DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e29831
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38742079
تاريخ النشر: 2024-04-30
المؤلف: Estíbaliz Aragón وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجوانب المعرفية والتنموية لمهارات الرياضيات
نظرة عامة
تستقصي الدراسة تأثير استراتيجيات تدريس الرياضيات المختلفة على التعلم الرياضي المبكر بين طلاب المدارس الابتدائية، مع التركيز بشكل خاص على مقارنة الخوارزمية المفتوحة المعتمدة على الأرقام (ABN) والخوارزمية المغلقة المعتمدة على الرموز (CBC). تم تقييم عينة من 114 طالبًا، تتراوح أعمارهم بين 74 إلى 84 شهرًا، باستخدام أدوات تقييم معرفية وأداء معتمدة. أظهرت التحليلات أنه على الرغم من أن استراتيجية التدريس لم تؤثر بشكل كبير على معظم العوامل المعرفية، إلا أن اختلافات ملحوظة ظهرت في الذكاء السائل، والذاكرة اللفظية قصيرة المدى، وذاكرة العمل البصرية المكانية. أظهر الطلاب الذين تم تعليمهم باستخدام طريقة ABN أداءً متفوقًا في الذاكرة اللفظية قصيرة المدى وذاكرة العمل البصرية المكانية، بينما تفوق أولئك في مجموعة CBC في الذكاء السائل.
تشير النتائج إلى أن نوع المدرسة (عامة أو خاصة) أو طريقة التدريس وحدها لم تحدد الأداء الرياضي. بدلاً من ذلك، لعبت العوامل المعرفية دورًا حاسمًا في التأثير على كفاءة الطلاب الرياضية. تختتم الدراسة بأن كلا المنهجين التعليميين يمكن أن يعززا قدرات معرفية مختلفة، مما يشير إلى أن الاستراتيجيات التعليمية يجب أن تركز على تعزيز المهارات العامة التي تؤثر ليس فقط على الرياضيات ولكن أيضًا على الأداء الأكاديمي الأوسع. قد تؤدي التحفيزات المعرفية المستمدة من هذه الطرق إلى تحسين النتائج التعليمية العامة للطلاب، ممتدةً إلى ما هو أبعد من حدود الممارسات التربوية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الاهتمام المتزايد بتعليم الرياضيات، خاصة بسبب الآثار الاجتماعية لصعوبات التعلم الرياضي بين طلاب المدارس الابتدائية. تؤكد على ضرورة تطوير الطلاب لمهارات رياضية قوية لضمان نجاحهم التعليمي المستقبلي ومساهماتهم في المجتمع. يتم مناقشة منهجيات التدريس المختلفة، بما في ذلك التعلم النشط والاكتشاف وتعليم الرياضيات الواقعية (RME)، مع التركيز على النهج المبتكر للخوارزمية المفتوحة المعتمدة على الأرقام (ABN). تتيح هذه الطريقة للطلاب التفاعل مع الرياضيات وفقًا لسرعتهم الخاصة وتؤكد على فهم الأرقام ككيانات كاملة بدلاً من أرقام مجردة.
تشير نتائج الأبحاث إلى أن الطلاب الذين تم تعليمهم باستخدام طريقة ABN يتفوقون على أقرانهم في منهجيات الخوارزميات المغلقة المعتمدة على الرموز (CBC)، خاصة في المهام المتعلقة بالتقدير والتطبيق العملي للمعرفة الرياضية. أظهرت الدراسات اختلافات كبيرة في كل من الفهم الرياضي غير الرسمي والرسمية بين المجموعتين، حيث أظهر طلاب ABN أداءً متفوقًا في المهام العددية الواقعية. بالإضافة إلى ذلك، تختلف الملفات التعريفية المعرفية بين طريقتي التدريس، مما يشير إلى أن نهج ABN قد يعزز مهارات معرفية محددة، مثل ذاكرة العمل البصرية المكانية، والتي تعتبر حاسمة لحل المشكلات الرياضية. تمهد المقدمة الطريق لاستكشاف كيفية تحسين منهجيات التدريس لتحسين نتائج تعلم الرياضيات المبكرة.
