Visuaalis-spatiaalisten työmuistivalmiuksien yhteys (esi)matemaattisiin taitoihin ja merkitys osana matemaattisilta taidoiltaan heikkojen lasten ja nuorten kognitiivista profiilia

Tämän itsenäisistä osatutkimuksista koostuvan tutkimussarjan tavoitteena oli pyrkiä täydentämään kuvaa matemaattisilta taidoiltaan heikkojen lasten ja nuorten tiedonkäsittelyvalmiuksista selvittämällä, ovatko visuaalis-spatiaaliset työmuistivalmiudet yhteydessä matemaattiseen suoriutumiseen. Teoreettinen viitekehys rakentui Baddeleyn (1986, 1997) kolmikomponenttimallin ympärille. Työmuistikäsitys oli kuitenkin esikuvaansa laajempi sisällyttäen visuaalis-spatiaaliseen työmuistiin Cornoldin ja Vecchin (2003) termein sekä passiiviset varastotoiminnot että aktiiviset prosessointitoiminnot. Yhteyksiä työmuistin ja matemaattisten taitojen välillä tarkasteltiin viiden eri osatutkimuksen avulla. Kaksi ensimmäistä keskittyivät alle kouluikäisten lukukäsitteen hallinnan ja visuaalis-spatiaalisten työmuistivalmiuksen tutkimiseen ja kolme jälkimmäistä peruskoulun yhdeksäsluokkalaisten matemaattisten taitojen ja visuaalis-spatiaalisten työmuistitaitojen välisten yhteyksien selvittämiseen. Tutkimussarjan avulla pyrittiin selvittämään, ovatko visuaalis-spatiaaliset työmuistivalmiudet yhteydessä matemaattiseen suoriutumiseen sekä esi- että yläkouluiässä (osatutkimukset I, II, III, IV, V), onko yhteys spesifi rajoittuen tiettyjen visuaalis-spatiaalisten valmiuksien ja matemaattisen suoriutumisen välille vai onko se yleinen koskien matemaattisia taitoja ja koko visuaalis-spatiaalista työmuistia (osatutkimukset I, II, III, IV, V) tai työmuistia laajemmin (osatutkimukset II, III) sekä onko yhteys työmuistispesifi vai selitettävissä älykkyyden kaltaisella yleisellä päättelykapasiteetilla (osatutkimukset I, II, IV). Tutkimussarjan tulokset osoittavat, että kyky säilyttää ja käsitellä hetkellisesti visuaalis-spatiaalista informaatiota on yhteydessä matemaattiseen suoriutumiseen eikä yhteyttä voida selittää yksinomaan joustavalla älykkyydellä. Suoriutuminen visuaalis-spatiaalista työmuistia mittaavissa tehtävissä on yhteydessä sekä alle kouluikäisten esimatemaattisten taitojen hallintaan että peruskoulun yhdeksäsluokkalaisten matematiikan taitoihin. Matemaattisilta taidoiltaan heikkojen lasten ja nuorten visuaalis-spatiaalisten työmuistiresurssien heikkoudet vaikuttavat kuitenkin olevan sangen spesifejä rajoittuen tietyntyyppisissä muistitehtävissä vaadittaviin valmiuksiin; kaikissa visuaalis-spatiaalisen työmuistin valmiuksia mittaavissa tehtävissä suoriutuminen ei ole yhteydessä matemaattisiin taitoihin. Työmuistivalmiuksissa ilmenevät erot sekä alle kouluikäisten että kouluikäisten matemaattisilta taidoiltaan heikkojen ja normaalisuoriutujien välillä näyttävät olevan kuitenkin jossain määrin yhteydessä kielellisiin taitoihin viitaten vaikeuksien tietynlaiseen kasautumiseen; niillä matemaattisesti heikoilla, joilla on myös kielellisiä vaikeuksia, on keskimäärin laajemmat työmuistiheikkoudet. Osalla matematiikassa heikosti suoriutuvista on näin ollen selvästi keskimääräistä heikommat visuaalis-spatiaaliset työmuistivalmiudet, ja tämä heikkous saattaa olla yksi mahdollinen syy tai vaikeuksia lisäävä tekijä heikon matemaattisen suoriutumisen taustalla. Visuaalis-spatiaalisen työmuistin heikkous merkitsee konkreettisesti vähemmän mentaalista prosessointitilaa, joka rajoittaa oppimista ja suoritustilanteita. Tiedonkäsittelyvalmiuksien heikkous liittyy nimenomaan oppimisnopeuteen, ei asioiden opittavuuteen sinänsä. Mikäli oppimisympäristö ottaa huomioon valmiuksien rajallisuuden, työmuistiheikkoudet eivät todennäköisesti estä asioiden oppimista sinänsä. Avainsanat: Työmuisti, visuaalis-spatiaalinen työmuisti, matemaattiset taidot, lukukäsite, matematiikan oppimisvaikeudet

The purpose of the research project was to investigate whether visuospatial working memory resources are related to mathematical skills. The theoretical framework was based on the three-component model of Alan Baddeley (1986, 1997) supplied with modality specific central executive functions (e.g. Shah & Miyake, 1996; Jarvis & Gathercole, 2003) and both passive storage and active processing functions according to the conceptualisation of Cornoldi and Vecchi (2003). The association between visuospatial working memory and mathematical performance was investigated by five empirical studies. Two of them aimed at investigating the relationship between early numeracy and visuospatial working memory skills and three of them examined the association between mathematical skills and visuospatial working memory resources in ninth-grade pupils. The first study (I) investigated the relationship between visuospatial working memory and early numeracy in preschool aged children. Study II examined the cognitive (working memory) profile of the preschool aged children with difficulties in mathematics (MD). The third study (III) investigated the relationship between both visuospatial and verbal working memory skills and mathematical performance. Study IV examined the association between passive and active visuospatial working memory resources, fluid intelligence and mathematical skills. The fifth study (V) investigated the visuospatial working memory profile of the ninth-grade pupils with difficulties in mathematics (MD). The results of the empirical studies showed that performance in visuospatial working memory tasks is related to mathematical skills in both preschool aged children and school aged adolescents. Both preschool-aged children and upper-grade adolescents with mathematical difficulties had poor visuospatial working memory resources compared to their age-matched peers with normal performance in mathematics. The visuospatial working memory profile of the MD children and adolescents was related to language skills. The results are discussed by a general (visuospatial) WM deficit of the MD children and adolescents with poor language or reading skills and a specific visuospatial WM deficit of the MD children with normal language or reading skills. Keywords: Working memory, visuospatial working memory, mathematical skills, number sense, mathematical learning difficulties