Automatisierungstechnik innovativ und lernfeldorientiert...

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Handreichung zur Gestaltung von Lernsituationen mit dem mobilen Lernsystem Robotino ® von Festo Didactic Festo Didactic 733303 DE Automatisierungstechnik innovativ und lernfeldorientiert unterrichten
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  • Handreichung

    zur Gestaltung von

    Lernsituationen

    mit dem mobilen

    Lernsystem Robotino

    von Festo Didactic

    Festo Didactic

    733303 DE

    Automatisierungstechnik innovativ und lernfeldorientiert unterrichten

  • Bestell-Nr.: 733303

    Stand: 02/2008

    Autoren: Alfred Riedl, Daniel Weber, Andreas Schelten, Monika Bliesener

    Grafik: Doris Schwarzenberger

    Layout: 02/2008, Beatrice Huber

    Lehrstuhl fr Pdagogik, Technische Universitt Mnchen, Lothstrae 17, 80335 Mnchen

    Homepage: www.paed.wi.tum.de

    Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2008

    Internet: www.festo-didactic.com

    E-Mail: [email protected]

    Weitergabe sowie Vervielfltigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten,

    soweit nicht ausdrcklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte

    vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen

    durchzufhren.

    Hinweis

    Soweit in dieser Handreichung von Lehrern, Schlern etc. die Rede ist, sind selbstverstndlich auch

    Lehrerinnen, Schlerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine

    geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem

    besseren Verstndnis der Formulierungen.

  • Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 3

    Inhalt

    Vorwort _______________________________________________________________________________ 5

    1 Autonome Systeme in der Automatisierungstechnik _______________________________________ 7

    2 Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule ________________________________________________ 9

    2.1 Lerntheoretische Bezge _____________________________________________________________ 9

    2.2 Ausgangspunkt und Zielstellungen einer vernderten Lehrplanstruktur _____________________ 12

    2.3 Lernfelder fr den Unterricht der Berufsschule __________________________________________ 14

    2.4 Handlungsorientierung im Unterricht ____________________________________________________

    2.5 Projektunterricht __________________________________________________________________ 23

    2.6 Moderner beruflicher Unterricht als integrative Gesamtkonzeption _________________________ 24

    3 Die Komponenten des Lernsystems Robotino _________________________________________ 25

    3.1 Hardware ________________________________________________________________________ 25

    3.2 Software ________________________________________________________________________ 29

    3.3 Das Arbeitsbuch __________________________________________________________________ 30

    4 Spielerischer Zugang zur Automatisierungstechnik mit dem Lernsystem Robotino ____________ 31

    4.1 Vorbereitungen vor jedem Spiel _____________________________________________________ 31

    4.2 Spielvorschlag: Slalomfahrt im begrenzten Raum _______________________________________ 33

    4.3 Spielvorschlag: Manuelle Bahnfahrt auf Metallband _____________________________________ 35

    4.4 Spielvorschlag: Parcours fahren mit Kamerabild ________________________________________ 37

    4.5 Lernspiele aus didaktischer Perspektive _______________________________________________ 39

    5 Inhaltliche und didaktische Mglichkeiten von Robotino _________________________________ 41

    5.1. Lerninhalte der Projektaufgaben des Arbeitsbuches und ihre

    Zuordnung zu Berufen und Lernfeldern ________________________________________________ 41

    5.2 Lerninhalte aus fachsystematischer Sicht und ihre Umsetzung in Projektaufgaben ____________ 42

    5.3 Umsetzungsbeispiele fr ausgewhlte Inhalte __________________________________________ 43

    5.3.1 Wareneingangsprfung und Erstinbetriebnahme ________________________________________ 44

    5.3.2 Bewegungsmglichkeiten von Mehrachssystemen ______________________________________ 46

    5.3.3 Aufgaben der Positionierung ________________________________________________________ 47

    5.3.4 Sensoren und Aktoren _____________________________________________________________ 48

    5.3.5 Steuerungs- und Regelungstechnik ___________________________________________________ 49

    5.3.6 Perspektiven des Lernsystems Robotino ______________________________________________ 50

    5.4 Anknpfpunkte zum bestehenden Unterricht ___________________________________________ 51

  • Inhalt

    4 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    6 Beispiel fr ein Unterrichtsvorhaben mit Robotino ______________________________________ 53

