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小“试卷”有大智慧 作业帮AI技术满足高质量学习需求

作业帮推出了智能试卷学习工具,基于AI技术,以“手写字迹识别、提取和擦除”等相关发明专利作为强大支撑,为学习者提供了高效、智能的学习服务。
2021-08-25 11:33 · 投资界综合

整理错题是学生们的“集体记忆”。每次考试结束,学生们要把错题抄写下来,集中整理到不同科目的错题本上,便于强化记忆和日后复习。手抄题目虽然难度不高,但比较花费时间,随着试卷越来越多,管理难度也与日俱增。

在倡导智慧教育的当下,有没有一种方法,可以直接拉低试卷整理的门槛,方便学生到“云端”随时调取和复习呢?

答案是:有。

作业帮推出了智能试卷学习工具,基于AI技术,以“手写字迹识别、提取和擦除”等相关发明专利作为强大支撑,为学习者提供了高效、智能的学习服务。

“试卷”的强需求

产品经理都熟悉一句话:从需求中来,到需求中去。一款好的学习工具类应用,首要价值是满足学习过程中的真实需求。

早在2016年底,作业帮就在作业帮app上推出了“试卷”功能,彼时用户主要用“试卷”在线作答、判卷、查看错误原因,再根据系统智能计算出的薄弱知识点进行专项攻克。上线几年后,作业帮做了一项针对性调查问卷,结果显示,近80%的用户每个月至少使用一次试卷服务。

2021年初,作业帮产品团队开始思考,基于“试卷”场景,用户还有哪些需求没有被满足?还能提供什么新的功能和服务?

作业帮用户产品中心“试卷”产品负责人孙月鹏介绍,团队头脑风暴后,讨论出三大产品设计原则:首先,这个需求是用户在线下已经有的需求,而不是凭空生成一个概念或者场景;第二,这个功能必须能够有力支持和辅助用户在校的日常学习,而不会额外增加用户的学习负担;第三,可以充分得到作业帮强大的技术实力的支持。

“灵感”很快出现。“想到上学时各科老师都要求我们订一套‘卷子本’,将每次考试的卷子订成册,以便考前复习错题和薄弱知识点。”孙月鹏和团队诞生了一个打造方便、强大“线上卷子本”的想法。

顺着灵感,团队开展了前期调研,调研结果令他们振奋:有超过60%的用户认为卷子本或错题本是自己的强需求。线上卷子本可以成为辅助用户在校学习的有力工具,大幅节省时间。

基于“试卷”的卷子本线上化被提上开发日程。此后,作业帮强大的AI基础和算法能力,让这一功能的各种应用场景变成现实。

AI科技将“灵感”变成现实

*期产品原型很快就出炉了。用户可以批量拍摄试卷图片,实现一键上传。在上传的同时,服务端的算法会自动处理图片,生成“原图”和“打印版”两份数据。“原图”记录用户的原始试卷作答情况,“打印版”则是自动矫正、识别,并去除笔迹,方便用户在线上或者线下二次作答。两种版本都可以保存成PDF文档或生成图片。

通常一张试卷上不会每道题都回答错误,如何只记录下错题呢?作业帮很快上线了第二期功能,用户可以在卷子图片上“框选错题”,并选择只下载或者打印由“错题”重新拼成的卷子,而不需要下载整套试卷。

试卷功能示意图

框选错题并打印

作业帮技术团队有10位成员参与到“试卷”的新功能开发,涵盖了算法、前端、后端、测试等多种角色。

“当接到试卷还原产品的研发任务时,大家都充满期待和热情。”作业帮中台产研中心田宝亮是算法团队成员,他回忆道,自己在上学的时候有过手抄错题的经历,那时试卷是用钢笔写的,橡皮擦不掉,如果能做一款产品让学生们能够轻松还原试卷该多好。

开发过程中,很快遇到了*个困难:处理时间过长。一套算法,如果要保证处理效果,首先要准确识别出手写字体,识别的前提是手写字体的清晰度要高。另外,中学卷子可能有十几页A4纸,用户一次操作就需要完成十几张照片的传输、存储和算法处理。在网络欠佳时,需要等十几秒甚至几十秒才能看到算法的处理结果,这显然是不可接受的。

