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Hirnforschung

Fingertraining verbessert Rechenfähigkeiten

Mit den Fingern rechnen ist in der Schule oft unerwünscht. Neurowissenschaftler sehen das anders: Unsere Finger spielen beim mathematischen Verstehen eine Schlüsselrolle. Didaktisch fundierte „Fingerübungen“ dazu finden sich im Netz.

Hirnforschung: Fingertraining verbessert Rechenfähigkeiten Wenn das Rechnen mit den Fingern durch ein Fingertraining abgelöst wird, verbessert es die Rechenfähigkeit © Daniel Jedzura - Fotolia.com

Mit den Fingern rechnen — ja oder nein? Und wenn ja, wie lange? Das sind in Lehrer- und Elternforen gleichermaßen oft und kontrovers diskutierte Fragen: Unter Lehrern sind die Meinungen geteilt: Die einen raten, schon in der ersten Klasse möglichst „schnell auf anderes Material“ („Plättchen etc.“) umzusteigen, weil „man nicht genug Finger hat um alle Aufgaben lösen zu können“ (vgl. lehrerforen.de, Link s. o.). Andere nehmen von einem Verbot Abstand, weil die Schüler dann ja doch nur „die Finger unter der Bank benutzen“. Insgesamt spiegeln jedoch die Forumsbeiträge eine weit verbreitete Ansicht in der Mathematikdidaktik wieder: Es sind eher die rechenschwachen Schüler, die nach der ersten Jahrgangsstufe noch mit den Fingern rechnen.

Jo Boaler, Professorin für Mathematikdidaktik an der Universität Stanford, hält dies für einen fatalen Irrglauben: „Fingers are probably our most useful visual aid, critical to mathematical understanding, and brain development, that endures well into adulthood“ [„Finger sind wahrscheinlich unsere wichtigste visuelle Hilfe und entscheidend für mathematisches Begreifen und für die Entwicklung des Gehirns bis weit ins Erwachsenenalter hinein.“], schreibt sie in ihrem im April 2016 erschienenen Forschungsbericht „Seeing as Understanding: The Importance of Visual Mathematics for Brain and Learning“ (S. 4). Doch wie funktioniert mathematisches Verstehen im menschlichen Gehirn?

Mentales Fingerrechnen

Verschiedene neurowissenschaftliche Studien deuten darauf hin, dass beim Rechnen die Regionen des Gehirns eine Schlüsselrolle spielen, die für die Fingerdiskrimination entscheidend sind, also für die Fähigkeit, Reize durch Tasten mit den Fingern einordnen zu können. „We ‚see‘ a representation of fingers in our brains when we calculate, even when we do not use fingers in a calculation“, schreibt Jo Boaler in ihrem oben verlinkten Beitrag (S. 3). (Vgl. dazu auch einen Artikel im Spiegel, der die Eckpunkte des Forschungsberichts in deutscher Sprache zusammenfasst).

Jo Boaler bezieht sich damit u. a. auf die Ergebnisse einer Studie von Ilaria Berteletti und James R. Booth, die im März 2015 in der Zeitschrift frontiers in Psychology mit dem Titel „Perceiving fingers in single-digit arithmetic problems“) veröffentlicht wurden. Schüler zwischen 8 und 13 Jahren sollten komplexe Minusaufgaben lösen. Obwohl sie dabei ihre Finger nicht benutzten, wurde die somatosensorische Hirnregion zur Wahrnehmung der Finger („somatosensory finger area of the brain“) aktiviert. (Boaler, Link s. o., S. 3)

Weiterführende Hinweise:

Wilhelm Schippers vielseitige „Übungen zur Prävention von Rechenstörungen“ mit Materialkommentar“ setzen auf Tast- und visuelle Übungen, um verfestigtes zählendes Rechnen aufzulösen.

Anna Susanne Steinweg, Professorin für Didaktik der Mathematik an der Universität Bamberg, präsentiert in ihrem Beitrag „Rechnest du noch mit den Fingern? — Aber sicher!“ (ab S. 124) „Aktivitäten und Möglichkeiten des sinnvollen und sicheren Fingerrechnens“.

Grundschullehrerin Annette Holl beginnt bereits in der ersten Klasse mit Kopfrechnen, um sich vom Fingerzählen zu lösen. Mehrere ihrer Übungen finden sich auf der Website elternwissen.com.

Fingerrechnen — das geht auch im Zahlenraum bis 100, wie dieses Video beweist. In dem zugehörigen PDF findet man noch einmal alles zum Nachlesen.

Chisanbop ist eine koreanische Fingerrechenmethode, die sich fürs Zählen und für die Grundrechenarten eignet.

Berteletti und Booth (Link s. o.) fanden außerdem, dass komplexere Subtraktionen eine höhere somatosensorische Aktivität hervorriefen. Interessanterweise gingen bessere Leistungen bei Minusaufgaben mit geringerer somatosensorischer Aktivität einher, so die beiden Wissenschaftler. Berteletti und Booth fassen zusammen: „Our results support the importance of fine-grained finger representation in arithmetical skill and are the first neurological evidence for a functional role of the somatosensory finger area in proficient arithmetical problem solving, in particular for those problems requiring quantity manipulation.“

Finger-Gnosie trainiert Rechenfähigkeit

In eine ähnliche Richtung gehen weitere kognitionswissenschaftliche Studien.