    6.1 Aufgabenstellung aus der betrieblichen Praxis __________________________________________ 53

    6.2 Lerninhalte und Lernschritte ________________________________________________________ 54

    6.2.1 Wareneingang und Erstinbetriebnahme _______________________________________________ 54

    6.2.2 Umgang mit einem komplexen Antriebssystem _________________________________________ 54

    6.2.3 Einbinden von verschiedenen Sensoren _______________________________________________ 55

    6.2.4 Erstellung von Programmstrukturen __________________________________________________ 55

    6.2.5 Auftragsbergabe an den Kunden ____________________________________________________ 56

    7 Didaktische Reflexionen zum Lernsystem Robotino _____________________________________ 57

    7.1 Lernzugnge zum Lernsystem Robotino ______________________________________________ 57

    7.2 Umsetzung von Bestimmungsgren fr einen handlungsorientierten Unterricht _____________ 59

    7.3 Gestalten von Lernsituationen in einem lernfeldorientierten Unterricht

    mit dem Lernsystem Robotino ______________________________________________________ 62

    8 Kleine Strungen selbst beheben ____________________________________________________ 65

    9 Literatur _________________________________________________________________________ 67

  • Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 5

    Vorwort

    Das Lernsystem Robotino ist ein mobiles, autonomes Automatisierungstechnik-System. Es ermglicht

    Lehrkrften, Inhalte der Automatisierungstechnik innovativ und lernfeldorientiert zu unterrichten. Fr einen

    handlungsorientierten Unterricht ist es ein Lernmedium, mit dem Schler sehr vielseitig, individualisiert und

    eigenaktiv arbeiten knnen. Die von Robotino angesprochenen fachlichen Inhalte sind sehr vielschichtig

    und zielen auf ein weites Kompetenzspektrum. Je nach Unterrichtskonzeption lassen sich durch die

    Lernarbeit mit Robotino auch berfachliche Kompetenzen, sogenannte Schlsselqualifikationen frdern.

    Das Lernsystem Robotino eignet sich fr den Unterricht an beruflichen Schulen fr die Berufsfelder

    Elektrotechnik, Informationstechnik und Mechatronik mit den entsprechenden Ausbildungsberufen.

    Robotino wurde von der Firma Festo Didactic entwickelt. Die vorliegende Handreichung fr einen

    lernfeldorientierten Automatisierungstechnikunterricht mit Robotino entstand in enger Kooperation mit

    dem Lehrstuhl fr Pdagogik, Technische Universitt Mnchen.

    Ziel dieser Handreichung ist, Lehrkrften den Einsatz von Robotino in einem lernfeldorientierten Unterricht

    zu erleichtern und sie bei der Gestaltung konkreter Lernsituationen zu untersttzen. Die Handreichung

    ergnzt und erweitert das Lernsystem Robotino. Sie zielt dabei insbesondere auf einen Einsatz in einem

    lernfeldorientierten Unterricht. Nach kurzen lerntheoretischen berlegungen erlutert die Handreichung die

    Komponenten des Lernsystems mit seinen verschiedenen didaktischen Einsatzmglichkeiten vor allem fr

    ein handlungsorientiertes Lernen. Sie gibt einen berblick ber die mit Robotino vermittelbaren

    Lerninhalte aus der Automatisierungstechnik. Einzelne Beispiele zeigen fr ausgewhlte Inhalte konkrete

    Umsetzungsmglichkeiten im Unterricht. Schlielich liefert die Handreichung Antworten auf hufig gestellte

    Fragen. Somit hilft diese Unterlage Lehrkrften dabei, sich schnell in das Lernsystem Robotino

    einzuarbeiten und seinen Unterrichtseinsatz zu gestalten.

  • 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

  • Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 7

    1 Autonome Systeme in der Automatisierungstechnik

    Lange Zeit waren Robotersysteme stationr gebunden. Mobile Roboter als autonome Systeme sind ein

    nchster Schritt in der Entwicklung der Automatisierungstechnik. Mobile Systeme sind ihren stationren

    Vorgngern in vielen Belangen berlegen, da sie die gleichen Arbeiten durchfhren, aber sich zustzlich von

    einem fixen Standort wegbewegen knnen. Ihr Einsatzspektrum erhht sich dadurch ganz erheblich.

    Aktuelle Einsatzgebiete fr mobile Systeme sind derzeit z.B. Bereiche, die fr Menschen schwer zugnglich

    sind wie die Untersuchung von Kanalsystemen, Unterwasserwelten und Vulkanen. Aber auch fr die

    Untersttzung des Menschen bei seinen tagtglichen Aufgaben finden Sie bereits ihren Einsatz. Realisiert ist

    dies bereits z.B. bei berwachungsaufgaben in Museen, Mharbeiten in Sportanlagen, Transport von

    Gegenstnden in Supermrkten, Ausstellungshallen, Bibliotheken, Bahnhfen, Flughfen etc. Die

    Entwicklungsperspektiven sind hier sehr vielschichtig. Aber auch im privaten Wohnumfeld zeichnen sich

    Entwicklungen ab. Insbesondere lteren Menschen knnen mobile, autonome Systeme wertvolle Dienste

    zur Erhhung ihrer Bewegungsfreiheit und Selbstndigkeit leisten.

