近年來(lái),人工智能逐漸被用于解決長(zhǎng)期制約教育發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。本研究關(guān)注如何利用人工智能技術(shù)解決教育中的育人問(wèn)題。育人對(duì)智能助理系統(tǒng)的要求體現(xiàn)在領(lǐng)域知識(shí)的系統(tǒng)化、問(wèn)題分析的綜合化以及問(wèn)題咨詢(xún)過(guò)程的智能化等方面。因此,本研究利用人工智能的前沿技術(shù),設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)智能育人助理——AI好老師,幫助教師和家長(zhǎng)矯正孩子的問(wèn)題行為,促進(jìn)孩子健康成長(zhǎng)。具體而言,AI好老師利用人工智能領(lǐng)域的知識(shí)圖譜技術(shù),基于不同育人數(shù)據(jù),定義育人知識(shí)模式,進(jìn)行知識(shí)的獲取和融合,構(gòu)建育人領(lǐng)域的知識(shí)圖譜。在此基礎(chǔ)上,AI好老師利用人工智能領(lǐng)域的任務(wù)導(dǎo)向型對(duì)話系統(tǒng)技術(shù)和基于知識(shí)圖譜的推理技術(shù),通過(guò)自然語(yǔ)言交互,實(shí)現(xiàn)育人問(wèn)題的智能咨詢(xún),自動(dòng)診斷教師或家長(zhǎng)的育人問(wèn)題,分析原因并給出相應(yīng)的解決對(duì)策。未來(lái),AI好老師將在機(jī)器人的結(jié)合、智能問(wèn)答的功能、模型的提升、學(xué)生信息的自動(dòng)獲取以及案例的主動(dòng)收集等方面進(jìn)一步發(fā)展。
【部分圖文】：

況。育人對(duì)策指教師處理在育人問(wèn)題時(shí)可以采取的方法或措施，包括對(duì)學(xué)生的育人方法和與家長(zhǎng)合作的家校協(xié)作方法。根據(jù)問(wèn)題行為、內(nèi)部個(gè)體特征和外部環(huán)境三因素的信息，AI好老師總結(jié)育人問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并給出解決對(duì)策、相關(guān)理論知識(shí)及相關(guān)案例。圖3育人知識(shí)圖譜模式2．知識(shí)獲取知識(shí)獲取指依據(jù)定義的圖譜模式，從數(shù)據(jù)中識(shí)別實(shí)體及關(guān)系實(shí)例，以填充圖譜的數(shù)據(jù)層。本研究的知識(shí)圖譜主要關(guān)于育人問(wèn)題、內(nèi)外部因素及育人對(duì)策等知識(shí)，因此知識(shí)獲取的主要任務(wù)是如何識(shí)別育人案例描述對(duì)應(yīng)這些維度的分類(lèi)。與其他知識(shí)圖譜構(gòu)建不同，本研究的育人知識(shí)圖譜主要以案例和育人問(wèn)題為中心，相互間的關(guān)系即為案例維度分類(lèi)的對(duì)應(yīng)，所以圖譜的構(gòu)建任務(wù)轉(zhuǎn)換為如何確定案例描述對(duì)應(yīng)的因素、問(wèn)題及對(duì)策類(lèi)型。比如，以某案例為例，針對(duì)“攻擊行為”這一因素，需要判別該行為屬于“直接身體攻擊”還是“言語(yǔ)攻擊”，或是其他;針對(duì)“問(wèn)題原因”，需要判定屬于“被尊重的需求”或是“安全需求”，或是其他;針對(duì)“育人對(duì)策”，需要判定案例采用的是“說(shuō)服教育法”還是“榜樣示范法”，或是其他。因此，從人工智能和自然語(yǔ)言處理的角度，本研究將知識(shí)獲取的任務(wù)建模為基于文本的多分類(lèi)問(wèn)題，即根據(jù)案例的文本描述，確定案例對(duì)應(yīng)圖譜模式定義的具體類(lèi)別。關(guān)于文本分類(lèi)問(wèn)題，主流技術(shù)是利用深度學(xué)習(xí)模型對(duì)文本進(jìn)行語(yǔ)義理解，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分類(lèi)判定，本研究采用深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)文本進(jìn)行語(yǔ)義解析，然后進(jìn)行分類(lèi)判別。然而，本研究是對(duì)案例文本進(jìn)行分類(lèi)，其主要特點(diǎn)是文本較長(zhǎng)，以往針對(duì)語(yǔ)句短文本的單層循環(huán)

