Der Erwerb von Kompetenzen im Umgang mit Zahlen und im Rechnen im Vorschul- und Grundschulalter


Verbundpartner:

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Human Technology Centre

Theaterplatz 14

52062 Aachen

Projektleiter: Prof. Dr. Klaus Willmes-von Hinckeldey

Förderkennzeichen: 01GJ0808

Förderbetrag: 514.007,40 EUR

Laufzeit: 01.06.2008 bis 31.12.2011


Universität Duisburg-Essen

Lehrstuhl für Lehr-Lernpsychologie,

Fakultät für Bildungswissenschaften Weststadttürme

Berliner Platz 6-8

45127 Essen

Projektleiter: Prof. Dr. Detlev Leutner

Förderkennzeichen: 01GJ0809

Förderbetrag: 346.563,70 EUR

Laufzeit: 01.06.2008 bis 31.05.2011


Der frühe Erwerb sprachlicher und schriftsprachlicher Kompetenz findet sowohl in der aktuellen Bildungspolitik als auch in der neurowissenschaftlichen Forschung große Beachtung. Der Erwerb mathematischer Kompetenzen, insbesondere des Zahlbegriffs und der Grundrechenarten, ist nicht weniger wichtig für eine erfolgreiche Bildungs- und Berufskarriere, wird bisher aber vergleichsweise weit weniger thematisiert, obwohl mit drei bis acht Prozent entwicklungsbedingten Beeinträchtigungen im Umgang mit Zahlen und im Rechnen (sogenannte Dyskalkulien) in der Bevölkerung ähnlich viele Kinder wie mit Lese- und Rechtschreibstörung zu finden sind. Dem Erwerb früher numerischer Kompetenzen zum Verständnis der Größe einer Zahl und den Größenbeziehungen von Zahlen zueinander sowie elementaren arithmetischen Kenntnissen über die Verknüpfung von Zahlen kommt eine besondere Bedeutung zu. Gerade für den Übergang in die Grundschule fehlen aber ein umfassenderes Entwicklungsmodell zum Zahlenverständnis und zu elementaren Rechenfertigkeiten sowie umfangreiche Längsschnittuntersuchungen zum Entwicklungsverlauf in diesem Altersbereich von fünf bis neun Jahren. Nicht gut geklärt ist auch, ob der im Schulunterricht oft verbotene Einsatz der Finger beim Rechnen nicht hilfreich für den frühen Erwerb von Kompetenzen ist. Generell ist beim Vorliegen einer Entwicklungsdyskalkulie noch wenig über die spezifische Trainierbarkeit von beeinträchtigten grundlegenden numerischen Fähigkeiten und Fertigkeiten mit (computergestützten) Trainingsprogrammen bekannt. Ebenso weiß man im Unterschied zum Erwachsenenalter auch vergleichsweise wenig über die typische und untypische Entwicklung der an der Verarbeitung von Zahlen und Rechenaufgaben beteiligten Netzwerke von Hirnregionen sowie deren gezielte Beeinflussung durch spezifische Trainingsprogramme. Solche Kenntnisse sind aber hilfreich für ein umfassenderes Verständnis der Wirkmechanismen der Trainingsprogramme über das beobachtbare Verhalten hinaus.