    Ein heute schon relativ groes Einsatzgebiet haben fahrerlose autonome Transportsysteme bei modernen

    Fertigungsverfahren und in Gefahrenbereichen.

    Ein fahrerloses Transportsystem ist ein flurgebundener mobiler Roboter. Die Spurfhrung dieses

    automatisierungstechnischen Systems erfolgt entweder auf vorgegebenen Fahrspuren oder aber auch auf

    frei bestimmbaren Kursen innerhalb eines Lagers oder Betriebsgelndes. Entsprechend wird eine

    leitliniengebundene von einer leitlinienfreien Spurfhrung unterschieden.

    Den Einsatz von fahrerlosen Transportsystemen zeigen beispielhaft die folgenden Bilder:

  • Autonome Systeme in der Automatisierungstechnik

    8 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Generell kommt bei mobilen autonomen Systemen der Orientierung, Navigation und selbstndige

    Hinderniserkennung bzw. Hindernisumgehung groe Bedeutung zu. Sie sind technisch meist sehr komplex

    und stellen damit hohe Anforderungen an die Berufe, die fr sie und ihre Einsatzfhigkeit zustndig sind.

    Die davon berhrten Bereiche der Automatisierungstechnik formen viele Berufsbilder der Elektro- und

    Informationstechnik sowie der Mechatronik.

    Das Lernsystem Robotino zielt auf die Ausbildung von Kompetenzen, die im weiten Feld der

    Automatisierungstechnik erforderlich sind. Als mobiles, autonomes System enthlt es eine breite Palette an

    technischen Elementen aus unterschiedlichen Bereichen der Automatisierungstechnik. Robotino ist dabei

    als systemische Einheit aus Hardware und Software zu sehen. Zwar steht jede Teilkomponente auch fr sich.

    Insbesondere ihrem Zusammenwirken kommt aber eine besonders hohe Bedeutung zu. Mit Robotino lsst

    sich ein sehr weites fachliches Spektrum aus unterschiedlichen Technologiebereichen ansprechen und im

    Unterricht umsetzen. Folgende Themenaspekte lassen sich integrieren:

    Kinematik

    Antriebstechnik

    Steuerungs- und Regelungstechnik

    Sensorik

    Informatik

    Prozesstechnik

    Kommunikationstechnik

    Bilderfassungs- und Bildverarbeitungstechnik

    Thematiken der angewandten Mathematik

  • Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 9

    2 Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

    Nachfolgende Ausfhrungen stellen schlaglichtartig theoretische Bezge zum Lernfeldkonzept her. Die

    berlegungen zeichnen in einem lerntheoretischen Bezugspunkt unterschiedliche Grundauffassungen fr

    Unterricht nach. Sie stellen Ausgangspunkt und Zielstellungen der vernderten Lehrplanstruktur vor. Sie

    skizzieren die Vorgaben der Kultusministerkonferenz (KMK) in den Rahmenlehrplnen und leiten daraus

    eine mgliche didaktische Umsetzung ab. Fr eine Vertiefung der ausgewhlten Aspekte und die

    Erweiterung der hier nicht ausgefhrten berlegungen sei auf die zitierte Literatur verwiesen.

    2.1 Lerntheoretische Bezge

    Ein aktueller Begriff in der lerntheoretischen Diskussion einer modernen beruflichen Bildung ist der

    konstruktivistische Unterricht. Der Konstruktivismus ist eine Theorie ber die Entstehung von Wissen ber

    Dinge und Sachverhalte, somit eine Erkenntnistheorie. Die konstruktivistische Position unterscheidet sich

    stark von traditionellen Sichtweisen, da sie fr ein Individuum den aktiven Generierungsprozess bei der

    Wissensentstehung besonders betonen. Der Radikale Konstruktivismus' geht davon aus, dass alles Wissen,

    wie immer es auch definiert sein mag, nur in den Kpfen von Menschen existiert und dass das denkende

    Subjekt sein Wissen nur auf der Grundlage eigener Erfahrungen konstruieren kann. Konsequenterweise

    wre nach diesen Annahmen die Vermittlung von Lerninhalten oder Wissen im Sinne einer bertragung

    nicht mglich. Der Konstruktivismus steht in seiner radikalen Ausprgung der Instruktion in Lehr-Lern-

    Prozessen somit skeptisch gegenber.