طرق البحث
في قسم الطرق، توضح الدراسة خصائص العينة والتقييمات التي أجريت على كل من المتغيرات المستقلة والتابعة. خضع المشاركون لتقييمات متنوعة لتقييم مهاراتهم الرياضية، والذاكرة، والذكاء، مع تقديم ملخص لأدوات التقييم في الجدول 2. يتم وصف إجراء التدخل، مع تسليط الضوء على الاختلافات بين طريقتي تدريس الرياضيات: الخوارزميات المغلقة المعتمدة على الرموز (CBC) والخوارزمية المفتوحة المعتمدة على الأرقام (ABN)، كما هو ملخص في الجدول 1.
تؤكد طريقة CBC على الحفظ والتكرار وطرق الحساب الثابتة، مما يؤدي غالبًا إلى صعوبات في الاختبارات الكتابية وكراهية عامة للرياضيات بين الطلاب. على النقيض من ذلك، تعزز طريقة ABN التفكير والمرونة في حل المشكلات، باستخدام سيناريوهات من العالم الحقيقي لتعزيز الدافع وتحسين النتائج. تختتم الدراسة بمخطط للتحليلات الإحصائية التي تم إجراؤها على البيانات المجمعة، على الرغم من عدم تفصيل الطرق المحددة في هذا القسم.
النتائج
تم تحليل نتائج الدراسة باستخدام نموذج مختلط خطي، مع التركيز على الكفاءة الرياضية المبكرة (EMC) كمتغير تابع، تم تقييمه من خلال مقاييس UENT-R. تضمن النموذج عوامل ثابتة وعشوائية ومتغيرة، بما في ذلك النهج التعليمي (ABN/CBC) ونوع المدرسة (خاصة مقابل عامة). أشارت النتائج إلى أن الطلاب في المجموعة التجريبية (ABN) تفوقوا على أولئك في المجموعة الضابطة (CBC) عبر معظم المتغيرات، باستثناء الذاكرة العاملة اللفظية. ضمن المجموعة الضابطة، تفوق طلاب المدارس الخاصة في أربعة من ستة متغيرات، بما في ذلك الكفاءة الرياضية والذكاء السائل.
تناولت مناقشة النتائج فرضيتين. كانت الفرضية الأولى (H1) تفترض أن الطلاب من مجموعة ABN سيظهرون أداءً متفوقًا في المؤشرات العامة للرياضيات. وقد تم دعم ذلك إلى حد كبير، حيث أظهرت مجموعة ABN درجات أعلى في معظم المتغيرات المعرفية، خاصة في المهارات البصرية المكانية، التي تعتبر حاسمة لتمثيل المفاهيم الرياضية. اقترحت الفرضية الثانية (H2) أن التفاعل بين طريقة التدريس ونوع المدرسة سيؤثر بشكل كبير على الكفاءة الرياضية. ومع ذلك، كشفت التحليلات عن عدم وجود اختلافات كبيرة بناءً على هذه العوامل الفئوية، مما يشير إلى أن طريقة التدريس ونوع المدرسة لم تؤثر بشكل ملحوظ على EMC في سن مبكرة. يتماشى هذا مع الأبحاث السابقة التي تشير إلى أنه بينما قد تؤثر طرق التدريس على الأداء، قد يكون لنوع المدرسة تأثير معتدل على هذا التأثير.
مناقشة
هدفت الدراسة إلى التحقيق في العلاقة بين المتغيرات المعرفية – تحديدًا الذكاء السائل، والذاكرة اللفظية والبصرية المكانية قصيرة المدى، وذاكرة العمل – والأداء الرياضي، مع الأخذ في الاعتبار تأثير طرق التدريس (ABN مقابل CBC) وأنواع المدارس (عامة مقابل خاصة). افترضت الفرضيات أن هذه العوامل المعرفية ستفسر التباين في الكفاءة الرياضية وأن طريقة التدريس وخصائص المدرسة ستؤثر بشكل كبير على الأداء. أشارت النتائج إلى أنه بينما كانت الذاكرة اللفظية قصيرة المدى والذكاء السائل مؤشرات مهمة للكفاءة الرياضية، لم تُظهر الذاكرة البصرية المكانية وذاكرة العمل قوة تفسيرية مماثلة. ومن الجدير بالذكر أن طريقة التدريس لم تؤثر بشكل كبير على الأداء الرياضي، مما يشير إلى أن العوامل المعرفية كانت أكثر تأثيرًا.
