Liikkumisen ja matemaattisten taitojen kehityksen monimutkainen suhde – Pienten lasten oppiminen ja liikkuminen

Vieraskynässä Pirjo Aunio

Tällä hetkellä aikuisilla on monta lasten oppimiseen liittyvää huolta: mediassa tuodaan esiin, että lapset liikkuvat liian vähän ja että, matematiikan oppimistulokset jatkavat laskuaan. Itselleni tutkijana heräsi kysymys siitä, kuinka paljon nämä asiat ovat yhteydessä toisiinsa. Esimerkiksi liikuntatieteellinen tutkimus raportoi, että liikkuminen ja matematiikan osaaminen korreloivat kouluikäisillä lapsilla (Jaakkola et al., 2021).  Koska korrelaatio ei kuitenkaan kerro kausaliteetista, syy ja seuraus suhteesta, onko liikkumisen ja matemaattisten taitojen kehityksen välillä todellinen kausaaliyhteys? Tätä lähdimme tutkimaan yhdessä oman tutkimusryhmäni kanssa loppuvuodesta 2019. Halusimme selvittää, millaisesta kehityksellisestä ilmiöstä on kyse silloin, kun akateemisten taitojen oppiminen on alussa. Tässä vieraskynässä kerron lyhyesti Toimi ja Opi-tutkimuksemme taustoista ja uusimmista pitkittäisaineiston ja interventio-tutkimuksemme tuloksista.

Tutkimuksellinen lähtökohta lasten liikkumisen ja oppimisen tutkimiseen

Matemaattiset varhaistaidot tarkoittavat meidän tutkimusryhmän työssä sitä, että tarkastelemme lasten matemaattisten suhdetaitojen ja laskemisen taitojen kehitystä (Aunio & Räsänen, 2016). Matemaattisia suhdetaitoja lapset harjoittelevat esimerkiksi lukumääriä vertailemalla, luokittelemalla ja sarjoittamalla. Tämän lisäksi he oppivat yksi-yhteen suhteen merkityksen. Laskemisen taidot sisältävät lukujonon luettelemisen, konkreettien lukumäärien laskemisen sekä yksinkertaiset yhteen- ja vähennyslaskut. Toiminnanohjauksen taitojen tiedetään olevan tärkeitä akateemisten taitojen oppimisen kannalta ja yhteydessä myös varhaisten matemaattisten taitojen oppimiseen (Bull et al., 2008; Duran et al., 2018). Toiminnanohjauksen taidoista me keskitymme erityisesti työmuistiin, inhibitioon ja kognitiiviseen joustavuuteen. Työmuistilla tarkoitamme kykyä pitää mielessä ja muokata tietoa lyhytaikaisessa muistissa, kun lapsi tekee tehtävää. Inhibitio on kyky ehkäistä tehtävän kannalta epäolennaisten ärsykkeiden vaikutusta tehtävän tekemisen. Kognitiivinen joustavuus on kyky vaihtaa sujuvasti suoritustapaa esimerkiksi tehtävän ohjeiden muuttuessa. Näiden kaikkien on todettu olevan eri tavoin yhteydessä motoristen perustaitojen oppimiseen ja liikkumisaktiivisuuteen (Schmidt et al., 2017), vaikkakin pieniä lapsia koskevia tuloksia on vähän. Me halusimme tuottaa lisää luotettavaa tietoa koskien liikkumisen, motoristen perustaitojen, toiminnanohjauksen ja matemaattisten varhaistaitojen oppimisesta. Tarkastelimme tätä kehitysdynamiikkaa pitkittäisaineistojen ja interventiomenetelmien avulla.

