PRE2022 3 Group10: Difference between revisions

From Control Systems Technology Group
Jump to navigation Jump to search
No edit summary
(added foto of code)
Line 406: Line 406:
Also, we made a scenario in a comic strip. This is shown below     
Also, we made a scenario in a comic strip. This is shown below     


[[File:Scenario 11-03-2023.jpg|495.292x495.292px|thumb|left]]         
[[File:Scenario 11-03-2023.jpg|thumb|left]]         




Line 417: Line 417:




==Behavior of the robot==


== Behavior of the robot ==
===Different reactions===
 
=== Different reactions ===




Questioning
Questioning


* In Choreographe, by Animations, Dialog animations, there is a folder “Question”, we can use all of these
*In Choreographe, by Animations, Dialog animations, there is a folder “Question”, we can use all of these


Answer is right
Answer is right
Line 431: Line 430:
The robot says: (if it is possible, the voice has to go up at the end of the sentence to make sure this sounds enthusiastic)
The robot says: (if it is possible, the voice has to go up at the end of the sentence to make sure this sounds enthusiastic)


* Great!
*Great!
* Well done!
*Well done!
* Nice!
*Nice!
* Good job!
*Good job!
* Keep up the good work!
*Keep up the good work!
* That’s right 🙂
*That’s right 🙂
* Perfect!
*Perfect!
* Yes, indeed 🙂
*Yes, indeed 🙂
* Excellent!
*Excellent!
* Awesome!
*Awesome!
* Keep it up!
*Keep it up!
* Wow!
*Wow!
* Good!
*Good!
* Unbelievable!
*Unbelievable!
* Super!
*Super!
* Outstanding!
*Outstanding!
* Fantastic!
*Fantastic!
* Fine!
*Fine!
* You got it!
*You got it!
* Very good!
*Very good!
* Amazing!
*Amazing!


We moeten er even over nadenken of we na elke vraag een nieuwe reactie willen.
We moeten er even over nadenken of we na elke vraag een nieuwe reactie willen.
Line 457: Line 456:
Behavior
Behavior


* Nodding
*Nodding
* StrightPointAtUserRightArm_01
*StrightPointAtUserRightArm_01
* WidePointAtUserRightArm_LeanRight_01
*WidePointAtUserRightArm_LeanRight_01
* In Choreographe, by Animations, Dialog animations, there is a folder “Affirmation”, we can use all of these
*In Choreographe, by Animations, Dialog animations, there is a folder “Affirmation”, we can use all of these


Answer is wrong, try again
Answer is wrong, try again


* One more time, and you’ll have it
*One more time, and you’ll have it
* Mmm, try again
*Mmm, try again
* Are you sure?
*Are you sure?
** Iets verzinnen voor als het kind ja zegt: It’s not the right answer yet, try again
**Iets verzinnen voor als het kind ja zegt: It’s not the right answer yet, try again
* You almost got it right, try again
*You almost got it right, try again
* You almost did it, you can try again
*You almost did it, you can try again
* Not yet the right answer, try again
*Not yet the right answer, try again
* Try another time
*Try another time
* You can try again
*You can try again
* Almost there, try again!
*Almost there, try again!
* Give it another shot
*Give it another shot
* Give it another try
*Give it another try
* Give it another go
*Give it another go
* It’s not the right answer yet, try again
*It’s not the right answer yet, try again


Answer is good second time (additional to the previous right answers)
Answer is good second time (additional to the previous right answers)


* Much better
*Much better
* Now you have it
*Now you have it


Answer is wrong
Answer is wrong
Line 488: Line 487:
Part 1
Part 1


* Unfortunately
*Unfortunately
* Sadly
*Sadly
* Sad to yes
*Sad to yes
* Unluckily
*Unluckily


Part 2
Part 2


* That’s not the right answer
*That’s not the right answer
* That’s wrong
*That’s wrong
* That’s incorrect
*That’s incorrect
* That sucks
*That sucks
* That’s untrue
*That’s untrue
* That’s false
*That’s false
* That’s a bummer
*That’s a bummer


Behavior
Behavior


* Nee schudden
*Nee schudden
* In Choreographe, by Animations, Dialog animations, there is a folder “Negation”, we can use all of these
*In Choreographe, by Animations, Dialog animations, there is a folder “Negation”, we can use all of these


UITLEG UITSCHRIJVEN
UITLEG UITSCHRIJVEN
Line 512: Line 511:
After reaching a sub-goal, for example a whole table.
After reaching a sub-goal, for example a whole table.


