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. / 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.

In dieser Arbeit wurde eine fragebogenbasierte empirische Studie mit rund 400 Schülerinnen und Schülern der Klassenstufen acht und neun im Fach Physik durchgeführt. Dabei wurde die Rolle von Vermutungen beim Lösen einer experimentellen Problemstellung in Bezug auf das Schlussfolgern untersucht. Es wurde untersucht, wie sich die Art der Annahme einer Vermutung vor einer Datenauswertung auf die gezogene Schlussfolgerung auswirkt, nachdem Messdaten vorgelegt wurden. Dazu wurden die folgenden fünf Arten der Annahme einer Vermutung miteinander verglichen: vollständiges Verzichten auf das Annehmen einer Vermutung, gleichzeitiges in Erwägung ziehen mehrerer Vermutungen, Annehmen einer selbstgewählten Vermutung sowie Annehmen einer vorgegebenen Vermutung, die sich später entweder als fachlich korrekt oder inkorrekt herausstellt. Außerdem wurde der Einfluss des Grads der Überzeugung von der Richtigkeit der Vermutung auf die Wechselprozesse von der Vermutung (vor der Vorlage von Messdaten) hin zur Schlussfolgerung (nach der Vorlage von Messdaten) untersucht. Dazu wurde eine für diese Studie entwickelte Skala eingesetzt. Das Design der Studie hat darüber hinaus die Untersuchung des Einflusses von Datenkompetenzen auf die Schlussfolgerungen ermöglicht. Dazu wurden die Datenkompetenzen entsprechend im Vorfeld geschult und kontrolliert. Innerhalb dieser Studie konnte festgestellt werden, dass weder die Art der Annahme der Vermutung noch der Grad der Überzeugung von deren Richtigkeit das Schlussfolgern signifikant beeinflusst hat. Einzig die Kontrollvariable der Datenkompetenz hatte einen signifikanten Einfluss auf ein adäquates Schlussfolgern. Schülerinnen und Schüler mit hohen Datenkompetenzen haben fachlich adäquatere Schlussfolgerungen gezogen als jene mit geringen Datenkompetenzen. Wenn im naturwissenschaftlichen Unterricht mit Messdaten gearbeitet wird, sollte folglich sichergestellt werden, dass ausreichende Datenkompetenzen bei den Schülerinnen und Schülern vorhanden sind. / In this thesis, an empirical and questionnaire-based study was conducted with around 400 pupils in grade levels eight and nine during physics lessons. The role of hypotheses in solving an experimental problem in relation to the conclusions was investigated. It was examined how different ways of handling a hypothesis before data evaluation affect the conclusion drawn after measurement data has been presented. For this purpose, the following five ways of handling a hypothesis were compared: renouncing setting a hypothesis, considering several hypotheses simultaneously, assuming a self-chosen hypothesis, assuming a predetermined hypothesis which later turned out to be correct or incorrect. In addition, the influence of the degree of confidence in the correctness of the hypothesis on the processes of changing the hypothesis (stated before measurement data was shown) to the conclusion (drawn after measurement data was shown) was investigated. The degree of confidence in the correctness of the hypothesis was assessed using a scale developed for this study. Furthermore, the impact of the pupils’ data competencies on their conclusions could be examined using this study’s design. Therefore, pupils’ competencies were trained and controlled in advance. Within this study, it was found that neither the way of handling a hypothesis nor the degree of confidence in the correctness of the hypothesis had a significant influence on the pupils’ conclusions. Only the control variable of data competency had a significant influence on drawing adequate conclusions. Pupils with high data competencies drew more appropriate conclusions than those with low data competencies. It should therefore be ensured that pupils have sufficient data competencies when dealing with measurement data in science lessons.