Spädbarns sinne för nummer – En undersökning av kognitiva mekanismer och träningsinterventioner för inlärning av matematik tidigt i livet
Spädbarn är utrustade med ett Approximativt Nummersystem (ANS) som kan representera numeriska magnituder utan symboler. Hos äldre barn och vuxna är precisionen i systemet relaterat till matematisk förmåga. Individer med ett mer exakt ANS är bättre på matematik, vilket antyder att ANS utgör en grund för matematisk förmåga. I det här projektet föreslår vi att det går att träna nummersinnet hos spädbarn med riktad träning och att denna träning kommer att påverka barnens förmåga att lära sig matematik senare i livet. I en första studie kommer vi att undersöka om det går att, på gruppnivå, träna nummersinnet hos spädbarn under den period där hjärnan genomgår snabb utveckling och omorganisering. I en andra studie kommer vi att utveckla en procedur för att mäta precisionen i nummersinnet hos spädbarn. Vi utvecklar denna procedur dels för att kunna individanpassa träningen av nummersinnet och dels för att utforska om riktad träning för nummersinnet har olika effekt för olika grupper. I en avslutande studie kommer vi att undersöka om individanpassad, riktad träning för nummersinnet under spädbarnsålder kausalt påverkar matematisk förmåga senare i livet. Projektet är viktigt dels för att det visar vilka mekanismer som är involverade när barn börjar lära sig matematik och dels för att det utvecklar tidiga interventioner som kan göra det lättare för barn att lära sig matematik, särskilt för barn med inlärningssvårigheter i matematik, så som dyskalkyli.
Slutredovisning
Syfte och utveckling
Syftet med projektet Spädbarns sinne för nummer var att undersöka hur tidiga kognitiva mekanismer relaterade till senare matematisk förmåga utvecklas under spädbarnsåren. För att uppnå detta syfte, fokuserade vi på tre huvudmål. Till att börja med undersökte vi om det finns funktionella och stabila individuella skillnader i spädbarns förmåga att uppskatta antal. Vidare undersökte vi vilken roll det approximativa nummersystemet (ANS) har när äldre barn lär sig matematik. Projektets tredje och sista mål var att undersöka om ANS går att påverka under spädbarnsåldern och om interventioner inriktade på ANS kan hjälpa till när barn lär sig matematiska begrepp.
Det primära syftet med projektet har inte förändrats under projekttiden. Projektets omfattning har dock utökats. Inledningsvis utformade vi en träningsintervention som skulle genomföras med hjälp av en ögonrörelsekamera. Resultat från ett nära besläktat projekt indikerade dock att en intervention inriktad på aktivt utforskande av föremål skulle kunna påverka spädbarns antalsuppfattning. Följaktligen utvidgade vi projektet genom att inkludera ytterligare en intervention utöver den som beskrevs i projektplanen.
Genomförandet
Under projektets första hälft fokuserade vi på att undersöka möjliga funktionella och stabila individuella skillnader i spädbarns numeriska förmågor. Vi utvecklade en procedur för att med hjälp av ögonrörelsekamera kunna mäta spädbarns förmåga att processa numerisk information och magnitudinformation, samt genomförde studier för att undersöka hur sådana förmågor utvecklas hos spädbarn (Lindskog et al., 2019; Schröder et al., 2021a). Vi undersökte också hur individuella förmågor i numerisk diskriminering och magnituddiskriminering var relaterade till varandra (Lindskog et al., 2021), till spädbarns lekförmåga (Lindskog et al., 2021), samt till senare matematiska förmågor (Schröder et al., 2021b).
Under projektets andra del fokuserade vi på frågan om huruvida spädbarns numeriska förmågor går att påverka och vilken typ av intervention, om någon, som kan påverka precisionen i sådana förmågor. Vi genomförde två typer av interventioner. Som beskrivs i projektplanen undersökte vi möjligheten att påverka ANS-skärpan genom en adaptiv procedur som genomfördes med en ögonrörelsekamera. Likt nyligen gjorda studier på äldre barn och vuxna indikerade våra preliminära resultat att det är svårt att påverka ANS direkt även hos spädbarn. Vi undersökte också möjligheten att en lekbaserad intervention inriktad på barns aktiva utforskande skulle kunna påverka skärpan i ANS och andra relaterade förmågor. Resultaten visade att barns förmåga att särskilja små former, en förmåga relaterad till antalsuppfattning, förbättrades av lekinterventionen medan deras antalsuppfattning inte gjorde det (Schröder et al., 2019).
