O programa do Duolingo foi desenvolvido com base em três pilares da ciência cognitiva: algoritmos de repetição espaçada, teoria de microaprendizagem e entrada multimodal. Seu sistema patenteado Adaptive Spaced Repetition System (SRS) calcula com precisão o momento ideal para revisar cada palavra, aumentando a eficiência da memória em 2.101 TP3 T. As lições são divididas em microunidades de 5 a 10 minutos, o que atende às restrições de capacidade da memória de trabalho humana, e estudos demonstraram que esse design resulta em retenção de foco de até 921 TP3T. 92%.
Cada módulo de aprendizagem segue rigorosamente o método de treinamento quadridimensional de "Listening-Speaking-Reading-Writing": os exercícios de audição são gravados por falantes nativos reais e a velocidade da fala é ajustável em três níveis; os exercícios de fala usam tecnologia de ponta de reconhecimento de fala para detectar problemas de hifenização e entonação; e os exercícios de escrita incluem treinamento gradual de vocabulário a padrões de frases complexas. A dificuldade do curso é dividida em seis níveis, A1-C2, de acordo com o padrão CEFR, e a dificuldade das perguntas é ajustada dinamicamente por meio de aprendizado de máquina para garantir que os exercícios do 85% estejam na "zona de desenvolvimento mais próximo" do usuário.
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