Botley in primary school
How do you teach first- and second-graders algorithmic thinking without a screen, in a hectic school day? A modular classroom toolkit of hands-on learning games, a teacher guide and didactic building blocks.
- Context
- UX project · Hochschule Aalen · Summer semester 2024
- Team
- Four people
- My contribution
- Interviews, testing, games and design
- Outcome
- Modular classroom toolkit & usability testing
01
Brief
Botley 2.0 is a learning robot controlled through command sequences, without a screen. In this university UX project, we explored how teachers could use it in grades 1 and 2. Our aim was to develop clear tasks and prepared classroom materials.
Our guiding question
How might we help teachers use Botley 2.0 flexibly to introduce basic programming through play to first- and second-graders, regardless of their learning level?
02
My contribution
User Research & Testing
Independently conducted qualitative interviews with primary teachers, and designed and moderated usability tests with second-graders.
Game mechanics & didactics
Translated research insights into differentiated, screen-free game concepts (unplugged coding) and modular lesson plans.
Information architecture & editorial design
Built a consistent page layout for quick orientation in everyday teaching, edited the copy and produced the physical test prototypes.
The robot illustrations were commissioned externally. The method artefacts and START card were created by the team.
03
Research
Context of use
Literature research and curriculum analysis helped us define the scope. Mathematics was a particular focus.
Problem definition
Problem statements described the starting point from the perspectives of children and teachers. Empathy maps and two proto-personas brought together assumed needs, behaviours and pain points. We used 5 Whys to explore possible reasons for difficulties with understanding and motivation.
User interviews
I conducted two qualitative interviews with primary school teachers. They suggested three requirements:
Account for different learning levels
Tasks should be adaptable rather than tied to a single fixed lesson sequence.
Make it easier to get started
Operation and preparation needed clear explanations.
Provide concrete materials
Game tasks and example lessons should support lesson preparation.
Additional expert feedback on the first lesson plan showed that some station activities were too complex and that teachers need building blocks they can scan in two minutes.
Prioritisation
Using a bullseye, we ranked design criteria by their importance to the concept. Age appropriateness, clear learning objectives and interactivity were at the centre.
Method artefacts from the exploration phase
Team artefacts · Exploration phase
To build a shared problem understanding in the team, we used classic design-thinking methods at the start (proto-personas, empathy maps, 5 Whys). They structured early hypotheses that we then checked and sharpened in teacher interviews.
Problem Statements · Primary school children
A synthesised problem description from each perspective.
- Ich bin
- Ein 7-jähriges Grundschulkind in der ersten Klasse.
- Ich versuche
- Grundlegende Mathematikkenntnisse zu lernen und zu verstehen.
- Aber
- Ich finde es schwierig und habe wenig Freude am Unterricht.
- Weil
- Die Unterrichtseinheiten monoton aufgebaut sind und keinen Spaß machen.
- Das führt dazu, dass ich mich
- Frustriert, unverstanden und unmotiviert fühle.
Empathy Maps · Primary school children
Assumed thoughts, behaviours and needs from the exploration phase.
Denken & Fühlen
- Begeisterung und Neugier für Neues
- Stolz und Freude bei Erfolgen
- Frustration bei Problemen
- Wunsch nach Anerkennung vom Lehrer oder den Schulkameraden
Sehen
- Klassenraum mit Lehrmitteln, Lehrer und Mitschülern
- Bunte und ansprechende Lehrmaterialien
- Visuelle Hilfsmittel wie Bilder oder Anweisungskärtchen
- Interaktive Elemente wie der Botley 2.0
Hören
- Schüler teilen ihre Entdeckungen und Ideen
- Lehrer gibt Anweisungen
- Schüler achten auf das Soundfeedback von Botley 2.0
Sagen & Tun
- Ich mag Spiele.
- Ich will Dinge anfassen und damit spielen.
- Ich möchte Spaß haben.
- Ich liebe es, neue Dinge zu lernen.
- Schau, was ich gemacht habe!
Pain
- Zu komplexe Aufgaben
- Unklarheit und Verwirrung bei neuen Konzepten
- Mangelnde Geduld
- Frustration bei Misserfolgen
- Ablenkung im Klassenraum
Gain
- Freude am Lernen durch spielerische und interaktive Methoden
- Erfolgserlebnisse durch das Lösen von Aufgaben
- Verbesserte Problemlösungsfähigkeiten
- Verbesserung des logischen Denkens
- Erste Einführung in Codierung
5 Whys · Primary school children
Exploratory causal chains as a starting point for the interviews.
Viele Kinder finden den Mathematikunterricht schwierig und haben wenig Freude daran.
Warum?
Sie verstehen die mathematischen Konzepte nicht.
Weil
Die Konzepte sind zu abstrakt.
Warum?
Die Erklärungen im Unterricht sind oft zu theoretisch und wenig anschaulich.
Weil
Es fehlen konkrete Beispiele und praktische Anwendungen, die Kindern helfen, die Konzepte zu visualisieren und zu verstehen.
Warum?
Der Lehrplan setzt stark auf traditionelle Methoden und lässt wenig Raum für kreative, interaktive Lernformen.
Weil
Viele Curricula sind standardisiert und betonen Theorie und schriftliche Aufgaben statt interaktiver, spielerischer Ansätze.
Warum?
Die Struktur der Curricula ist oft auf Prüfungen und standardisierte Tests ausgerichtet.
