RESHI.RU-机器人解决并解释数学中的学校课文问题

引言


当我向四年级的孩子讲解如何解决数学中的文字问题时,我突然明白了两件事。 首先,解释决定的过程可以自动化。 其次,对于大多数学校计算问题,通过方程系统可以采用通用方法,由于某种原因,该方法尚未在学校低年级进行研究。 而且,这种方法的掌握完全在中学生的能力范围之内,并将使他能够应付以前无法完成的任务。 理解的结果是RESHI.RU网站上有一个机器人来解释任务。

与具有现成作业的众多站点的不同之处在于,该问题理论上可以通过任何方式解决,而不是预先确定的。 但仅从理论上讲,由于在实践中,机器人仅了解已完成软件实现的那些任务类型。 在四年级教科书的任务上,机器人会显示三年级的正确解的65%(如果不能解决或怀疑,然后诚实地警告它),大约是80%。
要解决的问题应该用没有错误的文本来表示,条件下没有图形信息(图片,图表)并且要进行计算,即答案应该是一个或多个。 问题情况下的值可以是数字或变量。

机器人正试图为该问题组成一个简单的方程式系统并加以解决。 对于某些类型的任务,机器人可以通过学校方式解决,这是另外一种解决方案。

尽管如此,RESHI.RU的主要目标不是解决特定的问题,而是通过举例说明通过简单方程组求解的通用方法。

任务示例


考虑一个机器人的示例,该机器人可以从RESHI.RU网站上解决以下问题。

两辆巴士离开村庄和城市,彼此相对。 一辆公共汽车以25 km / h的速度驶向会议100 km。 如果第二辆公共汽车的速度为50 km / h,则在会议开始前行驶了几公里。

机器人意识到这是两个物体运动的任务,他知道如何解决。 剩下的
正确选择所有数量,了解其类型并将其与这两个对象相关联。
作为一种解释,机器人将显示一系列的片段,每个片段都描述一个或另一个方面,更接近于接收答案。 这是这些部分的屏幕截图。









该机器人还意识到,除了通用方法外,还有一种简化的校对方法。



所有这些以及方案都是针对要解决的每个问题自动生成的,而不是最初设置的。

通用的解决方法


大多数学校课文问题都可以通过通用方法-通过简单的方程组来解决。 如果学生已经掌握了这种方法,那么他原则上将能够解决课文中给出的任何典型的学校数学问题。

在一年级,教给小学生解决由单个方程a = b + c或a = b-c描述的简单问题。 在三年级时,掌握了除法运算之后,简单的问题出现在a = b⋅s或a = b / c上。 复合问题是指那些不简单的问题,即没有用三个量的单个方程描述的问题。 在这里,学生被邀请要聪明一些,要么做一个复杂的方程,要么将问题简化为一个又一个解决的简单问题。 从二年级开始积极提供复合和减法复合任务,从三年级开始,复杂性随着新操作的出现而增加。

但是还有另一种解决组合问题的方法,它包括编译一些简单的方程式(方程组),然后整体求解。 的确,如果学生能够解决简单的问题(即根据条件文本正确地组成一个简单的方程式),那么对于复合问题,他原则上可以针对每个单独的条件来组成自己的简单方程式。 为此,所有出现的量都必须用其符号表示(例如x,y,z,...),并且应为它们形成相应的x = y + z等。 然后在方程式中替换特定数字。 然后通过顺序确定未知值来解决该系统。

由于某些“突出显示”通常会简化工作,因此解决特定任务可能需要花费更多时间。 但是,由于它是一种艺术,所以并不总能找到它。 通用方法不需要这样做,因为它是一种技术,例如“先做一次,再做两次,这就是答案”。

机器人以通用的方式使用它,并尝试在特定任务上尽可能详细地解释它如何获得解决方案。 假定学生将花费一些时间来了解机器人的工作方式,以便将来在其他任务中重复类似的动作。 但是,如果为机器人完成了这类任务的培训( 现在不是针对所有类型,而是逐渐学习 ),那么该机器人还会提供学校解决方案。

它对学生有用还是不有用-有争议的地方。 一方面,这可以增加学生完成任务的百分比。 另一方面,在某些学生中,这种技术可以抑制精通数学的人。 我建议在此处寄给作者或写下我的合理考虑和关注的地方。

任务分类


根据简单方程式的系统,问题可以自动分类。 例如,这对于向学生提供解决类似问题以巩固技能的功能很有用。 而且,机器人可以理解任务属于哪一类,因为即使在四年级的教科书中也存在第一级水平的问题!

