小“试卷”有大智慧 作业帮AI技术满足高质量学习需求

作者 | 贾老师

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。

1、“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。

2、AI科技将“灵感”变成现实

第一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。

（图 / 一份批改的试卷和擦除手写笔记后的试卷）

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。

（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，很快遇到了第一个困难：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。

（图 / 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。

3、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。

*文中题图来自：摄图网，基于VRF协议