一种基于语义网的几何辅导系统和方法

申请号 CN202210018504.0 申请日 2022-01-07 公开(公告)号 CN114299772B 公开(公告)日 2024-03-19
申请人 广东工业大学; 发明人 王掌斌; 刘东峰; 刘华锐; 陈国炜;
摘要 本 发明 公开了一种基于语义网的几何辅导系统和方法,涉及智能教学的技术领域,包括几何 知识库 模 块 、导学模块、学习模块、画图模块、解析模块、评分模块和提示模块;几何知识库模块根据知识点建立语义网,导学模块 定位 知识点 位置 ,学习模块结合答题分数提出不同难度的学习问题;画图模块和解析模块同步生成几何示意图和求解过程,几何示意图将学习问题 可视化 ,无需提前人工机械录入,节省人 力 和时间成本;评分模块根据求解过程判断用户答题是否正确,计算答题分数发送至学习模块;提示模块向用户展示学习问题的知识点或求解过程,及时巩固知识 盲点 。本发明普适性强,人力和时间成本低,满足几何辅导学习的数形结合的需求,辅导效果好。
权利要求

1.一种基于语义网的几何辅导系统,其特征在于,包括:
几何知识库,根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网;
导学模块,用于识别用户的选择,并根据选择在几何知识库模块中定位到知识点所在的语义网;
学习模块,根据导学模块定位到的知识点和评分模块计算的答题分数显示不同类型的学习问题,供用户解答;所述学习问题根据几何概念语义网和几何定理语义网自动生成,或从几何证明语义网中选取;
在几何概念语义网或几何定理语义网中,将几何概念或几何定理的关键词的语义链接关系设置为ASSOC,学习模块解析几何概念或几何定理中链接关系为ASSOC的关键词,隐去任意一个关键词,生成几何概念选择题、几何概念填空题、几何定理选择题、几何定理填空题,隐去的关键词作为标准答案;
画图模块,根据学习模块生成的学习问题同步生成几何示意图,辅助用户答题;所述画图模块包括集几何模式库和作图指令库;
所述几何模式库遍历学习问题对应的几何概念语义网、几何定理语义网或几何证明语义网,根据语义网中的所有语义链接关系,在作图指令库中匹配并调用相应的作图指令,同步生成几何示意图;
解析模块,根据学习模块生成的学习问题同步生成求解过程;所述解析模块包括提取单元、推理规则库和已知事实库;
在几何证明语义网中,将几何证明题的已知条件关键词的语义链接关系设置为ATT,将证明结果关键词的语义链接关系设置为VAL;学习模块选取几何证明题时,提取单元将语义链接关系为ATT的关键词提取出作为已知条件存入已知事实库,从推理规则库中选择几何推理规则应用于已知事实库产生新事实,将新事实存入已知事实库,重复推理直到不能产生新事实;提取单元将语义链接关系为VAL的关键词提取出作为证明结果,若已知事实库中存在与证明结果相同的事实,则将该几何推理规则产生与证明结果相同的事实的过程作为求解过程;若已知事实库中不存在与证明结果相同的事实,则在推理规则库选择新的几何推理规则,直至获得与证明结果相同的事实;
评分模块,根据求解过程评判用户答题是否正确,并计算答题分数,将答题分数发送至学习模块;
提示模块,用于识别用户的提示请求,向用户展示学习问题的知识点或求解过程。
2.根据权利要求1所述的基于语义网的几何辅导系统,其特征在于,几何知识库模块,根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网的具体方法为:
向几何知识库模块输入几何学科的知识点及其证明题,几何知识库模块根据知识点所属年级创建目录进行分类,目录包含若干章,章包含若干节,节包含具体知识点;几何知识库模块基于语义网,根据知识点属性,建立几何概念语义网和几何定理语义网,根据知识点证明题建立几何证明语义网。
3.根据权利要求1所述的基于语义网的几何辅导系统,其特征在于,所述系统还包括历史记录模块,用于记录用户的学习历史,供导学模块读取;