* I’m proud!
*I’m proud!
* Perfect!
*Perfect!
* I am impressed!
*I am impressed!
* I’m speechless!
*I’m speechless!
* I knew you could do it!
*I knew you could do it!


Motions
Motions


* Headbang
*Headbang


When finishing  
When finishing  


* You’ve done a good job today
*You’ve done a good job today
* You’ve learnt a lot today
*You’ve learnt a lot today
* You’ve really worked hard today
*You’ve really worked hard today




 
===Order of asking the tables===
=== Order of asking the tables ===
''>still needs to be translated''
''>still needs to be translated''


Line 538: Line 536:
<br />
<br />


* Tafel van 1
*Tafel van 1
** Op volgorde
**Op volgorde
*** Tot max 2 fout herhalen (vanaf 3 fout nog een keer herhalen) of als langer dan 40 seconden*  
***Tot max 2 fout herhalen (vanaf 3 fout nog een keer herhalen) of als langer dan 40 seconden*
** Door elkaar
**Door elkaar
*** De sommen die fout gaan worden 2x extra gevraagd, 1x na twee andere sommen en 1x aan het eind
***De sommen die fout gaan worden 2x extra gevraagd, 1x na twee andere sommen en 1x aan het eind
*** Als een leerling een lastige som na het 3x doen nog steeds fout heeft of als de leerling er langer over doet dan 40 seconden*, nog een keer alles door elkaar. Gaat er dan weer iets fout dan terug naar op volgorde.
***Als een leerling een lastige som na het 3x doen nog steeds fout heeft of als de leerling er langer over doet dan 40 seconden*, nog een keer alles door elkaar. Gaat er dan weer iets fout dan terug naar op volgorde.
* Zelfde voor tafel van 2
*Zelfde voor tafel van 2
* Tafel van 1 en 2 door elkaar
*Tafel van 1 en 2 door elkaar
** Bij max 2 fouten door
**Bij max 2 fouten door
** Na alle sommen, vanaf 3 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
**Na alle sommen, vanaf 3 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
** Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
* Tafel van 10 op dezelfde manier als de vorige tafels
*Tafel van 10 op dezelfde manier als de vorige tafels
* Tafel van 5 op dezelfde manier als de vorige tafels
*Tafel van 5 op dezelfde manier als de vorige tafels
* Tafel van 5 en 10 door elkaar
*Tafel van 5 en 10 door elkaar
** Bij max 2 fouten door
**Bij max 2 fouten door
** Na alle sommen, vanaf 3 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
**Na alle sommen, vanaf 3 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
** Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
* Tafel van 3 zoals bij de vorige tafels
*Tafel van 3 zoals bij de vorige tafels
* Tafel van 4 zoals bij de vorige tafels
*Tafel van 4 zoals bij de vorige tafels
* Tafel van 3 en 4 door elkaar
*Tafel van 3 en 4 door elkaar
** Bij max 2 fouten door
**Bij max 2 fouten door
** Na alle sommen, vanaf 3 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
**Na alle sommen, vanaf 3 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
** Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
* Tafel van 1 t/m 5 en 10 door elkaar  
*Tafel van 1 t/m 5 en 10 door elkaar  
** Hiervan 30 random sommen
**Hiervan 30 random sommen
** Na 30 sommen, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel(s) opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
**Na 30 sommen, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel(s) opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
** Als langer dan 80 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 80 seconden*, nog een keer herhalen
* Tafel van 6 zoals bij vorige tafels
*Tafel van 6 zoals bij vorige tafels
* Tafel van 7 zoals bij vorige tafels
*Tafel van 7 zoals bij vorige tafels
* Tafels van 6 en 7 door elkaar
*Tafels van 6 en 7 door elkaar
** Bij max 3 fouten door
**Bij max 3 fouten door
** Na alle sommen, vanaf 4 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen, dan hier terugkomen
**Na alle sommen, vanaf 4 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen, dan hier terugkomen
** Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
* Tafel van 8 zoals bij vorige tafels
*Tafel van 8 zoals bij vorige tafels
* Tafel van 9 zoals bij vorige tafel
*Tafel van 9 zoals bij vorige tafel
* Tafel van 8 en 9 door elkaar  
*Tafel van 8 en 9 door elkaar  
** Bij max 3 fouten door
**Bij max 3 fouten door
** Na alle sommen, vanaf 4 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
**Na alle sommen, vanaf 4 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
** Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
* Tafel 1 t/m 5 en 10 herhalen
*Tafel 1 t/m 5 en 10 herhalen
** Hiervan 20 sommen die eerder het vaakst fout zijn gegaan, hieruit random selecteren en anders aanvullen met random “makkelijke” sommen
**Hiervan 20 sommen die eerder het vaakst fout zijn gegaan, hieruit random selecteren en anders aanvullen met random “makkelijke” sommen
** Na 20 sommen, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel(s) opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
**Na 20 sommen, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel(s) opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
** Als langer dan 70 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 70 seconden*, nog een keer herhalen
* Tafel van 6 t/m 9 herhalen
*Tafel van 6 t/m 9 herhalen
** Hiervan 30 random sommen  
**Hiervan 30 random sommen
** Na 30 sommen, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel(s) opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
**Na 30 sommen, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel(s) opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
** Als langer dan 80 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 80 seconden*, nog een keer herhalen
* Tafels 1 t/m 10 herhalen
*Tafels 1 t/m 10 herhalen
** Hiervan 25 random sommen
**Hiervan 25 random sommen
** Maximaal 2 fouten
**Maximaal 2 fouten
** Na 25 sommen, vanaf 3 fouten, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
**Na 25 sommen, vanaf 3 fouten, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
** Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
* Einddoel: tafels 1 t/m 10
*Einddoel: tafels 1 t/m 10
** Hiervan 25 random sommen
**Hiervan 25 random sommen
** Geen fouten
**Geen fouten
** Na 25 sommen, als er minimaal 1 fout gemaakt is nog een keer herhalen
**Na 25 sommen, als er minimaal 1 fout gemaakt is nog een keer herhalen
** Als langer dan 50 seconden*, nog een keer herhalen
**Als langer dan 50 seconden*, nog een keer herhalen
** Als dit beheerst wordt, kan de leerling het
**Als dit beheerst wordt, kan de leerling het