Liikkumisen määrää ja kuormittavuutta koskevaa tietoa keräsimme käyttämällä lantiolle puettavia kiihtyvyysmittareita (ActiGraph wGT3X-BT). Mittarit olivat vyöllä kiinni lasten lantiolla viikon ajan. Motorisia perustaitoja mittasimme tekemällä lasten kanssa tehtäviä, joissa lapset esimerkiksi heittivät palloa, tasapainoilivat rimojen päällä ja hyppivät (Henderson et al., 2007; Kiphard & Schilling, 2007; Ulrich, 2019). Toiminnanohjauksen tehtävät (työmuisti, inhibitio, kognitiivinen joustavuus) lapset tekivät tietokoneella (Lee et al., 2013). Matemaattisia varhaistaitoja arvioimme käyttämällä matemaattisia suhdetaitoja ja laskemisen taitoja mittaavia tehtäviä (Van Luit et al., 2006). Tutkimusavustajat tekivät tehtävät lasten kanssa yksilöllisesti rauhallisessa tilassa päiväkodissa. Tutkimukseemme osallistui noin 350 lasta, joiden kehityksen seuraamisen aloitimme 3- ja 4-vuoden iässä.

Fyysisen aktiivisuuden, motoristen taitojen, toiminnanohjauksen ja varhaisten matemaattisten taitojen yhteys

Aiempien tutkimusten perusteella ajattelimme, että mitä enemmän lapsi liikkuu (määrä ja kuormittavuus) sitä paremmat motoriset taidot hänellä on, ja siihen on yhteydessä paremmat toiminnanohjauksen taidot, jotka puolestaan tukevat hyvää matemaattisten taitojen oppimista. Suomalainen aineistomme osoittaa, että kehitysdynamiikka ei ole kuitenkaan näin yksinkertainen (Vanhala et al., 2023; 2024). Päätuloksemme osoittavat, että parempi toiminnanohjaus, erityisesti inhibitio ja kognitiivinen joustavuus, ennustaa nopeampaa kehitystä motorisissa taidoissa, kun taas paremmat motoriset taidot olivat yhteydessä hitaampaan kehitykseen inhibitiossa ja kognitiivisessa joustavuudessa (Vanhala et al. 2024). Tätä voi selittää se, että kun lapsella on hyvä kyky estää häiriötekijöitä tehtävää tehdessä ja kykenee vaihtamaan ohjeen seuraamista tehtävän aikana, voi se auttaa lasta oppimaan uusia taitoja, kuten tässä motorisia taitoja. Sen sijaan se, että lapsella oli hyvät motoriset taidot eli ns. taitava liikkuja, ei välttämättä tarkoittanut, että lapsen toiminnanohjauksen taidot kehittyvät hyvin. Fyysisen aktiivisuuden määrä ei tässä tutkimuksessa ennustanut motoristen taitojen, toiminnanohjauksen tai matemaattisten taitojen kehitystä. Toiminnanohjauksesta erityisesti työmuistin kehitys osoittautui tärkeäksi ennustajaksi myöhemmille matemaattisille taidoille.

Voiko motoristen ja varhaisten matemaattisten taitojen harjoittelu yhdessä olla hyödyllistä?