Projektets tre viktigaste resultat samt slutsatser
Projektet har genererat flera intressanta resultat och slutsatser. Det första resultatet är ett dokumenterat samband mellan spädbarns icke-symboliska antalsdiskriminering och deras magnituddiskriminering i små geometriska former (Lindskog et al., 2021). Det finns flera teorier angående egenskaperna hos det kognitiva system som ligger till grund för icke-symbolisk antalsuppfattning. En teori gör gällande att systemet är ett inkapslat och avgränsat grundläggande kognitivt system. Enligt en annan teori är icke-symbolisk antalsuppfattning en del av ett mer omfattande system som kan bearbeta magnituder i olika situationer. Våra resultat bidrar till den pågående debatten genom att indikera ett samband mellan bearbetning av olika typer av magnituder redan från tidig ålder. Även om våra resultat inte slutligen kan avgöra debatten är de mer samstämmiga med idén om generellt magnitudsystem än ett avgränsat nummersystem.
Tidigare forskning har föreslagit att abstrakta begrepp, både allmänt och i matematik, har sin bas i perceptuella upplevelser som kommer från handlingar. Flera studier har också visat på vikten av motorisk och spatial förmåga för akademisk prestation inom STEM-områdena. Vårt andra huvudresultat ger ytterligare en dimension till sådana fynd genom att indikera en koppling mellan spädbarns aktiva utforskande av sin omgivning (och, mer allmänt, deras lekförmåga) och deras förmåga att bearbeta magnituder. Vi finner både att barns tidiga lekförmåga är relaterad till deras senare förmåga att bearbeta magnituder i små geometriska former (Lindskog et al., 2021) samt att förmågan att bearbeta magnituder kan förbättras genom en lekintervention (Schröder et al., 2019). Sammantaget visar dessa resultat att de möjligheter till lärande som ges i barns lek kan påverka grundläggande kognitiva förmågor kopplade till senare matematiska förmågor.
Det finns flera teoretiska förslag angående vilka faktorer som är viktiga för utvecklingen av formella matematiska förmågor. Den centrala hypotesen för projektet, och i själva verket mycket tidigare forskning, var att icke-symbolisk antalsuppfattning är den grund på vilken senare matematisk kunskap byggs. Projektets tredje huvudresultat ger dock en mer nyanserad bild. I en studie som undersökte vilken roll som icke-symbolisk antalsuppfattning, språkförmåga samt arbetsminne har när barn utvecklar en förståelse för de naturliga talen, fann vi att språkförmåga spelade en viktigare roll än icke-symbolisk antalsuppfattning (Schröder et al., 2021b). Dessa resultat ifrågasätter idén om att icke-symbolisk antalsuppfattning lägger grunden för förståelse för de naturliga talen och antyder att tidig matematikinlärning är en process som kräver andra verktyg än en intuitiv känsla för antal.
Nya forskningsfrågor
Den viktigaste nya forskningsfrågan som projektet har genererat är vilken roll spädbarns aktiva utforskande av sin omgivning av har i utvecklingen av tidiga kognitiva förmågor i allmänhet och tidiga numeriska förmågor i synnerhet. Mer allmänt har den forskning som genomförts inom projektet resulterat i en ny hypotes, hypotesen om möjligheter för inlärning, som föreslår att barnens lek (med aktivt utforskande som ett specialfall) ger näring till deras kognitiva utveckling.
När vi undersökte barns tidiga förståelse för de naturliga talen upptäckte vi att språkkunskaper spelade en viktig roll (Schröder et al., 2021b). Resultatet är i linje med tidigare forskning men visar att språkkunskaper är viktigt tidigare i denna utveckling än man förut trott. Däremot spelade barns icke-symboliska antalsuppfattning en mindre viktig roll. Dessa resultat har genererat flera nya forskningsfrågor relaterade till den roll som språket spelar under de tidiga stadierna av att utveckla ett talbegrepp.