Andere dingen
Andere dingen


* Als een leerling opnieuw inlogt om verder te gaan, eerst 10 sommen van de afgehandelde tafels als herhaling
*Als een leerling opnieuw inlogt om verder te gaan, eerst 10 sommen van de afgehandelde tafels als herhaling
* * dit aantal seconden worden geteld vanaf het moment dat de robot uitgepraat is tot het moment dat het kind het antwoord heeft uitgesproken. Als het fout is dan wordt de tijd van die som dubbel geteld.
*<nowiki>* dit aantal seconden worden geteld vanaf het moment dat de robot uitgepraat is tot het moment dat het kind het antwoord heeft uitgesproken. Als het fout is dan wordt de tijd van die som dubbel geteld.</nowiki>




Line 611: Line 609:
Nog doen
Nog doen


* Uitleg geven over waarom tijd
*Uitleg geven over waarom tijd
* Wat doen we als het kind zegt dat hij het niet begrijpt
*Wat doen we als het kind zegt dat hij het niet begrijpt
** Spectrum aan woorden zoeken en inprogrammeren
**Spectrum aan woorden zoeken en inprogrammeren
* Reactie geven als de robot niet begrijpt wat het kind zegt
*Reactie geven als de robot niet begrijpt wat het kind zegt
** I don’t understand, go to your teacher
**I don’t understand, go to your teacher
 
 
 
 


==Code==


We have written the code in Choreographe, a program made for programming Pepper.


This is how the code looks:
[[File:ChoregrapheCode.png|thumb|572.6x572.6px]]





Revision as of 23:02, 26 March 2023

Lars van den Brom

Jochem Smit

Nanouk van Weerdenburg

Renske van Dijk

Bernard Korevaar

Brainstorm ideas

  • kitchen assistant
    • Automatic stirring
    • Cutting robot
    • boterhammen smeren
    • automatische rasp  >lijkt misschien op een keukenmachine, maar ik bedoel meer citroen raspen, dat je alleen de buitenkant wil
  • Human Robot Collaboration (HRC)[1]
    • Gesture controlled robot
    • Speech controlled robot
    • Following robot
  • Autonomous Motion Robots (AMRs)
  • Robot to open bottles with a twist cap
  • Robot om flesjes met kroondop te openen
  • Strijkrobot
  • robot om kinderen les te geven, soort bijles ish
  • robot om muren te verven
  • Interactive educational robots
  • AI-powered traffic flow management system
  • Autonomous underwater vehicles for oceanic exploration and mapping

