Förderung des Aufbaus von Größenvorstellungen für Bruchzahlen zu Beginn der Sekundarstufe - Behaviorale Effekte und neuronale Korrelate

01.09.2018 bis 28.02.2021

Der Erwerb von Größenvorstellungen für symbolische Zahldarstellungen gehört zu den wesentlichen Schritten des mathematischen Kompetenzerwerbs im Themenbereich Zahlen. Die Forschung belegt aber teils gravierende Schwierigkeiten für Schülerinnen und Schüler in diesem Bereich, insbesondere beim Umgang mit Brüchen. Bisher ist nicht ausreichend geklärt, wie der Aufbau von Größenvorstellungen für Brüche auf kognitiver Ebene beschrieben werden kann und wie dieser Aufbau durch gezielte Instruktion bestmöglich gefördert werden kann. Hier setzt das vorliegende Projekt an. In einer Interventionsstudie soll der Aufbau von Größenvorstellungen für Brüche bei Schülerinnen und Schülern im sechsten Schuljahr (d.h. im Alter von ca. 12 Jahren) gefördert werden. Einerseits sollen theoretisch zu erwartende Lerneffekte auf der Verhaltensebene empirisch überprüft werden. Andererseits sollen in einem interdisziplinären Ansatz Lerneffekte auch auf neuronaler Ebene beschrieben werden. Aus bisherigen neurowissenschaftlichen Studien liegen Erkenntnisse für die neuronalen Grundlagen der mentalen Verarbeitung von Brüchen für Erwachsene vor. In diesem Projekt sollen diese Erkenntnisse bei Jugendlichen überprüft werden. Ferner sollen erstmalig die neuronalen Veränderungen beim Lernen von Brüchen abgebildet werden. Damit leistet das Projekt einen Beitrag zur Weiterentwicklung der Forschung an der Schnittstelle zwischen Lehr-Lern-Forschung und Neurowissenschaften.
Die Intervention wird im experimentellen Pre-Post-Test Design mit einer Experimentalgruppe und zwei Kontrollgruppen durchgeführt. Zur kontrollierten Implementation der Förderung wird eine computerbasierte Lernumgebung verwendet, die auf kognitionspsychologischen und didaktischen Theorien zum Einsatz externer visueller Repräsentationen basiert. Insbesondere wird auf die Verknüpfung symbolischer Schreibweisen für Brüche mit geeigneten visuellen Repräsentationen fokussiert. Die neuronalen Effekte werden mit der Methode der funktionellen Magnetresonanztomographie abgebildet, die eine gute räumliche Auflösung gewährleistet.
Die Ergebnisse dieses Projekts liefern empirische Evidenz über die Wirksamkeit eines theoretisch gut fundierten Förderansatzes und erweitern das Verständnis der neuronalen Korrelate numerischen Lernens. Durch die Integration mathematikdidaktischer und neurowissenschaftlicher Expertise strebt dieses Projekt eine Maximierung der externen Validität eines interdisziplinären Ansatzes an.