    Der Konstruktivismus ist in seiner moderaten Form fr Lernen relevant. Er sieht vor, dass Instruktion und

    aktive individuelle Wissenskonstruktion nicht nur vereinbar, sondern meist erforderlich sind und sich

    gegenseitig bedingen. Diesbezglich ist festzustellen, dass die konstruktivistische Lernauffassung viele

    wertvolle Hinweise zur Gestaltung von Lernumgebungen geben kann. Im Gegensatz zu anderen Anstzen

    werden individuelle Unterschiede strker bercksichtigt. Lernkonzepte sind weniger autoritr und besser

    zur Vermittlung komplexer Fhigkeiten, wie z.B. Problemlsungskompetenz, kritisches, vernetztes und

    ganzheitliches Denken sowie Selbststndigkeit geeignet. Insbesondere werden Probleme eines trgen

    Wissens und mangelnder Transferfhigkeit bercksichtigt (ausfhrlicher siehe Riedl 2004a, S. 44ff.). Die

    hier einleitend vorgestellten theoretischen berlegungen werden im Folgenden aufgegriffen und nher

    dargestellt.

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

    10 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Grundauffassungen von Unterricht

    bergeordnete und sich gegenberstehende Grundauffassungen von Unterricht sind die objektivistische

    und die konstruktivistische Ausformung. Die konstruktivistische Unterrichtsauffassung lsst sich in einem

    handlungsorientierten Unterricht umsetzen. Sie hebt sich von einem objektivistischen Unterricht ab, in

    dessen Gefolge ein wissenschaftsorientierter Unterricht zu sehen ist. Zum besseren Verstndnis einer

    konstruktivistischen Lehr-Lern-Auffassung erfolgt eine Gegenberstellung, die zunchst den

    objektivistischen und wissenschaftsorientierten Ansatz erlutert.

    ObjektivistischerUnterricht

    WissenschaftsorientierterUnterricht

    HandlungsorientierterUnterricht

    Entsprechungen bzw. Parallelitten

    Gegenlufige, sich aber nicht grundstzlich ausschlieende Beziehung

    KonstruktivistischerUnterricht

    bersicht 2.1: Grundauffassungen von Unterricht

    Objektivistischer Unterricht

    Die objektivistische Auffassung von Lehr-Lern-Prozessen vertritt die traditionelle Sicht von Unterricht.

    Wissen lsst sich durch Experten objektiv festlegen und entsprechend in fachsystematischen Strukturen

    instruktionsorientiert durch die Lehrkraft vermitteln. Die Lehrkraft ist aktiv. Sie geht darstellend erluternd

    vor und ist Vermittler und Prsentierer neuer, klar strukturierter Inhalte. Der Lernende ist hierbei

    vornehmlich in einer aufnehmenden Rolle. Er wird dabei stark von auen angeleitet. Seine schpferische

    Kraft soll durch Belehrung erst entstehen. Anhnger des objektivistisch ausgerichteten Unterrichts werden

    als Objektivisten, Traditionalisten oder Strukturalisten bezeichnet.

    Bei der objektivistischen Auffassung von Unterricht besteht die Gefahr, dass das vermittelte Wissen "trge"

    verbleibt, indem es in neuen Situationen bei der Lsung von Problemen nicht aktiv eingesetzt werden kann.

    Das erworbene Wissen bleibt schwerfllig. Es ist nur schwer fr Anwendungs- und Gestaltungsaufgaben

    einsetzbar.

    Der objektivistische Unterricht findet eine Entsprechung im wissenschaftsorientierten Unterricht. Bei einem

    wissenschaftsorientierten Unterricht werden fr das betreffende Unterrichtsfach oder Lernfeld jene Inhalte,

    Anordnungs-, Verfahrens- und Betrachtungsweisen zugrunde gelegt, welche die korrespondierenden

    Wissenschaften ausmachen. Der Unterricht richtet sich nach den zugrunde liegenden Wissenschaften aus

    und wird von ihnen geleitet. Die Bildungsgegenstnde werden durch die Wissenschaften erkannt und

    entsprechend diesen Wissenschaften vermittelt.

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

    Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 11

    Whrend beim handlungsorientierten Unterricht u. a. der Blick fr die Berufstheorie aus den

    Handlungsanforderungen des Berufes kommt, blendet der wissenschaftsorientierte Unterricht die Berufs-

    und Arbeitssituation, in der die Lernenden in einer beruflichen Bildung stehen, oft aus. Bei dem

    wissenschaftsorientierten Unterricht rckt die sachlogische Fachsystematik der zugrunde liegenden

    wissenschaftlichen Disziplin bzw. der Disziplinen in den Vordergrund. Die Fachsystematik bestimmt die

    Ermittlung und Vermittlung der Bildungsinhalte. Neben den didaktisch reduzierten Inhalten der

    Bezugswissenschaften knnen dabei auch die Methoden ihrer Erkenntnisgewinnung zum Gegenstand des

    Unterrichts werden.

    Konstruktivistischer Unterricht

    Der Begriff eines konstruktivistischen Unterrichts ist zu Anfang der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts aus

    der nordamerikanischen Pdagogik in die deutsche Pdagogik gelangt. Die Anhnger des

    konstruktivistischen Unterrichts wenden sich gegen die traditionelle Auffassung von Unterricht, nach der

    Wissen in objektiven, fachsystematischen Strukturen instruktionsorientiert durch die Lehrkraft vermittelt

    werden kann.

