小学数学应用题自动解答特征分析及研究

蒙海燕

摘 要：现今在世界各国的教育界，在数学问题上对学生的考量以及解决数学问题的能力培养，已经受到相当的重视。而其中占据重要地位的小学数学应用题自动解答能力成为解决数学问题能力的重要构成。小学生在做数学题特别是应用题时候，有许多难题的困扰，而在为学生解决问题时不能保证一对一的辅导，所以在教学方法上个性化的智能辅导系统的建立十分必要。如今应用题自动解答还是一个尚未解决的难关，那是因为我们处在自然语言的环境中，其对解题的全面理解的范围已经达到了一个瓶颈，还有在多方领域中人们都尚未弄明白“人是怎样解题的”这一历史性问题。因此对于小学的数学应用题所作出的问题解决方式研究都没能完整的进行下去。但是近几年的深入研究，不断追求，有专家在人工智能、语言信息处理、理论知识工程、认知心理学、数学教育学等大量的理论知识作为技术基础下，通过对小学数学应用题特点的剖析，在应用题解答的方法中提出了尤为关键的技术草案，在其中重点的考虑了几项研究方案，取得了一定的研究成果，同时也为今后对小学数学应用题自动解答的方法进一步的研究打下了坚实而肯定的基础。

关键词：小学数学 ；应用题 ；自动解答；解题策略

在教育领域蓬勃发展的今天，对数学问题的解决能力的培养已然早就成为世界各国的教育界所高度重视的事情。例如，美国在89年就将“解决数学问题”作为一项明确的课程标准，正式的列在学校教学任务中要达成的五大目标之一中。日本是从94年起改变了教学大纲，在实行新大纲的同时就将“问题解决”为主导的数学课题式教学列入了新大纲的内容中。为了更好的研究问题，多位研究者分别从不同的领域对其进行研究，从心理学、教育学（数学类）、计算机学等等方面，而且研究的方向分别是学生解决问题的过程、解决问题所运用的策略、阻碍解决问题的因素还有怎样提高学生解决问题的能力等。这样一来，就明确的为良好的培养学生解决问题的能力的系统研究奠定了坚实的理论基础。但是要想解决问题的根本，实现小学数学应用题的自动解答并不是一件简单的项目，一定要结合多方面各个领域一起进行深入研究。本文通过已掌握的研究成果，结合应用题实例进行进一步分析，在多方领域学科的奠基下，为实现自动解答技术探索研究路线。

一、小学数学应用题的基本特征研究

关于小学数学首先要了解的必须是它的描述方式是自然语言。而其解题过程包括四个阶段，分别是全面审题、制定解题思路、执行解题计划、检验结果。重点是在整个阶段里所涉及到的知识不仅只有数学方面，还包括生活和语言方面的知识。因此，深入了解并系统分析小学数学应用题本身的特征，是作为解题所用知识和组织系统结构的基础方式，也是可以实现自动解题的必要

前提。

（一）小学数学应用题的类型

应用题的类型不同所运用的解题知识就不同。就算小学数学中应用题的解答，所涉及的是同一方式，也不一定是用的相同的知识类型，所以在解题过程中，先对应用题进行分类，归纳类型题所要用到的知识，是一个必要的方式。

（二）小学数学应用题的语言

虽然小学数学应用题用自然语言来表达，但是在数学这一范围内，要想表明数量之间的联系问题，其语言的使用还是有一定的特点的。

1.语言简单、容易理解。由于小学数学应用题所要用语言表达的是数量间的关系问题，因此普通语言所具有的歧义性在应用题的语言使用中很少出现，并且几乎不用带有主观色彩的修饰语言来表述，只用简洁的方式，这样不仅能清晰的表明意思，还能方便快捷的理解题意。

2.流水式的句型结构

流水句子在应用题中的形成是因为应用题里的多个小短句子之间几乎没有关联词的搭配使用。而且还会有小短句包含小短句的情况，叠加进行表述，将陈述与被陈述、支配与被支配等关系纷纷镶入题中，因而句子成分的省略问题、句子间隐藏的含义问题等语言学复句类型会出现在小学应用题中，还为应用题的分析与理解造成一定的困难。所以对于找出小短句间的衔接联系问题的确定，是理解小学应用题的必要因素。

二、小学数学应用题自动解答技术的概况

（一）自动找出分词的错误并且实施修改

举例说明：小红有5个红苹果，3个青苹果，问：a.一共有多少苹果？B.红苹果比青苹果多多少？对于问题a计算机系统应该分析问题为“红+苹果” 和 “青+苹果” ，通过常识性的概念，它们都是苹果，结合数学公式进行解答。对于问题b计算机在分析问题时，只要将红和青两种苹果分别想象成两个整体即可，便能进行解题。此过程中对于分词的应用可算是多此一举，其软件的不实用性对于任何的类似问题都不能给予解决，所以应用题自动解答系统首要处理问题就是计算机分词软件。

（二）语句类型的识别和分布特点分析

小学应用题的主要语句分类为问句式、关系式、赋值式、事实信息式，在分析小学应用题的特点基础上，又采用中文信息处理技术中的分类研究法、汉语言举行研究法、人工智能分析法，这三中国方法结合的情况下，对小学应用题能自动辨别语句的类型，并对不同类别匹配相应的语句，最终实现计算机自动分解语句的目的。

（三）对“有”等高频词的特点分析和计算机自动处理

深入的进行了解应用题的时候会发现存在一些使用高频词，例如“有”、“比”等，此类词中所蕴含的信息与解题都有密切的关系。基于对语句类型的辨别和对词汇使用率的统计，研究不同种类的语句，特别是带有高频词的语句，经过深入的分解、总结，可实现文本形式的计算机自动解题。

（四）解题与常识知识库的填充与框架建立

目前来看，解题库的知识含量可以提取198条策略，而且针对不同类别的问题也相对应的分清了层次进行解答，为了避免知识冲突。而常识知识库毋庸置疑是解题的重要环节，常识问题、逻辑理论问题的解答也就是计算机自动解答的关键研究方向。

三、总结

本文通过对小学数学应用题所拥有特点的分析，研究了自动解答的关键技术，它是多方向多领域的问题，还需要进一步的研究，在学习中总结经验，将研究成果不断融合，将此项探索更加完善。

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