Robot systems in education can leverage Large language models' (LLMs) natural language understanding capabilities to provide assistance and facilitate learning. This paper proposes a multimodal interactive robot (PhysicsAssistant) built on YOLOv8 object detection, cameras, speech recognition, and chatbot using LLM to provide assistance to students' physics labs. We conduct a user study on ten 8th-grade students to empirically evaluate the performance of PhysicsAssistant with a human expert. The Expert rates the assistants' responses to student queries on a 0-4 scale based on Bloom's taxonomy to provide educational support. We have compared the performance of PhysicsAssistant (YOLOv8+GPT-3.5-turbo) with GPT-4 and found that the human expert rating of both systems for factual understanding is the same. However, the rating of GPT-4 for conceptual and procedural knowledge (3 and 3.2 vs 2.2 and 2.6, respectively) is significantly higher than PhysicsAssistant (p < 0.05). However, the response time of GPT-4 is significantly higher than PhysicsAssistant (3.54 vs 1.64 sec, p < 0.05). Hence, despite the relatively lower response quality of PhysicsAssistant than GPT-4, it has shown potential for being used as a real-time lab assistant to provide timely responses and can offload teachers' labor to assist with repetitive tasks. To the best of our knowledge, this is the first attempt to build such an interactive multimodal robotic assistant for K-12 science (physics) education.


翻译:教育领域的机器人系统可利用大语言模型(LLMs)的自然语言理解能力,为学生提供辅助并促进学习。本文提出了一种基于YOLOv8目标检测、摄像头、语音识别及大语言模型聊天机器人构建的多模态交互式机器人(PhysicsAssistant),用于辅助学生进行物理实验。我们通过对十名八年级学生开展用户研究,将PhysicsAssistant与人类专家的表现进行实证评估。专家根据布鲁姆教育目标分类法,以0-4分制对助手回应学生提问的质量进行评分,以衡量其教育支持效果。我们比较了PhysicsAssistant(YOLOv8+GPT-3.5-turbo)与GPT-4的表现,发现两者在事实性知识理解方面获得的人类专家评分相同。然而,GPT-4在概念性知识与程序性知识方面的评分(分别为3分与3.2分)显著高于PhysicsAssistant(2.2分与2.6分)(p < 0.05)。但GPT-4的响应时间(3.54秒)显著高于PhysicsAssistant(1.64秒)(p < 0.05)。因此,尽管PhysicsAssistant的响应质量相对低于GPT-4,但其在作为实时实验助手提供及时响应、减轻教师处理重复性任务的负担方面展现出潜力。据我们所知,这是为K-12阶段科学(物理)教育构建此类交互式多模态机器人助手的首次尝试。

0
下载
关闭预览

相关内容

IFIP TC13 Conference on Human-Computer Interaction是人机交互领域的研究者和实践者展示其工作的重要平台。多年来,这些会议吸引了来自几个国家和文化的研究人员。官网链接:http://interact2019.org/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
18+阅读 · 2023年9月2日
AdarGCN: Adaptive Aggregation GCN for Few-Shot Learning
Arxiv
18+阅读 · 2019年1月16日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:20
《决策模型比较研究》
专知会员服务
8+阅读 · 今天5:16
《美军水下战与海床战概述及本地实施》
专知会员服务
5+阅读 · 今天4:30
面向未来冲突推进陆军情报体制改革
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:12
乌克兰纵深打击如何重塑俄罗斯的战略选择
专知会员服务
3+阅读 · 7月24日
俄乌战争中关于中程打击无人机部署的经验启示
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员