    Die Hirnforschung der letzten Jahre besttigt, dass Lernen kein passives Aufnehmen und Abspeichern von

    Informationen und Wahrnehmungen ist, sondern ein aktiver Prozess der Wissenskonstruktion. Etwas lernen

    heit, das Konstrukt im Kopf zu berarbeiten oder zu erweitern. Es heit, sich aktiv und intensiv mit dem

    Lerngebiet auseinander zu setzen. Auerdem ist Lernen ein individueller, selbstgesteuerter Prozess, der je

    nach Vorkenntnissen und -erfahrungen sehr unterschiedlich ausfallen kann.

    Konstruktivistisch orientierte Pdagogen gehen davon aus, dass ein Wissenserwerb in einem vom

    Lernenden aktiv-aufbauenden Prozess erfolgt. Lerngegenstnde mssen dazu in einem konkreten

    Situationsbezug stehen. Entlang dieser Situation entwickelt der Lernende sein Wissen selbst und passt es in

    seine individuelle Wissensstruktur konstruktiv ein. Erst damit entsteht richtig verstandenes Wissen, das

    nach Ansicht der Konstruktivisten weniger trge ist.

    Beim konstruktivistischen Unterricht liegt die Aktivitt auf Seiten des Lernenden, der in einem situierten

    Prozess sein Lernen gestaltet. Die Lehrkraft untersttzt, bert und regt diesen Prozess an. Sie schafft fr den

    Lernenden eine situierte Lernumgebung. Mit anderen Worten versucht ein konstruktivistisches Lernen

    folgende Merkmale zu bercksichtigen:

    Lernen muss durch die aktive Beteiligung der Lernenden erfolgen, die motiviert sind und an dem, was

    oder wie sie es tun, Interesse haben oder entwickeln.

    Lernende knnen ihre Lernprozesse immer auch selbst steuern und kontrollieren, der Ausprgungsgrad

    kann je nach Lernsituation variieren.

    Lernen erfolgt konstruktiv, dazu mssen immer der Erfahrungs- und Wissenshintergrund der Lernenden

    bercksichtigt werden und darauf bezogene Interpretationen stattfinden knnen.

    Lernen ist situativ, da es stets in einem spezifischen Kontext abluft, der ganzheitlich, lebens- und

    berufsnah ist. Hierbei ist mglichst die Realitt mit unstrukturierten Problemen leitend, die nicht

    reduktionistisch vereinfacht sind.

    Fehler sind bedeutsam, ihr Besprechen und Korrigieren ist Verstndnis frdernd.

    Lernen ist ein sozialer Prozess, daher muss es als interaktives Geschehen stattfinden und den

    soziokulturellen Hintergrund der Lernenden bercksichtigen.

    Neben kognitiven Aspekten sind Gefhle wie z.B. Erwartungshaltungen, Freude, Angst oder die

    persnliche Identifikation mit dem Lerngegenstand bedeutsam.

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

    12 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Lernen bezieht sich besonders auf Fortschritte im Lernprozess und nicht nur auf Lernprodukte.

    Integrative Prfungsverfahren sollen dies bercksichtigen, die auch eine Selbstevaluation durch

    Lernende vorsehen knnen.

    Somit erfolgt Lernen aus moderat konstruktivistischer Sicht situiert und anhand authentischer Bezge.

    Lerngegenstnde sind mglichst in multiplen Kontexten zu bearbeiten, um eine zu enge Bindung

    erworbener Kenntnisse und Fhigkeiten an konkrete Situationen zu vermeiden. Multiple Perspektiven

    erhhen die Flexibilitt bei der Anwendung des Gelernten. Die instruktionale Untersttzung wirkt

    ineffektivem Lernen und der berforderung einzelner Lernender entgegen.

    Balance

    Soweit sich ein objektivistischer Unterricht um Anwendung des vermittelten Wissens bemht, steht dieser

    Unterricht zwar in einer gegenlufigen, aber nicht grundstzlich ausschlieenden Beziehung zu einem

    konstruktivistischen Unterricht. Bemht sich der konstruktivistische Unterricht darum, kontinuierlich

    untersttzende Hilfen von Seiten der Lehrkraft beim selbstndigen situierten Lernen anzubieten, nimmt

    dieser Unterricht zwar eine gegenlufige, nicht aber grundstzlich ausschlieende Position zum

    objektivistischen Unterricht ein. Bei dieser moderat konstruktivistischen Position geht es auch darum,

    dekontextualisierte Wissensstrukturen aufzubauen, die fr weitere Problemlsungen zur Verfgung stehen.

    Das heit, neu entstandenes Wissen soll abstrahiert und transferiert werden knnen, damit es sich auch

    auerhalb der Situation anwenden lsst, in der es erworben wurde.

