Didaktik und Geschichte der Physik

Forschungsschwerpunkte

Das Ergebnis einer physikalischen Messung ist mit einem Messfehler behaftet, Neutrinos sind vermutlich doch nicht schneller als das Licht, weil den Physikern am CERN ein „Messfehler“ unterlaufen ist, Praktikumsergebnisse werden bereinigt, indem man am Ende noch eine Fehlerrechnung durchführt… Der Umgang mit Messdaten, die immer nur begrenzt genau sind, ist nicht trivial. In den Diskussionen um diese begrenzte Genauigkeit dominiert stets ein Begriff: der Messfehler. Aber was ist das eigentlich? Der Begriff steht für (grobes) Fehlverhalten beim Messen, begrenzt genaue Geräte, widrige Messbedingungen, Abweichungen vom Soll, Streuung von Messdaten usw.

Die konventionelle Idee dahinter ist: Es gibt einen wahren Wert, den man in einer Messung zu erreichen sucht. Bei einer Messung erhält man ein mehr oder weniger weit von ihm entferntes Ergebnis. Den wahren Wert kann man daher nie erreichen, da in jeder Messung unvermeidbar Messfehler unterlaufen.

Diese Einteilung in „wahr“ und „fehlerhaft“ (und die Tatsache, dass der Messende immer den Kürzeren zieht) spiegelt sicherlich eine Sichtweise wider, die die Naturwissenschaften, allen voran die Physik, in den Augen vieler Lernender nicht gerade in ihrer Attraktivität steigen lässt.

Aber es geht auch anders … Vor knapp 20 Jahren wurde vom BIPM (Internationales Büro für Maße und Gewichte) eine internationale Empfehlung (GUM) veröffentlicht, die den Umgang mit der begrenzten experimentellen Genauigkeit neu regeln sollte. Bislang sind diese Vorschläge allerdings in der naturwissenschaftlichen Ausbildung in Schule und Hochschule so gut wie nicht angekommen.

Diese Idee hinter dieser Empfehlung ist: Aus einer Messung gewinnt man Informationen über eine gesuchte Messgröße in Form eines Ergebnisintervalls, das alle in Frage kommenden Ergebniswerte enthält – allerdings sind die Werte u. U. ungleich wahrscheinlich.

Diese (probabilistische) Sichtweise nähert sich vielmehr unserem Alltagsverstehen von Wahrscheinlichkeiten an und stellt die in der Messung zu erhaltene Information, nicht die Abweichung vom im Lehrbuch festgehaltenen Literaturwert in den Mittelpunkt.

Eine Analyse der historischen Entwicklung der Theoria Errorum, der Theorie vom Umgang mit der begrenzten experimentellen Genauigkeit, gibt interessante Einblick, wie sich der heute in Lehr- und Schulbüchern verbreitete konventionelle Ansatz ausbildete und welche Informationen und Differenzierungen dabei auf der Strecke blieben und welch unterschiedlicher Herangehensweisen und Methoden zum Umgang mit Messdaten sich Naturwissenschaftler in der Geschichte der Naturwissenschaften bedienten. Diese historische Analyse ermöglicht zum einen ein tieferes Verstehen der heutigen konkurrierenden Ansätze als auch der in empirischen Untersuchungen festzustellenden Vorstellungen und Verstehensschwierigkeiten der Lernenden bezüglich dieser Thematik.

Forschung zum Umgang mit Messdaten stellt die Frage nach Kriterien der Evidenz in den Natur-wissenschaften sowohl in ihrem historischen Wandel als auch in ihrer Einbettung in die Thematik des Experimentes als Vehikel naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung.

Die Forschung wird innerhalb einer internationalen Kooperation der University of York (GB), der University of Cape Town (ZA) und der Universität Oldenburg vorangetrieben.