【Hello AI 科技至善】远山不远 | 让每一个梦想都被实践，每一位教师都被赋能！

SxingheL · 2026 年5 月 2 日 06:54

用 TRAE SOLO 3天独立搭建山村教育 AI 赋能平台「远山不远」

一、项目摘要

「远山不远」是一个专为偏远山区教师与学生量身打造的 AI 教育赋能平台。平台包含**三大模块、十项核心功能**，覆盖教师端（全周期教学助手、教师成长模块）与学生端（学生成长模块）。项目基于 \`FastAPI + PostgreSQL + SQLAlchemy\` 全栈落地，深度集成大语言模型（本地 Qwen 2.5 / GPT-4o-mini）、ASR 与 OCR 技术，实现前后端动态联动。

核心洞察与产品方向：

洞察 1：山区教师独自撑起一所学校。 面对复式教学（一人同时教多个年级）、缺乏同伴教研与成长反馈的困境，他们缺的不仅是教学资源，更是将资源转化为教学行动的能力和信心。

解决方案：全周期教学助手 + 教师成长档案

**洞察 2：山区孩子不缺梦想，缺的是通往梦想的路径地图。**孩子们的视野受限，即便有航天员、游戏设计师的梦想，也不知道如何将当下的学业与未来相连，更不知道具体的实现路径。

解决方案：梦想模拟器 + 动态学生档案

二、项目背景与核心理念

我并非教育从业者，但乡村教育的结构性困境长期触动着我。

大多数偏远山村教学点，教师日常使用的是为城市学校设计的标准化教学工具，完全无法适配“一个老师一堂课教两个年级”的真实场景；而山区的留守儿童，也极度缺乏个性化的职业启蒙与心理关怀。

因此，我希望打造一款真正“向下扎根”的产品：

1. 为教师减负增效：通过智能复式备课、自动批改作业，将教师从繁杂的重复劳动中解放出来。

2. 赋能教师成长：首创“微课克隆”功能，让乡村教师能跨越时空与网络名师“同课异构”，获取具体可操作的改进建议；并建立自动化的成就勋章与职称材料导出系统。

3. 点亮学生梦想：打造“梦想模拟器”与“我的成长档案”，帮助学生了解梦想的具体可实践路径，给出合理规划，自我赋能。并结合自动心理健康预警，帮助教师对不同学生进行差异化关怀。

产品核心理念：离线优先，极简操作。让每一位山村教师都被赋能，让每一个孩子的梦想不仅被看见，更能被实践。

三、实践过程与技术落地

3.1 总体架构与任务拆解

项目采用轻量且高效的全栈架构，确保在配置有限的环境下依然可用：

1.前端层：`yuanshan.html` 单页应用（Vanilla JS + CSS），基于 Token 的 API 联动。

2.后端层：FastAPI 提供高性能异步接口，PostgreSQL + SQLAlchemy 管理复杂的关系型数据。

3.AI 服务层：统一的 `LocalLLM` 调度模块，支持本地模型与云端 API 无缝切换；集成 Whisper（语音转写）与 PaddleOCR（图像识别）及优雅的降级策略。

4.异步与调度：基于 `BackgroundTasks` 处理耗时任务，`APScheduler` 执行定时统计与提醒。

3.2 核心功能+技术解析

① 复式课堂智能备课引擎（突破传统场景）

痛点：传统工具无法解决 40 分钟内同时教授三年级与五年级的注意力分配问题。

创新设计：

输入"我有三年级12人+五年级8人，今天语文40分钟"
AI自动生成分组轮转教学方案：A组自学任务单 → B组教师直教 → A/B交换，时序精确到分钟
内置自学任务单生成器：AI生成配套学生自学卡，教师讲另一组时，另一组有事可做
一键打印，低配打印机友好格式

