本發(fā)明涉及自然語言領(lǐng)域的生成式對(duì)話任務(wù)，具體而言，是一種結(jié)合了蘇格拉底教學(xué)法的數(shù)學(xué)教學(xué)生成式對(duì)話任務(wù)的基于大語言模型的蘇格拉底式數(shù)學(xué)教學(xué)方法。

背景技術(shù)：

1、通用領(lǐng)域的大語言模型在面對(duì)學(xué)科教學(xué)時(shí)，側(cè)重于回答問題的準(zhǔn)確性。人們對(duì)大語言模型的研究也主要集中在提高應(yīng)答能力上，而在教學(xué)中的研究非常有限。大語言模型與智能教學(xué)的結(jié)合，通常體現(xiàn)為采用提示詞工程，直接令大模型扮演教師的人設(shè)，進(jìn)行角色扮演任務(wù)，在實(shí)際應(yīng)用仍然存在以下挑戰(zhàn)：

2、第一，大語言模型缺乏對(duì)教學(xué)概念的理解和引導(dǎo)式教學(xué)的能力。大語言模型在回答問題時(shí)傾向于直接給出答案，而不是漸進(jìn)式引導(dǎo)學(xué)生自我思考，缺乏教學(xué)過程。

3、第二，大語言模型缺乏教學(xué)方法論的指導(dǎo)，何時(shí)問、如何問、問什么是不明確的。太多或太少的問題，太難或太容易都會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)過程；

4、第三，缺乏引導(dǎo)式教學(xué)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，課堂視頻雖然可以提供大量的教學(xué)引導(dǎo)數(shù)據(jù)，但存在隱私安全、眾包成本、標(biāo)注質(zhì)量等問題；

5、第四，真實(shí)教學(xué)場(chǎng)景情景豐富，學(xué)生性格多樣化，大語言模型在面對(duì)刁鉆的交流時(shí)難以把控教學(xué)進(jìn)程。

6、綜上所述，大語言模型在智能教育領(lǐng)域上雖然開辟了嶄新的道路，但是仍然存在著許多亟需解決的痛點(diǎn)。要讓大語言模型在智能教育框架內(nèi)進(jìn)行實(shí)踐與創(chuàng)新，與傳統(tǒng)教學(xué)方法的結(jié)合是不可或缺的。通過將經(jīng)典的教學(xué)理論與前沿的人工智能技術(shù)相融合，大語言模型有望開啟教育領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，使個(gè)性化、互動(dòng)式學(xué)習(xí)體驗(yàn)成為可能，進(jìn)而極大地提升教育效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于大語言模型的蘇格拉底式數(shù)學(xué)教學(xué)方法，用蘇格拉底教學(xué)法推進(jìn)會(huì)話數(shù)學(xué)教學(xué)的大語言模型以實(shí)現(xiàn)將蘇格拉底提問融入數(shù)學(xué)智能教育。本發(fā)明通過構(gòu)建一個(gè)包含原始問題、答案和解決方案的高質(zhì)量的引導(dǎo)式數(shù)學(xué)教學(xué)數(shù)據(jù)集，配合蘇格拉底教育法系統(tǒng)提示詞和額外的知識(shí)引入，實(shí)現(xiàn)了教育領(lǐng)域大語言模型的構(gòu)建。該模型作為一個(gè)強(qiáng)大的基線，可以通過額外的知識(shí)引入來提高生成的響應(yīng)的可靠性和質(zhì)量。通過系統(tǒng)提示詞引入回顧、啟發(fā)、糾錯(cuò)、總結(jié)的教學(xué)結(jié)構(gòu)，模型會(huì)在教學(xué)過程中自動(dòng)采取一套循序漸進(jìn)的教學(xué)策略。廣泛的實(shí)驗(yàn)表明，在豐富的自動(dòng)和人工/gpt-4評(píng)估指標(biāo)方面，本發(fā)明提出的教學(xué)方法優(yōu)于傳統(tǒng)大模型的教學(xué)效果。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

3、一種基于大語言模型的蘇格拉底式數(shù)學(xué)教學(xué)方法，特點(diǎn)是：基于多元人設(shè)構(gòu)造的引導(dǎo)式教學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)大語言模型進(jìn)行l(wèi)ora微調(diào)，在模型訓(xùn)練過程與推理過程中結(jié)合蘇格拉底教育法提示詞(回顧、啟發(fā)、糾錯(cuò)、總結(jié)的教學(xué)結(jié)構(gòu))、額外知識(shí)引入，實(shí)現(xiàn)大語言模型啟發(fā)式教學(xué)能力的增強(qiáng)，令大語言模型采取循序漸進(jìn)的教學(xué)過程；其中：

4、所述多元人設(shè)構(gòu)造的引導(dǎo)式教學(xué)數(shù)據(jù)，其合成包括以下步驟：

5、步驟1：構(gòu)造數(shù)據(jù)的提示詞，分為任務(wù)要求、任務(wù)細(xì)節(jié)、學(xué)生特征及輸出樣例；為保證數(shù)據(jù)的多樣性，在學(xué)生特征中設(shè)計(jì)了豐富的人設(shè)，包括聰明、粗心、消極、頑皮及膽怯，以模擬教學(xué)過程中性格迥異的學(xué)生；