导学模块识别用户的选择后,首先读取历史记录模块中用户的学习历史记录,若历史记录模块中不存在用户选择的章或节的学习记录,则导学模块在几何知识库模块中定位到知识点所在的几何概念语义网;若历史记录模块中存在用户选择的章或节的学习记录,则跳转至上一次学习记录所在的语义网。
4.根据权利要求1所述的基于语义网的几何辅导系统,其特征在于,所述学习模块根据导学模块定位到的知识点所在的语义网和评分模块计算的答题分数显示选择题、填空题或证明题;
当答题分数小于分数阈值时,根据知识点位于几何概念语义网或几何定理语义网,学习模块生成知识点对应的几何概念选择题、几何概念填空题、几何定理选择题、几何定理填空题中的一种或几种;
当答题分数不小于分数阈值时,学习模块在几何证明语义网中选取几何证明题。
5.根据权利要求1所述的基于语义网的几何辅导系统,其特征在于,所述评分模块评判用户答题是否正确的具体方法为:
评分模块获取用户答案,对于选择题和填空题,将用户答案与标准答案进行匹配,相同则正确,不同则错误;对于证明题,将用户答案与解析模块生成的求解过程逐步骤进行匹配,步骤相同则判定为正确,步骤不同则判定为错误。
6.根据权利要求5所述的基于语义网的几何辅导系统,其特征在于,所述提示模块包括提示标记、提示库和提示积分;
设置提示标记TIPS作为语义链接关系,链接学习问题与几何概念语义网、几何定理语义网中的知识点,将知识点保存在提示库中;
提示积分的初始值设置为0,用户每完成一个知识点的学习,提示积分增加a,用户每使用一次提示请求,提示积分减少b,其中a7.一种基于语义网的几何辅导方法,其特征在于,利用权利要求1‑6任意一项所述的基于语义网的几何辅导系统,所述方法包括:
S1:根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网;
S2:识别用户的选择,并根据选择在几何知识库模块中定位到知识点所在的语义网;
S3:根据定位到的知识点和答题分数显示不同类型的学习问题,供用户解答;所述学习问题根据几何概念语义网和几何定理语义网自动生成,或从几何证明语义网中选取;在几何概念语义网或几何定理语义网中,将几何概念或几何定理的关键词的语义链接关系设置为ASSOC,学习模块解析几何概念或几何定理中链接关系为ASSOC的关键词,隐去任意一个关键词,生成几何概念选择题、几何概念填空题、几何定理选择题、几何定理填空题,隐去的关键词作为标准答案;
S4:根据学习问题同步生成几何示意图,辅助用户答题;
遍历学习问题对应的几何概念语义网、几何定理语义网或几何证明语义网,根据语义网中的所有语义链接关系,调用相应的作图指令,同步生成几何示意图;
S5:根据学习问题同步生成求解过程;
在几何证明语义网中,将几何证明题的已知条件关键词的语义链接关系设置为ATT,将证明结果关键词的语义链接关系设置为VAL;选取几何证明题时,将语义链接关系为ATT的关键词提取出作为已知条件保存,选择几何推理规则应用产生新事实,将新事实保存,重复推理直到不能产生新事实;将语义链接关系为VAL的关键词提取出作为证明结果,若存在与证明结果相同的事实,则将该几何推理规则产生与证明结果相同的事实的过程作为求解过程;不存在与证明结果相同的事实,则在推理规则库选择新的几何推理规则,直至获得与证明结果相同的事实;
S6:评判用户答题是否正确,并计算答题分数,将答题分数发送至步骤S3;
S7:识别用户的提示请求,向用户展示学习问题的知识点或求解过程。

说明书全文

一种基于语义网的几何辅导系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及智能教学的技术领域,更具体地,涉及一种基于语义网的几何辅导系统和方法。

背景技术