    Durch die zunehmende Geschfts- und Arbeitsprozessorientierung drngt es in der beruflichen Bildung zu

    einem konstruktivistischen Unterricht. Aufgrund der Prozessorientierung in der modernen beruflichen

    Bildung wchst die Bedeutung eines konstruktivistischen Unterrichts.

    2.2 Ausgangspunkt und Zielstellungen einer vernderten Lehrplanstruktur

    Vernderte Qualifikationsanforderungen

    Die Qualifikationsanforderungen an berufliche Facharbeit haben sich in den letzten Jahrzehnten stark

    verndert. Heute steht der Begriff berufliche Handlungskompetenz' im Mittelpunkt. Berufliche

    Handlungskompetenz offenbart sich in einem professionellen Handeln. Hier kann als zusammenfassende

    Anforderung das selbststndige Planen, Durchfhren und Kontrollieren einer Arbeitshandlung gelten. Neben

    den steigenden inhaltlichen und fachlichen Voraussetzungen zur Bewltigung beruflicher Anforderungen

    kommen zunehmend personale und soziale Fhigkeiten immer strker zum Tragen, die sich dem Konzept

    der Schlsselqualifikationen zuordnen lassen. Dabei steht im Zentrum berufskompetenten Tuns ein sich

    selbst bestimmendes Individuum, das reflektiert, eigenverantwortlich und gemeinschaftsorientiert handelt

    und bereit ist, sich weiterzuentwickeln.

    Vernderungen bei den Qualifikationsanforderungen des Beschftigungssystems stellen sich durch eine

    stetig zunehmende Dynamisierung von Weiterentwicklungen in immer krzeren Zyklen ein. Zahlreiche und

    wiederkehrend erforderliche Neuordnungen der Ausbildungsberufe in den verschiedenen Berufsfeldern

    (beginnend 1987 mit Metall und Elektrotechnik) sind die entsprechende strukturelle Reaktion.

    Aus der Unterrichtsperspektive zielen aktuelle Bestrebungen in der beruflichen Bildung derzeit darauf, Lehr-

    Lern-Prozesse in komplexen Lernumgebungen eines konstruktivistischen Unterrichts strker zu

    individualisieren. Dieser gegenwrtig erkennbare didaktische Konzeptwechsel in einer technischen

    beruflichen Bildung will, dass Lehr-Lern-Prozesse strker situiert, von Schlern selbst gesteuert und

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

    Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 13

    kooperativ verlaufen. Damit verbunden ist die Annahme, die Kompetenzentwicklung von Lernenden positiv

    zu beeinflussen.

    Handlungskompetenz

    Die bergeordnete Zielvorstellung einer zeitgemen beruflichen Bildung manifestiert sich im Begriff der

    Handlungskompetenz. Sie zeigt sich in der Bereitschaft und Befhigung des Einzelnen, sich in beruflichen,

    gesellschaftlichen und privaten Situationen sachgerecht, durchdacht sowie individuell und sozial

    verantwortlich zu verhalten. Handlungskompetenz entfaltet sich in den Dimensionen von Fachkompetenz,

    Humankompetenz und Sozialkompetenz. Hinzu kommen Methodenkompetenz, kommunikative Kompetenz

    und Lernkompetenz.

    Methodenkompetenz, kommunikative Kompetenz,Lernkompetenz

    Human-kompetenz

    Sozial-kompetenz

    Fach-kompetenz

    bersicht 2.2: Handlungskompetenz und ihre Dimensionen

    In der Handreichung der KMK sind die Dimensionen von Handlungskompetenz mit nachfolgenden

    Umschreibungen gekennzeichnet (2007, S. 11):

    Fachkompetenz

    bezeichnet die Bereitschaft und Befhigung, auf der Grundlage fachlichen Wissens und Knnens

    Aufgaben und Probleme zielorientiert, sachgerecht, methodengeleitet und selbststndig zu lsen und

    das Ergebnis zu beurteilen.

    Humankompetenz

    bezeichnet die Bereitschaft und Befhigung, als individuelle Persnlichkeit die Entwicklungschancen,

    Anforderungen und Einschrnkungen in Familie, Beruf und ffentlichem Leben zu klren, zu

    durchdenken und zu beurteilen, eigene Begabungen zu entfalten sowie Lebensplne zu fassen und

    fortzuentwickeln. Sie umfasst Eigenschaften wie Selbststndigkeit, Kritikfhigkeit, Selbstvertrauen,

    Zuverlssigkeit, Verantwortungs- und Pflichtbewusstsein. Zu ihr gehren insbesondere auch die

    Entwicklung durchdachter Wertvorstellungen und die selbstbestimmte Bindung an Werte.

