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Svenja Hammerstein

• Computational estimation is an important skill in everyday life as well as in educational contexts. In the last decades, research has found that children use several strategies in computational estimation and that children’s strategy use depends on different parameters. Still, little is known about the underlying cognitive processes. In the present work, we addressed this issue by investigating (1) the influence of individual differences in children’s executive functions on their strategy use and (2) the influence of varying specific task and problem characteristics that are discussed to involve different cognitive processes. In four studies, we asked third and fourth graders to solve computational estimation tasks by rounding the summands. Study 1 addressed the influence of working memory updating. The study found that efficient updating contributed to children’s strategy use and moderated relations with problem characteristics. A deliberate feature of Study 1 was to restrict participants’ strategy choice to the rounding-down and rounding-up strategies. Study 2 in turn investigated children’s strategy use when mixed-rounding was allowed. Results indicated that children did not consider unit digits of both operands jointly. Also, no influence of executive functions could be found. Consequently, in Study 3, children’s strategy selection when they could choose between three versus only two strategies was contrasted and the role of working memory updating was investigated. Indeed, children chose the best available strategy more often when three strategies were available. Importantly, relative strategy selection performance differed with children’s updating capacities. Finally, Study 4 addressed another task variation that is important in everyday life and educational contexts. That is, presentation duration and modality were varied. Data showed that a permanent, written format was most beneficial for children’s strategy use and that children’s updating moderated presentation effects. In sum, the results of the present work could shed some light onto cognitive processes in children’s strategy use in computational estimation. Specifically working memory updating seems to contribute to third and fourth graders strategy use. Interpreting interactions with different task variations, updating most likely influences associative processes, long term memory consolidation and retrieval as well as encoding and calculation processes.
• In alltäglichen Situationen nutzen wir fortwährend Strategien, um kognitive Aufgaben zu bewältigen. So wenden wir beispielsweise Gedächtnisstrategien an, um uns die Inhalte einer Einkaufsliste zu merken, ohne einen Einkaufszettel schreiben zu müssen. Als ein anderes Beispiel nutzen wir Überschlagsrechenstrategien, um zu bestimmen, wie viel wir am Ende des Einkaufs ungefähr für die Lebensmittel bezahlen müssen. Überschlagsrechnen ist jedoch nicht nur ein wichtiger Bestandteil des alltäglichen Lebens, sondern nimmt auch elementare Funktionen im schulischen Kontext ein. So hängt die Fähigkeit von Kindern im Überschlagsrechnen nicht nur mit ihrer Intelligenz (Reys, Rybolt, Bestgen, & Wyatt, 1982) sowie Ergebnissen in arithmetischen Schulleistungstests (Siegler & Booth, 2004) zusammen, sondern hilft Kindern auch, ein besseres Verständnis von anderen mathematischen Konstrukten zu erlangen (Star, Rittle-Johnson, Lynch, & Perova, 2009). Um Überschlagsrechenergebnisse zu erhalten, können Kinder verschiedene Strategien anwenden, welche die genaue Rechnung vereinfachen. Studien konnten zeigen, dass insbesondere jüngere Kinder auf Rundungsstrategien zurückgreifen, um Überschlagsrechnungen zu absolvieren (LeFevre, Greenham, & Waheed, 1993; Lemaire, Lecacheur, & Farioli, 2000). Überdies fanden Studien, dass Personen verschiedene Rundungsstrategien nutzen und diese adaptiv an Aufgabenmerkmale anpassen (Lemaire & Lecacheur, 2002; Xu, Wells, LeFevre, & Imbo, 2014). Verschiedene theoretische Modelle (Lovett & Anderson, 1996; Rieskamp & Otto, 2006; Shrager & Siegler, 1998) gehen davon aus, dass die Strategiewahl bei der Bearbeitung kognitiver Aufgaben assoziative Prozesse beinhaltet. Relative Kosten und Nutzen verfügbarer Strategien werden hierbei aktiviert und diejenige Strategie mit dem größten assoziierten Nutzen sowie den geringsten assoziierten Kosten gewählt. So werden beispielsweise die Genauigkeit des Überschlagsergebnisses sowie die Komplexität der Strategieprozedur in die Strategiewahl einbezogen. Trotz des wachsenden Interesses an Überschlagsrechenstrategien von Kindern in den letzten Jahren, ist das Wissen über die dahinter liegenden kognitiven Prozesse sowie einflussnehmende Faktoren begrenzt. Daher lag der Fokus der vorliegenden Arbeit auf ebenjenen kognitiven Prozessen während der Nutzung von Überschlagsstrategien. Hierzu wurden in vier Studien zwei zentrale Forschungsinhalte verfolgt: (1) Wie wirken sich individuelle Unterschiede in exekutiven Funktionen auf Überschlagsrechenstrategien aus und (2) wie wirkt sich die Variation von verschiedenen Aufgabenmerkmalen auf Überschlagsstrategien aus, welche mit kognitiven Prozessen assoziiert sind? In den letzten Jahrzehnten konnten zahlreiche Studien zeigen, dass exekutive Funktionen eine wichtige Rolle für schulische Leistungen einnehmen. Exekutive Funktionen sind höhergeordnete Prozesse, welche andere kognitive Prozesse während zielgerichteten Handelns steuern (Friedman & Miyake, 2017). Drei zentrale exekutiven Funktionen, auf welche in der Literatur zumeist Bezug genommen wird, sind Inhibition, Shifting und Arbeitsgedächtnis Updating (Diamond, 2013; Miyake et al., 2000). Inhibition beschreibt Prozesse der Hemmung automatischer oder dominanter Reaktionen sowie des Ausblendens irrelevanter Reize. Shifting bezieht sich auf die Fähigkeit, zwischen verschiedenen Aufgaben oder kognitiven Anforderungen zu wechseln. Updating beschreibt die Koordination sowie Manipulation von Arbeitsgedächtnisinhalten. Im arithmetischen Bereich scheint insbesondere die exekutive Funktion des Updatings einen zentralen Einfluss auszuüben (Friso-van den Bos, van der Ven, Kroesbergen, & van Luit, 2013; Lechuga, Pelegrina, Pelaez, Martin-Puga, & Justicia, 2016; St Clair-Thompson, & Gathercole, 2006; van der Ven, Kroesbergen, Boom, & Leseman, 2012). Trotz dieser Befunde wurde jedoch der Einfluss von Updating bislang in keiner Studie zum arithmetischen Strategiegebrauch untersucht. Daher lag der Fokus von Studie 1 auf der Rolle von Updating für den Rundungsstrategiegebrauch bei Grundschulkindern. Hierzu bearbeiteten 158 Drittklässler sowie 150 Viertklässler Überschlagsrechenaufgaben. Sie wurden darin angeleitet, eine von zwei Rundungsstrategie zu nutzen: die Abrundungsstrategie (d.h. beide Summanden abzurunden) oder die Aufrundungsstrategie (d.h. beide Summanden aufzurunden). ...