基于深度学习中小学生错题本的设计与实现

黄园媛 张钰霖 梁涤青 肖红光

（长沙理工大学计算机与通信工程学院 湖南长沙 410114）

在中小学生的日常练习中，经常会产生各类的错题，其是学生自主学习的重要资源，能够帮助学生了解自己的学习情况，能较为有效地避免错误重复出现的可能［1］。不过，手写整理错题本其实是非常繁琐的，会给学生增加额外的学习负担［2］，手写的错题本还存在不便查找、易丢失、易弄脏的缺点，使得学生难以进行针对性的复习，也无法直观地反映学生对错题的掌握程度，使得错题本的作用大打折扣。尽管目前市面上已有多款错题本APP，但其缺乏对错题的复习和巩固练习的关注。因此，设计并实现既能够方便学生管理错题，又可以帮助他们复习巩固错题、强化训练未完全掌握的知识点的错题软件，具有较强的现实意义。

1 系统设计

分析研究其他相关的应用软件，结合中小学生对错题本的需求，该软件系统设计了3个功能模块，即管理用户模块、管理错题本模块、管理错题模块，如图1所示。

图1 系统功能结构

（1）用户模块：用户注册与登录功能。

（2）管理错题本模块：错题本基本的创建、删除和展示错题本列表功能。

（3）管理错题模块：采用图像文字识别技术，实现录入错题、查看错题详情、编辑错题、搜索错题、推荐相似错题和组卷自测功能，以及记录错题的熟练度。

软件特别设计的熟练度模块、推荐相似错题及组卷自测功能都旨在帮助学生巩固错题，更高效直观地反映用户对不同错题的掌握情况，并对错题本中的错题进行针对性的强化训练。

2 关键技术

本软件的特色亮点是熟练度标识系统和相似错题推荐，市面上的软件未见类似功能。通过完成错题自测、系统推荐的相似错题和组卷自测，进行自主学习，增加错题的熟练度，减少反复错误的出现。借助软件，帮助缺少了再学习、再认识、再总结、再提高过程的学生［3］。

在录入错题时，为操作便捷、节约学生时间、更完整地记录错，除提供编辑文字外，还采用了百度AI 平台的OCR（Optical Character Recognition，OCR）文字识别来识别错题文本和存储错题图片，提供多种形式自主记录［4］。依托百度优秀的深度学习算法和海量优质数据，针对特殊情况，进行专项优化，关键字段识别准确率高达99%，其提供高可靠性、弹性可伸缩、高并发承载的文字识别服务，服务可用性高达99.99%，软件使用百度提供的SDK 实现对图像的文字提取。此外，结合网络爬虫技术，利用关键词，从公网中挖掘相似的错题，存入软件系统的错题数据库中，丰富错题数据库的题量，提高系统的实用性。二者在软件中的具体实现过程如图2所示。

图2 使用文字识别录入错题与相似错题入库

从性能方面考虑，若将图片直接存储于数据库，将占据大量空间，严重降低软件性能，故本软件借助阿里云OSS（Object Storage Service）对象存储技术来保存图片。本软件采用文本匹配相似度算法，从错题数据库中推荐相似的错题供学生练习，实现举一反三、以练促学的目的。

3 软件实现

3.1 用户模块

用户模块包含注册和登录。注册与登录都需要用户提供手机号（或用户名）和密码，其中，用户设置密码时需要进行有效性校验，保证密码具有较高的复杂性，使其不易被攻击。当用户设置的密码通过校验后，系统将对其进行MD5加密，使用得到的密文进行传输与存储。登录时，校验密码则通过密文匹配将用户输入的密码经过相同的MD5加密过程后进行密文匹配。

3.2 错题本管理

错题本模包含3个主要功能：查看错题本列表、创建错题本及删除错题本。查看错题本列表：在错题本管理界面可查看所有错题本，此外，为了方便用户使用，在首页也设置有常用错题本一栏（显示最常用的4个错题本）。创建错题本：需要用户填写错题本的名称及所属学科，这会方便错题本的分类和管理，帮助学生归纳总结。删除错题本：通过长按错题本进行操作。

3.3 错题管理

错题管理模块包含错题录入、查看详情和关键词搜索功能。特别设计有相似错题推荐及组卷自测功能，针对性解决传统错题本不方便进行错题的巩固复习和自查是否已掌握的痛点，加强学生对错题的练习。根据美国心里学家桑代克提出的学习理论，练习次数越多，则联结越稳定；练习次数越少，则联结越薄弱［5］。

（1）录入错题。录入错题需要填写的信息：题目文本、题目图片、题目的答案、题目标签（如不懂、模糊、做错）及题目分类（自定义分类关键词），其中，题目标签关系到复习提醒，题目分类关系到相似错题推荐。为了使得录入错题方便，采用图像提取文本，直接通过上传题目图片进行文字识别来完成［6］。

（2）相似题目。软件系统会推荐至多5 个相似错题，完成相似错题也会增加熟练度推荐的相似错题。首先会隐藏题目的答案，点击可查看，这是为了激发用户对错题的思考，达到巩固强化的目的，并且错题和相似错题都可进行自测，自测的完成情况将和错题的熟练度相关。

（3）关键词搜索：根据关键词检测搜索错题，与关键词相关的错题将会显示在搜索结果列表中，并且会显示题干、来源于哪个错题本、熟练度及错题的标签等信息。

（4）组卷自测：选择组卷测试，系统根据该用户的错题库选择高相似度题目组成试卷，对用户进行综合测试。用户可以从测试结果得到反馈，从而得到真实情况，以便真正理解错题。组卷自测有两种模式，一种为复习模式，另一种为测验模式，如图3所示。

图3 组卷自测界面

复习模式按错题本中熟练度从小到大来自测复习。当用户提交每道题的答案后，系统后台将自动批阅，如果某道题目回答错误，则该题目对应的用户错题的纠错结果反馈为未通过检查，并提醒用户继续纠正。测验模式根据错题本中的错题在题库中找相似错题来练习，测验模式答对，可增加原错题熟练度［7］。

此外，用户通过每日浏览、自测推荐相似错题、完成组卷测验（答对熟练度增加反之减少）的错题测验改变相应错题的熟练度。

4 结语

错题本的利用在中小学生的学习当中具有相当重要的地位。利用图像文字识别等深度学习技术，设计实现一款电子错题本软件，帮助中小学生进行高效的错题管理，协助中小学科学使用错题本，培养复习巩固错题的良好习惯。同时，本软件在后续也需要进行优化，收集更多的易错题数据，使系统推荐相似错题的选择更多、更准确；推荐相似错题算法也可以进行改进，研究进一步提高匹配效率与质量。