Planning

Week Date start week Deliverables Responsible team members
1 6th of February Brainstorm on objectives Everyone
Write down objectives Bernard
Work on planning and deliverables Nanouk
Look into state-of-the-art Renske and Jochem
Write about use Lars
2 13th of February Choosing robot Everyone
Research into state-of-the-art Nanouk and Bernard
Research into existing learning methods Renske and Lars
Updating planning Nanouk
Research into appearance Jochem
Update USE Lars
3 27th of February Get to know programming language of Pepper Bernard, Jochem and Lars
Continue literature studies Renske and Nanouk
Specify goals Lars and Nanouk
4 6th of March Start programming Bernard, Jochem and Lars
Finish literature studies Renske and Nanouk
5 13th of March Continue programming Bernard, Jochem and Lars
Describing tests, write down test protocol Renske and Nanouk
6 20th of March Testing Everyone
Start writing report Renske and Nanouk
7 27th of March Process results tests Renske and Nanouk
Improve program Bernard, Jochem and Lars
Continue writing final report Renske and Nanouk
Start making presentation Renske and Nanouk
8 3th of April Finish program Everyone
Finish final presentation Everyone
Finish writing final report Everyone



Objective

The objective of our project design a robot that can help primary school children with learning. We will focus specifically on children in the fourth and fifth grade of primary school, age six to eight, and teaching basic arithmetic such as multiplication.

We will do a literature study to specify an effective learning method for arithmetic, to identify what assistance teachers need, and how children are best stimulated.

In the scope of this course it will not be realistic to design a fully function prototype. Therefore, we will use an off-the-shelf robot that only need to be programmed to test our findings.

Use

User

Our robot is designed to target the needs of elementary school students who are working on multiplications. The robot would use some sort of interactive and engaging method, like a game or quiz, to empower the motivation of the students. The robot would be easy to navigate and user-friendly to make sure the children can use it with ease.

Society

The robot has the potential to make a positive impact on society by improving the academic outcomes of elementary school. This would be done by proving and interactive and engaging way to learn multiplications, the robot would help with motivation and confidence of the children. Which would lead to an improved learning curve. Additionally by using the robot, the teacher would have more time to focus on other tasks, as helping students who need extra help, or the greater part of the class and let the excelling students use it to keep it challenging and motivating for them.

Enterprise

Investing in these robots could be a smart decision for schools and educational institutions. As the robot helps by providing an innovative and effective tool for teaching, the robot can help both improve the quality of education and support the development of future generations. The robot's user-friendly design and advanced technology also make it an attractive and marketable product for businesses in the educational technology industry. As the use of technology in education continues to grow, our robot could represents a valuable opportunity for growth and expansion of this industry.


State-of-the-art

Figure 1, The Dash Robot

Teaching robotics

There are already some robot technologies that are used in the classroom in elementary schools. For example the Dash Robot [2] , that looks really appealing for children and they can engage with it. With the Dash Robot children get experiences with coding, for example by drag-and-dropping blocks. The Ozobot Evo is quite similar, it can also be used for block coding. And its sensors detect color codes and react to them. Another example of a robot that can be used to learn children code is the Finch 2.0 robot. All these robots are made to help children learn coding at elementary school. However, we are thinking of a robot that can help with tutoring mathematics.

The Ozobot Evo

There are also done studies with robotic tutors, like MONICA (https://blog.frontiersin.org/2016/11/04/robotic-tutors-for-primary-school-children/). It was tested whether the robot could detect emotional states from children, and the children liked working with the robot, but it is not developed well enough yet that such a robot could replace the teacher.

The ROYBI robot is also a robot (https://roybirobot.com/) that can teach children languages and other languages. It can improve a child's learning from the age of 3 and onwards.


Finch 2.0 robot

At this moment, there are not yet robots that completely take over the roles of teachers.

Robotics and Mathematics

In 2018, Zhong and Xia performed a systematic review on educational robotics in mathematical education. They found 20 papers about this and compared them and made conclusions over all. These conclusions are divided into two categories: engagement and real world.

Engagement

First, they found that having access to a robot gives students the opportunity to participate interactively with the learning process (Adams & Cook, 2017; Keren et al., 2012; Keren & Fridin, 2014; La Paglia, La Cascia, Francomano, & La Barbera, 2017). Moreover, Brown and Howard (2014) reported that, verbal interactions with a robot were able to increase and/or maintain student engagement regardless of student age and math content level. This conclusion was made compared to non-interactive methods to learn mathematics. Increasing the interaction levels of humanoid robots bring better learning outcomes than just visual and auditory contacts (Pinto et al., 2015). Next to that, the movements of a robot, its position and its moves, can be perceived as tangible feedback of help in mathematical games (Mandin et al., 2017). Something else that was concluded is that interactions with a real robot might generate greater enjoyment than interactions with a virutal agent (Keren and Fridin, 2014). Last, the robot can have a bigger impact on the interaction process between students and between students and the computer. This can students give motivation to stay engaged and to work as a team (Mitnik et al., 2008).