    Sozialkompetenz

    bezeichnet die Bereitschaft und Befhigung, soziale Beziehungen zu leben und zu gestalten,

    Zuwendungen und Spannungen zu erfassen und zu verstehen sowie sich mit Anderen rational und

    verantwortungsbewusst auseinander zu setzen und zu verstndigen. Hierzu gehrt insbesondere auch

    die Entwicklung sozialer Verantwortung und Solidaritt.

    Bestandteil sowohl von Fachkompetenz als auch von Humankompetenz als auch von Sozialkompetenz

    sind Methodenkompetenz, kommunikative Kompetenz und Lernkompetenz.

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

    14 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Methodenkompetenz

    bezeichnet die Bereitschaft und Befhigung zu zielgerichtetem, planmigem Vorgehen bei der

    Bearbeitung von Aufgaben und Problemen (zum Beispiel bei der Planung der Arbeitsschritte).

    Kommunikative Kompetenz

    meint die Bereitschaft und Befhigung, kommunikative Situationen zu verstehen und zu gestalten.

    Hierzu gehrt es, eigene Absichten und Bedrfnisse sowie die der Partner wahrzunehmen, zu verstehen

    und darzustellen.

    Lernkompetenz

    ist die Bereitschaft und Befhigung, Informationen ber Sachverhalte und Zusammenhnge

    selbststndig und gemeinsam mit Anderen zu verstehen, auszuwerten und in gedankliche Strukturen

    einzuordnen. Zur Lernkompetenz gehrt insbesondere auch die Fhigkeit und Bereitschaft, im Beruf

    und ber den Berufsbereich hinaus Lerntechniken und Lernstrategien zu entwickeln und diese fr

    lebenslanges Lernen zu nutzen.

    Diese aktualisierte und gegenber frheren Rahmenlehrplnen vernderte begriffliche Umschreibung von

    Handlungskompetenz findet sich in den Rahmenlehrplnen der KMK bereits ab ca. 2005 in der dargestellten

    Form. Damit fhrt die KMK den Begriff der Humankompetenz neu ein, der die frher in den

    Rahmenlehrplnen verwendete Bezeichnung Personalkompetenz ersetzt. Bisherige begriffliche

    Umschreibungen von Fach-, Personal-, Sozialkompetenz wurden im Wortlaut beibehalten. Eine orthogonale

    Zuordnung von Methodenkompetenz, kommunikativer Kompetenz und Lernkompetenz soll die aktuelle

    Bedeutung dieser drei Kompetenzausprgungen hervorheben. Dem gem kommen diese drei

    Kompetenzen sowohl bei der Fach-, Human- und Sozialkompetenz zum Tragen (siehe bersicht 2.2).

    2.3 Lernfelder fr den Unterricht der Berufsschule

    Curricularer Rahmen fr eine technische berufliche Bildung in der Berufsschule sind Rahmenlehrplne, die

    nach Lernfeldern geordnet sind. Die Einfhrung des Lernfeldkonzeptes durch die KMK basiert auf der

    ambitionierten Zielperspektive der Anbahnung einer umfassenden beruflichen Handlungskompetenz, dem

    selbststndigen Planen, Durchfhren und Kontrollieren von Arbeitsttigkeiten. Diese Leitidee hat ab 1996

    mit der ersten Verffentlichung der Handreichung fr die Erarbeitung von Rahmenlehrplnen der

    Kultusministerkonferenz fr den berufsbezogenen Unterricht in der Berufsschule und ihre Abstimmung mit

    Ausbildungsordnungen des Bundes fr anerkannte Ausbildungsberufe' fr die Gestaltung von

    Rahmenlehrplnen einen didaktischen Konzeptwechsel eingeleitet (Sekretariat der

    Kultusministerkonferenz, KMK 2007, aktuelle Fassung).

    Lernfelder als curricularer Rahmen

    In den Rahmenvereinbarungen der KMK ber die Berufsschule von 1991 ist der Bildungsauftrag der

    Berufsschule beschrieben. Berufsbildung ist nach diesen Vorgaben einem doppelten Ziel verpflichtet:

    Der Frderung der Persnlichkeitsentwicklung der Subjekte in sozialer Verantwortung

    zusammen mit der Qualifizierung zur Ausbung der Ttigkeiten eines Berufs, die auf dem Arbeitsmarkt

    nachgefragt werden oder fr die ein Bedarf erwartet werden kann.

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

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    Bezogen auf diesen Bildungsauftrag fhren die Vorgaben der KMK zu einer vernderten didaktischen

    Struktur der Lernziele und Lerninhalte. Sie weisen dabei besonders auf eine geforderte

    Handlungsorientierung des Unterrichts hin: "Die Zielsetzung der Berufsausbildung erfordert es, den

    Unterricht an einer auf die Aufgaben der Berufsschule zugeschnittenen Pdagogik auszurichten, die

    Handlungsorientierung betont und junge Menschen zu selbstndigem Planen, Durchfhren und Beurteilen

    von Arbeitsaufgaben im Rahmen ihrer Berufsttigkeit befhigt" (KMK 2007, S. 12).