6、步驟2：基于大語言模型的數(shù)據(jù)生成，將步驟1構(gòu)造的數(shù)據(jù)提示詞輸入到大語言模型(如gpt-4o)中，生成對(duì)話數(shù)據(jù)；

7、步驟3：數(shù)據(jù)清洗，對(duì)于生成數(shù)據(jù)輪數(shù)較少，前后邏輯不一致，出現(xiàn)格式錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗過濾，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；

8、所述模型訓(xùn)練過程與推理過程，具體包括：

9、步驟1：訓(xùn)練過程使用合成的引導(dǎo)式教學(xué)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，并在目標(biāo)問題q的前后以提示詞的形式引入講解蘇格拉底教育法和模型任務(wù)要求的系統(tǒng)提示詞p和額外知識(shí)即題目解析k，并對(duì)基座大語言模型進(jìn)行高效lora微調(diào)訓(xùn)練；

10、步驟2：給定問題q，系統(tǒng)提示詞p，額外知識(shí)k，本發(fā)明方案的目標(biāo)是根據(jù)歷史對(duì)話hi-1＝{r1,u1,r2,u2,...,ri-,ui-1}其中ri是用戶第i輪的問答，生成回復(fù)ui；具體的形式如下：

11、

12、其中rij是響應(yīng)ri的第j個(gè)單詞，|ri|是ri的長度；使用大語言模型μθ來模擬生成概率p其中θ代表μθ的可學(xué)習(xí)參數(shù)量，即

13、

14、然后，使用交叉熵函數(shù)來測(cè)量響應(yīng)的生成損失，其中n是對(duì)話的回合數(shù)：

15、

16、步驟3：在大語言模型的推理過程中，也使用和訓(xùn)練階段一致的系統(tǒng)提示詞p和額外知識(shí)k，即可實(shí)現(xiàn)更好教學(xué)質(zhì)量的大語言模型推理回復(fù)。

17、本發(fā)明的有益效果在于：

18、提出了引導(dǎo)式教學(xué)數(shù)據(jù)集的構(gòu)建方案，有助于進(jìn)一步構(gòu)建更多教育領(lǐng)域大語言模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。提出了一種基于大型語言模型的蘇格拉底式數(shù)學(xué)教學(xué)方法，訓(xùn)練數(shù)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域大語言模型，可以在面對(duì)數(shù)學(xué)問題中產(chǎn)生更好的教學(xué)效果。設(shè)計(jì)了一個(gè)蘇格拉底教學(xué)法的大語言模型提示詞，引入用額外的知識(shí)來指導(dǎo)教學(xué)過程，輔助大語言模型產(chǎn)生更具引導(dǎo)性、更加可靠的回答，實(shí)現(xiàn)因材施教地引導(dǎo)式教學(xué)。

技術(shù)特征：

1.一種基于大語言模型的蘇格拉底式數(shù)學(xué)教學(xué)方法，其特征在于，基于多元人設(shè)構(gòu)造的引導(dǎo)式教學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)大語言模型進(jìn)行l(wèi)ora微調(diào)，在模型訓(xùn)練過程與推理過程中結(jié)合蘇格拉底教育法提示詞、額外知識(shí)引入，實(shí)現(xiàn)大語言模型啟發(fā)式教學(xué)能力的增強(qiáng)，令大語言模型采取循序漸進(jìn)的教學(xué)過程；其中：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于大型語言模型的蘇格拉底式數(shù)學(xué)教學(xué)方法，融合蘇格拉底式教學(xué)法，訓(xùn)練模型具備啟發(fā)式教學(xué)能力，通過反問、質(zhì)疑和質(zhì)詢等多步式問答，激發(fā)學(xué)生討論、辯論、評(píng)估和分析等高級(jí)思維技巧，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。首先，本發(fā)明提出結(jié)合多元人設(shè)的大語言模型引導(dǎo)式數(shù)據(jù)合成，對(duì)數(shù)學(xué)題目數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)充，形成豐富的師生對(duì)話教學(xué)數(shù)據(jù)。再者，提出知識(shí)增強(qiáng)的蘇格拉底式教學(xué)大語言模型，實(shí)現(xiàn)了大語言模型引導(dǎo)式教學(xué)質(zhì)量的提升,能嫻熟地執(zhí)行回顧、指導(dǎo)、激發(fā)思考、糾錯(cuò)及歸納總結(jié)等環(huán)節(jié)，產(chǎn)出準(zhǔn)確且富有啟迪性的反饋。經(jīng)過與其他幾種強(qiáng)生成式模型的比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該模型在教學(xué)準(zhǔn)確性、引導(dǎo)性上的巨大優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)研發(fā)人員：周杰,丁宇洋,胡航磊,江波,陳琴,賀樑
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華東師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12