Ziel des an den Standorten Aachen und Duisburg-Essen durchgeführten Kooperationsprojekts war es zunächst, anhand eines Fünf-Stufen-Entwicklungsmodells des Erwerbs grundlegender mathematischer Kompetenzen bis hin zu einem relationalen Zahlenbegriff einen Screening-Test „Zahlenschnecke“ der Projektpartner Fritz und Ricken (2008) für Kinder von vier bis acht Jahren zu entwickeln und in seinen psychometrischen Eigenschaften zu untersuchen. Dieser Test sollte dann in einer großen Querschnittstudie im Projekt eingesetzt werden, um verlässlich Kinder mit spezifischen Zahlenverarbeitungs- und Rechenschwierigkeiten im Alter zwischen vier und neun Jahren aus Kindergärten und Grundschulen im Großraum Essen, Gelsenkirchen, Köln, Düsseldorf und Aachen identifizieren zu können. Im zweiten Hauptteil des Projekts ging es in einer Längsschnittstudie darum, die Förderbarkeit dieser ausgewählten Kinder mit unterschiedlichen Trainingskonzepten zu ermitteln, die entweder spezifisch am Stufenmodell orientiert waren wie das von Gerlach, Fritz und Leutner entwickelte adaptive Trainingskonzept „MARKO-T“ oder allgemeiner Arbeitsgedächtnisfunktion beziehungsweise als Kontrolle eine unspezifisches Sozialkompetenztraining beinhalteten. Weiterhin war es methodisch geboten, im Längsschnitt auch die normale Entwicklung abzubilden. Der besondere Reiz des Kooperationsprojekts lag darin, dass nicht nur das beobachtbare (Leistungs-)Verhalten der Kinder untersucht werden sollte, sondern an jeweils kleineren Gruppen am Aachener Standort auch zusätzlich mittels funktioneller Magnetresonanztomografie (FMRT) die Hirnaktivierungsmuster der Kinder beim Bearbeiten von Zahlenverarbeitungs- und Rechenaufgaben. Mit Kindern dieses Altersbereichs waren und sind fMRT-Untersuchungen kognitiver Leistung eine große methodische Herausforderung hinsichtlich Anpassung der Verhaltens-Untersuchungsmethodik und Absicherung der Zuverlässigkeit (Realibilität) der festgestellten Hirnaktivierungsmuster. Besonders von Interesse war, ob sich Trainingseffekte neben verbesserten Leistungen in veränderten Aktivierungsmustern zeigen und inwieweit Aktivierungen von Fingerrepräsentationen im Gehirn mit solchen der (exakten) Zahlenrepräsentation einhergehen.

Mit dem Screening konnten 1363 Kinder verlässlich einer der fünf Entwicklungs-Kompetenzstufen zugeordnet und daraus 253 Kinder identifiziert werden, deren numerische Kompetenzen unterhalb des altersgemäßen Niveaus lagen. Verschiedene Komponenten des Arbeitsgedächtnisses wurden von den unterschiedlichen Fähigkeitsgruppen unterschiedlich effektiv genutzt, sodass mathematische Förderung diese auch differentiell berücksichtigen muss. Trotz gleichen Ausgangsniveaus im Kindergarten zeigten bei altersgemäß entwickelten Kindern Jungen in der Schule zunehmend bessere Leistungen als Mädchen. Erfreulich war, dass schon das kurze Training arithmetischer Konzepte mit „MARKO-T“ den mathematischen Wissenszuwachs der schwächeren Kinder signifikant bis in den Bereich der Kontrollgruppe spezifisch steigerte. Allerdings war der Effekt ohne weiteres regelmäßiges Training nicht nachhaltig, sodass kontinuierliche Förderung erforderlich scheint. Die für fMRT-Untersuchungen neue entwickelte Methode des selbst gesteuerten Bearbeitungstempos lieferte für die jungen Kinder bei einmal wiederholter Messung verlässliche Aktivierungsdaten in den für Zahlenverarbeitung (Größenvergleich zweier Zahlen) und Addition entwickelten Untersuchungen. Eine mentale Fingerrepräsentation erwies sich als besonders bedeutsame Zwischenstufe für die Aktivierung einer mentalen Repräsentation der exakten Größe einer Zahl. Es ergaben sich durch das spezifische Training für die dyskalkulischen Kinder bei steigender Leistung charakteristische Reduzierungen initial erhöhter Aktivierungen in für Zahlenverarbeitung relevanten Hirnarealen inklusive der Fingerareale.

Weitere Informationen unter:
https://www.uni-due.de/biwi/llp/de/vita_leutner