技术栈：FastAPI 路由 + `lesson_plan_generator.py` 服务 + 结构化 JSON 解析

层级	技术选型	具体作用
Web框架	FastAPI	高性能异步API，自动生成文档，支持WebSocket（后续实时生成）
AI编排	LangChain + LangGraph	构建复式备课的提示词链，处理多步骤生成（分组轮转、任务单等）
LLM	Qwen2.5-7B-Instruct（本地） / GPT-4o-mini（云端）	生成方案文本；本地部署省钱且离线可用
数据库	PostgreSQL + SQLAlchemy	保存备课记录、用户关联、历史方案
缓存/队列	Redis + Celery	异步生成方案（避免超时），缓存常用模板
文件存储	MinIO / 阿里云OSS	存储生成的PDF任务单（供打印）
向量检索	Chroma / FAISS	检索相似备课方案，作为Few-shot示例
认证	JWT (之前已实现)	识别教师用户，关联备课记录

【页面展示】

② 微课克隆与名师对标（跨越时空的教研）

痛点：好的网络名师课程，山区教师不知道怎么用到自己课堂

创新设计：

教师录制自己的10分钟课堂片段（用手机）
匹配网上公开同课段的名师课程资源，和教师录制视频进行对比分析
AI分析后给出具体、可操作的改进建议（不是"多互动"这种废话，而是"第3分钟你讲概念时没有停顿让学生思考，建议加一个’你们觉得呢？'的停顿"，教学结构（引入-讲解-练习-总结））
可对比名师同课段，但用"你的优势"而非"你的不足"作为视角呈现
加入跳转按钮，可以一键跳转所匹配到的名师课程进行学习

技术栈：

组件	技术选型	说明
Web框架	FastAPI	已有，继续扩展
语音转文字	Whisper (tiny/base，本地)	提取教师讲课内容
名师课程库	PostgreSQL + pgvector	存储课程嵌入向量，支持相似度检索
向量化	Sentence-BERT (BGE-small-zh)	将查询（学科+年级+课题）编码为向量
对比分析	LangChain + 本地LLM (Qwen-1.8B)	生成结构化改进建议
异步任务	Celery + Redis	处理耗时视频转码和LLM调用
对象存储	MinIO / 本地临时文件	暂存上传视频

【页面展示】

③ 梦想模拟器（零门槛的职业探索引擎）

痛点：山区孩子视野窄，不知道有什么职业，不知道读书和未来的关系，更不知道实现梦想的具体路径

创新点：

职业世界探索——发掘孩子的兴趣与梦想
梦想模拟器——详细版附后
读书-梦想连接器——让孩子看到我现在学的和梦想什么关系
梦想成就任务系统——根据学生自身情况，规划真实成长路径，并突出日常学习与任务和梦想之间的关系
满足三大原则（低门槛、有趣、合理）

技术栈：本模块基于 FastAPI + 本地大模型 + 学生档案数据，实现个性化职业探索和路径规划。

组件	技术选型	说明
框架	FastAPI	已有，提供API
大模型	Qwen2.5-7B / GPT-4o-mini	生成故事、路径规划
数据库	PostgreSQL	存储学生档案、职业模板、偏好
向量检索	pgvector	检索相似职业、知识地图
实时搜索	可选（接入互联网）	生成路径时获取最新大学专业信息

【页面展示】

当完成探索时，会出现路径规划（如知识地图、本周可以做的事、可实现路径）：

④ 心理健康关怀与自动预警（最有温度的防线）

痛点：山区留守儿童心理问题隐蔽，教师难以早期发现和干预

创新点：

多微信号采集，根据学生的作文、日记或者成绩变化曲线等，分析了解学生的心理健康状况，并采用分级预警机制，对于心理问题尽早且温和的干预。
同时做好差异化的关怀与鼓励。针对不同心理问题的学生，给出恰当的建议。
加入关怀提示与关怀清单，提醒教师。

技术栈：

组件	技术选型	说明
Web框架	FastAPI（已有）	提供分析、清单管理等接口
大模型	Qwen2.5-7B（本地） / GPT-4o-mini（云端）	分析文本，输出结构化结果
数据库	PostgreSQL + SQLAlchemy	存储分析记录、预警学生、关怀清单
向量检索	Chroma / pgvector	可选：用于相似案例检索
定时任务	APScheduler / Celery Beat	每日自动生成今日提醒和本周清单
前端集成	现有心理关怀面板（`panel-psychology`）	动态加载预警列表、关怀清单

