Frühkindliche Bildung – Mathematische Grundlagen spielerisch bewegt fördern

Magisterarbeit von Fabian Wolf

Einleitung:

‘Da das Kind in den meisten Schulen passiv lernt, glaubt man in der körperlichen Bewegung ein Ausruhen von geistiger Tätigkeit schaffen zu müssen, und die körperliche Tätigkeit löst die geistige ab. [.] In fast allen Schulen der heutigen Zeit, in der die Kinder beim Unterricht passiv sind, müssen Geist und Bewegung getrennt handeln. Diese Trennung führt zur Spaltung der kindlichen Persönlichkeit. Der Sinn, den wir in die Bewegung legen, ist ein viel tieferer, der nicht nur die motorischen Funktionen unseres Körpers betrifft, sondern der den ganzen Menschen in seinenkorrespondierenden Ausdrucksmöglichkeiten erfasst’.

‘Regelmäßiges, vielseitiges, sinnvolles und gekonntes Bewegen begünstigt kognitives Lernen’. Durch die aktuell in den Medien verstärkte Debatte um eine ‘veränderte Kindheit’ geraten zum einen das Bewegungsverhalten, die motorische Leistungsfähigkeit heutiger Kinder und die Bildungspolitik in den Mittelpunkt der Diskussionen.

Bewegung gehört dennoch zu den fundamentalen Grundbedürfnissen von Menschen, insbesondere zu denen von Kindern. Dabei dient die Bewegung nicht nur zum Selbstzweck, sondern drückt das elementare Verlangen aus, sich mit der Welt auseinander zu setzen und sich somit zu bilden. Gleichzeitig lernen die Kinder durch Bewegung die Welt, sich selbst und andere kennen und einzuschätzen. Das Kind entwickelt ‘über das Medium Bewegung ein spezifisches Verhältnis zu sich selbst, seinem Körper und seiner materiellen und sozialen Umwelt’. Scherler erläutert dies an einem Beispiel folgendermaßen:

‘Das Kind, das im Schaukeln materiale Erfahrungen sucht, begnügt sich ja nicht allein damit zu schaukeln, denn die wäre bereits mit dem ersten Pendeln gegeben. Es beginnt vielmehr bald mit den Orten und Zeitpunkten des Abstoßens am Boden zu experimentieren, es variiert den Zeitpunkt und die Stärke der Rücklage des Oberkörpers, es verändert Griffhöhe der Hände am Seil, oder es verlangsamt sein Pendeln durch Gegenschwünge als Folge einer spannungslosen Körperhaltung’.

Dieses Beispiel zeigt, dass auch die Bildung nicht ohne Bewegung auskommt.

In Bezugnahme auf die Bildungspolitik wurde die ‘gefühlte’ hohe Bildungsqualität keineswegs bestätigt. Demnach schnitten die Schülerinnen und Schülern in den verschiedenen Schulleistungsstudien wie PISA und TIMMS nur mittelmäßig ab und musste sich im internationalen Vergleich zumeist mit einem Platz im Mittelfeld begnügen. Dies gilt sowohl für das Fach Mathematik als auch für andere Schulfächer. Allerdings wird die mathematische Kompetenz nach Frey heutzutage in vielen Berufs-, Wirtschafts- und Kulturbereichen vorausgesetzt. Das mittelmäßige Abschneiden deutscher Schülerinnen und Schüler in der PISA-Studie kann, entgegen aller Annahmen, nicht mit der Grundschulbildung in Verbindung gebracht werden, denn dort schnitten die Schülerinnen und Schüler vergleichsweise gut ab.

