小學數學應用題自動解答特征分析及研究

蒙海燕

摘 要：現今在世界各國的教育界，在數學問題上對學生的考量以及解決數學問題的能力培養，已經受到相當的重視。而其中占據重要地位的小學數學應用題自動解答能力成為解決數學問題能力的重要構成。小學生在做數學題特別是應用題時候，有許多難題的困擾，而在為學生解決問題時不能保證一對一的輔導，所以在教學方法上個性化的智能輔導系統的建立十分必要。如今應用題自動解答還是一個尚未解決的難關，那是因為我們處在自然語言的環境中，其對解題的全面理解的范圍已經達到了一個瓶頸，還有在多方領域中人們都尚未弄明白“人是怎樣解題的”這一歷史性問題。因此對于小學的數學應用題所作出的問題解決方式研究都沒能完整的進行下去。但是近幾年的深入研究，不斷追求，有專家在人工智能、語言信息處理、理論知識工程、認知心理學、數學教育學等大量的理論知識作為技術基礎下，通過對小學數學應用題特點的剖析，在應用題解答的方法中提出了尤為關鍵的技術草案，在其中重點的考慮了幾項研究方案，取得了一定的研究成果，同時也為今后對小學數學應用題自動解答的方法進一步的研究打下了堅實而肯定的基礎。

關鍵詞：小學數學 ；應用題 ；自動解答；解題策略

在教育領域蓬勃發展的今天，對數學問題的解決能力的培養已然早就成為世界各國的教育界所高度重視的事情。例如，美國在89年就將“解決數學問題”作為一項明確的課程標準，正式的列在學校教學任務中要達成的五大目標之一中。日本是從94年起改變了教學大綱，在實行新大綱的同時就將“問題解決”為主導的數學課題式教學列入了新大綱的內容中。為了更好的研究問題，多位研究者分別從不同的領域對其進行研究，從心理學、教育學（數學類）、計算機學等等方面，而且研究的方向分別是學生解決問題的過程、解決問題所運用的策略、阻礙解決問題的因素還有怎樣提高學生解決問題的能力等。這樣一來，就明確的為良好的培養學生解決問題的能力的系統研究奠定了堅實的理論基礎。但是要想解決問題的根本，實現小學數學應用題的自動解答并不是一件簡單的項目，一定要結合多方面各個領域一起進行深入研究。本文通過已掌握的研究成果，結合應用題實例進行進一步分析，在多方領域學科的奠基下，為實現自動解答技術探索研究路線。

一、小學數學應用題的基本特征研究

關于小學數學首先要了解的必須是它的描述方式是自然語言。而其解題過程包括四個階段，分別是全面審題、制定解題思路、執行解題計劃、檢驗結果。重點是在整個階段里所涉及到的知識不僅只有數學方面，還包括生活和語言方面的知識。因此，深入了解并系統分析小學數學應用題本身的特征，是作為解題所用知識和組織系統結構的基礎方式，也是可以實現自動解題的必要

前提。

（一）小學數學應用題的類型

應用題的類型不同所運用的解題知識就不同。就算小學數學中應用題的解答，所涉及的是同一方式，也不一定是用的相同的知識類型，所以在解題過程中，先對應用題進行分類，歸納類型題所要用到的知識，是一個必要的方式。

（二）小學數學應用題的語言

雖然小學數學應用題用自然語言來表達，但是在數學這一范圍內，要想表明數量之間的聯系問題，其語言的使用還是有一定的特點的。

1.語言簡單、容易理解。由于小學數學應用題所要用語言表達的是數量間的關系問題，因此普通語言所具有的歧義性在應用題的語言使用中很少出現，并且幾乎不用帶有主觀色彩的修飾語言來表述，只用簡潔的方式，這樣不僅能清晰的表明意思，還能方便快捷的理解題意。

2.流水式的句型結構

流水句子在應用題中的形成是因為應用題里的多個小短句子之間幾乎沒有關聯詞的搭配使用。而且還會有小短句包含小短句的情況，疊加進行表述，將陳述與被陳述、支配與被支配等關系紛紛鑲入題中，因而句子成分的省略問題、句子間隱藏的含義問題等語言學復句類型會出現在小學應用題中，還為應用題的分析與理解造成一定的困難。所以對于找出小短句間的銜接聯系問題的確定，是理解小學應用題的必要因素。

二、小學數學應用題自動解答技術的概況

（一）自動找出分詞的錯誤并且實施修改

舉例說明：小紅有5個紅蘋果，3個青蘋果，問：a.一共有多少蘋果？B.紅蘋果比青蘋果多多少？對于問題a計算機系統應該分析問題為“紅+蘋果” 和 “青+蘋果” ，通過常識性的概念，它們都是蘋果，結合數學公式進行解答。對于問題b計算機在分析問題時，只要將紅和青兩種蘋果分別想象成兩個整體即可，便能進行解題。此過程中對于分詞的應用可算是多此一舉，其軟件的不實用性對于任何的類似問題都不能給予解決，所以應用題自動解答系統首要處理問題就是計算機分詞軟件。

（二）語句類型的識別和分布特點分析

小學應用題的主要語句分類為問句式、關系式、賦值式、事實信息式，在分析小學應用題的特點基礎上，又采用中文信息處理技術中的分類研究法、漢語言舉行研究法、人工智能分析法，這三中國方法結合的情況下，對小學應用題能自動辨別語句的類型，并對不同類別匹配相應的語句，最終實現計算機自動分解語句的目的。

（三）對“有”等高頻詞的特點分析和計算機自動處理

深入的進行了解應用題的時候會發現存在一些使用高頻詞，例如“有”、“比”等，此類詞中所蘊含的信息與解題都有密切的關系。基于對語句類型的辨別和對詞匯使用率的統計，研究不同種類的語句，特別是帶有高頻詞的語句，經過深入的分解、總結，可實現文本形式的計算機自動解題。

（四）解題與常識知識庫的填充與框架建立

目前來看，解題庫的知識含量可以提取198條策略，而且針對不同類別的問題也相對應的分清了層次進行解答，為了避免知識沖突。而常識知識庫毋庸置疑是解題的重要環節，常識問題、邏輯理論問題的解答也就是計算機自動解答的關鍵研究方向。

三、總結

本文通過對小學數學應用題所擁有特點的分析，研究了自動解答的關鍵技術，它是多方向多領域的問題，還需要進一步的研究，在學習中總結經驗，將研究成果不斷融合，將此項探索更加完善。

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