In diesem Interview spricht Dr. Anna Schmitt mit Dr. Decarli über ihre neuesten Forschungen zur frühen Entwicklung mathematischer Fähigkeiten. Basierend auf der Studie Zahlenverständnis im Alter von 12 Monaten sagt die mathematischen Fähigkeiten von 4-Jährigen voraus (Decarli et al., 2023) erklärt Dr. Decarli, wie die Fähigkeit von Säuglingen, Mengen mit 12 Monaten wahrzunehmen, ihre späteren mathematischen Fähigkeiten im Alter von 4 Jahren vorhersagen kann. Diese Forschung beleuchtet die Grundlagen der numerischen Kognition und bietet wertvolle Erkenntnisse für Wissenschaftler, Pädagogen und Eltern, die sich für die frühkindliche Entwicklung interessieren.*
*Decarli, G., Zingaro, D., Surian, L., & Piazza, M. (2023). Zahlenverständnis im Alter von 12 Monaten sagt die mathematischen Fähigkeiten von 4-Jährigen voraus. Developmental Science, 26(6).
Um Zugang zur vollständigen Studie zu erhalten, wählen Sie bitte einen direkten Zugang: https://doi.org/10.1111/desc.13386
Können Sie uns das Ziel Ihrer Studie erläutern?
Das Verständnis und die Auseinandersetzung mit den typischen Entwicklungsverläufen beim Erwerb mathematischer Fähigkeiten ist von entscheidender Bedeutung, da mathematische Kompetenzen für den Alltag von entscheidender Bedeutung sind, da sie den Einzelnen in die Lage versetzen, mit numerischen Daten umzugehen, komplexe Probleme zu lösen, die Mengen und Wahrscheinlichkeiten beinhalten, und fundierte Entscheidungen zu treffen (Geary, 2011). Einige Autoren haben vorgeschlagen, dass sich formale mathematische Fähigkeiten auf der Grundlage eines speziellen neurokognitiven Systems entwickeln, das die Fähigkeit unterstützt, die ungefähre Anzahl von Objekten in Mengen darzustellen, das so genannte ungefähre Zahlensystem (ANS). Man geht davon aus, dass dieses System die Zahl mit einer Präzision darstellt (als ANS-Akuität bezeichnet), die von Person zu Person variiert und sich mit der Reifung und dem Mathematiklernen verändert.
Die meisten Studien, in denen der Zusammenhang zwischen ANS und mathematischen Fähigkeiten untersucht wurde, haben Korrelationsansätze verwendet und sich die interindividuellen Unterschiede zunutze gemacht. Sie untersuchten jedoch meist Kinder, die bereits in irgendeiner Form mit Mathematikunterricht in Berührung gekommen waren (z. B. mit verbalen Zählprinzipien). Dies macht es schwierig, die Richtung der Kausalität zwischen ANS-Schärfe und symbolischen mathematischen Fähigkeiten zu bestimmen. Ziel unserer Studie war es daher, zu untersuchen, ob die frühe Zahlenschärfe von Säuglingen als Grundlage für spätere mathematische Fähigkeiten dient. Konkret wollten wir herausfinden, ob die im Alter von 12 Monaten gemessene ANS-Schärfe, also weit vor jeglicher Form des Mathematiklernens, ein zuverlässiger und spezifischer Prädiktor für symbolisch-mathematische Fähigkeiten im Alter von 4 Jahren ist, unabhängig von allgemeiner Intelligenz oder inhibitorischen Fähigkeiten. Mit diesem Längsschnittansatz sollten frühere Forschungsarbeiten wiederholt und erweitert werden, wobei eine andere kulturelle und sprachliche Stichprobe sowie verschiedene Aufgaben verwendet wurden, um die Spezifität und Robustheit dieser Entwicklungsbeziehung zu testen.
Welche Lücken in der wissenschaftlichen Literatur wurden mit Ihrer Studie geschlossen?