Weil
Das Bildungssystem bewertet Leistung vor allem über Prüfungen und theoretisches Wissen statt über praktische Anwendung und Problemlösen.
Warum?
Standardisierte Tests sind ein einfacher Weg, Leistungen zu vergleichen und zu bewerten.
Weil
Standardisierte Tests wirken objektiv und effizient, decken aber nicht alle Aspekte von Lernen und Verständnis ab.
Team-Hypothese
Die Struktur der Curricula ist stark an traditionellen Lehrmethoden und Prüfungen ausgerichtet. Dadurch werden mathematische Konzepte eher theoretisch und wenig anschaulich vermittelt.
Proto-Personas · Primary school children
A proto-persona bundling early assumptions, later sharpened with interview insights.
Lisa Müller
Schülerin · 7 Jahre · 1. Klasse · Grundschule
Wissenswertes
Lisa ist ein aufgewecktes Mädchen, das die 1. Klasse einer Grundschule besucht. Sie ist neugierig und begeistert von Technologie. Lisa verfügt bereits über grundlegende Computerkenntnisse, da sie zu Hause Spiele auf einem Tablet spielt.
Ziele
Lisa möchte neue Dinge lernen und dabei Spaß haben. Sie sucht nach Herausforderungen und ist stolz auf ihre Erfolge.
Verhalten
- Lisa ist motiviert, neue Technologien zu erkunden und auszuprobieren.
- Sie ist offen für Anweisungen und Feedback von Lehrern und Eltern.
- Lisa bevorzugt visuelle und haptische Lernmaterialien, die sie aktiv verwenden kann.
Herausforderungen
- Lisa kann manchmal ungeduldig sein, wenn sie Schwierigkeiten beim Verstehen von Anweisungen hat.
- Sie könnte sich von zu vielen Informationen überfordert fühlen und Hilfe bei der Konzentration benötigen.
- Lisa benötigt möglicherweise zusätzliche Unterstützung beim Erlernen neuer Konzepte, insbesondere wenn diese abstrakt sind.
Lernziele mit Botley 2.0
- Lisa möchte lernen, wie sie Botley 2.0 programmieren und steuern kann, um Aufgaben zu lösen.
- Sie möchte grundlegende Programmierkonzepte wie Sequenzen, Schleifen und Bedingungen verstehen und anwenden.
- Lisa möchte kreative Wege entdecken, um mit Botley 2.0 Probleme zu lösen und Spiele zu spielen.
Bullseye
The team’s prioritisation of design criteria. From the centre outward: Primary, Secondary, Tertiary.
01 · Primary
- Altersgerechtigkeit
- Klare Lernziele
- Interaktivität
02 · Secondary
- Schritt-für-Schritt-Anleitung
- Verschiedene Lernmethoden
- Motivierende Elemente
- Leitfaden und Ressourcen
- Lehrplan-Kompatibilität
- Vielfältige Aufgaben
03 · Tertiary
- Feedback
- Evaluierung
- Differenzierung
- Nachhaltigkeit
- Weiterentwicklung
- Zugänglichkeit
- Elterneinbindung
- Inklusion
Shared method work · Re-typeset for the portfolio · Project documentation, PDF pp. 27–35
04
Approach
From a fixed lesson plan to a toolkit: Teacher feedback quickly showed that a rigid 45-minute concept fails in heterogeneous classrooms. We rebuilt it as a modular toolkit: with operating instructions, three learning games and three example lesson plans.
Consistent information architecture for busy teachers: Every game page follows the same visual grid: materials, preparation, teaching notes, steps. Teachers do not need to read continuous prose; they grasp how to run the activity at a glance.
Designing for hardware scarcity (unplugged coding): Schools rarely have a full class set of robots. Complementary worksheets such as “Matching routes” and “Listening and drawing” train translating paths into command sequences on paper, while the physical robot is used at stations.
Arranging arrow cards
Recreate a given route using direction cards and check the command sequence together.
Matching routes
Match given command sequences to the corresponding routes on a worksheet, even without a robot of your own.
Listening and drawing
Turn a route description read aloud into a drawing, in parallel with robot use at stations.
05
Testing
From observation insight to a fast fix: the START card
In a formative usability test I ran five activities with a group of three second-graders in a LEGO maze. Alongside insights into task complexity, a critical operating error with the device itself emerged.
The problem (mental model clash): Botley 2.0 stores previous commands until they are actively cleared with a dedicated button. The children entered a new route, pressed “Go”, and the robot ran the old sequence plus the new one. Cause and effect were opaque to them; frustration followed immediately.
The in-session iteration: Because we could not change the robot’s hardware, we fixed the problem through the physical companion materials. Still during the same session we added a START card that must be placed before every row of arrow cards as a visual reminder: clear the memory first, then tap. In the following runs, that operating error occurred noticeably less often.
06
Reflection & next steps
The project shows that when tech tools enter the classroom, the bottleneck is rarely the device itself. It is the bridge into teachers’ everyday practice. A good product here needs strong service and information design above all.
What I take from the project
To move from a tested prototype to classroom-ready school materials, my next focus would be two points: 1. A full-class everyday trial. The test with three children was ideal for observing operating friction in detail; the station concept would next need to hold up with 25 children at once and without external moderation from us. 2. Lowering the entry barrier. The first tasks were still partly too complex; I would stage the learning curve of the game cards in smaller steps.