[0002] 随着信息技术的不断发展,新型教育方式对传统教育方式产生了巨大冲击。传统教育方式越来越不能满足时代赋予教育的需求,为了保证教育的与时俱进,迫切需要把不断发展的信息技术与稳定的教育方式相整合。在传统的课堂教学中,教师占据着中心的位置,而学生处于被动地位。相较于学生“听”老师“教”的教学模式而言,在新型教育领域中,更强调的是要学生学会“自主学习”。在学生自主学习时,理想的状态是有关学习的一切都由学生做主,教师只起到辅助的作用。此外,在教学的过程中,学生的基础各不相同,如何做到“因材施教”也是需要关注的问题。以数学领域为例,在数学教学过程中,学生在课堂学习时,能够在教师的引导下完成基本的练习,但当学生独立去解决问题时会无从下手,无法明确该问题考查的是哪个知识点。为了应考和提高升学率,通常采用题海战术,但结果往往事倍功半,成绩不理想,积极性受挫,渐渐对学习失去兴趣。几何是数学学科中比较基础的课程之一,在初等数学几何教学过程中,数形结合是广泛采用的方法,把用文字描述的几何定理、性质、命题等用几何图形表示出来,通过对几何图形中几何对象的度量、变换来证明根据几何公理推理出来的一些结论。目前市面上的几何辅导软件,一种是把老师授课录制成视频结合练习题,学生观看视频;另一种是题库形式,通过大量做题从而达到掌握知识点的目的。这两种形式对于学习者解决问题能力的培养上相对较弱,视频课程类的辅导形式,实质上是线下老师课堂授课的一种线上形式,仍存在线下授课的缺点;而题库学习的形式,学习者遇到不会的题目时,软件只会机械的给出问题的答案,学习者解决问题的能力没有得到锻炼;并且软件里面的学习题目都是机械人工导入,不能根据学习者能力的变化来提供合适的题目供学习者加强学习,会导致学习者会重复学习已经掌握的知识点,薄弱的地方没有得到加强;另外,题目的示意图型只能前期人力导入,耗费人力和时间成本。
[0003] 现有技术公开了一种几何解题智能辅导方法,涉及智能解题辅导技术领域,包括:S1、建立题目库与联想库;S2、从题目库中获取题目;S3、根据用户答案判断是否需要辅导或判断用户是否选择需要辅导,若是,则进行步骤S4,若否,则进行步骤S6;S4、根据用户答案判断辅导级别或识别用户选择的辅导级别,根据辅导级别从联想库中获取中间结论;S5、将用户解答结果与题目库中对应题目答案进行对比,若用户解答成功,则结束辅导,若解答错误,进一步判断辅导级别,若当前辅导级别小于最大辅导级别,则返回步骤S4,若当前辅导级别等于最大辅导级别,则结束辅导;S6、将用户解答结果与题目库中对应题目答案进行对比,若解答成功,则结束辅导,若解答失败,则返回步骤S3。该方法要建立题目库时需要人工录入题目、解题过程、最终结果,建立联想库时需要人工录入定理、概念或公理,人力和时间成本高;辅导过程中,无法生成帮助用户理解题目的几何示意图,无法满足数形结合的需求;用户解答错误时,只能机械的给出问题的答案,用户的解决问题的能力没有得到锻炼,辅导效果差。

发明内容

[0004] 本发明为克服现有几何辅导软件中题目、答案和示意图依靠人工机械导入,无法根据用户的学习能力提出合适的题目,导致辅导软件普适性差、人力和时间成本高、辅导效果差的缺陷,提供一种基于语义网的几何辅导系统和方法,仅需录入几何知识点,即可根据用户学习能力生成学习问题,并同步生成几何示意图和求解过程,普适性强,节省了人力和时间成本。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
[0006] 本发明提供了一种基于语义网的几何辅导系统,包括:
[0007] 几何知识库,根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网;
[0008] 导学模块,用于识别用户的选择,并根据选择在几何知识库模块中定位到知识点所在的语义网;
[0009] 学习模块,根据导学模块定位到的知识点和评分模块计算的答题分数显示不同类型的学习问题,供用户解答;所述学习问题根据几何概念语义网和几何定理语义网自动生成,或从几何证明语义网中选取;