Spridning av forskningsresultat och samverkan
Projektets strategi har varit att sprida resultaten genom publicering i högt rankade tidskrifter. Hittills har två artiklar publicerats (Lindskog et al., 2019; Schröder et al., 2019), båda som open access. Manuskript med resultat från projektet som håller på att färdigställas eller som skickas till, men ännu inte accepterade i, peer-review-tidskrifter kommer också att publiceras open access. Dessutom har så många detaljer som möjligt av våra studier (t.ex. förregistrering, studiematerial, data, analysskript, etc.) gjorts öppet tillgängliga (t.ex. Open Science Framework, osf.io). Resultaten från projektet har också spridits via internationella vetenskapliga konferenser, via föreläsningar samt via sociala (t.ex. Facebook, Twitter, etc.) och andra medier (t.ex. tidningar, radio, etc.).
Syftet med projektet Spädbarns sinne för nummer var att undersöka hur tidiga kognitiva mekanismer relaterade till senare matematisk förmåga utvecklas under spädbarnsåren. För att uppnå detta syfte, fokuserade vi på tre huvudmål. Till att börja med undersökte vi om det finns funktionella och stabila individuella skillnader i spädbarns förmåga att uppskatta antal. Vidare undersökte vi vilken roll det approximativa nummersystemet (ANS) har när äldre barn lär sig matematik. Projektets tredje och sista mål var att undersöka om ANS går att påverka under spädbarnsåldern och om interventioner inriktade på ANS kan hjälpa till när barn lär sig matematiska begrepp.
Det primära syftet med projektet har inte förändrats under projekttiden. Projektets omfattning har dock utökats. Inledningsvis utformade vi en träningsintervention som skulle genomföras med hjälp av en ögonrörelsekamera. Resultat från ett nära besläktat projekt indikerade dock att en intervention inriktad på aktivt utforskande av föremål skulle kunna påverka spädbarns antalsuppfattning. Följaktligen utvidgade vi projektet genom att inkludera ytterligare en intervention utöver den som beskrevs i projektplanen.
Genomförandet
Under projektets första hälft fokuserade vi på att undersöka möjliga funktionella och stabila individuella skillnader i spädbarns numeriska förmågor. Vi utvecklade en procedur för att med hjälp av ögonrörelsekamera kunna mäta spädbarns förmåga att processa numerisk information och magnitudinformation, samt genomförde studier för att undersöka hur sådana förmågor utvecklas hos spädbarn (Lindskog et al., 2019; Schröder et al., 2021a). Vi undersökte också hur individuella förmågor i numerisk diskriminering och magnituddiskriminering var relaterade till varandra (Lindskog et al., 2021), till spädbarns lekförmåga (Lindskog et al., 2021), samt till senare matematiska förmågor (Schröder et al., 2021b).
Under projektets andra del fokuserade vi på frågan om huruvida spädbarns numeriska förmågor går att påverka och vilken typ av intervention, om någon, som kan påverka precisionen i sådana förmågor. Vi genomförde två typer av interventioner. Som beskrivs i projektplanen undersökte vi möjligheten att påverka ANS-skärpan genom en adaptiv procedur som genomfördes med en ögonrörelsekamera. Likt nyligen gjorda studier på äldre barn och vuxna indikerade våra preliminära resultat att det är svårt att påverka ANS direkt även hos spädbarn. Vi undersökte också möjligheten att en lekbaserad intervention inriktad på barns aktiva utforskande skulle kunna påverka skärpan i ANS och andra relaterade förmågor. Resultaten visade att barns förmåga att särskilja små former, en förmåga relaterad till antalsuppfattning, förbättrades av lekinterventionen medan deras antalsuppfattning inte gjorde det (Schröder et al., 2019).
Projektets tre viktigaste resultat samt slutsatser
Projektet har genererat flera intressanta resultat och slutsatser. Det första resultatet är ett dokumenterat samband mellan spädbarns icke-symboliska antalsdiskriminering och deras magnituddiskriminering i små geometriska former (Lindskog et al., 2021). Det finns flera teorier angående egenskaperna hos det kognitiva system som ligger till grund för icke-symbolisk antalsuppfattning. En teori gör gällande att systemet är ett inkapslat och avgränsat grundläggande kognitivt system. Enligt en annan teori är icke-symbolisk antalsuppfattning en del av ett mer omfattande system som kan bearbeta magnituder i olika situationer. Våra resultat bidrar till den pågående debatten genom att indikera ett samband mellan bearbetning av olika typer av magnituder redan från tidig ålder. Även om våra resultat inte slutligen kan avgöra debatten är de mer samstämmiga med idén om generellt magnitudsystem än ett avgränsat nummersystem.