Real world

Learning mathematics with robots helps students visualize challenging real-world applications and supports multiple representations of a problem (Shankar et al., 2013). The transition from abstract perfection of mathematics to the practical reality of daily experience can be made easier with the experience with robots (Fernandes et al., 2009; Martin et al., 2006; Rhine & Martin, 2008). For this, it is important that the learning material from the robot can be related to their ordinary school work (Lindh & Holgersson, 2007). Moreover, it is important that every student has the chance to do every hands-on practice, which deepens their impressions about the learning contents. Also, the students should have opportunities to practice repeatedly with the support of the robotics system. Last, instructional design is key for supporting the succesful application of robotics in mathematics education. However, when this is done in a proper way, it will have a lasting hands-on experience in a social context and a better attitude towards mathematics education (Shankar et al., 2013).


For all of this, more research is needed. Therefore, our research can have a real impact on the field.

How do children learn the multiplication facts?

We have decided to focus on teaching children the multiplication facts, also known as the time tables. These are all multiplication sums that go from 1x1=1 to 10x10=100. It is important that children know these multiplication facts by heart and don't need too much time to calculate these simple sums. Otherwise kids will later on struggle with problems with larger numbers, divisions etc., as they use much of their working memory for the simple multiplication sums and they won't have much brain space left for complexer problems. [3]

For us it is important to know what the best way is for children to learn these multiplication sums, so our robot can use this as well.

Children start with learning how to make groups of objects and add these together by just counting. They will see it can go easier, because they are adding up the same amount every time when they have groups of the same size.

Rectangle model

There are different models that can make the multiplication more insightful.[4] When a child has difficulties with understanding mulitplication (one of) these different models can be used to make it more clear.

First there is the rectangle model, where as an example there is a rectangular container with plants in rows. You could have for example three rows of each five plants. The plants are properly structured in straight rows, which makes it easy to see that you are adding the same amount everytime. This repeated addition makes it clear that this can go easier by using multiplication.

Second, there is the groupmodel. The child can make groups of the same size and then count how many groups there are. This way a multiplication sum is easy made.

Group model

Last, there is the line model. In this model, a number line is made where the jumps are made visible. This way the repeated addition is clear and this can be converted to a multiplication sum.


Exercises with pictures make it easier and more fun to do multiplication sums. To make sure a child doesn't keep counting every single object, it is a good idea to make only in one group visible how much objects there are per group. For example when there are three boxes with grapes, make it only visible in the upper one that there are six grapes in one box, this way the child can't count all grapes separate, but needs to think themselves that 6+6+6 = 3x6 = 18 grapes.

Line model


There are different strategies that make multiplication sums easier. These strategies can be mentioned by the robot as a hint or explanation.

First the reversal strategy, which means that 4x8 is the same as 8x4 for example. This could help as most children know the table of 4 better than the table of 8. It is an easy hint, but could be really helpful.

Second, the doubling strategy, which means that for example 6x4 is the double of 3x4. The second sum is way easier, so when you know 3x4=12, you can imagine that 6x4 is the double which is 24.

Third, the halve strategy, which is similar to the doubling strategy but just the other way around. For example 10x4=40 is an easy sum, when the child knows that 5 is half of 10, then 5x4 is half of 40, which is 20.

Fourth, the one-more-or-less strategy. For example, 5x3=15 is a relative easy sum. 6x3 is then the same, but just one '3' extra, so 15+3=18. Or for example, 10x3=30 is easy, then you know that 9x3 is the same but one '3' less, so 30-3=27.

Last, the splitting strategy. This strategy is for larger multiplication sums, like 14x6. It is best to split this sum into 10x6 and 4x6, because those are both sums that the child is supposed to know, and then these answers can easily be added.

It is best to first learn the tables of 0 and 1. Then the table of 2, this is relatively easy because it exists of all the even numbers. You can for example let the child count pairs of shoes. Then the table of 10, because that is also quite easy. The table of 5 comes next, then 3 and 4 because low numbers are relatively easy. Last, the tables 6, 7, 8 and 9 come, which are the hardest for most children. Using the strategies mentioned above, can make it easier.