تسلط نتائج هذا البحث الضوء على أهمية تعزيز المهارات العامة في التعليم المبكر لتعزيز الكفاءة الرياضية. تدعو الدراسة إلى دمج تطوير المهارات المعرفية في الممارسات التربوية، خاصة للطلاب المعرضين لمخاطر صعوبات التعلم الرياضي. يجب أن تأخذ الأبحاث المستقبلية في الاعتبار التحكم في الذاكرة العاملة اللفظية لاستكشاف الفروق بين طرق التدريس بشكل أكبر. بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى الحاجة إلى برامج تدريب معلمين قائمة على الأدلة تركز على استراتيجيات مبتكرة لتعليم الرياضيات، مما يحسن النتائج التعليمية عبر سياقات مختلفة. بشكل عام، تختتم الدراسة بأن العوامل المعرفية تلعب دورًا حاسمًا في التعلم الرياضي المبكر، بغض النظر عن النهج التعليمي أو نوع المدرسة.
القيود
تعترف الدراسة بعدة قيود قد تؤثر على إمكانية تعميم نتائجها. أولاً، قد يؤدي الاختيار المتعمد للمشاركين الذين تم تعليمهم خصيصًا باستخدام طرق ABN وCBC إلى إدخال تحيز، حيث يقيد تنوع أساليب التدريس الممثلة في العينة. بالإضافة إلى ذلك، فإن العدد القليل من المشاركين في الصف الأول يقيد أيضًا قابلية تطبيق النتائج. قد يؤدي حجم عينة أكبر ونطاق عمر أوسع إلى تعزيز قوة النتائج، مما يقترح مجالات للبحث المستقبلي لاستكشاف هذه المتغيرات بشكل أكثر شمولاً.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e29831
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38742079
Publication Date: 2024-04-30
Author(s): Estíbaliz Aragón et al.
Primary Topic: Cognitive and developmental aspects of mathematical skills
Overview
The study investigates the impact of different mathematics teaching strategies on early mathematical learning among primary school students, specifically comparing the Open Algorithm Based on Numbers (ABN) and the Closed Algorithm Based on Ciphers (CBC). A sample of 114 students, aged 74 to 84 months, was assessed using established cognitive and performance evaluation tools. The analysis revealed that while the teaching strategy did not significantly influence most cognitive factors, notable differences emerged in fluid intelligence, verbal short-term memory, and visuospatial working memory. Students taught using the ABN method demonstrated superior performance in verbal short-term and visuospatial working memory, whereas those in the CBC group excelled in fluid intelligence.
The findings suggest that neither the type of school (public or charter) nor the teaching method alone determined mathematical performance. Instead, cognitive factors played a crucial role in influencing students’ mathematical competence. The study concludes that both teaching methodologies can enhance different cognitive abilities, indicating that educational strategies should focus on strengthening general skills that impact not only mathematics but also broader academic performance. The cognitive stimulation derived from these methods may lead to improvements in students’ overall educational outcomes, extending beyond the confines of pedagogical practices.
Introduction
The introduction highlights the growing interest in mathematics education, particularly due to the societal implications of mathematical learning difficulties among primary school students. It emphasizes the necessity for students to develop robust mathematical skills to ensure their future educational success and community contributions. Various teaching methodologies, including active-discovery learning and Realistic Mathematics Education (RME), are discussed, with a focus on the innovative open Algorithm Based on Numbers (ABN) approach. This method allows students to engage with mathematics at their own pace and emphasizes understanding numbers as whole entities rather than abstract figures.
