小“試卷”有大智慧 作業幫AI技術滿足高質量學習需求

整理錯題是學生們的“集體記憶”。每次考試結束，學生們要把錯題抄寫下來，集中整理到不同科目的錯題本上，便于強化記憶和日后復習。手抄題目雖然難度不高，但比較花費時間，隨著試卷越來越多，管理難度也與日俱增。

在倡導智慧教育的當下，有沒有一種方法，可以直接拉低試卷整理的門檻，方便學生到“云端”隨時調取和復習呢？

答案是：有。

作業幫推出了智能試卷學習工具，基于AI技術，以“手寫字跡識別、提取和擦除”等相關發明專利作為強大支撐，為學習者提供了高效、智能的學習服務。

“試卷”的強需求

產品經理都熟悉一句話：從需求中來，到需求中去。一款好的學習工具類應用，首要價值是滿足學習過程中的真實需求。

早在2016年底，作業幫就在作業幫app上推出了“試卷”功能，彼時用戶主要用“試卷”在線作答、判卷、查看錯誤原因，再根據系統智能計算出的薄弱知識點進行專項攻克。上線幾年后，作業幫做了一項針對性調查問卷，結果顯示，近80%的用戶每個月至少使用一次試卷服務。

2021年初，作業幫產品團隊開始思考，基于“試卷”場景，用戶還有哪些需求沒有被滿足？還能提供什么新的功能和服務？

作業幫用戶產品中心“試卷”產品負責人孫月鵬介紹，團隊頭腦風暴后，討論出三大產品設計原則：首先，這個需求是用戶在線下已經有的需求，而不是憑空生成一個概念或者場景；第二，這個功能必須能夠有力支持和輔助用戶在校的日常學習，而不會額外增加用戶的學習負擔；第三，可以充分得到作業幫強大的技術實力的支持。

“靈感”很快出現。“想到上學時各科老師都要求我們訂一套‘卷子本’，將每次考試的卷子訂成冊，以便考前復習錯題和薄弱知識點。”孫月鵬和團隊誕生了一個打造方便、強大“線上卷子本”的想法。

順著靈感，團隊開展了前期調研，調研結果令他們振奮：有超過60%的用戶認為卷子本或錯題本是自己的強需求。線上卷子本可以成為輔助用戶在校學習的有力工具，大幅節省時間。

基于“試卷”的卷子本線上化被提上開發日程。此后，作業幫強大的AI基礎和算法能力，讓這一功能的各種應用場景變成現實。

AI科技將“靈感”變成現實

第一期產品原型很快就出爐了。用戶可以批量拍攝試卷圖片，實現一鍵上傳。在上傳的同時，服務端的算法會自動處理圖片，生成“原圖”和“打印版”兩份數據。“原圖”記錄用戶的原始試卷作答情況，“打印版”則是自動矯正、識別，并去除筆跡，方便用戶在線上或者線下二次作答。兩種版本都可以保存成PDF文檔或生成圖片。

一份批改的試卷和擦除手寫筆記后的試卷

通常一張試卷上不會每道題都回答錯誤，如何只記錄下錯題呢？作業幫很快上線了第二期功能，用戶可以在卷子圖片上“框選錯題”，并選擇只下載或者打印由“錯題”重新拼成的卷子，而不需要下載整套試卷。

框選錯題并打印

作業幫技術團隊有10位成員參與到“試卷”的新功能開發，涵蓋了算法、前端、后端、測試等多種角色。

“當接到試卷還原產品的研發任務時，大家都充滿期待和熱情。”作業幫中臺產研中心田寶亮是算法團隊成員，他回憶道，自己在上學的時候有過手抄錯題的經歷，那時試卷是用鋼筆寫的，橡皮擦不掉，如果能做一款產品讓學生們能夠輕松還原試卷該多好。

開發過程中，很快遇到了第一個困難：處理時間過長。一套算法，如果要保證處理效果，首先要準確識別出手寫字體，識別的前提是手寫字體的清晰度要高。另外，中學卷子可能有十幾頁A4紙，用戶一次操作就需要完成十幾張照片的傳輸、存儲和算法處理。在網絡欠佳時，需要等十幾秒甚至幾十秒才能看到算法的處理結果，這顯然是不可接受的。