[0010] 画图模块,根据学习模块生成的学习问题同步生成几何示意图,辅助用户答题;
[0011] 解析模块,根据学习模块生成的学习问题同步生成求解过程;
[0012] 评分模块,评判用户答题是否正确,并计算答题分数,将答题分数发送至学习模块;
[0013] 提示模块,用于识别用户的提示请求,向用户展示学习问题的知识点或求解过程。
[0014] 优选地,几何知识库模块,根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网的具体方法为:
[0015] 向几何知识库模块输入几何学科的知识点及其证明题,几何知识库模块根据知识点所属年级创建目录进行分类,目录包含若干章,章包含若干节,节包含具体知识点;几何知识库模块基于语义网,根据知识点属性,建立几何概念语义网和几何定理语义网,根据知识点证明题建立几何证明语义网。
[0016] 优选地,所述系统还包括历史记录模块,用于记录用户的学习历史,供导学模块读取;
[0017] 导学模块识别用户的选择后,首先读取历史记录模块中用户的学习历史记录,若历史记录模块中不存在用户选择的章或节的学习记录,则导学模块在几何知识库模块中定位到知识点所在的几何概念语义网;若历史记录模块中存在用户选择的章或节的学习记录,则跳转至上一次学习记录所在的语义网。
[0018] 用户第一次学习时,系统提供几何概念—几何定理—几何证明的学习路线,导学模块定位到知识点所在的几何概念语义网,读取并遍历解析语义网,解析语义链接关系,供学习模块生成学习问题。
[0019] 优选地,所述学习模块根据导学模块定位到的知识点所在的语义网和评分模块计算的答题分数生成选择题、填空题或证明题;
[0020] 当答题分数小于分数阈值时,根据知识点位于几何概念语义网或几何定理语义网,学习模块生成知识点对应的几何概念选择题、几何概念填空题、几何定理选择题、几何定理填空题中的一种或几种;
[0021] 当答题分数不小于分数阈值时,学习模块在几何证明语义网中选取几何证明题。
[0022] 开始答题时,用户的答题分数的初始值为0,选择题和填空题是基于几何概念和几何定理生成的,属于基础题型;答题分数小于分数阈值时,学习模块会先向用户提出基础题型学习基础知识;当积累的答题分数不小于分数阈值时,学习模块向用户提出综合题型的几何证明题,达到循序渐进的学习效果。
[0023] 优选地,在几何概念语义网或几何定理语义网中,将几何概念或几何定理的关键词的语义链接关系设置为ASSOC,学习模块解析几何概念或几何定理中链接关系为ASSOC的关键词,隐去任意一个关键词,生成几何概念选择题、几何概念填空题、几何定理选择题、几何定理填空题,隐去的关键词作为标准答案。
[0024] 优选地,所述画图模块包括集几何模式库和作图指令库;
[0025] 所述几何模式库遍历学习问题对应的几何概念语义网、几何定理语义网或几何证明语义网,根据语义网中的所有语义链接关系,在作图指令库中匹配并调用相应的作图指令,同步生成几何示意图。
[0026] 画图模块在提出学习问题的同时生成几何示意图,满足了几何学习中数形结合的要求,将学习问题可视化,有助于用户对学习问题的理解和解答。
[0027] 优选地,所述解析模块包括提取单元、推理规则库和已知事实库;
[0028] 在几何证明语义网中,将几何证明题的已知条件关键词的语义链接关系设置为ATT,将证明结果关键词的语义链接关系设置为VAL;学习模块选取几何证明题时,提取单元将语义链接关系为ATT的关键词提取出作为已知条件存入已知事实库,从推理规则库中选择几何推理规则应用于已知事实库产生新事实,将新事实存入已知事实库,重复推理直到不能产生新事实;提取单元将语义链接关系为VAL的关键词提取出作为证明结果,若已知事实库中存在与证明结果相同的事实,则将该几何推理规则产生与证明结果相同的事实的过程作为求解过程;若已知事实库中不存在与证明结果相同的事实,则在推理规则库选择新的几何推理规则,直至获得与证明结果相同的事实。