Die in den Medien immer wieder diskutierte Abnahme der Bewegungszeiten sowie der motorischen Leistungsfähigkeit heutiger Kinder ist differenziert zu betrachten. Kleine beispielsweise belegte in seiner qualitativen Studie, dass die Kinder nach wie vor ‘Beweger’ sind, da die Bewegung und das bewegte Spielen die vorderste Position der Tätigkeitsliste einnimmt. Zudem stellte er heraus, dass sich Kinder an Wochentagen 1,8 Stunden täglich, an Samstagen 2,6 und an Sonntagen 2,3 Stunden bewegen. Die in Bezug auf die motorische Leistungsfähigkeit oft genannte ‘reine Defizithypothese’, die besagt, dass Kinder heute eine schlechtere Fitness aufweisen als Kinder 15 Jahre zuvor, muss einer differenzierten Betrachtung unterzogen werden. Die Forschergruppen kommen dabei zu unterschiedlichen Ergebnissen. Bös beispielsweise stellte in einem Literaturreview heraus, in dem Studien von 1975 bis 2005 analysiert worden, dass die motorische Leistungsfähigkeit im Durchschnitt um 10% abgenommen hat. Kretschmer und Giewald wiederum zeigten in einer Studie, dass keine Verschlechterung der motorischen Leistungsfähigkeit deutscher Grundschüler festzustellen ist. Woll kam zu dem Ergebnis, dass in Bezug auf die körperliche Leistungsfähigkeit eine geringfügige Verschlechterung zu verzeichnen ist. Er unterstreicht zudem, dass keine pauschal übergreifende Verschlechterung der motorischen Leistungsfähigkeit zwischen den Generationen festzustellen ist, sondern vielmehr der Unterschied zwischen den Kindern immer größer wird.

Durch die vielen Diskussionen um eine Abnahme der Schulleistungen sowie der motorischen Leistungsfähigkeit gerät ein Forschungsthema immer weiter in den Vordergrund. Hierbei wird der Einfluss der körperlichen Aktivität auf die Gehirnleistungsfähigkeit untersucht. Kubesch beispielsweise stellt heraus, dass über den Sportunterricht weiter auf die Struktur, Funktion und Vernetzung von Nervenzellen im Gehirn eingewirkt werden kann. Außerdem besteht die berechtigte Annahme, dass der Sportunterricht nicht nur die körperliche Entwicklung der Schüler positiv beeinflusst, sondern auch ihre Lern- und Gedächtnisleistungen in anderen Unterrichtsfächern. Allerdings wird dem Sportunterricht nicht die entsprechende Bedeutung zugewiesen. Dies zeigt sich zum Beispiel darin, dass die dritte Sportstunde in vielen Bundesländern nicht gewährleistet wird. Der Einfluss von Bewegung auf Gehirnprozesse wird durch Hollmann ebenfalls unterstrichen, der fordert, dass Vorschulkindern eine tägliche Beanspruchung von ca. 60% ihrer maximalen individuellen Leistungsfähigkeit ermöglicht werden muss, um weitere synaptische Verbindungen im Gehirn herzustellen bzw. aufrechtzuerhalten. Kubesch betont ebenfalls, dass Bewegung und Sport eine zentrale Rolle für die Vernetzung der Nervenzellen spielen. Dabei ist die Veränderung der Nervenzellen in der Kindheit am höchsten und kann am stärksten durch Bewegung beeinflusst werden. Dies belegen auch schon erste Untersuchungsansätze, in den Trost in Form von ‘move and learn-programmes’ die Kombination von Bewegung und Wissensvermittlung erfolgreich bestätigt haben. Dabei wurde ein Programm für Vorschüler entwickelt und evaluiert, welches die mathematischen Grundlagen in bewegter Form vermittelt.

In der Vergangenheit wurden vor allem Kinder und Jugendliche im Schulalter in Bezug auf ihre motorische Leistungsfähigkeit sowie ihrer Schulleistungen geprüft. Die Frage nach der Wirksamkeit von bewegtem Förderunterricht blieb da zumeist unbeantwortet.