作業幫技術團隊為節省每一個0.1秒而努力。單線程處理過慢，就多線程并發；傳輸過程耗時長，就優化數據傳輸格式；算法處理速度慢，就優化算法，一點點地從各個環節擠出時間。

“用戶一次上傳，觸發的是多種AI模型以及一套復雜的邏輯處理架構，其中，手寫筆跡的識別和擦除是系統中最核心的模塊。既要精確判斷拍攝圖片中的每一個點是否為手寫筆跡，還要保證去除手寫筆跡的同時不誤傷到印刷的題目。”田寶亮說。

樸素想法的背后，是計算復雜度的大幅增加。用戶的手寫筆跡風格非常復雜，覆蓋了多種顏色、深淺、粗細、形狀、大小等等，即使借助AI技術，字跡去除依然具有極高的挑戰性，需要讓AI模型閱覽各種各樣的手寫樣式，同時也需要讓AI模型具備多種尺度的分辨力，類似于人眼去辨別手寫區域，細小的手寫字，要離的很近才能分辨，而一些手寫做圖，要離的遠一些才能分辨出是手寫。

最終，經過每一位參與者的錙銖必較，得益于作業幫強大的引擎加速技術，實現了算法效果和處理耗時的雙達標。用戶使用產品時能“即刻”還原，絲毫感受不到背后復雜的計算量。2021年4月，作業幫“手寫字跡的識別/提取、擦除方法及擦除系統、電子設備”發明專利在國家知識產權局申請公開。

國家知識產權局官網專利截圖

為了讓用戶體驗更好，技術團隊還增加了其他技術環節。比如試卷“美顏”，利用AI模型把試卷變成白底的文檔，去掉題目之外的噪聲；比如“扭曲矯正”，讓拍攝的試卷頁面文字變得更加平整等等。

AI時代的高質量學習

當前，基于AI科技“誕生”的一個又一個工具類產品，正在走入尋常百姓家，實用好用易用，能夠滿足使用者的個性化需求，全方位賦能各種學習場景。

如今，市場上有不同的試卷擦除產品，作業幫同款產品優勢體現在哪里呢？

從技術角度看，田寶亮認為，產品對于復雜場景的魯棒性更好。比如，在圖像拍攝模糊、手機分辨率低、光照條件不好等情況下，系統依然有較好的表現。他還表示，“目前系統依然在持續迭代中，不斷總結問題逐個擊破。”

孫月鵬從產品角度出發認為，相比于市面上同類產品大部分主打付費服務，作業幫的“試卷”產品是用心為用戶提供的高質量的免費學習工具，堅持了教育普惠理念，正在獲得越來越多用戶的信任。

結合強大的AI和教育大數據系統，作業幫近年來深入挖掘用戶需求，持續創新，不斷推出好用的學習小工具。

以“作業批改”為例，這是一項深受家長和學生喜愛的高效工具。其基礎功能是對用戶輸入的四則運算答題結果實現“秒批”，極大地節省了純計算題的批改時間。

“我們在產品上增加了‘錯因分析’環節，將具體的知識點名稱、該知識點具體的計算方法和例題展現出來。”作業幫產品經理魯士瓏介紹，這一功能來自很多家長的反饋的“不知道該怎么給孩子講題”，“孩子聽的一臉懵，家長氣的肝火大”等問題，功能上線后深受歡迎，幫助家長更好地講題，也幫助孩子更好地理解知識點。

新世紀的第三個十年已經開啟，這個十年，人工智能將在學習領域掀起一場前所未有的革命。面向更加智能化學習的未來，以作業幫為代表的科技教育企業，依托AI科技，不斷為學習者提供精準學習輔助工具。試卷擦除、錯題本、自動批改等等，僅僅是科技賦能學習的小小縮影。在不久的未來，隨著教育信息化2.0的深入開展，人工智能輔助下的學習體驗將更加美好、更加高效。

背景資料：

作業幫教育科技（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，運用人工智能、大數據等前沿技術，為全國中小學生提供更高效的學習解決方案。

據統計，在作業幫所有主體之下，自公司成立以來共計有170余項專利申請，覆蓋了語音識別、自然語言處理、圖像和OCR識別等AI技術，以及大數據處理等領域。

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