?度公式計(jì)算學(xué)生信息與育人問(wèn)題的相似度，得出它們的匹配程度。關(guān)于相似子圖的搜索，AI好老師系統(tǒng)利用窮舉法，把學(xué)生信息與所有育人問(wèn)題子圖比較，相似度最高的即為學(xué)生的育人問(wèn)題，然后將依據(jù)圖譜總結(jié)的針對(duì)此問(wèn)題的解決對(duì)策推薦給用戶。(四)人機(jī)智能對(duì)話引擎AI好老師通過(guò)應(yīng)用于育人領(lǐng)域的任務(wù)導(dǎo)向型對(duì)話系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能育人助理的智能性�；趥鹘y(tǒng)的管道模型，本研究設(shè)計(jì)了AI好老師的對(duì)話系統(tǒng)。由于當(dāng)前語(yǔ)音自動(dòng)識(shí)別和從文本到語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換技術(shù)已相對(duì)成熟，因此AI好老師的對(duì)話系統(tǒng)設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖7)主要有四個(gè)功能模塊:自然語(yǔ)言理解模塊、對(duì)話狀態(tài)跟蹤模塊、對(duì)話策略學(xué)習(xí)模塊及自然語(yǔ)言生成模塊。圖7育人對(duì)話系統(tǒng)1．自然語(yǔ)言理解模塊自然語(yǔ)言理解模塊主要是對(duì)用戶的輸入文本進(jìn)行語(yǔ)義理解，包括兩方面:一是對(duì)用戶意圖的理解，如用戶是想提出問(wèn)題，還是回答系統(tǒng)的問(wèn)題;二是針對(duì)用戶的輸入依據(jù)圖譜定義的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行語(yǔ)義槽填充，如用戶回答學(xué)生的年級(jí)是三年級(jí)時(shí)，需要識(shí)別出語(yǔ)義槽“年級(jí)”對(duì)應(yīng)的值是“三年級(jí)”。語(yǔ)義槽填充的本質(zhì)問(wèn)題其實(shí)是序列標(biāo)注問(wèn)題，即針對(duì)用戶的輸入語(yǔ)句識(shí)別哪些詞表示相關(guān)語(yǔ)義槽數(shù)值。針對(duì)自然語(yǔ)言理解的模型設(shè)計(jì)，常用的方法是構(gòu)建兩個(gè)不同的模型分別識(shí)別用戶的意圖和進(jìn)行語(yǔ)義槽填充。最近，有研究嘗試?yán)媚Ｐ蛯?duì)兩項(xiàng)任務(wù)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化求解，提高自然語(yǔ)言理解的準(zhǔn)確率(Lietal．，2017)。因此，本研究采用類(lèi)似的方法構(gòu)建模型，先利用LSTM模型對(duì)輸入文本進(jìn)行語(yǔ)義解析，然后用分類(lèi)模型和CＲF模型對(duì)用戶意圖和語(yǔ)義槽識(shí)別標(biāo)注，對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。此模型(見(jiàn)圖8)包括三層:輸入層、LSTM層和標(biāo)注分類(lèi)層。輸入?

模型的目標(biāo)函數(shù)定義為最小化序列標(biāo)注的損失和意圖分類(lèi)的損失，基于共同優(yōu)化的方法進(jìn)行訓(xùn)練。圖8自然語(yǔ)言理解模型2．對(duì)話狀態(tài)跟蹤模塊對(duì)話狀態(tài)是對(duì)話系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)當(dāng)前整個(gè)對(duì)話所處階段的表示，融合了對(duì)話過(guò)程的上下文信息。傳統(tǒng)的對(duì)話系統(tǒng)基于自然語(yǔ)言理解模塊產(chǎn)生的結(jié)果，直接更新?tīng)顟B(tài)結(jié)構(gòu)中相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義槽，從而生成新的對(duì)話狀態(tài)。然而，這種方法的容錯(cuò)性低，當(dāng)自然語(yǔ)言理解模塊識(shí)別出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，此對(duì)話狀態(tài)跟蹤模塊必然出現(xiàn)錯(cuò)誤且沒(méi)有辦法加以更正。針對(duì)此問(wèn)題，相關(guān)研究人員提出了基于概率模型的對(duì)話狀態(tài)跟蹤，即自然語(yǔ)言理解模塊產(chǎn)生的結(jié)果不再是唯一的確定性結(jié)果，而是用概率表示每個(gè)語(yǔ)義槽的可能性。因此，對(duì)話狀態(tài)的表示不再是0或1的二元表示，而是用概率表示每個(gè)狀態(tài)的可能性。在狀態(tài)更新過(guò)程中，根據(jù)上一時(shí)刻的對(duì)話狀態(tài)和系統(tǒng)決策，及對(duì)當(dāng)前用戶輸入的理解識(shí)別，重新計(jì)算新的對(duì)話狀態(tài)�；陬�(lèi)似的理念，本研究設(shè)計(jì)了基于LSTM的深度學(xué)習(xí)模型(見(jiàn)圖9)更新對(duì)話狀態(tài)。LSTM的輸入包括三方面信息:上一時(shí)刻的系統(tǒng)操作、當(dāng)前的用戶意圖以及相應(yīng)的語(yǔ)義槽信息�；谶@三方面輸入信息，結(jié)合上一時(shí)刻的對(duì)話狀態(tài)向量，LSTM模型可以生成當(dāng)前時(shí)刻新的對(duì)話狀態(tài)向量�；谛碌膶�(duì)話狀態(tài)向量，此模塊將進(jìn)一步與知識(shí)圖譜相結(jié)合生成潛在的答案選項(xiàng)，即利用知識(shí)圖譜嵌入模型TransG(Xi-aoetal．，2016)對(duì)知識(shí)圖譜進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，生成關(guān)于每個(gè)育人問(wèn)題的向量表示;通過(guò)與對(duì)話狀態(tài)向量比較，計(jì)算每個(gè)問(wèn)題與對(duì)話狀態(tài)向量的相似度，并根據(jù)閾值選取相似的問(wèn)題集，作為潛在的答案。圖9對(duì)話狀態(tài)跟蹤模型3．對(duì)話策略學(xué)習(xí)模塊針對(duì)對(duì)話策略，本研究采用規(guī)則與多
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