[0029] 优选地,所述评分模块评判用户答题是否正确的具体方法为:
[0030] 评分模块获取用户答案,对于选择题和填空题,将用户答案与标准答案进行匹配,相同则正确,不同则错误;对于证明题,将用户答案与解析模块生成的求解过程逐步骤进行匹配,步骤相同则判定为正确,步骤不同则判定为错误。
[0031] 优选地,所述提示模块包括提示标记、提示库和提示积分;
[0032] 设置提示标记TIPS作为语义链接关系,链接学习问题与几何概念语义网、几何定理语义网中的知识点,将知识点保存在提示库中;
[0033] 提示积分的初始值设置为0,用户每完成一个知识点的学习,提示积分增加a,用户每使用一次提示请求,提示积分减少b,其中a<b;当前提示积分小于b时,向用户展示学习问题的知识点;当前积分不小于b时,向用户展示求解过程。
[0034] 用户解题过程中遇到思维障碍无法继续作答时,提示模块为用户提供帮助;通过设置提示积分,有效防止用户不主动思考无限制提出提示请求,影响学习效果;提示积分不足时,向用户展示学习问题的知识点,使用户巩固薄弱知识点的基础知识;提示积分足够时,向用户展示求解过程,帮助用户构建正确的解题思维。
[0035] 本发明还提供了一种基于语义网的几何辅导方法,利用上述的基于语义网的几何辅导系统,所述方法包括:
[0036] S1:根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网;
[0037] S2:识别用户的选择,并根据选择在几何知识库模块中定位到知识点所在的语义网;
[0038] S3:根据定位到的知识点和答题分数显示不同类型的学习问题,供用户解答;所述学习问题根据几何概念语义网和几何定理语义网自动生成,或从几何证明语义网中选取;
[0039] S4:根据学习问题同步生成几何示意图,辅助用户答题;
[0040] S5:根据学习问题同步生成求解过程;
[0041] S6:评判用户答题是否正确,并计算答题分数,将答题分数发送至步骤S3;
[0042] S7:识别用户的提示请求,向用户展示学习问题的知识点或求解过程。
[0043] 与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
[0044] 本发明的几何知识库模块基于语义网,根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网;导学模块识别用户的选择后定位到知识点所在语义网,学习模块根据知识点位置和答题分数向用户提出不同类型的学习问题,答题分数反映用户的学习能力,学习模块结合答题分数向用户提出不同难度的学习问题,普适性强,起到了循序渐进的辅导效果;画图模块和解析模块分别根据学习问题同步生成几何示意图和求解过程,几何示意图将学习问题可视化,辅助用户理解和作答,无需人工机械录入,节省人力和时间成本;评分模块根据求解过程判断用户答题是否正确,获得的答题分数发送至学习模块,作为产生下一个学习问题的难度依据;提示模块为用户遇到思维障碍时提供帮助,向用户展示学习问题的知识点或求解过程,及时巩固知识盲点。本发明普适性强,人力和时间成本低,满足几何辅导学习的数形结合的需求,为不同学习能力的用户提供针对性的辅导。附图说明
[0045] 图1为实施例1所述的一种基于语义网的几何辅导系统的结构示意图。
[0046] 图2为实施例2所述的一种基于语义网的几何辅导系统的结构示意图。
[0047] 图3为实施例2所述的几何定理语义网的示意图。
[0048] 图4为实施例2所述的画图模块原理示意图。
[0049] 图5为实施例2所述的画图模块生成的几何示意图。
[0050] 图6为实施例2所述的几何证明语义网示意图。
[0051] 图7为实施例2所述的解析模块的结构示意图。
[0052] 图8为实施例2所述的链接提示的几何证明语义网示意图。
[0053] 图9为实施例2所述的链接几何证明题的几何定理语义网示意图。