Marcie Penner-Wilger, Kognitionsforscherin an der Western University in London Ontario in Kanada, beobachtete sowohl bei Schülern im Grundschulalter als auch bei Studenten einen direkten Zusammenhang zwischen Rechenfähigkeiten, Finger-Gnosie und der Fähigkeit, Mengen einzuschätzen. (Marcie Penner-Wilger et al.: „Subitizing and Finger Gnosis Predict Calculation Fluency in Adults“, S. 1). — Finger-Gnosie bedeutet dabei „die Unterscheidbarkeit einzelner Finger ohne visuellen Input“, erläutern Psychologen der Universität Tübingen in dem „Infobrief Schulpsychologie BW“ mit dem Titel „Hilft Fingerrechnen in der ersten Klasse beim Rechnen-Lernen?“.

Verbessert ein Training der Finger-Gnosie bei Kindern auch deren mathematischen Fähigkeiten? Im Jahr 2008 veröffentlichten die beiden Psychologinnen Maria Gracia-Bafalluy (Universität von Saragossa) und Marie-Pascale Noël (Université Catholique von Louvain, Belgien) die Ergebnisse einer Studie, die diesen Schluss nahelegen. Der Neurowissenschaftler Manfred Spitzer fasst in seinem Aufsatz „Finger, Zahl, Raum“ in der Zeitschrift „Geist & Gehirn“ das Wesentliche in deutscher Sprache zusammen (S. 775):

47 Erstklässler wurden in drei Gruppen aufgeteilt:

  • In Gruppe 1 Kinder mit gering ausgeprägter Finger-Gnosie, die trainiert wurde,
  • in Gruppe 2 ebenfalls Kinder mit gering ausgeprägter Finger-Gnosie, die das Verstehen von Geschichten trainierte (Kontrollgruppe),
  • in Gruppe 3 Kinder mit gut ausgeprägter Finger-Gnosie, die einfach nur ganz normal die Schule besuchten.

Die Gruppen 1 und 2 trainierten acht Wochen lang wöchentlich zwei Mal eine halbe Stunde. Danach zeigte sich, dass in Gruppe 1 nicht nur die Finger-Gnosie zugenommen hatte: „ Die Kinder konnten zudem Zahlen besser mit ihren Fingern repräsentieren und schnitten in Aufgaben zur Quantifizierung besser ab“, so Spitzer (ebd.).

Offenbar verbessert das Fingertraining automatisch auch die Rechenfähigkeiten. — Eine wichtige Erkenntnis für die mathematikdidaktische Arbeit mit „verfestigten Zählern“ und rechenschwachen Kindern in den ersten Jahrgangsstufen.

Vor dem Hintergrund dieser jüngeren kognitionswissenschaftlichen Forschung schlussfolgert Jo Boaler: „When we stop students using fingers we stop an important part of their mathematical development“ und empfiehlt: „Focus on finger discrimination and encourage finger use.“ (S. 11)

Hirnforschung: Übergang vom Zählen zum Erinnern

Kinder im Grundschulalter lösen sich aufgrund ihrer neurophysiologischen Entwicklung zunehmend vom zählenden Rechnen und setzen mehr und mehr gedächtnisbasierte Strategien ein. Der Neurowissenschaftler Shaozheng Qin erforschte mit Kollegen der Stanford University School of Medicine, was dabei im Gehirn passiert. (Vgl. dazu: Nadja Podbregar, „Das große Umschalten“ auf der Website des Magazins „bild der wissenschaft“)
Qin ließ dazu 28 Schulkinder im Alter von 7 bis 9 Jahren einstellige Zahlen addieren und befragte sie danach, ob sie die Aufgaben durch innerliches Zählen gelöst hätten oder ob ihnen die richtige Antwort einfach eingefallen war. Danach bekamen die Kinder noch einmal einfache Rechnungen gestellt, wobei ihre Hirnaktivitäten mittels funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) aufgezeichnet wurden. Ein Jahr später wiederholten die Forscher die Prozedur mit den gleichen Kindern.

„Übereinstimmend mit unserer Hypothese nehmen gedächtnisbasierte Strategien zu, das Zählen nimmt ab“, so die Wissenschaftler. Die Gehirnscans zeigten dann eine erhöhte Aktivität des Hippocampus, eines Areals, das „für die Umwandlung von neu Gelerntem in dauerhafte Erinnerungen“ sorgt und „neue Informationen in bereits existierendes Wissen“ einordnet. Der Hippocampus war zudem stärker mit der Hirnrinde verknüpft und damit mit „den Bereichen des Denkorgans, die bei Erwachsenen die Hauptrolle beim Lösen mathematischer Aufgaben spielen.“ (Ebd.)

Die Experimente hätten auch gezeigt: „Je früher und vollständiger dieses Umschalten [vom zählenden Rechnen auf gedächtnisbasierte Strategien] stattfindet, desto leichter fällt den Kindern das Rechnen — und desto besser sind später ihre Leistungen in Mathematik“, betonen die Forscher.

Bleibt die Gretchenfrage: Wie lange konkret sollten die Kinder mit den Fingern zählen dürfen? Sollte fingerzählendes Rechnen von Schulanfängern tatsächlich „möglichst bald durch fingerlose Rechenstrategien abgelöst“ werden? „Die Befundlage ist (…) bisher nicht eindeutig“, schreibt Diplompsychologin Mirjam Wasner auf der Website der PH Ludwigsburg. Mit ihrem Promotionsprojekt möchte sie diese Forschungslücke schließen „und die empirische Basis dafür schaffen, ab wann und bis wann Fingerrechnen im schulischen Alltag gefördert bzw. unterbunden werden sollte.“ Ihre Dissertation an der Universität Tübingen zum Thema „Der Einfluss von Fingerrechnen auf die numerischen Leistungen“ wird voraussichtlich Anfang 2017 erscheinen.

Martina Niekrawietz

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