Neue Medien, neue Möglichkeiten: Wie Lernsoftware mathematisches Wissen vermittelt

In unserem digitalen Zeitalter sind Smartphones, Tablets und Notebooks aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Entsprechend wächst das Angebot an Lernsoftware und multimedialen Lernspielen. Wie sinnvoll diese Spiele sind und ob man tatsächlich dauerhaft etwas damit lernt, lässt sich für unbedarfte Nutzer/innen aber oft nicht erkennen. Abhilfe sollen wissenschaftlich fundierte Trainingsprogramme schaffen, die vor ihrer Markteinführung auf ihre Wirksamkeit hin untersucht werden. Die rasante Entwicklung neuer Technologien hat hier stetig neue Möglichkeiten für motivierende und wirksame Lernspiele eröffnet.

Einleitung

Die Zeit auf meiner Mathematik-Trainings- App tickt. Ich habe 10 Sekunden, um den Durchschnitt aus 37, 48, 25 und 18 zu berechnen. Bei Ablauf der Zeit habe ich noch nicht einmal die vier Zahlen zusammenaddiert. Aber immerhin bin ich schon bis zur dritten Zahl gekommen, bevor mir die App verkündet, dass ich immer noch zu langsam bin. Wenn das so weitergeht, werde ich nie genug Sternchen für das nächste Level sammeln. Also ein neuer Versuch: Was ist der Durchschnitt aus 24, 40, 5 und 39?

Wenn jemand wie ich sich die Zeit mit Mathematik-Trainings vertreibt, dann geschieht dies meist aus ganz einfachen Gründen. Zum Beispiel, um die eigenen Fähigkeiten im Kopfrechnen wieder aufzufrischen. Besonders dann, wenn die Schulzeit schon länger zurückliegt und man sich selbst dabei erwischt hat, wie man 3+4 in den Rechner eintippt.

Eine große Auswahl an Apps macht dieses Auffrischen ganz einfach. Über 250 Treffer bekommt man allein für das Suchwort „Gehirntraining“ im Appstore eines Smartphones. Dasselbe gilt für „Mathematik Training“, und wahrscheinlich wären es noch mehr, läge das Limit der angezeigten Suchergebnisse nicht bei 250 Ergebnissen. Kurz gesagt, das Geschäft mit der Lernsoftware boomt.

Lernsoftware auf dem Vormarsch

Lernspiele, Apps, Gehirn Jogging™: Der Gedanke, durch ein paar tägliche Übungen die eigene Intelligenz erhöhen zu können, klingt ziemlich verlockend. Die größte Popularität haben Spiele zum Training der Denkleistung wie beispielsweise das Gehirn Jogging™ von Dr. Kawashima erreicht. Ein großer Teil der Aufgaben besteht dabei aus Mathematik – man soll Rechenaufgaben lösen, die Differenz zwischen zwei Uhrzeiten ermitteln, oder die Reihenfolge von Zahlen im Gedächtnis behalten.
Solche Denkleistungstrainings und Lernspiele sind ein Nebenprodukt unseres Zeitalters des sogenannten Ubiquitous Computing (englisch für „Rechnerallgegenwart“ oder auch die Allgegenwärtigkeit der rechnergestützten Informationsverarbeitung/EDV). Damit ist gemeint, dass zum Beispiel Smartphones und Tablets, aber auch Handheld-Spielekonsolen (wie z. B. Nintendo 3DS™) dafür gesorgt haben, dass wir immer und jederzeit lernen können. Es ist dabei komplett uns selbst überlassen, was wir wo und wann lernen.

Aber welchen Nutzen bringen diese Spiele wirklich? Nehmen wir zum Beispiel das äußerst erfolgreiche Gehirn Jogging™ von Dr. Kawashima. Es existieren sowohl Studien, die wissenschaftlich eine breite Wirkung nachgewiesen haben (z. B. Schmiedek, Lövdén & Lindenberger, 2010), als auch Studien, die ausschließlich Verbesserungen in den trainierten Aufgaben fanden, aber keinen Transfer auf andere kognitive Leistungen (z. B. Owen et al., 2010).
Welche Ursache könnte es haben, dass diese Spiele sich teilweise als nicht wirksam herausstellen? Eine Möglichkeit könnte sein, dass zum Beispiel Gehirn Jogging™ und auch der Nachfolger Gehirntraining™ zwar sehr viele verschiedene Aufgaben trainieren, diese aber nicht besonders tiefgehend.

Eine weitere denkbare Ursache könnte sein, dass die meisten Lernspiele und Apps sehr anspruchsvolle Aufgaben enthalten. Interessanter ist dagegen ein Blick auf Lernsoftware, die darauf abzielt, Schwächen im Basisbereich auszugleichen, indem einfachere Aufgaben geübt werden. Vor allem im Bereich der Mathematik sind solche Lernansätze gefragt, da mathematische Kompetenzen großteils hierarchisch aufeinander aufbauen. So hat sich gezeigt, dass Trainings im mathematischen Basisbereich einen größeren Lerneffekt bewirken als Trainings komplexer mathematischer Fähigkeiten (siehe Kroesbergen & van Luit, 2003, für eine Metaanalyse).