Unsere Studie baut auf der bahnbrechenden, aber eigenständigen Arbeit von Starr und Kollegen (2013) auf, die erstmals zeigten, dass die mit 6 Monaten gemessene ANS-Schärfe die Leistung in symbolischer Mathematik mit 3,5 Jahren vorhersagte. Mit unserer Studie wollten wir ihre wichtigen Ergebnisse wiederholen und gleichzeitig neue Elemente einführen, um dieses Thema weiter zu untersuchen. Konkret führten wir eine Längsschnittstudie durch, in der wir 12 Monate alte Säuglinge zunächst mit einer Aufgabe zur Zahlenwahrnehmung und einer Aufgabe zur Wahrnehmung von Gesichtern testeten. Letztere diente als Kontrollaufgabe, um die Spezifität der potenziellen Korrelation zwischen Zahlenwahrnehmung und Mathematik zu bewerten und sicherzustellen, dass die Verbindung nicht durch allgemeinere Wahrnehmungsfähigkeiten gesteuert wird. Im Gegensatz zu Starr et al., die unterschiedliche Kontrollaufgaben für die einzelnen Teilnehmer verwendeten (entweder eine Farberkennungsaufgabe oder eine Größenerkennungsaufgabe), verwendeten wir für alle Teilnehmer die gleiche Kontrollaufgabe (Gesichtserkennung). Dieser einheitliche Ansatz stellte sicher, dass die Teilnehmer durchgängig in der gleichen nicht-numerischen Wahrnehmungsfähigkeit beurteilt wurden.
Anschließend haben wir dieselben Teilnehmer im Alter von 4 Jahren erneut mit einer umfassenden Reihe von nicht-symbolischen und symbolischen formalen Mathematikaufgaben sowie mit allgemeinen Verarbeitungsfähigkeiten, einschließlich Messungen der allgemeinen Intelligenz, einer Gesichtsdiskriminierungsaufgabe und inhibitorischen Fähigkeiten, untersucht. Die Einbeziehung einer Inhibitionsaufgabe war ein weiteres Novum in unserer Studie. Die neuere Literatur deutet darauf hin, dass die inhibitorische Kontrolle sowohl bei Aufgaben zum Vergleich von Zahlenwerten (indem sie dazu beiträgt, irrelevante visuelle Informationen zugunsten numerischer Informationen zu unterdrücken) als auch bei formalen mathematischen Aufgaben (indem sie komplexe Berechnungen unterstützt) eine Schlüsselrolle spielen kann. Nach dieser Auffassung könnte die beobachtete Korrelation zwischen ANS-Schärfe und symbolischer Mathematikleistung durch die gemeinsame Abhängigkeit von der inhibitorischen Kontrolle erklärt werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Untersuchung einer neuen Stichprobe mit einem anderen sprachlichen und kulturellen Hintergrund im Vergleich zu Starr et al., die Verwendung einer Aufgabe zur Kontrolle der Gesichtswahrnehmung für alle Säuglinge im Alter von 12 Monaten und die Einführung eines Tests für hemmende Fähigkeiten uns neue Fortschritte beim Verständnis der Rolle der frühen Zahlenwahrnehmung bei der Entwicklung mathematischer Fähigkeiten ermöglichen.
Welche Art von methodischem Design haben Sie verwendet und warum?
In unserer Forschung haben wir eine Längsschnittstudie durchgeführt. Bei dieser Art von Studie werden dieselben Teilnehmer zu mehreren Zeitpunkten über einen längeren Zeitraum hinweg untersucht, so dass die Forscher Veränderungen und Entwicklungsverläufe bei denselben Personen verfolgen können. In unserem Fall ermöglichte uns dieser Ansatz, präverbale Kleinkinder im Alter von 12 Monaten zu untersuchen und sie im Alter von 4 Jahren erneut zu testen, um die interessierenden Fähigkeiten in verschiedenen Entwicklungsstadien zu messen. Der Hauptvorteil dieses Designs besteht darin, dass wir beobachten können, wie sich frühe Fähigkeiten im Laufe der Zeit entwickeln, und dass wir individuelle Entwicklungspfade verfolgen können. Indem wir dieselben Teilnehmer über mehrere Zeitpunkte hinweg verfolgten, konnten wir eine zeitliche Verbindung zwischen frühen numerischen Fähigkeiten und späteren symbolischen Fähigkeiten (wie dem Zählen) herstellen. Dies untermauert die Hypothese, dass es einen Zusammenhang zwischen diesen beiden Fähigkeiten gibt.
Was waren Ihre ursprünglichen Hypothesen, und was hat Sie dazu bewogen?