Diese Arbeit geht der Frage nach, inwiefern sich ein bewegter mathematischer Förderkurs auf die mathematische und motorische Leistungsfähigkeit von Kindern im Grundschulalter auswirkt. Durch die Diskussionen um die vermeintlich schlechter werdenden schulischen Leistungen deutscher Schülerinnen und Schüler im internationalen Vergleich, die PISA und andere Schulleistungsstudien belegen, stellt sich die Frage, wie Bildung anderweitig vermittelt, beziehungsweise vertieft werden kann. Da der Unterricht in der Schule meist im Sitzen stattfindet, wird in der heutigen Zeit oftmals versucht, einige Unterrichtsstunden in bewegter Form stattfinden zu lassen, da zahlreiche Studien belegen, dass Bewegung die Konzentration und Aufmerksamkeit durch die erhöhte Sauerstoffversorgung des Gehirns verbessern. Zur Klärung des Forschungsinteresses nach der Wirksamkeit eines spielerisch bewegten Mathematik-Kurses werden zwei Hauptfragestellungen von Bedeutung sein: Als Erstes stellt sich die Frage nach der Zuwachsrate in Bezug auf die mathematische Leistungsfähigkeit. Weisen die Schüler, die den bewegten Mathematikkurs besuchen, nach Abschluss der Untersuchung eine höhere mathematische Leistungsfähigkeit auf als die Schüler, die diesen Kurs nicht besuchten? Daraus resultierend ergibt sich die zweite Fragestellung: Gibt es einen Unterschied in der Zuwachsrate im Bereich der motorischen Leistungsfähigkeit zwischen den Schülern, die den bewegten Mathematik-Kurs besuchen und denen, die ihn nicht besuchen?

Die vorliegende Arbeit ist in vier Kapitel untergliedert. Das im Anschluss an die Einleitung folgende zweite Kapitel widmet sich den theoretischen Grundlagen, wo vor allem Befunde zur mathematischen und motorischen Leistungsfähigkeit sowie zum Zusammenhang von Bewegung und Lernen dargestellt werden. Im anschließenden dritten Kapitel wird die empirische Untersuchung thematisiert. Dabei wird zuerst auf das Forschungsdesign, die Stichprobe und Messinstrumente eingegangen, bevor die Ergebnisse der Untersuchung näher vorgestellt werden. Im Anschluss daran werden die entsprechenden Ergebnisse in Anlehnung an die im theoretischen Teil vorgestellten Befunde diskutiert.

Das abschließende vierte Kapitel fasst die gewonnenen Befunde zusammen und gibt kritische Anmerkungen zur vorliegenden Untersuchung sowie einen Ausblick auf mögliche folgende Forschungsfragen.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 2.2, Der Einfluss der körperlichen Aktivität auf Gehirnprozesse:

‘Das menschliche Gehirn besteht aus Milliarden von Neuronen, deren Aufgabe es ist, Informationen an andere Nervenzellen weiterzuleiten’.

Der Einfluss der körperlichen Aktivität junger Menschen und deren Wirkung auf Gehirnprozesse wurde bisher nur wenig wissenschaftlich untersucht. Im Folgenden werden die bisher wichtigsten Erkenntnisse in diesem Zusammenhang näher vorgestellt.

Körperliche Aktivität fördert neuronale Prozesse, indem sie auf die Struktur und Funktionsweise des Gehirns einwirken. Bereits in der pränatalen Phase wird durch die muskuläre Beanspruchung des Fötus und der Mutter die Bildung und Entwicklung von Nervenzellen angeregt. Eine große Bandbreite von Verhaltensreaktionen wird durch eine entsprechende Anzahl von Nervenzellen und deren gezielte Verbindung, die sie mit anderen Neuronen eingehen, gewährleistet. Daraus resultiert, dass die Bewegung zu den wichtigsten Stimulationen des fötalen Gehirns zählt.