【页面展示】

【其他功能，见下文4.2产品功能详细展示】

3.3 实践中的“踩坑”与优化

1. 大模型调用的稳定性与解耦：

早期直接硬编码调用 LLM 导致测试困难。后期将 API 配置独立抽离至 `llm_config.py`，实现 `LocalLLM` 包装类。即使本地没跑模型，系统也能回退到预设模板，保证业务流不中断（离线/降级优先策略）。

2. 多模态与异步处理：

微课视频处理极耗时，改用 `BackgroundTasks` 异步执行，前端轮询`/api/agent/microcourse_result`，避免了请求超时。

3. 数据库的复杂关联：

随着功能增加，表结构剧增。全面迁移至 PostgreSQL，利用 SQLAlchemy 处理外键与级联（如 `teacher_id` 与各业务表的严格隔离），确保不同教师登录看到独立的数据。

4.prompt优化（最重要的！！）：

在项目实践的过程中，prompt优化是最耗时的部分，需要不断根据模型输出的内容调整prompt，约束输出结果。如在智能备课中加入“课件复合社会主义价值观，无不良倡导”，在梦想模拟器-故事生成中加入“路径生成强约束继续教育导向，避免负向建议”等等…

四、项目成果与结构

具体代码已在GitHub中开源，链接：https://github.com/SxingheL/yuanshan_agent.git

1.完整项目结构：

远山不远/

├── yuanshan.html # 前端单页应用（动态渲染，无缝联动后端）

├── PROJECT_DOCUMENTATION.md # 项目技术文档与启动指南

├── backend/

│ ├── main.py # FastAPI 启动入口与路由挂载

│ ├── requirements.txt # 完整依赖清单

│ ├── .env.example # 环境变量与 LLM 配置模板

│ └── app/

│ ├── db/ # PostgreSQL 数据库配置与 SQLAlchemy ORM 模型

│ ├── routes/ # RESTful API 路由模块（认证、备课、作业、心理等）

│ └── services/ # 核心业务逻辑与 AI 智能体（Agent）服务

```

4.2 产品功能详细展示

登录页：角色选择——表单输入——登录触发

（一）模块一：全周期教学助手

1.智能备课——加入复试课堂智能备课

解决：一人教3个年级，如何备课？

传统备课工具都是单年级设计的。山区最普遍的是"复式教学"（同一教室同时有2-4个年级）。

创新设计：

输入"我有三年级12人+五年级8人，今天语文40分钟"
AI自动生成分组轮转教学方案：A组自学任务单 → B组教师直教 → A/B交换，时序精确到分钟
内置自学任务单生成器：AI生成配套学生自学卡，教师讲另一组时，另一组有事可做
一键打印，低配打印机友好格式

2.作业批改 /成绩录入——记入学生档案

解决：批改作业耗时长，成绩录入繁琐，学情难以追踪

创新设计：

拍照上传后，AI自动识别题目类型并判断对错，教师可快速"确认/修改"AI判断，一键归档
成绩录入时自动关联"对应考查知识点”，错题自动打标签（如：三年级·数学·进位加法·连续进位）
形成全班"知识点掌握热力图"，一眼看出班级薄弱点
作业数据自动流入学生成长档案，连续3次同一知识点出错 → 系统主动提醒教师进行个别辅导

3.离线知识库 + 轻量AI问答（支持语音输入）

解决：网络差/无网情况下，教师遇到不会的知识点怎么办？

创新设计：

预置K9全学科核心知识图谱，完全离线可用（类似离线地图）
教师用语音提问（方言适配）：“五年级分数除法这一块，我不太会讲，给我解释一下，用农村孩子能懂的例子”
AI用本地化类比回答（用田地、农作物、赶集等场景举例）
周期性低流量同步更新

4.家校沟通

解决：山区家长文化程度低，沟通困难，微信群无效

创新设计：

教师语音输入反馈 → AI转化为简明、温暖、无教育术语的家长通知