Unsere Ausgangshypothese war, dass die Fähigkeit von Säuglingen, numerische Größen wahrzunehmen und zu verarbeiten, eine spezifische und selektive Rolle bei der Entwicklung späterer mathematischer Fähigkeiten spielen könnte. Konkret stellten wir die Hypothese auf, dass die Schärfe des ANS (und nicht andere Wahrnehmungsfähigkeiten, wie z. B. die Wahrnehmung von Gesichtern) im Alter von 12 Monaten frühe symbolische mathematische Fähigkeiten im Alter von 4 Jahren vorhersagen würde. Dieser Hypothese zufolge hilft das ANS den Kindern, symbolische Darstellungen mit ihrem intuitiven Verständnis von Mengen zu verbinden, so dass sie Zahlenwörtern eine Bedeutung zuschreiben und diese Symbole auf ihre bereits vorhandenen Darstellungen von Größenordnungen übertragen können. Diese Hypothese wurde durch frühere Forschungen motiviert, die eine longitudinale Korrelation zwischen der Zahlenwahrnehmung und den mathematischen Leistungen von Kindern im Schulalter belegen (Libertus, Feigenson, & Halberda, 2011; Halberda, Mazzocco, & Feigenson, 2008; Libertus, Odic, & Halberda, 2012). Darüber hinaus wurden bei Kindern mit Entwicklungsdyskalkulie, einer spezifischen Lernstörung in Mathematik, Defizite bei Aufgaben zum Vergleich von Zahlenwerten beobachtet, bei denen die Teilnehmer die größere von zwei Mengen angeben müssen (siehe Decarli et al., 2020; Decarli et al., 2023).
Eine weitere wichtige Hypothese, die unserer Untersuchung zugrunde lag, war, dass der Zusammenhang zwischen ANS-Schärfe und Mathematik nicht durch allgemeine Intelligenz oder hemmende Fähigkeiten bedingt ist. In der wissenschaftlichen Literatur haben einige Autoren vorgeschlagen, dass hemmende Fähigkeiten eine wichtige Rolle bei der Verbindung zwischen ANS-Schärfe und Mathematik spielen (z. B. Gilmore et al., 2013). Im Gegensatz zu dieser theoretischen Position erwarteten wir, einen Zusammenhang zwischen ANS und Mathematik zu finden, der auch nach der Kontrolle für bereichsübergreifende Fähigkeiten signifikant bleiben würde.
Was waren Ihre Studiengruppen und warum wurden sie ausgewählt?
Unsere Studie umfasste eine Gruppe von 60 Kleinkindern, die erstmals im Alter von 12 Monaten getestet wurden, und eine Folgestichprobe von 40 Kindern aus derselben Gruppe, die im Alter von 4 Jahren getestet wurden. Wir wählten diese Altersspanne, um zwei wichtige Entwicklungsstufen zu erfassen: präverbale Kleinkinder, die noch kein formales Zahlenwissen erworben haben, und Kinder im Vorschulalter, die beginnen, sich mit symbolischen mathematischen Konzepten zu beschäftigen. Die Auswahl dieser spezifischen Altersgruppen erfolgte aufgrund unseres Ziels, die Vorläufer symbolischen mathematischen Wissens vor einer formalen Ausbildung zu untersuchen. Die Untersuchung von Kleinkindern im Alter von 12 Monaten ermöglichte es uns, ihre frühe Zahlenschärfe zu beurteilen, während die Nachuntersuchung im Alter von 4 Jahren Informationen über ihre sich entwickelnden numerischen/symbolischen Fähigkeiten in einer für das frühe Lernen kritischen Phase lieferte.
Was sind Ihre wichtigsten Erkenntnisse?
Unsere Studie ergab mehrere wichtige Erkenntnisse. Erstens fanden wir eine signifikante Korrelation zwischen der ANS-Schärfe (gemessen anhand einer Punktvergleichsaufgabe) und den mathematischen Fähigkeiten im Alter von 4 Jahren. Im Gegensatz dazu konnten wir keine Korrelation zwischen mathematischen Fähigkeiten und Hemmungsfähigkeiten feststellen, was darauf hindeutet, dass diese allgemeinen kognitiven Fähigkeiten in diesem Entwicklungsstadium möglicherweise keine bedeutende Rolle bei der frühen Beherrschung mathematischer Fähigkeiten spielen.