当前,该站点已从实际教科书中下载了4000多个任务,您可以看到针对这些任务的自动分类器。

机器人实施


当然,会出现一个合理的问题-该机器人是如何做到的? 我必须说这是一个非常复杂的实现。 我已经处理自然语言文本大约10年了,这是我在这一领域中遇到的最困难的任务。 困难在于您需要正确选择数字量,理解数字类型并与对象相关。 至少一个方面的任何不正确都会导致错误的结果。
我将仅列出我必须面对的一些问题。

  • 与该问题无关的伪量(灌木丛上有2朵盛开的玫瑰。3天后 ,又有4朵玫瑰盛开。灌木丛上有多少朵玫瑰?);
  • 由“ same”,“ half from”等类型的不同组合给出的隐式值;
  • 同义词,当同一对象用不同的组合表示时(卡车=卡车);
  • 难以识别物体(从两个码头向彼此航行的机动船……-不清楚物体是在这里,是码头还是机动船?);
  • 回指(他,她,它的代词)并不总是唯一地指代一个对象。
  • 当基本条件为一个条件时,需要将任务分为子任务,但是其他条件或需要找到的条件却有所不同;
  • 一个从根本上改变任务含义的隐式条件(桌子盖有3个角度。一个角被切掉了。桌子盖有几个角?);

但这就是表面上的东西。 在算法级别,这些问题更大。
该算法的主要思想是实现了了解其类型的特定任务处理程序。 该任务由所有处理程序运行,并且可以识别该任务的类型,从而解决了该问题。 每个处理程序都可以解决其类型的相当广泛的任务。

现在这些类型是:

  • 用于移动一个或多个对象的任务;
  • 有关矩形和正方形(一个或多个),区域,周长的任务,彼此填充;
  • 齐次数量的任务(当所有数量都缩减为一个维,并且任务本身是线性方程组时);
  • 两类量的任务(当方程系统中存在乘法时);
  • 明确描述该方程(例如,数字2082和6的商等于预期数字和数字48之和);
  • 一天中的任务;
  • 平均任务,尺寸变换和其他琐事;

当机器人理解任务后,即将其归因于受支持的类型之一,正确设置了值并了解了需要计算的内容后,便可以使用自己的语言来理解任务。 顺便说一句,在站点上,这种理解显示在教科书任务文本的右侧。 我们从该站点提供示例。

条件 :数字2082和6的商等于预期数字和数字48之和。
理解 :找到方程式的根:2082:6 = x + 48。

条件 :儿童游戏从11点开始,到12小时35分钟结束。 这种表现持续了多长时间?
理解 :有一个时间间隔。 间隔的开始是11小时,间隔的结束是12小时35分钟。 间隔多长时间?

条件 :Ane是12岁。 她比哥哥大三倍。 安雅比哥哥大几岁?
理解 :有2个数值:阿尼(Ani)的年龄和兄弟(Brother)的年龄。 阿妮(Aani)的年龄是12岁,比他哥哥的年龄大3倍。 阿妮的年龄比她哥哥的年龄大多少?

条件 :一个车工每小时制造8个零件,另一个-7个零件。 如果每小时的产量没有变化,他们将一起生产多少个小时的90个零件?
理解 :有2个对象:1号特纳和2号特纳。 1号车削工的零件数(小时):8零件。 2号车床的零件小时数:7。 零件总数:90个零件。 所有对象都具有相同的时间。 时间以小时为单位表示什么?

条件 :两个同志Misha和Kolya来自两个村庄,同时彼此面对。 Misha以3 km / h的速度行走,而Kolya以5 km / h的速度行走。 与米莎(Misha)同时,一只狗跑向科里亚(Kolya)。 她以每小时8公里的速度奔跑。 当她到达Kolya时,她转回Misha,在两个家伙之间跑来跑去,直到他们见面。 如果村庄之间的距离为16公里,那只狗跑了几公里?
理解 :两个物体(Misha和Kolya)同时开始向彼此移动16公里。 在它们之间,第三个物体(狗)以8 km / h的速度来回移动。 第一个物体(Misha)以3 km / h的速度移动。 第二个物体(轮子)以5 km / h的速度移动。 第三个物体克服了以km为单位的哪条路径?

条件 :在长度为8 m,宽度小于长度2 m的房间中,必须对地板进行油漆。 如果每1平方米花费150克,您需要多少涂料?
理解 :长8 m的矩形,宽度小于长度2 m。 该区域充满了每单位面积150 g的元素。 整个区域有多少个元素?

接下来是什么?


计划了以下开发方向:

  • 增加任务的百分比。 现在,对于第4类的任务,机器人将显示65%的正确解,对于第3类,机器人显示约80%的正确解,而该百分比甚至更高。
  • 组织网站推广;
  • 介绍所有流行的数学教科书的任务,包括独联体国家的教科书(俄语);
  • 支持斯拉夫语族的其他语言;
  • 升入五年级及以上;
  • 考虑一下物理中的文本问题;

这些区域的实施将取决于站点的实际相关性。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN470247/


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