Practicing the timetables by saying them outloud is still a really efficient way to learn them, so it would be great if we can also use our robot for that.

There exist already quite some games to help with learning the multiplication tables, like Addit, Formula, toverstapels etc.

Flashcards are also always useful and can probably be integrated easily in the robot.


One of the most important ways to learn something is ofcourse to repeat. It would be useful when the robot knows which sums need to be practiced more, partly by remembering what sums the child finds the most difficult, but also by remembering which sums are asked the least until now.



Previous related projects

These are some previous projects related to our project. The texts state the useful aspects of the mentioned project for our project.


Studdy Buddy https://cstwiki.wtb.tue.nl/wiki/PRE2019_3_Group8

Study Buddy is a robot designed to help 'feeble-minded' children in elementary school understand the material taught in class better.

This project is quite similar to our project, since they also use robots to (help) teach young children.

Notable subjects in their report are the consideration of some robots, with a description of its features, pros and cons. Also how the robots would fit their project and which robot would fit best is discussed.

After that the project discusses the importance of likability and reliability of the robots. It states having trustworthy behavior and a reliable appearance are key for the children to be able to form an emotional bond with the robot and let it help them learn.

Then the project proceeds to show a questionnaire where, from 4 robots, the likability and the reliability are asked.

Then the project proceeds to talk about gamification and how it can improve the learning platform and motivate the children. Rankings in the game are also discussed but are not used since they state: “In our situation, we should avoid rankings and leader boards in game inspired design, as not all children thrive on competition.”

After that the project proceeds with an interview of elementary school teachers. In this part the main findings are summarized. For example that gamification is already used on an interactive whiteboard, and that teachers already spread their attention more to children which have problems learning, and that a robot which would personalize education would be welcomed.

Then the project shows a persona of the sort of child they want to help, and explain the concept in detail.

The project also displays a scenario of a child using the robot, and shows a state diagram explicitly showing the interaction of the robot.

Then, what the impact of the Study Buddy on children is and how it can be maximized is discussed. The impact on teachers is also discussed.

Finally the state of the art and conclusion end the wiki.


Adaptive learning software for mathematics https://cstwiki.wtb.tue.nl/wiki/PRE2019_1_Group3

The general focus of this project is to teach math, but harder mathematics than simple multiplication. It also strives to be adaptive, while our project uses a robot. Thus it is quite different to our project. The state of the art is very extensive but focusses mostly on artificial intelligence in education.

It does mention some existing online mathematics learning platforms, which could be useful for our project. It could also be useful to read the ‘question-type and implementation’ part to see a short description of the implementation of some questions.

How their program is build is described in the technical aspects. There, the layout, modules and technical details are described.


Robot that assist kindergarten teachers https://cstwiki.wtb.tue.nl/wiki/PRE2018_4_Group4

This project is about reducing the stress/workload of kindergarten teachers using robots.

The project stated 6 hypothesis about Emotion recognition, physical exercise, learning by quiz game, storytelling by robots, touching the robot and effectiveness of robots in education.

There also is an interview of some kindergarten teachers.

There is a description of the NAO robot, which shows and describes the parts and how it moves.

Then they wrote a small simulation about how the robot would function.


Teach children programming https://cstwiki.wtb.tue.nl/wiki/PRE2018_3_Group10

This project is about teaching primary school children programming using robots.

The project showed a questionnaire partly about what the appearance of the robot should be.

Then they described the design, components of the robot and some of the technical functionalities.

How they want to teach programming is then described, showing the game they want the children to play with a picture, some explanations and a storyboard.

Some possibly useful documents about robots in class are displayed in the state of the art section.

After that a description of the hardware and a picture of the chassis with electronics is presented. Its software, thus the code of setup and execution are also described.

In this project, an actual robot is designed and a prototype is made. A few pictures are displayed.

Scenario

The robot assists the teacher in learning the multiplication facts. The teacher gives their usual explanation of the subject. The robot helps the pupils that need extra help by giving extra tutoring.


Therefore, the robot uses a standard program. Every pupil has their own account, which can be accessed by face recognition of the robot. The robot remembers which multiplication facts the pupil struggles with and which multiplication facts are known already. Also, the robot remembers which ways of learning helps the pupil the best way. This is thus all personalized.


The robot starts with the easiest multiplication facts and makes it harder in small steps. He uses different games and strategies to learn the multiplication facts to the pupil.