Tidigare forskning har föreslagit att abstrakta begrepp, både allmänt och i matematik, har sin bas i perceptuella upplevelser som kommer från handlingar. Flera studier har också visat på vikten av motorisk och spatial förmåga för akademisk prestation inom STEM-områdena. Vårt andra huvudresultat ger ytterligare en dimension till sådana fynd genom att indikera en koppling mellan spädbarns aktiva utforskande av sin omgivning (och, mer allmänt, deras lekförmåga) och deras förmåga att bearbeta magnituder. Vi finner både att barns tidiga lekförmåga är relaterad till deras senare förmåga att bearbeta magnituder i små geometriska former (Lindskog et al., 2021) samt att förmågan att bearbeta magnituder kan förbättras genom en lekintervention (Schröder et al., 2019). Sammantaget visar dessa resultat att de möjligheter till lärande som ges i barns lek kan påverka grundläggande kognitiva förmågor kopplade till senare matematiska förmågor.
Det finns flera teoretiska förslag angående vilka faktorer som är viktiga för utvecklingen av formella matematiska förmågor. Den centrala hypotesen för projektet, och i själva verket mycket tidigare forskning, var att icke-symbolisk antalsuppfattning är den grund på vilken senare matematisk kunskap byggs. Projektets tredje huvudresultat ger dock en mer nyanserad bild. I en studie som undersökte vilken roll som icke-symbolisk antalsuppfattning, språkförmåga samt arbetsminne har när barn utvecklar en förståelse för de naturliga talen, fann vi att språkförmåga spelade en viktigare roll än icke-symbolisk antalsuppfattning (Schröder et al., 2021b). Dessa resultat ifrågasätter idén om att icke-symbolisk antalsuppfattning lägger grunden för förståelse för de naturliga talen och antyder att tidig matematikinlärning är en process som kräver andra verktyg än en intuitiv känsla för antal.
Nya forskningsfrågor
Den viktigaste nya forskningsfrågan som projektet har genererat är vilken roll spädbarns aktiva utforskande av sin omgivning av har i utvecklingen av tidiga kognitiva förmågor i allmänhet och tidiga numeriska förmågor i synnerhet. Mer allmänt har den forskning som genomförts inom projektet resulterat i en ny hypotes, hypotesen om möjligheter för inlärning, som föreslår att barnens lek (med aktivt utforskande som ett specialfall) ger näring till deras kognitiva utveckling.
När vi undersökte barns tidiga förståelse för de naturliga talen upptäckte vi att språkkunskaper spelade en viktig roll (Schröder et al., 2021b). Resultatet är i linje med tidigare forskning men visar att språkkunskaper är viktigt tidigare i denna utveckling än man förut trott. Däremot spelade barns icke-symboliska antalsuppfattning en mindre viktig roll. Dessa resultat har genererat flera nya forskningsfrågor relaterade till den roll som språket spelar under de tidiga stadierna av att utveckla ett talbegrepp.
Spridning av forskningsresultat och samverkan
Projektets strategi har varit att sprida resultaten genom publicering i högt rankade tidskrifter. Hittills har två artiklar publicerats (Lindskog et al., 2019; Schröder et al., 2019), båda som open access. Manuskript med resultat från projektet som håller på att färdigställas eller som skickas till, men ännu inte accepterade i, peer-review-tidskrifter kommer också att publiceras open access. Dessutom har så många detaljer som möjligt av våra studier (t.ex. förregistrering, studiematerial, data, analysskript, etc.) gjorts öppet tillgängliga (t.ex. Open Science Framework, osf.io). Resultaten från projektet har också spridits via internationella vetenskapliga konferenser, via föreläsningar samt via sociala (t.ex. Facebook, Twitter, etc.) och andra medier (t.ex. tidningar, radio, etc.).