title: Certain about uncertainty
title: What students need to know about measurement uncertainties to compare data sets.
titleType: Subtitle
Creators: name: Kok, Karel Willem
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2022
Subjects: subject: Physik Didaktik
subject: MINT
subject: Messunsicherheiten
subject: Sekundarstufe
subject: Begründungen
subject: Unterrichtsmaterial
subject: Science Education
subject: Physics
subject: STEM
subject: Measurement Uncertainties
subject: Secondary Education
subject: Justifications
subject: Teaching Material
subject: 530 Physik

description: Messunsicherheiten sind ein wesentlicher Bestandteil eines Messergebnisses. Das Thema wird jedoch oft vernachlässigt in der Sekundarstufe, und die Schüler*innen haben viel Schwierigkeiten mit Varianz in Datensätzen. Diese Arbeit berichtet über die Gestaltung und Evaluierung einer digitalen Lernumgebung (DLE). Die konzeptbasierte DLE nutzt ein etabliertes Sachstrukturmodell für die Sekundarstufe und besteht aus drei Teilen: Einführung in und Grundlagen von Messunsicherheiten, Berechnung und Bedeutung des Mittelwerts und der Unsicherheit sowie dem Vergleich von Messergebnissen. Die Wirkung wurde in einem Prä-Post-Design getestet. Der Prä- und Posttest umfasste zwei Prüfungsaufgaben: einen Kompetenztest und ein Datenvergleichsproblem, bei dem eine mit Begründung versehene Entscheidung getroffen werden musste. Die Teilnehmenden wurden nach dem Zufallsprinzip einer der drei Gruppen A, B oder C zugeteilt und bekamen einen, zwei oder alle drei Teile der DLE gezeigt. Insgesamt nahmen 154 Schüler*innen der Klassenstufen 8 bis 11 freiwillig und selbstständig teil. Diese Studie hat gezeigt, dass mit zunehmendem konzeptionellen Wissen die Fähigkeit der Schüler*innen, Datensätze zu vergleichen, deutlich zunimmt. Der konzeptbasierte DLE kan selbstständig von Schüler*innen in 60 Min. bearbeitet werden. Das Kodiermanual ermöglicht eine schnelle Analyse der Begründungen der Schüler*innen im Rahmen von Datenvergleichsproblemen. Dieses Manual kann leicht in der Schule eingesetzt werden. Diese Codes zeigen in einem feinkörnigen Detail die Qualität und Entwicklung der Fähigkeit der Schüler*innen, Datensätze zu vergleichen. Es wurden keine Korrelationen zwischen der Klassenstufe und dem Ergebnis des Kompetenztests oder der Begründungsqualität gefunden. Der Erfolg der DLE und das gleichzeitige Fehlen eines solchen Zusammenhangs bedeutet, dass das Thema Messunsicherheiten bereits in der achten Klasse eingeführt werden kann.
description: Measurement uncertainties are an essential part of a measurement result. The topic is, however, rarely addressed in secondary education and students struggle a lot with variance in data sets. This thesis reports on the design and evaluation of a Digital Learning Environment (DLE). The concept-based DLE uses an established subject matter model for secondary education and consists of three parts: introduction to and underpinnings of measurement uncertainties, calculation and meaning of the mean value and the uncertainty, and the comparison of measurement results. The effect was tested in a pre-post design. The pre and post-test consisted of two probes: a competency test and a data comparison problem where a decision had to be made supported by a justification. Participants were randomly assigned one of three groups A, B, or C and were shown one, two, or all three parts of the DLE. A total of 154 students of grades 8-11 participated voluntarily and independently. This work has shown that with increased conceptual knowledge, students' ability to compare data sets increases significantly. The concept-based teaching can be done by having students work independently with the DLE in 60 min. The coding manual allows for a quick analysis of students' justifications in the context of data comparison problems. This coding manual can be easily used in school settings. These codes show, in a fine-grained detail, the quality and development of students' ability to compare data sets. No correlations have been found between grade level and competency test score or justification quality. The success of the DLE and the simultaneous absence of any such correlation means that the topic of measurement uncertainties can be introduced as early as eighth grade.