The first one is the most basic, namely that the robot says a sum and that the pupil has to say the answer, so the robot quizzes the child out loud. Practicing out loud is proven to work really well, and the robot can be seen as a second ‘person’ where a pupil can practice this with. The sum can also be shown on the screen in an exciting way or in the form of a game.

Persona

When the camera is really good, it could be able to recognize the amount of objects gathered together. Then it could be a game where the pupil has little blocks or other objects and that the robot can say a number and that the pupil has to make the sum by making groups of the same size of the objects. For example when the robot says 12, the pupil can make 4 groups of 3 objects or 3 groups of 4 objects and then the robot can recognize whether this is done properly.


When the pupil is right, the robot reacts in a happy and optimistic way in its posture of its head and body, movements and speech. When the pupil is wrong, the robot tries to help the pupil to get the right answer by giving hints or explaining the multiplication facts again.


The teacher can see the progress of the pupils in a specific account, but cannot change the strategy of the robot.


This robot is different from any other computer game, since it gives more interaction and personal attention, which improves the learning of the pupil. It can explain things by speech and has real movements.


To illustrate this, we made a persona. This is shown right.

Also, we made a scenario in a comic strip. This is shown below

Scenario 11-03-2023.jpg






Behavior of the robot

Different reactions

Questioning

  • In Choreographe, by Animations, Dialog animations, there is a folder “Question”, we can use all of these

Answer is right

The robot says: (if it is possible, the voice has to go up at the end of the sentence to make sure this sounds enthusiastic)

  • Great!
  • Well done!
  • Nice!
  • Good job!
  • Keep up the good work!
  • That’s right 🙂
  • Perfect!
  • Yes, indeed 🙂
  • Excellent!
  • Awesome!
  • Keep it up!
  • Wow!
  • Good!
  • Unbelievable!
  • Super!
  • Outstanding!
  • Fantastic!
  • Fine!
  • You got it!
  • Very good!
  • Amazing!

We moeten er even over nadenken of we na elke vraag een nieuwe reactie willen.

Behavior

  • Nodding
  • StrightPointAtUserRightArm_01
  • WidePointAtUserRightArm_LeanRight_01
  • In Choreographe, by Animations, Dialog animations, there is a folder “Affirmation”, we can use all of these

Answer is wrong, try again

  • One more time, and you’ll have it
  • Mmm, try again
  • Are you sure?
    • Iets verzinnen voor als het kind ja zegt: It’s not the right answer yet, try again
  • You almost got it right, try again
  • You almost did it, you can try again
  • Not yet the right answer, try again
  • Try another time
  • You can try again
  • Almost there, try again!
  • Give it another shot
  • Give it another try
  • Give it another go
  • It’s not the right answer yet, try again

Answer is good second time (additional to the previous right answers)

  • Much better
  • Now you have it

Answer is wrong

Part 1

  • Unfortunately
  • Sadly
  • Sad to yes
  • Unluckily

Part 2

  • That’s not the right answer
  • That’s wrong
  • That’s incorrect
  • That sucks
  • That’s untrue
  • That’s false
  • That’s a bummer

Behavior

  • Nee schudden
  • In Choreographe, by Animations, Dialog animations, there is a folder “Negation”, we can use all of these

UITLEG UITSCHRIJVEN

After reaching a sub-goal, for example a whole table.

  • I’m proud!
  • Perfect!
  • I am impressed!
  • I’m speechless!
  • I knew you could do it!

Motions

  • Headbang

When finishing

  • You’ve done a good job today
  • You’ve learnt a lot today
  • You’ve really worked hard today


Order of asking the tables

>still needs to be translated

This is based on that the robot autonomously learns the child all the tables, without intervention from the teacher.

The robot remembers which mistakes the child makes, to know if it needs to go back to practising a certain table. The sums where the child makes mistakes can also be asked more often.