[0054] 图10为实施例3所述的一种基于语义网的几何辅导方法的流程图

具体实施方式

[0055] 附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
[0056] 为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;
[0057] 对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0058] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0059] 实施例1
[0060] 本实施例提供了一种基于语义网的几何辅导系统,如图1所示,包括:
[0061] 几何知识库模块,根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网;
[0062] 导学模块,用于识别用户的选择,并根据选择在几何知识库模块中定位到知识点所在的语义网;
[0063] 学习模块,根据导学模块定位到的知识点和评分模块计算的答题分数显示不同类型的学习问题,供用户解答;所述学习问题根据几何概念语义网和几何定理语义网自动生成,或从几何证明语义网中选取;
[0064] 画图模块,根据学习模块生成的学习问题同步生成几何示意图,辅助用户答题;
[0065] 解析模块,根据学习模块生成的学习问题同步生成求解过程;
[0066] 评分模块,评判用户答题是否正确,并计算答题分数,将答题分数发送至学习模块;
[0067] 提示模块,用于识别用户的提示请求,向用户展示学习问题的知识点或求解过程。
[0068] 在具体实施过程中,几何知识库模块基于语义网,根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网;导学模块识别用户的选择后定位到知识点所在语义网,学习模块根据知识点位置和答题分数向用户提出不同类型的学习问题,答题分数反映用户的学习能力,学习模块结合答题分数向用户提出不同难度的学习问题,普适性强,起到了循序渐进的辅导效果;画图模块和解析模块分别根据学习问题同步生成几何示意图和求解过程,几何示意图将学习问题可视化,辅助用户理解和作答,无需人工机械录入,节省人力和时间成本;评分模块根据求解过程判断用户答题是否正确,获得的答题分数发送至学习模块,作为产生下一个学习问题的难度依据;提示模块为用户遇到思维障碍时提供帮助,向用户展示学习问题的知识点或求解过程,及时巩固知识盲点。本发明普适性强,人力和时间成本低,满足几何辅导学习的数形结合的需求,为不同学习能力的用户提供针对性的辅导。
[0069] 实施例2
[0070] 本实施例提供了一种基于语义网的几何辅导系统,如图2所示,包括:
[0071] 几何知识库模块,根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网;
[0072] 向几何知识库模块输入几何学科的知识点及其证明题,几何知识库模块根据知识点所属年级创建目录进行分类,目录包含若干章,章包含若干节,节包含具体知识点;几何知识库模块基于语义网,根据知识点属性,建立几何概念语义网和几何定理语义网,根据知识点证明题建立几何证明语义网;
[0073] 导学模块,用于识别用户的选择,并根据选择在几何知识库模块中定位到知识点所在的语义网;
[0074] 历史记录模块,用于记录用户的学习历史,供导学模块读取;
[0075] 导学模块识别用户的选择后,首先读取历史记录模块中用户的学习历史记录若历史记录模块中不存在用户选择的章或节的学习记录,则导学模块在几何知识库模块中定位到知识点所在的几何概念语义网;若历史记录模块中存在用户选择的章或节的学习记录,则跳转至上一次学习记录所在的语义网;
