小学数学应用题自动解答特征分析及研究路线

小学数学应用题自动解答特征分析及研究路线

包玉英

科尔沁左翼后旗蒙古族实验学校 内蒙古 通辽 028100

摘要：小学数学教育是培养学生逻辑思维、敏锐洞察力、激发智力的重要手段，其中以应用题解题能力的培养最能体现这一优势特征。因此本文从小学应用题自动解答环节入手，探讨了小学应用题特征、关键技术以及相关研究路线。

关键字：小学数学；应用题；自动解答

小学数学教育是数学教育的基础，为学生打下良好的应用数学的底子，而初级的应用题教学内容更是培养学生应用数学基础思维的重要方式，接受教育的学生太多，而教师的人手配备却不够，达不到最理想的一对一式教学，使得小学教育内容显现不出相应的优质结果。但是小学数学应用体自动解答系统的出现则恰好能够解决这一问题，并且能够有效地培养学生解决问题、分析问题、渗析问题的能力。

一、小学数学应用题特征

要想使小学应用题自动解答系统能够发挥出其应用的良好教学作用，我们就得先着手分析小学数学应用题的基本特征有哪些，找准这些基本特征才能使自动数学解答装置更具实用性。据以往的教学经验分析，小学的数学应用题特点主要包括经典题型和语言方式两个基础特征。

1、（一）小学数学应用题之所以能够被通用做自动解题系统之中，主要是因为小学数学的应用题解答模式较为简单，应用题种类较少，这样自动解题系统的分支结构就不会过多、过于复杂，也能提高自动解题系统对应用题的识别率。小学一至三年级主要是以基础的加减法运算、乘除法运算以及对整数、自然数等基础数学知识的学习为主，而在三到六年级才开始接触到一些简单的应用题类型，如追及问题、鸡兔同笼问题、归一问题等简单应用题类型，而运算过程中所用到运算也不过是加减乘除、二元一次方程等简单运算方式。

2、小学数学应用题中所具有的语言特点也是小学数学题能够用于自动解题系统的一个重要因素，小学应用题的语言特点可以概括为两点：其一，句式较为简单，多数是“流水账”形式，达意即可，不需要掌握太有深度的语法构成和识别，这大大降低了自动解题系统的编程难度，另外小学数学应用题的长度不长，一般十几个字到几十个字就能够解决，这也降低了自动解题程序的编程难度。其二，应用语境简单明了，中文是一种表意的语言形式，自动系统对中文语言控制难度较大，而小学应用题的表述较为简单，语法、句型的构成也较为简单，因此小学应用题的语言特征也是其能够被用于自动解答系统致之中的重要原因之一。

二、小学数学应用题自动解答研究路线

依据自动解答小学数学应用题所涉及的关键技术我们从中提炼了科学的研究路线，进而从多层面、多视角促进问题的完善解决。策略库与常识库在自动解答小学数学应用题进程中发挥着重要基础核心作用，我们首先应就应用题涉及的事例与场景展开细化分析，并尽快完成以上两库的建立。在建库实践中我们必须完善考虑库的表示方法与组织形式。小学应用题虽采用自然语言进行题意描述，然而小学生在理解题意进程中难免会产生歧义，因此我们可由理解自然语言的角度在合理分析应用题文本内容、题目的基础上科学制定应对分词歧义的处理标准，并为他类研究辅助理想的高频词与分词结果，进而构建完善的处理策略。相关技术路线为首先对词性或分词进行标注，而后通过人工修正、算法修正与应用题特别词分词算法自动发现分词错误并进行修正，接着进入词频统计阶段，该阶段对应用题语意的准确理解具有极其重要的辅助作用，有利于确定应用题语言风格并合理推断其所在篇章段落应关注的重点，接下来则利用以上词频统计方法有效提取高频词汇数字词典，进而完善理解特征词语，促进策略库中相关策略的完善匹配。特征词语反映了应用题的显著题型种类特点，因此我们应构建准确识别语句特征词语成分、分析特征、展开策略匹配促进框架填充的研究路线，遵循由特殊到一般的哲学思路，进而为后续的研究打下良好的基础。另外我们还可从汉语句的语法、句型、语用关系、指代消解等层面入手，识别数量关系、动宾关系、同位关系，展开分布特征分析，比较句分析，进而良好填充解题框架，起到互相促进、相辅相成的自动解答研究效果。

三、小学数学应用题自动解答的主要技术分析

基于小学数学应用题内涵的显著特征，我们结合信息处理技术、工程技术与人工智能技术提出了如何有效构建自动解答小学数学应用题的技术路线，其中包含四类模块，每一模块包含的技术同自动解答的主题密切相关。重要的技术包括自动发现并修正分词错误、对应用题语句的类别进行准确识别并分析其分布特征，对一些出现频度较高的特征词语或语句进行细化分析与自动处理，内核常识知识库、解题策略库的完善构建与解题框架的合理填充等。小学数学应用题自动解答的主要技术可以分成三个大的模块：

1、自动查找、修正错位的分词

自动解题软件同样存在一些亟待解决的问题，和任何一款软件一样，自动解题也存在这类似词语混淆的问题，这里举个例子来具体分析：案例一：张红有黄球7个，红球4个，问黄球比红球多多少个？案例二：张红有黄球7个、红球4个，问张红一共有多少个球？针对案例二中的问题，在编程时可以将“球”作为一个整体的总概念，而“红、球”“黄、球”作为分词概念设置，这样就可以在结果输出时将红、黄球做求和处理；但是这种方法不适用于案例一，案例一中在编程时用采用红、黄球分别作为两个独立概念而存在，这样才能在结果中体现出差值。就这两种情况的比较结果分析，就出现了分词混乱的现象。

2、准确把握小学数学应用题的语言模式

通过对小学应用题类型的分析，掌握正确的小学数学题组成语法和关键位置用词，根据经验总结，小学应用数学题的语法组成分为赋值命题型、关系命题型、问句命题型、事实阐述型，在自动解题模块中准确将这几大数学应用题模式进行处理，构成框架，在日后出题时只需根据要求进行填充组合即可。

3、对小学数学基础知识点、题库的扩充

在自动解题系统中要完善小学数学应用题中的基础知识点、概念点，如距离=速度*时间、鸡兔同笼问题二元一次方程的构件模式等等，小学数学应用题具有统一模式，尤其是要抓住典型题、基本知识点等等这些基础的应用题概念，然后通过系统的分析编排形成一个系列题型。要使小学自动解题发挥出其重要的作用就一定要加强自动解题数据库的完善和灵活应用的能力。

结语

自动解答小学数学应用题的相关研究涉及到众多学科领域的交叉融合，内涵丰富的理论知识，需要我们在研究的同时不断总结、不断学习，适应性融合与创新应用。因此我们只有在充分了解小学数学应用题内涵特征、实践教学策略，应用丰富的自动解答关键技术，构建完善的研究路线，才能真正取得阶段性进展，并为后续的自动解题系统研究打下坚实的基础，促进其在未来的探索之路上良好的辅助小学数学教学，切实提升实践教学水平。

参考文献

[1]綦春霞。数学问题解决在中国的研究历史及其影响[J].课程·教材·教法，2011

[2]潘黎。基于概念层次网络的小学应用题句类分析和知识提取[J].计算机系统应用，2011