Humboldt-Universität zu Berlin - Mathematisch-Naturwissen­schaft­liche Fakultät - Unilab Adlershof

Messunsicherheit

Einige Fakten zum Modul
  • Dauer ca. 4 Stunden
  • Betreuung durch Lehrkräfte und Studierende
  • Voraussetzungen: grundlegende Kenntnisse zu Bewegungsformen (beschleunigte Bewegung, freier Fall),keine Vorkenntnisse über MU notwendig
  • Keine Materialkosten
  • Die Schülerinnen und Schüler bringen ihr Handy mit (Mindestens ein Handy pro zwei Schüler), falls möglich sollte die App Phyphox installiert sein https://phyphox.org/de/home-de/

 

Thema und Ziele

Ziel ist es, dass die Schülerinnen und Schüler sich mit dem Umgang mit Messdaten auseinandersetzen. Dabei geht es nicht nur um typische Situationen im Physikunterricht (Auswertung von Messdaten und Überprüfung, ob diese zur Theorie bzw. zu Referenzwerten passen), sondern um ganz grundsätzliche Überlegungen zum Aufnehmen und Vergleichen von Messdaten auch im Alltag.

 

Inhaltliche Schwerpunkte
  1. In einem Experiment kann eine bestimmte Messgröße bestimmt werden. Diese Messgröße ist eine möglichst vollständige Beschreibung dessen, was gemessen werden soll.
  2. Unsicherheiten sind in jedem Experiment allgegenwärtig. Ziel ist es, sie zu kontrollieren, sie auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren und sie zu quantifizieren.
  3. In die Unsicherheit eines Messergebnisses gehen verschiedene Komponenten ein, insbesondere Gerätegenauigkeit, Umgebungseinflüsse, Schwierigkeiten bei der praktischen Durchführung des Experiments oder beim Ablesen.
  4. Wiederholte Messungen werden durchgeführt, um die Streuung der Messungen abzuschätzen und die Messunsicherheit zu quantifizieren.
  5. Jedes Messergebnis enthält einen Bestwert (bei einem Ergebnis aus mehreren Messungen ist das oft der Mittelwert) und ein Unsicherheitsintervall um diesen Wert herum.
  6. Zwei Messergebnisse sind miteinander verträglich, wenn sich ihre Unsicherheitsintervalle überlappen.

 

Methodische Bemerkungen

Im Modul wird ein Experiment (beschleunigte Bewegung auf einer schiefen Ebene) zu vorher aufgestellten Hypothesen durchgeführt, was eine unklare Datenlage generiert. Zugrunde liegende Inhalte werden gemeinsam erarbeitet (siehe Ziele) und anhand der damit erworbenen Kompetenzen zum Umgang mit Messdaten und Messunsicherheiten die unklare Datenlage gemeinsam aufgelöst.

Im zweiten Teil kann anhand der Messung der eigenen Reaktionszeit mit verschiedenen Methoden ein für die Schüler*innen interessanter Datensatz verglichen werden (Wer war am Schnellsten? Gibt es einen Unterschied zwischen der Reaktion auf akustische bzw. optische Reize?) und dabei die Kompetenzen im Umgang mit Messdaten geübt werden. Während des Moduls werden die von allen Teilnehmer*innen aufgenommenen Messdaten digital gesammelt und für die Diskussionen graphisch dargestellt. Für einige Datenübermittlungen und auch für konkrete Experimente (Filmaufnahmen von Bewegungen, Messungen mit der akustischen Stoppuhr) wird das eigene Smartphone genutzt und sollte daher mitgebracht werden. Mindestens die Hälfte der Schüler*innen sollte, wenn möglich, die App „Phyphox“ installiert haben.