Um weitere synaptische Verbinden herzustellen bzw. aufrechtzuerhalten ist es wichtig, dass Vorschulkindern täglich eine Beanspruchung von ca. 60% ihrer maximalen individuellen Leistungsfähigkeit ermöglicht wird. Im Grundschulalter kann dann über den Sportunterricht weiter auf Struktur, Funktion und Vernetzung von Nervenzellen eingewirkt werden. Dadurch kann eine positive Beeinflussung auf das emotionale, kognitive und soziale Verhalten der Kinder erzielt werden.

Dem Sportunterricht wird in Deutschland allerdings nicht die entsprechende Bedeutung zugewiesen. Das zeigt sich darin, dass die dritte Sportstunde in der Woche von vielen Bundesländern nicht gewährleistet wird. Außerdem fördert Sportunterricht nicht nur die körperliche Entwicklung der Schüler, sondern auch ihre Lern- und Gedächtnisleistungen in den anderen Unterrichtsfächern. Durch die verhältnismäßig wenig wissenschaftlichen Studien sind die Kenntnisse über die eigentliche Bedeutung des Sportunterrichts von Bildungspolitikern, Lehrern, Eltern und Schülern entsprechend gering.

Hypothese: Körperliche Aktivität verbessert die Durchblutung des Gehirns.

Wissenschaftliche Untersuchungen belegen, dass schon geringe körperliche Belastungen eine Erhöhung der Gehirndurchblutung zur Folge haben. Hollmann und Strüder wiesen beispielsweise in ihrer Untersuchung nach, dass Personen, die auf einem Fahrradergometer bei einer geringen Belastung von 5 Watt fuhren, die vergleichbar ist mit einem langsamen Spaziergang, eine Durchblutungssteigerung von 20% aufweisen. Bei einer Belastung von 100 Watt stieg die Durchblutung um 30%. Allerdings gibt es bislang noch keine hinreichenden Befunde darüber, wie sich dir Durchblutungssteigerung und die damit verbesserte Sauerstoffversorgung auf die Denkfähigkeit auswirkt. Allerdings betonen Steffny und Pramann, dass Ausdauersportler von der körperlichen Beanspruchung profitieren und sich nach dem Training als aufnahmefähiger und konzentrierter erleben. Daraus resultiert auch die Forderung, dass der Sportunterricht nicht auf die letzte Unterrichtseinheit des Tages gelegt werden sollte, sondern eher vor Fächern wie Mathematik oder Englisch besser aufgehoben ist, da die Schüler von der gesteigerten Gehirndurchblutung den damit verbesserten kognitiven Funktionen profitieren könnten.

Hypothese: Körperliche Aktivität fördert Intelligenz.

Für die Vernetzung der Nervenzellen spielen Bewegung und Sport eine zentrale Rolle. Das Gehirn, welches das komplexeste biologische Gebilde ist, besteht aus ca. 100 Milliarden Nervenzellen. Jede Nervenzelle kann wiederum mit 4000 bis 10 000 in Verbindung treten. Da die Bewegung die neuronale Vernetzung unterstützt, kann das Gehirn so optimal genutzt werden. Daraus ergibt sich ein enger Zusammenhang zwischen der Motorik und der Intelligenz.

In der Kindheit ist die Veränderung der Nervenzellen (neuronale Plastizität) am höchsten und kann am stärksten durch Bewegung beeinflusst werden. Dies hat zur Folge, dass die Intelligenz stark durch körperliche Aktivität in Form von Sport und Bewegung beeinflusst werden kann.

Hypothese: Körperliche Aktivität optimiert Lern- und Gedächtnisleistungen.

Für die Lern- und Gedächtnisprozesse sind zwei Gehirnstrukturen von besonderer Bedeutung. Dies sind zum einen die Großhirnrinde (Kortex) und zum anderen der Hippocampus. Der Kortex ist vor allem beim Lernen von Bewegungsabläufen wie zum Beispiel der Aufschlag beim Badminton oder der Kopplung von Arm- und Beinbewegungen beim Delphinschwimmen aktiv. Der Hippocampus ist beispielsweise beim Lernen von Fakten aktiv. Dieser leitet die Informationen dann an den Kortex weiter, wo sie dauerhaft gespeichert werden. Spitzer spricht in diesem Zusammenhang davon, dass der Hippocampus als ‘Trainer des Kortex’ fungiert.