  • Tafel van 1
    • Op volgorde
      • Tot max 2 fout herhalen (vanaf 3 fout nog een keer herhalen) of als langer dan 40 seconden*
    • Door elkaar
      • De sommen die fout gaan worden 2x extra gevraagd, 1x na twee andere sommen en 1x aan het eind
      • Als een leerling een lastige som na het 3x doen nog steeds fout heeft of als de leerling er langer over doet dan 40 seconden*, nog een keer alles door elkaar. Gaat er dan weer iets fout dan terug naar op volgorde.
  • Zelfde voor tafel van 2
  • Tafel van 1 en 2 door elkaar
    • Bij max 2 fouten door
    • Na alle sommen, vanaf 3 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
    • Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
  • Tafel van 10 op dezelfde manier als de vorige tafels
  • Tafel van 5 op dezelfde manier als de vorige tafels
  • Tafel van 5 en 10 door elkaar
    • Bij max 2 fouten door
    • Na alle sommen, vanaf 3 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
    • Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
  • Tafel van 3 zoals bij de vorige tafels
  • Tafel van 4 zoals bij de vorige tafels
  • Tafel van 3 en 4 door elkaar
    • Bij max 2 fouten door
    • Na alle sommen, vanaf 3 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
    • Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
  • Tafel van 1 t/m 5 en 10 door elkaar
    • Hiervan 30 random sommen
    • Na 30 sommen, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel(s) opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
    • Als langer dan 80 seconden*, nog een keer herhalen
  • Tafel van 6 zoals bij vorige tafels
  • Tafel van 7 zoals bij vorige tafels
  • Tafels van 6 en 7 door elkaar
    • Bij max 3 fouten door
    • Na alle sommen, vanaf 4 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen, dan hier terugkomen
    • Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
  • Tafel van 8 zoals bij vorige tafels
  • Tafel van 9 zoals bij vorige tafel
  • Tafel van 8 en 9 door elkaar
    • Bij max 3 fouten door
    • Na alle sommen, vanaf 4 fouten kijken naar bij welke tafels twee of meer fouten zijn gemaakt, die tafel(s) herhalen eerst door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
    • Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
  • Tafel 1 t/m 5 en 10 herhalen
    • Hiervan 20 sommen die eerder het vaakst fout zijn gegaan, hieruit random selecteren en anders aanvullen met random “makkelijke” sommen
    • Na 20 sommen, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel(s) opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
    • Als langer dan 70 seconden*, nog een keer herhalen
  • Tafel van 6 t/m 9 herhalen
    • Hiervan 30 random sommen
    • Na 30 sommen, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel(s) opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
    • Als langer dan 80 seconden*, nog een keer herhalen
  • Tafels 1 t/m 10 herhalen
    • Hiervan 25 random sommen
    • Maximaal 2 fouten
    • Na 25 sommen, vanaf 3 fouten, bij meer dan 1 fout bij een tafel, die tafel opnieuw door elkaar (zie uitleg “door elkaar”), dan hier terugkomen
    • Als langer dan 60 seconden*, nog een keer herhalen
  • Einddoel: tafels 1 t/m 10
    • Hiervan 25 random sommen
    • Geen fouten
    • Na 25 sommen, als er minimaal 1 fout gemaakt is nog een keer herhalen
    • Als langer dan 50 seconden*, nog een keer herhalen
    • Als dit beheerst wordt, kan de leerling het

Andere dingen

  • Als een leerling opnieuw inlogt om verder te gaan, eerst 10 sommen van de afgehandelde tafels als herhaling
  • * dit aantal seconden worden geteld vanaf het moment dat de robot uitgepraat is tot het moment dat het kind het antwoord heeft uitgesproken. Als het fout is dan wordt de tijd van die som dubbel geteld.



The robot keeps track of the time that the child needs to answer the question. The norm is that the child can do all 100 sums in 3,5 minute, which is approximately 2 seconds for each sum. We give the children more time to answer, but later on the time they get, will be less to make sure they learn to answer in time.


Nog doen

  • Uitleg geven over waarom tijd
  • Wat doen we als het kind zegt dat hij het niet begrijpt
    • Spectrum aan woorden zoeken en inprogrammeren
  • Reactie geven als de robot niet begrijpt wat het kind zegt
    • I don’t understand, go to your teacher



Code

We have written the code in Choreographe, a program made for programming Pepper.

This is how the code looks:

572.6x572.6px





















References

  1. Inkulu, A. K., Bahubalendruni, M. R., & Dara, A. (2022). Challenges and opportunities in human robot collaboration context of Industry 4.0-a state of the art review. Industrial Robot: the international journal of robotics research and application, 49(2), 226-239
  2. Robotics for Elementary Students: The Best Tools to Use – Eduporium Blog. (n.d.). Retrieved February 11, 2023, from https://www.eduporium.com/blog/robotics-for-elementary-students-the-best-tools-to-use/
  3. https://kateshomeschoolmath.com/multiplication-facts-that-stick
  4. https://wijzeroverdebasisschool.nl/uitleg/tafels-oefenen