[0076] 学习模块,根据导学模块定位到的知识点和评分模块计算的答题分数显示不同类型的学习问题,供用户解答;所述学习问题根据几何概念语义网和几何定理语义网自动生成,或从几何证明语义网中选取;
[0077] 学习问题为选择题、填空题或证明题;
[0078] 答题分数小于分数阈值时,根据知识点位于几何概念语义网或几何定理语义网,学习模块生成知识点对应的几何概念选择题、几何概念填空题、几何定理选择题、几何定理填空题中的一种或几种;
[0079] 当答题分数不小于分数阈值时,学习模块在几何证明语义网中选取几何证明题。
[0080] 本实施例中,将分数阈值设置为60分。
[0081] 开始答题时,用户的答题分数的初始值为0,选择题和填空题是基于几何概念和几何定理生成的,属于基础题型;答题分数小于分数阈值时,学习模块会先向用户提出基础题型学习基础知识;当积累的答题分数不小于分数阈值时,学习模块向用户提出综合题型的几何证明题,达到循序渐进的学习效果。
[0082] 在几何概念语义网或几何定理语义网中,将几何概念或几何定理的关键词的语义链接关系设置为ASSOC,学习模块解析几何概念或几何定理中链接关系为ASSOC的关键词,隐去任意一个关键词,生成几何概念选择题、几何概念填空题、几何定理选择题、几何定理填空题,隐去的关键词作为标准答案。如图3所示,以知识点“中位线”为例,几何定理为“三形的中位线平行于三角形的第三条边,并且等于第三条边的一半”,关键词为“三角形、平行、一半”,将关键词语义链接关系设置为ASSOC,如隐去关键词“一半”,则学习模块提出学习问题“三角形的中位线平行于三角形的第三条边,那么中位线跟第三边的长度关系式?”,答案即为“一半”。
[0083] 画图模块,根据学习模块生成的学习问题同步生成几何示意图,辅助用户答题;
[0084] 所述画图模块包括集几何模式库和作图指令库;
[0085] 所述几何模式库遍历学习问题对应的几何概念语义网、几何定理语义网或几何证明语义网,根据语义网中的所有语义链接关系,在作图指令库中匹配并调用相应的作图指令,同步生成几何示意图。
[0086] 画图模块在提出学习问题的同时生成几何示意图,满足了几何学习中数形结合的要求,将学习问题可视化,有助于用户对学习问题的理解和解答。
[0087] 如图4所示,以学习问题“三角形的中位线平行于三角形的第三条边,那么中位线跟第三边的长度关系是?”为例的画图模块的原理示意图。根据关键词“三角形、中位线”,确定三角形ABC,存在语义链接关系“边”和“中点”,其中边为AB、AC、BC,提取几何特征边AB中点D、边AC中点E,几何模式库存在映射关系“边AB中点D→中点{点D,线段AB}”,作图指令库存在作图指令“中点{点D,线段AB}→MidPoint D A B”,调用作图指令,实现自动同步生成几何示意图,如图5所示。
[0088] 解析模块,根据学习模块生成的学习问题同步生成求解过程;
[0089] 如图6所示,所述解析模块包括提取单元、推理规则库和已知事实库;
[0090] 在几何证明语义网中,将几何证明题的已知条件关键词的语义链接关系设置为ATT,将证明结果关键词的语义链接关系设置为VAL;学习模块选取几何证明题时,提取单元将语义链接关系为ATT的关键词提取出作为已知条件存入已知事实库,从推理规则库中选择几何推理规则应用于已知事实库产生新事实,将新事实存入已知事实库,重复推理直到不能产生新事实;提取单元将语义链接关系为VAL的关键词提取出作为证明结果,若已知事实库中存在与证明结果相同的事实,则将该几何推理规则产生与证明结果相同的事实的过程作为求解过程;若已知事实库中不存在与证明结果相同的事实,则在推理规则库选择新的几何推理规则,直至获得与证明结果相同的事实。
[0091] 如图7所示,是学习问题为“在三角形ABC中,AB=AC,∠CAD=∠BAD,求证:△ABC≌△ACD”的几何证明题的语义网示意图,图中,AB=AC、∠CAD=∠BAD为已知条件,则语义链接关系设置为ATT,△ABC≌△ACD为证明结果,则语义链接关系设置为VAL。