Der wesentliche Unterschied beider Gehirnstrukturen liegt in der Geschwindigkeit, mit der Informationen gespeichert werden. Bei Bewegungsabläufen ist es zum Beispiel so, das diese zum Teil viele Tausend Mal geübt werden müssen, bis sie perfektioniert sind und voll automatisch beherrscht werden. Das liegt daran, dass der Kortex im Gegensatz zum Hippocampus sehr langsam lernt. Dahingegen hat der Kortex allerdings eine wesentlich größere Speicherkapazität als der Hippocampus. Aus diesem Grund sollte der Hippocampus die Informationen so schnell wie möglich an den Kortex weiterleiten, was durch kurze, aber häufig wiederholte Lerneinheiten geschieht. Der Hippocampus hat auch zum Vorteil, dass er das Wiederholen im Schlaf übernimmt, was zur Folge hat, dass Schülerinnen und Schüler auf ausreichend Schlaf achten sollten. Zudem wird durch körperliche Aktivität, je intensiver desto besser, bis ins hohe Alter neue Nervenzellen im Hippocampus gebildet. Allerdings geschieht dies nur, wenn der Sport freiwillig betrieben wird, da die Nervenzellen empfindlich auf Stresshormone reagieren. Es wurde nämlich nachgewiesen, dass die Neubildung von Nervenzellen (Neurogenese), nur bei freiwilliger und nicht bei erzwungener körperlicher Beanspruchung, geschieht. Durch Bewegung und Lernen erfolgt eine direkte Stimulierung der Neurogenese und Umgebungsreize, wie eine interessante und abwechslungsreiche Lernumgebung in Schulen, sorgen für das Überleben der neugebildeten Nervenzellen.

Daraus ergeben sich auch entsprechende Konsequenzen für den Schulsport, an denen viele Schüler, meist im fortgeschrittenen Alter, keinen Spaß mehr haben. Zum Teil liegt es an der Eigenmotivation, aber auch die Rahmenbedingungen und das Sportangebot haben einen großen Anteil am Verlust der Freude. Ein weiterer Faktor für mangelnden Spaß am Sportunterricht ist die Tatsache, dass dem Sportunterricht eine zu geringe Bedeutung zugewiesen wird und meist nur als Ergänzungsfach angesehen wird und somit in die Randstunden verlegt wird. Dies ist auch ein Grund dafür, warum die Schüler die Bedeutung des Sportunterrichts nicht erkennen können. Daraus resultiert meist auch die negative Einstellung der Schüler zur aktiven Gestaltung ihrer Freizeit.

Bös und Mitarbeiter starteten von 1993-1997 einen Modellversuch an einer Grundschule in Bad Homburg. Dort wurde die tägliche Sportstunde in den Klassen eins bis vier eingeführt und mit Zustimmung der Eltern der Unterricht in anderen Fächern (z.B. Deutschunterricht) gekürzt. Die Ergebnisse nach vier Jahren zeigen, dass die Schüler dieser Schule im Vergleich zu einer Kontrollschule in den Bereichen der motorischen Leistungsfähigkeit, Arbeits- und Sozialverhalten besser abschnitten. In den Unterrichtspausen wurde ein etwa 50% seltener und weniger starkes aggressives Verhalten beobachtet und es ist kein Leistungsabfall in den gekürzten Unterrichtsfächern zu verzeichnen. Diese Schule hält bis zum jetzigen Zeitpunkt an dem Konzept der täglichen Sportstunde fest.

Körperliche Aktivität und Exekutive Funktionen.