支持一键生成图文版（家长看不懂文字也能理解的图示）
添加家访记录手册：以日历形式标注教师的家访记录，教师自己输入家访日期、同学姓名、并以日记形式记录家访内容和注意事项。
同时提出家访对象建议，和家访内容建议

5.班级管理

解决：班级未形成系统化管理，全靠简单搜索和教师经验

创新设计：

支持Excel一键导入学生的基本情况，基本信息含：姓名、年级、监护人、联系方式、家庭类型（留守/单亲/困难）、民族、健康状况
建立每个学生的四维成长档案库，并有个性化、差异化的可视化分析。
- 学习维度：各科成绩趋势 / 知识点掌握图谱 / 作业完成率
- 行为维度：出勤记录 / 课堂参与评价（教师快速打星）
- 心理维度：（联动模块二）情绪状态标记 / 心理健康预警
- 家庭维度：家访记录 / 家长沟通历史
档案跨年级传递，升级时，档案自动迁移至下一位老师，新老师一键查看"这个班每个孩子的背景和进步史”

（二）模块二：教师成长模块

1.微课克隆——AI对比名师课堂给出具体可操作性意见

解决：好的网络名师课程，山区教师不知道怎么用到自己课堂

创新设计：

教师录制自己的10分钟课堂片段（用手机）
匹配网上公开同课段的名师课程资源，和教师录制视频进行对比分析
AI分析后给出具体、可操作的改进建议（不是"多互动"这种废话，而是"第3分钟你讲概念时没有停顿让学生思考，建议加一个’你们觉得呢？'的停顿"，教学结构（引入-讲解-练习-总结））
可对比名师同课段，但用"你的优势"而非"你的不足"作为视角呈现
加入跳转按钮，可以一键跳转所匹配到的名师课程进行学习

2.教师个人成长档案

解决：教师的努力不被看见，职称评定缺乏真实证明材料

每次使用APP，自动化积累内容，备课记录、微课报告、等数据自动归档。可积累、可分享，支持自动生成符合当地职称评定格式的"教师个人工作总结”
生成教师个人成长档案，生成“教学能力成长曲线”，并可以以看到能力雷达图的变化。
内置勋章系统（“连续30天备课达人”/“本月互助之星”/“学生进步推手”），勋章可生成精美图片，分享至朋友圈/同事群，可以在没有外部认可的环境中，为教师创造正反馈

3.学生心理健康和差异化关怀

解决：山区留守儿童心理问题隐蔽，教师难以早期发现和干预

创新点：

多微信号采集，根据学生的作文、日记或者成绩变化曲线等，分析了解学生的心理健康状况，并采用分级预警机制，对于心理问题尽早且温和的干预。
同时做好差异化的关怀与鼓励。（针对不同心理问题的学生，给出恰当的建议）。
加入关怀提示与关怀清单，提醒教师。

4.教师互助论坛（仅做展示，并未实现）

（三）模块三：学生成长模块

1.梦想模拟器——游戏中寻找实现路径

解决问题：山区孩子视野窄，不知道有什么职业，不知道读书和未来的关系，更不知道实现梦想的具体路径

创新点：

职业世界探索——发掘孩子的兴趣与梦想
梦想模拟器——详细版附后
读书-梦想连接器——让孩子看到我现在学的和梦想什么关系
梦想成就任务系统——根据学生自身情况，规划真实成长路径，并突出日常学习与任务和梦想之间的关系
后续根据三大原则（低门槛、有趣、合理）加入以下功能：
- 低门槛：新增故事朗读、语音选项识别（说“选项一/二/三”）、大按钮模式（更大字体与触控区），识字少也能玩。
- 有趣：新增“成长经营条”（希望值/挑战值/能力标签），每次选择都会即时更新数值与能力点，并即时反馈。
- 合理：每一步选择都显示“现实提示 + 希望提示”，明确“路不轻松，但有人走过”，避免过度美化。

当完成探索时，会出现路径规划（如知识地图、本周可以做的事、可实现路径）：

2.学生成长档案

解决问题：*山区孩子缺乏持续的成长记录，好的进步转瞬即逝、无人看见

功能设计：

学生档案由四个维度构成：
- 学业成长（联动作业批改和录入成绩分析模块，生成成绩趋势图、知识点掌握雷达图、错题本等）
- 能力成长（由教师记录学生的兴趣爱好与相关能力参与的活动等）
- 情感与心理（除上述的心理健康记录的同时，增加“闪光时刻”正向成就积累和自我效能感）
- 阶段性任务规划（教师/AI协同为每个学生制定阶段目标，差异化，非统一模板）