Der Lernroboter ist ein programmierter NAO-Roboter, der Grundschulkindern verschiedene mathematische Konzepte vermittelt: das einfache Multiplizieren von 1 bis 10 sowie Geometrie. Der Roboter führt mit den Kindern „Gespräche“, stellt Fragen und bietet Quizrunden an sowie eine kurze Einführung in das vom Nutzer ausgewählte Thema. Das Projekt zielte darauf ab, die Idee eines Roboterbegleiters vorzustellen, der Kindern dabei hilft, mathematische Konzepte auf unterhaltsame und ansprechende Weise zu wiederholen.
Die Idee zum Projekt entstand im Rahmen eines studentischen Praktikumsprojekts. Ziel war die Entwicklung eines Robotersystems, das Grundschulkinder beim Wiederholen mathematischer Grundlagen unterstützt – insbesondere bei: einfachem Einmaleins, Geometrie-Grundlagen, spielerischen Quizformaten, dialogbasiertem Lernen.
Der Roboter führt dabei einfache Gespräche mit den Kindern, erklärt Aufgabenstellungen und reagiert auf Eingaben der Lernenden. Die Interaktion soll Lernen emotionaler, motivierender und nachhaltiger gestalten.
NAO-Lernroboter
Motivation
Im Bildungsbereich haben mehrere Studien und Experimente gezeigt, dass der Einsatz humanoider Roboter im Unterricht dazu geführt hat, dass Kinder mehr Interesse und Konzentration für ein bestimmtes Thema zeigen. In Fällen, in denen technische Schwierigkeiten oder Probleme mit dem Roboter nicht allzu auffällig sind, hat sich gezeigt, dass Kinder echte Gefühle von Empathie und Freundschaft gegenüber Robotern entwickeln. Dies zeigt sich in Verhaltensweisen wie dem behutsamen Umgang mit dem Roboter und dem Preisgeben persönlicher Informationen, beispielsweise der eigenen Lieblingsfarbe. Das Einfühlungsvermögen nimmt zu, je menschlicher oder freundlicher der Roboter wirkt, wie beispielsweise ein Teddybär-Roboter. Die Kinder hören diesen Robotern bereitwillig zu, sprechen mit ihnen und reagieren entsprechend auf deren Mimik und Gestik.
Einige Anregungen
Um dieses Ziel zu erreichen, sind viele Ideen aus bestehenden Forschungsprojekten und eigenen Erfahrungen in dieses Projekt eingeflossen. Vor allem unsere Erfahrungen mit dem NAO-Roboter haben gezeigt, dass dieser bei Kindern sehr gut ankommt. Darüber hinaus gibt es verschiedene Forschungsprojekte, wie zum Beispiel das Englischlernen für Vorschulkinder mit einem NAO-Roboter, das von der Universität Bielefeld (Deutschland) untersucht wird. Die Stadtbibliothek Wildau (Deutschland), die den von unserem Team am RoboticLab der TH Wildau (Fachhochschule) entwickelten Leseroboter „LeseNAO“ integriert hat, gewann einen Innovationspreis für Bibliotheken in Berlin und Brandenburg, was zur Einleitung eines einjährigen Projekts von 2018 bis 2019 führte. Dieser Erfolg hat uns weiter bestärkt, die Forschung und Entwicklung im Bereich der Anwendung humanoider Roboter wie des NAO in Bereichen wie Bildung und Sozialdienstleistungen fortzusetzen. Der NAO-Roboter wird aufgrund seiner Kompatibilität mit vielen gängigen Programmiersprachen und seiner eigenen Drag-and-Drop-Block-Programmierumgebung auch häufig im Gastgewerbe und in der Unterhaltungsbranche als sozialer Begleiter sowie in der MINT-Bildung eingesetzt.
Vom Code ins Klassenzimmer
Am 17. Dezember 2024 luden wir eine Gruppe von Fünftklässlern der Grundschule Wildau ein, den Roboter zu testen und ihre Akzeptanz sowie ihre Erfahrungen mit dem Roboter zu bewerten. Die Kinder hatten die Möglichkeit, ihre Multiplikationsfähigkeiten in mehreren Quizrunden zu testen, die jeweils aus fünf Fragen bestanden. Für jede Frage war ein Zeitlimit von 30 Sekunden festgelegt. Am Ende beider Runden sammelten wir Feedback von den teilnehmenden Kindern, die ein gesteigertes Interesse und Begeisterung für die Interaktion mit dem Roboter zum Ausdruck brachten. Unsere Beobachtung ergab, dass die Kinder, obwohl sie bereits mit dem Multiplizieren vertraut waren, während der gesamten Runde hochkonzentriert blieben und kaum Anzeichen von Unaufmerksamkeit zeigten. Obwohl sie einige Rückschläge während der Sitzung erwähnten, darunter einige QR-Codes, die der Roboter nicht klar lesen konnte, und sagten, sie hätten sich mehr Zeit für die Beantwortung jeder Quizfrage gewünscht, hatten sie dennoch insgesamt eine positive Erfahrung mit dem Roboter.
Das bisherige Ergebnis
Was der NAO derzeit bietet:
- Themen: Einfache Multiplikation und Geometrie
- Quizrunden
- Übungsrunden
- Englisch- und Deutschmodus
Ablauf: Wie wird der NAO verwendet?
- Beim Start der NAO-Anwendung werden die Kinder zunächst aufgefordert, einige Optionen wie die Sprache und das Thema auszuwählen und zu bestätigen.
- Die Kinder können durch die Optionen navigieren, indem sie die oberen und unteren Kopf-Sensoren des Roboters berühren, und jede Auswahl durch Berühren des mittleren Kopf-Sensors bestätigen.
- Die Kinder können sich auch Avatarnamen zuweisen, indem sie QR-Codes scannen, in denen diese Namen als Zeichenfolgen gespeichert sind.
- Die Kinder können dann entweder Quizfragen beantworten oder eine Übungsrunde absolvieren, wobei der NAO Antworten akzeptiert, indem er die entsprechenden QR-Codes scannt.
Die Kinder können den NAO auch dazu auffordern, sich vorzustellen und Anweisungen zur Bedienung und Interaktion mit ihm zu geben, indem sie den Sensor an seiner linken Hand berühren.
Wie sieht die Zukunft aus?
Es ist eine umfassende Verbesserung geplant. Es sollen verschiedene Schwierigkeitsgrade und Arten von Quizfragen hinzugefügt werden. Derzeit arbeiten wir daran, Themenmodule, Fragen, Antworten und gesprochene Antworten in ein Content-Management-System (CMS) zu migrieren, und entwickeln eine Anwendung für Betreuer oder Lehrkräfte, um den Arbeitsablauf während der Lernsitzungen mit dem Roboter zu optimieren und effizienter zu gestalten. In Zukunft planen wir außerdem, uns mit Pädagogen zu beraten und mit ihnen zusammenzuarbeiten, um das Design der Lernerfahrung sowie die Inhalte der Lektionen und Quizze zu erörtern und anzupassen, damit sie den Bedürfnissen und Interessen von Grundschulkindern entsprechen.