Unter Exekutiven Funktionen werden Prozesse verstanden, die beispielsweise notwendig sind, um Handlungen zu planen, Lernprozesse zu organisieren und Aufmerksamkeitsmechanismen zu steuern. Es zählen dazu unter anderem die Fähigkeiten, Aufmerksamkeit auf das wesentliche zu fokussieren, bedeutsame Dinge auszuwählen, nicht relevante Stimuli zu ignorieren und die Aufmerksamkeit in schneller Folge zu wechseln. Auf den Sport bezogen werden exekutive Funktionen dann benötigt, wenn in Sportarten ein flexibles Verhalten und die Steuerung von Aufmerksamkeitsprozessen gefordert sind.

Entsprechende Untersuchungsergebnisse zur Wirksamkeit von körperlicher Aktivität auf die exekutiven Funktionen liegen bislang nur bei alten Menschen und depressiven Patienten vor. Es ist als sinnvoll anzusehen, diese Untersuchungen insbesondere auf Kinder im Kindergarten- und Grundschulalter auszuweiten, da in diesem Alter der Beginn der Entwicklung exekutiver Funktionen liegt. Es könnte bei dieser Altersgruppe überprüft werden, ob körperliche Aktivität die Entwicklung der exekutiven Funktionen fördert und Lernprozesse verbessert sowie empathisches Verhalten unterstützt werden kann. Denn empathisches Verhalten und beispielsweise die mathematische Leistungsfähigkeit korrelieren signifikant positiv mit den exekutiven Funktionen. Es sind auch Untersuchungen bei älteren Kindern als sinnvoll zu erachten, da die Entwicklung der exekutiven Funktionen bis ins Erwachsenalter andauert. Hierbei sollte der Sportunterricht als Untersuchungsgegenstand im Vordergrund stehen, in dem optimale Rahmenbedingungen geschaffen werden können, um emotionale, kognitive und soziale Prozesse von Schülern durch körperliche Aktivität geschaffen werden können.

Gehirnleistungsfähigkeit und körperliche Aktivität.

Geeignete körperliche Aktivität besitzt eine strukturelle und funktionelle Bedeutung für das Gehirn. Gerade im Vorschul- und Grundschulalter wird durch koordinative Beanspruchungen der Erhalt von im Überschuss vorhandenen Gehirnneuronen begünstigt und gleichzeitig die Synapsenbildung gefördert.

Hollmann und Strüder beobachteten bei Fahrradergometeruntersuchungen mittels Positronen-Emissions-Tomographie (PET) eine signifikant gesteigerte Gehirndurchblutung schon bei einer Belastungsstufe von 25 Watt im Mittel um 20%. Höhere Belastungsintensitäten zeigen eine noch stärker Gehirndurchblutung in regionalen Gehirnabschnitten, allerdings ohne lineare Beziehung.

Zudem wird durch aerobe dynamische Arbeit und koordinativer Beanspruchung die Gehirndurchblutung regional vermehrt und es erfolgt ein veränderter Stoffwechsel mit Gen-Anregung, wodurch eine gesteigerte Produktion von zahlreichen neurotrophen Faktoren auslöst wird. Neurotrophe Faktoren sind körpereigene Signalstoffe, die eine zielgerichtete Verbindung zwischen Nervenzellen bewirken. Hierbei wird vor allem das BDNF (Brain-Derived-Neurotrophic-Factor) angeregt, dessen Hauptaufgabe darin besteht, Transmitter im Hippocampus freizusetzen, die als Grundlage für die sogenannte Langzeitpotenzierung bei Lern- und Gedächtnisprozessen dienen. Die Langzeitpotenzierung hat zur Folge, dass eine vermehrte synaptische Übertragung im Hippocampus stattfindet und die Leistungsfähigkeit des Gehirns somit gesteigert wird.

Es lässt sich festhalten, dass körperliche Bewegung einen stimulativen Faktor für die Hirnplastizität durch Synapsen- und Spinesbildung sowie für die Neubildung von Neuronen bildet und somit einen leistungssteigernden Effekt zur Folge haben kann.