Yksi meitä kiinnostanut asia oli, voiko liikunnan avulla tehostaa heikkojen osaajien matemaattisten perustaitojen oppimista päiväkodeissa. Varhaisten matemaattisten perustaitojen tutkimukseen perustuvia harjoitusohjelmia on olemassa (Aunio et al. 2021; Hassinger-Das et al., 2015; Mononen et al., 2021), joiden avulla heikot osaajat ovat kehittyneet taidoissaan. Valitettavasti usein osaaminen heikkeni uudelleen, kun harjoittelu lopetettiin (Dennis et al., 2016; Mononen et al., 2014). Tästä syystä halusimme selvittää, onko mahdollista, että liikunnan lisääminen voisi auttaa pysyvien oppimisvaikutusten saavuttamisessa. Tämän työn aluksi teimme kaksi systemaattista kirjallisuuskatsausta. Näissä katsauksissa analysoimme sellaisia aiempia tutkimuksia, missä oli tutkittu 3–7-vuotiaiden lasten oppimiseen ja liikkumiseen liittyviä harjoitusohjelmia, jossa harjoitusten vaikutusta mitattiin kognitiivisiin ja varhaisiin akateemisiin taitoihin (Jylänki et al., 2022 a; 2022b). Tuloksemme osoittivat, että etenkin sellaiset ohjelmat, jossa yhdistettiin motoristen ja varhaisten akateemisten taitojen harjoittelua, olivat hyödyllisiä oppimisen kannalta.  Siksi kehitimme matemaattisia ja motorisia taitoja harjoittavan Toimi ja opi -harjoitusohjelman. Nancy Jordan ja hänen kollegansa olivat kehittäneet Yhdysvalloissa tehokkaan harjoitusohjelman, jossa matemaattisia käsitteitä harjoiteltiin mm. lukemalla lasten kanssa kirjoja, joissa oli runsaasti matemaattista käsitteistöä (vertailun, luokittelun, sarjoittamisen ja yksi-yhteen suhteen ymmärtämisen käsitteitä; Hassinger-Das et al., 2015). Hyödynsimme Jordanin ja kollegoiden harjoitusohjelmaa pohjana ja etsimme Suomen kontekstiin sopivia lasten kirjoja, joissa oli runsaasti matemaattisia suhdekäsitteitä. Harjoitusohjelmassa yhdistimme kirjojen lukemiseen matemaattisia ja motorisia harjoitteita, joissa harjoiteltiin kirjoissa esiintyviä matemaattisia käsitteitä. Tähän mennessä olemme kokeilleet Toimi ja opi -harjoitusohjelmaa useamman lapsiryhmän kanssa, ja tulokset ovat olleet lupaavia. Erityisen hienoa on ollut huomata, että harjoitusohjelman aikana opitut matemaattiset suhdetaidot taidot ovat pysyneet harjoittelun päättymisen jälkeen (Jylänki et al., 2023). Harjoitusohjelma on ilmaiseksi ladattavissa tutkimusryhmämme sivuilta https://www.helsinki.fi/fi/tutkimusryhmat/matemaattiset-oppimisvaikeudet/materiaalit/harjoitusohjelmat

Lopuksi

Lasten liikkumisen, motoristen taitojen, toiminnanohjauksen ja matemaattisten taitojen kehityksellinen suhde on monimutkainen. Suoraviivaisesti ei voida sanoa, että kun lapset liikkuvat enemmän, he oppivat paremmin. Se voidaan kuitenkin sanoa, että erilaiset motoriset, kognitiiviset ja varhaiset akateemiset taidot ovat yhteydessä toisiinsa. Tällä hetkellä ajattelemme, että kun lasten kanssa harjoitellaan matemaattisia varhaistaitoja eri tavoin, esimerkiksi osana liikunnallisia pelejä, joissa taitojen harjoitteleminen on keskeinen osa, oppiminen on tehokkaampaa ja vaikuttavampaa.

Kuvituskuvat Pixabay

Lähdeluettelo

Aunio, P., & Räsänen, P. (2016). Core numerical skills for learning mathematics in children aged five to eight years–a working model for educators. European early childhood education research journal, 24(5), 684-704. https://doi.org/10.1080/1350293X.2014.996424

Bull, R., Espy, K. A., & Wiebe, S. A. (2008). Short-term memory, working memory, and executive functioning in preschoolers: Longitudinal predictors of mathematical achievement at age 7 years. Developmental neuropsychology, 33(3), 205-228. https://doi.org/10.1080/87565640801982312

Aunio, P. Korhonen, J., Ragpot, L., Törmänen, M., & Henning, E. (2021). An early numeracy intervention for first graders at risk for mathematical learning difficulties. Early Childhood Research Quarterly, 55, 252–262. https://doi.org/10.1016/j.ecresq.2020.12.002

Duran, C. A., Byers, A., Cameron, C. E., & Grissmer, D. (2018). Unique and compensatory associations of executive functioning and visuomotor integration with mathematics performance in early elementary school. Early Childhood Research Quarterly, 42, 21-30. https://doi.org/10.1016/j.ecresq.2017.08.005

Hassinger-Das, B., Jordan, N. C., & Dyson, N. (2015). Reading stories to learn math: mathematics vocabulary instruction for children with early numeracy difficulties. The Elementary School Journal, 116(2), 242–264. https://www.journals.uchicago.edu/doi/10.1086/683986

Henderson, S. E., Sugden, D. A., & Barnett, A. L. (2007). Movement Assessment Battery for Children-2 second edition (Movement ABC-2) The Psychological Corporation. London, UK.