Bei der Betrachtung der Längsschnittdaten stellten wir fest, dass die mit einem impliziten Änderungserkennungsparadigma gemessene Zahlenschärfe im Alter von 12 Monaten signifikant mit der Leistung der Kinder bei einer expliziten Punktvergleichsaufgabe im Alter von 4 Jahren korrelierte, was auf eine große Zuverlässigkeit der verschiedenen Messungen im Zeitverlauf hindeutet. Das wichtigste Ergebnis war, dass wir die signifikante longitudinale Korrelation zwischen der ANS-Schärfe im Alter von 12 Monaten und der Leistung in einem standardisierten symbolischen Mathematiktest im Alter von 4 Jahren, wie sie ursprünglich von Starr et al. beobachtet wurde, wiederholen konnten (auch wenn das Alter unserer Teilnehmer im Vergleich zu dem der ursprünglichen Studie leicht unterschiedlich war). Dieser Zusammenhang erwies sich als robust, da er auch nach Kontrolle der allgemeinen Intelligenz und der hemmenden Fähigkeiten signifikant blieb. Darüber hinaus konnten wir nachweisen, dass dieser Zusammenhang spezifisch für die Zahlenwahrnehmung ist: Weder unsere Kontrollaufgabe, eine mit 12 Monaten gemessene Fähigkeit zur Gesichtserkennung, sagte spätere Mathematikleistungen voraus, noch die ANS mit 12 Monaten die Fähigkeiten zur Gesichtsverarbeitung mit 4 Jahren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Ergebnisse darauf hindeuten, dass die Zahlenschärfe mit den mathematischen Fähigkeiten von Vorschulkindern korreliert und dass die frühe Zahlenwahrnehmung im Alter von 12 Monaten als zuverlässiger und spezifischer Prädiktor für die späteren mathematischen Fähigkeiten im Alter von 4 Jahren angesehen werden kann. Entscheidend ist, dass dieser Zusammenhang nicht durch bereichsübergreifende Fähigkeiten wie den IQ oder die Hemmschwellenkontrolle vermittelt wurde.
Unterstützen sie Ihre Forschungshypothesen? Stimmen sie mit der wissenschaftlichen Literatur überein, oder weichen sie davon ab?
Unsere Ergebnisse unterstützen im Allgemeinen unsere Hypothesen und stimmen mit einer früheren ähnlichen Studie auf diesem Gebiet überein. Insbesondere replizierten wir die wichtigsten Längsschnitt-Ergebnisse von Starr und Kollegen und bestätigten, dass die frühe ANS-Schärfe ein Längsschnitt-Vorläufer für spätere mathematische Fähigkeiten ist. Diese Übereinstimmung untermauert die Belege für einen entwicklungsbedingten Zusammenhang zwischen früher Zahlenwahrnehmung und formalen mathematischen Fähigkeiten vom Säuglingsalter bis zur Kindheit.
Im Einklang mit unseren Hypothesen, aber im Gegensatz zu einem Teil der Literatur, lieferten unsere Ergebnisse keine Beweise für eine Rolle der hemmenden Fähigkeiten beim Erwerb von Mathematik. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu einigen Theorien, die davon ausgehen, dass hemmende Fähigkeiten für den beobachteten Zusammenhang zwischen ANS und Mathematikleistung verantwortlich sein könnten. Gilmore und Kollegen (2013) schlugen beispielsweise vor, dass Punktvergleichsaufgaben auf einer hemmenden Kontrolle beruhen, da die Teilnehmer Reaktionen auf nicht numerische Merkmale wie Größe oder Dichte unterdrücken müssen. Ihrer Ansicht nach würden individuelle Unterschiede in der mathematischen Leistung durch Unterschiede in der Hemmung und nicht durch numerische Repräsentationen an sich erklärt werden. Unsere Daten stützen diese Hypothese nicht. Wir fanden keine Korrelation zwischen mathematischen Fähigkeiten und Hemmungsfähigkeiten, und der beobachtete Zusammenhang zwischen ANS-Schärfe und symbolischer Mathematik blieb auch nach Kontrolle der Hemmung bestehen.
Können die Ergebnisse dieser Studie im wirklichen Leben für Lehrer, Schulpsychologen, Ärzte oder sogar Eltern nützlich sein? Wenn ja, in welchem Umfang?