Relevanz mathematischer und numerischer Fähigkeiten

Es gibt einen einfachen Grund dafür, warum Lernsoftware für Mathematik so relevant ist: Mathematische und numerische Fähigkeiten gewinnen für unseren Alltag immer mehr an Bedeutung. Aktuelle Studien besagen beispielsweise, dass unzureichende numerische Fähigkeiten im Alltags- und Berufsleben inzwischen schlechter zu kompensieren sind als unzureichende Lese- und Rechtschreibfähigkeiten (Parsons & Bynner, 2005). Außerdem zeigt sich, dass Schüler(innen mit stark unterdurchschnittlichen mathematischen Leistungen überdurchschnittlich häufig schulische Sonderförderung in Anspruch nehmen, die Schule schwänzen oder auch vom Unterricht ausgeschlossen werden (Gross, Hudson, & Price, 2009).

Die Probleme in Mathematik beziehen sich dabei jedoch nicht auf höhere Mathematik, wie zum Beispiel Algebra, sondern auf grundlegende Zahlenverarbeitungs- und Rechenfertigkeiten. Dazu gehören zum Beispiel (i) fehlerfreies Zählen bis 20, (ii) Lesen, Schreiben, Ordnen und Vergleichen von Zahlen im Raum bis 100, (iii) Addition und Subtraktion zweistelliger Zahlen, (iv) Benutzen und Interpretieren Können von Rechenzeichen, (v) Rechnen in ganzen Einheiten (z. B. EUR) und (vi) Lesen und Angeben der Uhrzeit. Diese Fähigkeiten entsprechen weitgehend dem Curriculum der zweiten und dritten Klasse an deutschen Grundschulen. Erwirbt ein Kind diese Fähigkeiten nicht, ist es nicht verwunderlich, dass das tägliche Leben dadurch beeinträchtigt wird.
Besonders Kinder mit Schwierigkeiten in Mathematik brauchen daher eine frühe und dem aktuellen Leistungsstand entsprechende Förderung. Hier kann die Entwicklung neuer Lernsoftware Unterstützung bieten. Da die Probleme oft schon im Basisbereich der Mathematik beginnen, ist wichtig, dass die Förderung auch dort ansetzt. Verbessert man die Basisfertigkeiten, ist häufig auch ein Transfereffekt auf andere mathematische Kompetenzen zu beobachten (Kroesbergen & van Luit, 2003). Unter Transfer versteht man dabei einen Effekt des Trainings auf nicht gezielt trainierte Bereiche. So kann zum Beispiel ein Training der richtigen Reihenfolge von Zahlen durch ein Brettspiel dazu führen, dass Kindergartenkinder ein Verständnis für das Prinzip der Addition entwickeln und Additionsaufgaben besser lösen können (z. B. Ramani & Siegler, 2011).

Spannend ist im Bereich der Mathematik die Entwicklung neuer Lernsoftware zu beobachten, die durch den Einsatz neuer Medien einen größeren Lernzuwachs verspricht. Lern- und Übungsprogramme für den PC, insbesondere für Grundschüler/innen, gibt es schon lange. Oft handelt es sich bei solchen Software-Angeboten allerdings um Ergänzungen zu Lehrbüchern, die nicht gezielt auf die Schwächen einzelner Kinder eingehen und auf einem zu hohen Niveau ansetzen. Die Anzahl von wissenschaftlich evaluierten Lernprogrammen und -spielen für unterschiedliche Medien nimmt jedoch zu, und diese bauen immer häufiger auf aktuellen pädagogischen und psychologischen Erkenntnissen auf.

Als wissenschaftlich evaluiert wird ein Lernprogramm in der psychologischen und auch pädagogischen Forschung dann bezeichnet, wenn es sich in einer Studie mit Prä-Post-Vergleich als wirksam herausgestellt hat. Dabei wird zunächst der Leistungsstand einer Stichprobe von Kindern vor dem Training erhoben. Dann werden die Kinder in Gruppen eingeteilt: Eine Gruppe (die sogenannte Experimentalgruppe) erhält das Training, das auf seine Wirksamkeit untersucht werden soll. Eine zweite Gruppe (die Kontrollgruppe) erhält für gewöhnlich ein anderes Training, gegen das sich das evaluierte Training behaupten soll. Nach Abschluss des Trainings wird erneut die Leistung der Kinder gemessen und so die Verbesserung im Vergleich zur Ausgangsleistung bestimmt. Nur wenn das Experimentaltraining zu gleich großen oder sogar größeren Verbesserungen führt als das Kontrolltraining, wird es als wirksam beurteilt.

Lernsoftware für den mathematischen Basisbereich

Lernsoftware wurde besonders für junge Kinder als lernförderlich nachgewiesen (Li & Ma, 2010). Dafür verantwortlich ist unter anderem die Möglichkeit adaptiver Lernsoftware, bei der das Programm die Schwierigkeit der Aufgaben gezielt an die Leistung des Kindes anpassen kann. So durchläuft ein Kind nicht eine fix vorgegebene Reihe von Aufgaben, sondern erhält je nach Leistung in einer Aufgabe als nächstes eine schwierigere oder leichtere Aufgabe. Da schwache Kinder so nicht überfordert werden, erhöhen adaptive Spiele auch die Motivation und steigern besonders die Leistung schwacher Kinder.

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