While Large Language Models (LLMs) are increasingly applied in student-facing educational tools, their potential to directly support educators through locally deployable and customizable solutions remains underexplored. Many existing approaches rely on proprietary, cloud-based systems that raise significant cost, privacy, and control concerns for educational institutions. To address these barriers, we introduce an end-to-end, open-source framework that empowers educators using small (3B-7B parameter), locally deployable LLMs. Our system is designed for comprehensive teacher support, including customized teaching material generation and AI-assisted assessment. The framework synergistically combines Retrieval-Augmented Generation (RAG) and Context-Augmented Generation (CAG) to produce factually accurate, pedagogically-styled content. A core feature is an interactive refinement loop, a teacher-in-the-loop mechanism that ensures educator agency and precise alignment of the final output. To enhance reliability and safety, an auxiliary verifier LLM inspects all generated content. We validate our framework through a rigorous evaluation of its content generation capabilities and report on a successful technical deployment in a college physics course, which confirms its feasibility on standard institutional hardware. Our findings demonstrate that carefully engineered, self-hosted systems built on small LLMs can provide robust, affordable, and private support for educators, achieving practical utility comparable to much larger models for targeted instructional tasks. This work presents a practical blueprint for the development of sovereign AI tools tailored to the real-world needs of educational institutions.


翻译:尽管大型语言模型(LLMs)在学生导向的教育工具中应用日益广泛,但其通过本地可部署和可定制化解决方案直接支持教育工作者的潜力仍未得到充分探索。现有许多方法依赖于专有的云端系统,给教育机构带来了显著的成本、隐私和控制方面的担忧。为应对这些障碍,我们引入了一个端到端的开源框架,利用小型(30亿至70亿参数)、本地可部署的LLMs赋能教育工作者。该系统旨在为教师提供全面支持,包括定制化教学材料生成和AI辅助评估。该框架协同结合了检索增强生成(RAG)和上下文增强生成(CAG),以生成事实准确、符合教学风格的内容。其核心特征是一个交互式精炼循环,即教师参与循环机制,确保教育者的主导权以及最终输出的精确对齐。为增强可靠性和安全性,一个辅助验证LLM会检查所有生成内容。我们通过对框架内容生成能力的严格评估来验证其有效性,并报告了在大学物理课程中的成功技术部署,这证实了其在标准机构硬件上的可行性。我们的研究结果表明,基于小型LLMs精心设计的自托管系统能够为教育工作者提供稳健、经济且私密的支持,在针对性教学任务上实现与更大模型相媲美的实际效用。这项工作为开发符合教育机构实际需求的自主AI工具提供了一个实用蓝图。

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