Research findings indicate that students taught using the ABN method outperform their peers in traditional Closed Algorithms Based on Ciphers (CBC) methodologies, particularly in tasks related to estimation and practical application of mathematical knowledge. Studies have shown significant differences in both informal and formal mathematical understanding between the two groups, with ABN students demonstrating superior performance in real-life numerical tasks. Additionally, cognitive profiles differ between the two teaching methods, suggesting that the ABN approach may enhance specific cognitive skills, such as visuospatial working memory, which are crucial for mathematical problem-solving. The introduction sets the stage for further exploration of how teaching methodologies can be optimized to improve early mathematics learning outcomes.
Methods
In the Methods section, the study outlines the sample characteristics and the evaluations conducted on both independent and dependent variables. Participants underwent various assessments to evaluate their mathematical skills, memory, and intelligence, with a summary of the assessment instruments provided in Table 2. The intervention procedure is described, highlighting the differences between two mathematics teaching methods: Closed Algorithms Based on Ciphers (CBC) and Open Algorithm Based on Numbers (ABN), as summarized in Table 1.
The CBC method emphasizes rote memorization and fixed calculation methods, often leading to struggles in written tests and a general dislike for mathematics among students. In contrast, the ABN approach fosters reasoning and flexibility in problem-solving, using real-world scenarios to enhance motivation and improve outcomes. The study concludes with an outline of the statistical analyses performed on the collected data, although specific methods are not detailed in this section.
Results
The results of the study were analyzed using a linear mixed model, focusing on early mathematical competence (EMC) as the dependent variable, assessed through the UENT-R scales. The model incorporated fixed, random, and covariate factors, including instructional approach (ABN/CBC) and school type (charter vs. public). Findings indicated that students in the experimental group (ABN) outperformed those in the control group (CBC) across most variables, except for verbal working memory. Within the control group, charter school students excelled in four out of six variables, including mathematical competence and fluid intelligence.
The discussion of the results addressed two hypotheses. The first hypothesis (H1) posited that students from the ABN group would demonstrate superior performance in domain-general precursors to mathematics. This was largely supported, with the ABN group showing higher scores in most cognitive variables, particularly in visuospatial skills, which are crucial for mathematical concept representation. The second hypothesis (H2) suggested that the interaction between teaching method and school type would significantly influence mathematical competence. However, the analysis revealed no significant differences based on these categorical factors, indicating that the teaching method and school type did not exert a notable impact on EMC at an early age. This aligns with previous research suggesting that while instructional methods may influence performance, the type of school may moderate this effect.
Discussion
The study aimed to investigate the relationship between cognitive variables—specifically fluid intelligence, verbal and visuospatial short-term memory, and working memory—and mathematical performance, considering the influence of teaching methods (ABN vs. CBC) and school types (public vs. charter). The hypotheses posited that these cognitive factors would explain variability in mathematical competence and that the teaching method and school characteristics would significantly impact performance. The findings indicated that while fluid intelligence and verbal short-term memory were significant predictors of mathematical competence, visuospatial short-term memory and working memory did not show a similar explanatory power. Notably, the teaching method did not significantly affect mathematical performance, suggesting that cognitive factors were more influential.
The implications of this research highlight the importance of fostering domain-general skills in early education to enhance mathematical competence. The study advocates for integrating cognitive skill development into pedagogical practices, particularly for students at risk of mathematical learning difficulties. Future research should consider controlling for verbal working memory to further explore differences between teaching methods. Additionally, the findings suggest a need for evidence-based teacher training programs that focus on innovative strategies for teaching mathematics, thereby improving educational outcomes across various contexts. Overall, the study concludes that cognitive factors play a crucial role in early mathematical learning, regardless of the instructional approach or school type.
Limitations
The study acknowledges several limitations that may affect the generalizability of its findings. Firstly, the intentional selection of participants specifically taught using the ABN and CBC methods may introduce bias, as it restricts the diversity of teaching approaches represented in the sample. Additionally, the small number of first-grade participants further constrains the applicability of the results. A larger sample size and a broader age range could enhance the robustness of the findings, suggesting avenues for future research to explore these variables more comprehensively.