[0092] 评分模块,评判用户答题是否正确,并计算答题分数,将答题分数发送至学习模块;
[0093] 评分模块获取用户答案,对于选择题和填空题,将用户答案与标准答案进行匹配,相同则正确,不同则错误;对于证明题,将用户答案与解析模块生成的求解过程逐步骤进行匹配,步骤相同则判定为正确,步骤不同则判定为错误。
[0094] 提示模块,用于识别用户的提示请求,向用户展示学习问题的知识点或求解过程。
[0095] 所述提示模块包括提示标记、提示库和提示积分;
[0096] 设置提示标记TIPS作为语义链接关系,链接学习问题与几何概念语义网、几何定理语义网中的知识点,将知识点保存在提示库中;
[0097] 提示积分的初始值设置为0,用户每完成一个知识点的学习,提示积分增加a,用户每使用一次提示请求,提示积分减少b,其中a<b;当前提示积分小于b时,向用户展示学习问题相关的知识点;当前积分不小于b时,向用户展示求解过程。
[0098] 如图8所示,为包含提示的几何证明题的语义网示意图,以学习问题“在三角形ABC中,AB=AC,∠CAD=∠BAD,求证:△ABC≌△ACD”为例,提示标记为TIPS,知识点为“三角形全等定理”,将“三角形全等定理”的知识点保存在提示库中;在本实施例中,a=1,b=10,即用户每完成一个知识点的学习,提示积分增加1分,每使用一次提示请求,提示积分减少10分;当前积分小于10分时,向用户展示提示库中“三角形全等定理”的知识点,获得解题思路,继续完成作答,同时提示积分增加1分;当前积分不小于10分时,提示模块逐步骤向用户展示解析模块生成的求解过程。
[0099] 用户解题过程中遇到思维障碍无法继续作答时,提示模块为用户提供帮助;通过设置提示积分,有效防止用户不主动思考无限制提出提示请求,影响学习效果;提示积分不足时,向用户展示学习问题的知识点,使用户巩固薄弱知识点的基础知识;提示积分足够时,向用户展示求解过程,帮助用户构建正确的解题思维。
[0100] 当用户完成一个知识点的几何概念和几何定理,将该知识点的几何证明题链接至该知识点,语义链接关系设置为QA,将几何证明题作为该知识点的及时复习和综合运用,达到循序渐进的学习效果。如图9所示,将几何证明题“三角形ABC中,D、E分别是AB和AC的中点,连接DE,证明∠ADE+∠ACB+∠BAC=180°”链接至知识点“三角形的中位线平行于三角形的第三条边,并且等于第三条边的一半”,语义链接关系设置为QA。
[0101] 实施例3
[0102] 本实施例提供了一种基于语义网的几何辅导方法,利用实施例1或2所述的基于语义网的几何辅导系统,如图10所示,所述方法包括:
[0103] S1:根据知识点建立几何概念语义网、几何定理语义网和几何证明语义网;
[0104] S2:识别用户的选择,并根据选择在几何知识库模块中定位到知识点所在的语义网;
[0105] S3:根据定位到的知识点和答题分数显示不同类型的学习问题,供用户解答;所述学习问题根据几何概念语义网和几何定理语义网自动生成,或从几何证明语义网中选取;
[0106] S4:根据学习问题同步生成几何示意图,辅助用户答题;
[0107] S5:根据学习问题同步生成求解过程;
[0108] S6:评判用户答题是否正确,并计算答题分数,将答题分数发送至步骤S3;
[0109] S7:识别用户的提示请求,向用户展示学习问题的知识点或求解过程。
[0110] 相同或相似的标号对应相同或相似的部件;
[0111] 附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;
[0112] 显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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