Jaakkola, T., Hakkarainen, A., Gråsten, A., Sipinen, E., Vanhala, A., Huhtiniemi, M., … & Aunio, P. (2021). Identifying childhood movement profiles and comparing differences in mathematical skills between clusters: A latent profile analysis. Journal of Sports Sciences, 39(21), 2503-2508. https://doi.org/10.1080/02640414.2021.1949114

Jylänki, P., Mbay, T., Byman, A., Hakkarainen, A., Sääkslahti, A. & Aunio, P. (2022a). Cognitive and Academic Outcomes of Fundamental Motor Skill and Physical Activity Interventions Designed for Children with Special Educational Needs: A Systematic Review. Brain Sci., 12, 1001. https://doi.org/10.3390/brainsci12081001

Jylänki, P., Mbay, T., Hakkarainen, A., Sääkslahti, A. & Aunio , P. (2022b). The effects of motor skill and physical activity interventions on preschoolers’ cognitive and academic skills: A systematic review. Preventive Medicine, vol. 155, 106 948. https://doi.org/10.1016/j.ypmed.2021.106948

Jylänki, P., Sipinen, E., Mbay, T., Sääkslahti, A., & Aunio, P. (2023). Combining Numerical Relational and Fundamental Motor Skills to Improve Preschoolers’ Early Numeracy: A Pilot Intervention Study. International Journal of Early Childhood, 55(1), 131–154. https://doi.org/10.1007/s13158-022-00329-8

Kiphard, E. J., & Schilling, F. (1974). Körperkoordinationstest für kinder: KTK. Beltz.

Lee, K., Bull, R., & Ho, R. M. (2013). Developmental changes in executive functioning. Child development, 84(6), 1933-1953. https://srcd.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1111/cdev.12096

Mononen, R., Aunio, P. & Leijo, S. (2021). Esiopetusikäisten lasten matemaattisten taitojen tukeminen ThinkMath –interventiolla. NMI-Bulletin, 31 (3), 43–63.

Rintala, P. O., Sääkslahti, A. K., & Iivonen, S. (2017). Reliability assessment of scores from video-recorded TGMD-3 performances. Journal of Motor Learning and Development, 5(1), 59-68. https://doi.org/10.1123/jmld.2016-0007

Schmidt, M., Egger, F., Benzing, V., Jäger, K., Conzelmann, A., Roebers, C. M., & Pesce, C. (2017). Disentangling the relationship between children’s motor ability, executive function and academic achievement. PloS one, 12(8), e0182845. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0182845

Ulrich, D.A. (2019) Test of gross motor development (3rd ed.), Pro-Ed

Van Luit, J.E.H., Van de Rijt, B. A.M. & Aunio, P. (2006). Lukukäsitetesti [Utrechtse Getalbegrip Toets, The Early Numeracy Test for Toddlers]. Finnish manual. Helsinki, Finland: Psykologien kustannus.

Vanhala, A., Haapala, E. A., Sääkslahti, A., Hakkarainen, A., Widlund, A., & Aunio, P. (2023). Associations between physical activity, motor skills, executive functions and early numeracy in preschoolers. European journal of sport science, 23(7), 1385-1393. DOI:10.1080/17461391.2022.2092777

Vanhala, A., Widlund, A., Korhonen, J., Haapala, E. A., Sääkslahti, A., & Aunio, P. (2024). Developmental Associations of Fundamental Motor Skills and Executive Functions in Preschoolers—The Role of the Physical Activity and the Effects on Early Numeracy. Trends in Neuroscience and Education, 100220. https://doi.org/10.1016/j.tine.2024.100220