的应用场景和效果，思考文字识别技术可以解决的问题，形成运用人工智能技术解决问题的意识和思路。

4.2  揭示智能：理解文字识别技术原理

教师运行基于Python的OpenCV文字识别源代码，进行断点调试，把每一步的运行结果输出，并结合人识别文字的过程将抽象、复杂的原理形象化、简单化，使学生深刻理解文字识别工作的基本原理，最后以流程图的形式梳理出文字识别的基本工作原理，如图1所示。

4.3  应用智能：制作文字识别App

教师创设情境：正值国庆来临，学校面向全校学生进行以“爱国”为主题的征稿，要求提交电子版，小明想到自己曾经写过此主题的文章，想投稿试一试，可他之前是写在纸上的。教师提问：大家能否利用刚刚学习的人工智能技术来解决这个问题呢？小组讨论提出解决方案，引出本节课的项目：制作文字识别APP。

编写文字识别算法程序对于初中生来说难度较大，在App Inventor中使用Web客户端组件可以调用网络上的API（应用程序编程接口），只要按照API文档中的规则进行调用即可返回识别结果，降低学生应用人工智能技术的门槛。目前有很多平台提供人工智能API，腾讯云、百度智能云、阿里云等，本项目使用的是百度智能云提供的API，在调用之前需要申请API Key和Secret Key以获得令牌（Access Token，用户身份验证和授权的凭证），在课前学生已经完成申请并记录。

教师带领学生分析文字识别APP的工作过程：通过拍照或从相册选择获取文字图片并显示图片→将图片进行裁剪、编码→调用文字识别API→接收识别结果并显示，进而分析所需组件，引导学生进行界面设计，如图2所示。

界面设计完成后进行逻辑设计，也就是编写代码块，教师给学生提供aia格式的项目半成品，可直接导入App Inventor中，节省拖拽基础代码块的时间，学生只需要编写挖空的核心代码。调用API是本项目的重点，教师带领学生阅读API文档，让学生了解调用的步骤以及每个参数的含义，在编写调用程序时只需从API文档中复制相关的参数到挖空程序即可。调用文字识别API返回的结果是一个JSON文本，需要从中把文字提取出来，教师引导学生利用“在键值对中查找关键字”的方法像剥洋葱一样一层一层地把文字提取出来，同时提供相应的导学案和微课。

App Inventor是一款直观化、便捷化的移动应用开发编程工具，将其用于人工智能教学能够增强学生应用人工智能技术的热情，并在编程的过程中培养学生的计算思维和工程思维。

4.4  创新智能：优化文字识别APP

教师从生活情境出发，引导学生对APP的界面和功能进行个性化设计和改进，比如添加复制粘贴功能、把识别内容朗读或者翻译出来等，也可以让小组自行讨论改进方案。小组可以借助教师提供的资料或搜索网络资料进行实践创新。最后，组间进行展示交流，内容包括场景描述、程序讲解和所遇到的问题。引导学生批判质疑，提供改进意见，各组根据意见课后再进行优化。

4.5  思辨智能：分析文字识别技术的利与弊

文字识别技术不仅可以提高人們的工作和学习效率，在网络安全方面也有着重要作用。教师播放视频让学生了解文字识别技术最新的应用场景：网络上的图片与视频与日俱增，一些不良分子将一些涉政、涉暴、低俗的文字包含其中，污染网络环境，人工审核效率低、成本高，文字识别技术能够有效提升审核效率，及时删除不良信息，保障社会稳定，创造更高效、更安全的未来。与此同时，渗透德育教育，让学生规范自己的网络行为，不在网络上发表一些不良信息，净化网络环境。教师展示案例：很多中小学生利用手机上的作业识别软件，拍摄教师布置的作业题目，正确答案就直接显示出来，学生不经任何思考就把答案照抄。以此引导学生分析文字识别技术的利与弊，防范文字识别技术的不合理应用所造成的负面影响。

5  结束语

App Inventor通过模块化的方式贴合学生认知发展规律，借助模块封装，降低理解门槛，极大提升了学生的创作热情。借助App Inventor利用人工智能技术开发移动智能APP解决现实生活中的相关问题，在此过程中，能够有效提高学生分析与解决问题的能力、实践创新能力、计算思维、工程思维、创意物化能力，使学生具备利用人工智能技术成就自我、改善生活的能力，并以有责任感的态度使用、开发、监督人工智能技术。App Inventor可作为中小学开展人工智能教育的有效载体，为广大教师实施人工智能教育提供便利。

6  参考文献

[1] 中小学人工智能课程开发标准（试行）[S/OL].（2021-10-21）[2021-12-12].http：//www.ttbz.org.cn/StandardManage/Detail/51978/.