Die Ergebnisse unserer Studie liefern wertvolle Informationen für Personen, die an der frühen Entwicklung eines Kindes beteiligt sind, darunter Erzieher, Psychologen und Eltern. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es bereits in den ersten Lebensmonaten interindividuelle Unterschiede in der Zahlenwahrnehmung gibt, die später in der Kindheit zu unterschiedlichen mathematischen Leistungen führen können. Dieses Wissen könnte dabei helfen, Kinder zu identifizieren, die von mathematischen Lernschwierigkeiten bedroht sind, und könnte zur Früherkennung von Schwierigkeiten beitragen, die zu späteren Schwierigkeiten in Mathematik führen könnten. Darüber hinaus könnten die Ergebnisse unserer Studie Pädagogen und Psychologen dabei helfen, gezielte und rechtzeitige Maßnahmen zu entwickeln, um diese Fähigkeiten so früh wie möglich im Vorschulalter zu stärken. Für Eltern schließlich unterstreichen unsere Ergebnisse, wie wichtig es ist, die Beschäftigung der Kinder mit Mengen und Zahlen von klein auf zu fördern. Alltägliche Aktivitäten, wie der Vergleich von Mengen, könnten dazu beitragen, den intuitiven Zahlensinn der Kinder zu fördern und so ihre spätere mathematische Entwicklung zu unterstützen.
Welche möglichen Verbindungen oder Zusammenhänge sehen Sie zwischen Ihrer Studie und den wissenschaftlichen Studien, die im Zusammenhang mit Magrid durchgeführt wurden?
Cornu, V., Schiltz, C., Pazouki, T., & Martin, R. (2017b). Training früher visuell-räumlicher Fähigkeiten: Eine kontrollierte klassenzimmerbasierte Interventionsstudie. Angewandte Entwicklungswissenschaft, 23(1), 1-21. https://doi.org/10.1080/10888691.2016.1276835
Jung, S., Meinhardt, A., Braeuning, D., Roesch, S., Cornu, V., Pazouki, T., Schiltz, C., Lonnemann, J., & Moeller, K. (2020c). Hierarchische Entwicklung früher visuell-räumlicher Fähigkeiten - Eine taxonomiebasierte Erfassung mit der MaGrid App. Grenzen der Psychologie, 11. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2020.00871
Pazouki, T., Cornu, V., Sonnleitner, P., Schiltz, C., Fischbach, A., & Martin, R. (2018d). MaGrid : Eine sprachneutrale Anwendung für frühes mathematisches Training und Lernen. Internationale Zeitschrift für neue Technologien beim Lernen (iJET), 13(08), 4. https://doi.org/10.3991/ijet.v13i08.8271
Es gibt klare Verbindungen zwischen unserer Studie und der Arbeit im Rahmen des Magrid-Projekts, da sich beide auf die frühen Vorläufer der Mathematik konzentrieren. Während unsere Studie darauf abzielt, diese grundlegenden Fähigkeiten zu bewerten, konzentriert sich Magrid hauptsächlich auf das Training dieser Fähigkeiten durch eine sprachneutrale Anwendung. Beide Ansätze betonen die Bedeutung der Zahlenwahrnehmung als Schlüsselfaktor für den späteren Matheerwerb. Diese komplementären Ansätze unterstreichen die kritische Rolle der frühen numerischen Kognition bei der Unterstützung der mathematischen Entwicklung von Kindern und legen mögliche pädagogische Anwendungen sowohl für die Bewertung als auch für die Intervention nahe.
Was ist das Thema Ihrer aktuellen wissenschaftlichen Forschung?
Ich arbeite derzeit an mehreren Forschungsprojekten, die verschiedene Aspekte des Lernens untersuchen. Insbesondere konzentriert sich meine aktuelle Forschung auf die Untersuchung der Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Legasthenie und Dyskalkulie sowohl auf kognitiver als auch auf neuronaler Ebene. Außerdem untersuche ich die Rolle von positiven und negativen Emotionen im Lernprozess und analysiere, wie emotionale Zustände die akademischen Leistungen und die kognitive Entwicklung von Kindern beeinflussen können. Schließlich schließe ich eine Studie über bereichsübergreifende und bereichsspezifische Vorläufer mathematischer Fähigkeiten ab, um die frühen kognitiven Faktoren zu ermitteln, die zum Erwerb mathematischer Fähigkeiten beitragen.