作业帮技术团队为节省每一个0.1秒而努力。单线程处理过慢,就多线程并发;传输过程耗时长,就优化数据传输格式;算法处理速度慢,就优化算法,一点点地从各个环节挤出时间。

“用户一次上传,触发的是多种AI模型以及一套复杂的逻辑处理架构,其中,手写笔迹的识别和擦除是系统中最核心的模块。既要精确判断拍摄图片中的每一个点是否为手写笔迹,还要保证去除手写笔迹的同时不误伤到印刷的题目。”田宝亮说。

朴素想法的背后,是计算复杂度的大幅增加。用户的手写笔迹风格非常复杂,覆盖了多种颜色、深浅、粗细、形状、大小等等,即使借助AI技术,字迹去除依然具有极高的挑战性,需要让AI模型阅览各种各样的手写样式,同时也需要让AI模型具备多种尺度的分辨力,类似于人眼去辨别手写区域,细小的手写字,要离的很近才能分辨,而一些手写做图,要离的远一些才能分辨出是手写。

最终,经过每一位参与者的锱铢必较,得益于作业帮强大的引擎加速技术,实现了算法效果和处理耗时的双达标。用户使用产品时能“即刻”还原,丝毫感受不到背后复杂的计算量。2021年4月,作业帮“手写字迹的识别/提取、擦除方法及擦除系统、电子设备”发明专利在国家知识产权局申请公开。

公开13

国家知识产权局官网专利截图

为了让用户体验更好,技术团队还增加了其他技术环节。比如试卷“美颜”,利用AI模型把试卷变成白底的文档,去掉题目之外的噪声;比如“扭曲矫正”,让拍摄的试卷页面文字变得更加平整等等。

AI时代的高质量学习

当前,基于AI科技“诞生”的一个又一个工具类产品,正在走入寻常百姓家,实用好用易用,能够满足使用者的个性化需求,全方位赋能各种学习场景。

如今,市场上有不同的试卷擦除产品,作业帮同款产品优势体现在哪里呢?

从技术角度看,田宝亮认为,产品对于复杂场景的鲁棒性更好。比如,在图像拍摄模糊、手机分辨率低、光照条件不好等情况下,系统依然有较好的表现。他还表示,“目前系统依然在持续迭代中,不断总结问题逐个击破。”

孙月鹏从产品角度出发认为,相比于市面上同类产品大部分主打付费服务,作业帮的“试卷”产品是用心为用户提供的高质量的免费学习工具,坚持了教育普惠理念,正在获得越来越多用户的信任。

结合强大的AI和教育大数据系统,作业帮近年来深入挖掘用户需求,持续创新,不断推出好用的学习小工具。

以“作业批改”为例,这是一项深受家长和学生喜爱的高效工具。其基础功能是对用户输入的四则运算答题结果实现“秒批”,极大地节省了纯计算题的批改时间。

“我们在产品上增加了‘错因分析’环节,将具体的知识点名称、该知识点具体的计算方法和例题展现出来。”作业帮产品经理鲁士珑介绍,这一功能来自很多家长的反馈的“不知道该怎么给孩子讲题”,“孩子听的一脸懵,家长气的肝火大”等问题,功能上线后深受欢迎,帮助家长更好地讲题,也帮助孩子更好地理解知识点。

新世纪的第三个十年已经开启,这个十年,人工智能将在学习领域掀起一场前所未有的革命。面向更加智能化学习的未来,以作业帮为代表的科技教育企业,依托AI科技,不断为学习者提供精准学习辅助工具。试卷擦除、错题本、自动批改等等,仅仅是科技赋能学习的小小缩影。在不久的未来,随着教育信息化2.0的深入开展,人工智能辅助下的学习体验将更加美好、更加高效。

背景资料:

作业帮教育科技(北京)有限公司成立于2015年,一直致力于用科技手段助力教育普惠,运用人工智能、大数据等前沿技术,为全国中小学生提供更高效的学习解决方案。

据统计,在作业帮所有主体之下,自公司成立以来共计有170余项专利申请,覆盖了语音识别、自然语言处理、图像和OCR识别等AI技术,以及大数据处理等领域。

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