    Diese grundstzlich geforderte Ausrichtung des Unterrichts wird durch die nach Lernfeldern strukturierten

    Rahmenlehrplne curricular untersttzt. Dabei ist die zugrunde liegende Idee, "bei der Planung von Lehr-

    Lern-Arrangements nicht von fachsystematischen Inhaltskatalogen auszugehen, sondern von beruflichen

    Handlungsfeldern und diese theoretisch aufzuklren. Hierbei sind Lernfelder nicht einfach in den Unterricht

    "abgebildete" berufliche Handlungsfelder, sondern didaktisch-methodische Konstrukte, die durch Reflexion

    und Rekonstruktion beruflichen Handelns gewonnen werden. Lernfelder sind didaktisch begrndete und fr

    den Unterricht aufbereitete Handlungsfelder" (Bader 1998, S. 211 ). Lernfelder abstrahieren somit konkrete

    berufliche Handlungsfelder und fhren zur theoriegeleiteten Durchdringung von beruflichen

    Handlungssituationen. Durch die Lernarbeit in den verschiedenen Lernfeldern eines Ausbildungsberufes in

    der Berufsschule leistet sie einen umfassenden Beitrag zur Berufsqualifikation.

    Die Handreichung der KMK betont auf der Grundlage lerntheoretischer und didaktischer Erkenntnisse in

    einem pragmatischen Ansatz die Forderung nach einem modernen beruflichen Unterricht, der in seiner

    Grundkonzeption handlungsorientiert ausgerichtet ist. Sie untermauern dies mit der Aussage: "Fr

    erfolgreiches, lebenslanges Lernen sind Handlungs- und Situationsbezug sowie die Betonung

    eigenverantwortlicher Schleraktivitten erforderlich. Die Vermittlung von Orientierungswissen,

    systemorientiertes vernetztes Denken und Handeln, das Lsen komplexer und exemplarischer

    Aufgabenstellungen werden mit einem handlungsorientierten Unterricht in besonderem Mae gefrdert"

    (KMK 2007, S. 17). An dieser Stelle wird aber auch betont, dass es unverzichtbar ist, "die jeweiligen Arbeits-

    und Geschftsprozesse in den Erklrungszusammenhang zugehriger Fachwissenschaften zu stellen"

    (ebd.).

    Fr die Gestaltung eines handlungsorientierten Unterrichts auf Grundlage eines Lernfeldkonzeptes nennen

    sie folgende Orientierungspunkte:

    "Didaktische Bezugspunkte sind Situationen, die fr die Berufsausbung bedeutsam sind (Lernen fr

    Handeln).

    Den Ausgangspunkt des Lernens bilden Handlungen, mglichst selbst ausgefhrt oder aber gedanklich

    nachvollzogen (Lernen durch Handeln).

    Handlungen mssen von den Lernenden mglichst selbstndig geplant, durchgefhrt, berprft, ggf.

    korrigiert und schlielich bewertet werden.

    Handlungen sollten ein ganzheitliches Erfassen der beruflichen Wirklichkeit frdern, z. B. technische,

    sicherheitstechnische, konomische, rechtliche, kologische, soziale Aspekte einbeziehen.

    Handlungen mssen in die Erfahrungen der Lernenden integriert und in Bezug auf ihre

    gesellschaftlichen Auswirkungen reflektiert werden.

    Handlungen sollen auch soziale Prozesse, zum Beispiel der Interessenerklrung oder der

    Konfliktbewltigung, sowie unterschiedliche Perspektiven der Berufs- und Lebensplanung einbeziehen"

    (KMK 2007, S. 12).

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

    16 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Hierbei verweist die KMK jedoch ausdrcklich darauf, dass handlungsorientierter Unterricht ein didaktisches

    Konzept ist, "das fach- und handlungssystematische Strukturen miteinander verschrnkt. Es lsst sich

    durch unterschiedliche Unterrichtsmethoden verwirklichen" (ebd. S. 13). Somit enthlt der Rahmenlehrplan

    zwar keine methodischen Festlegungen fr den Unterricht. Die Handreichungen fordern aber klar, dass bei

    der Unterrichtsgestaltung "Unterrichtsmethoden, mit denen Handlungskompetenz unmittelbar gefrdert

    wird, besonders bercksichtigt werden. Selbststndiges und verantwortungsbewusstes Denken und

    Handeln als bergreifendes Ziel der Ausbildung muss Teil des didaktisch-methodischen Gesamtkonzepts

    sein" (ebd. S. 8).

    Vom beruflichen Handlungsfeld zur Lernsituation

    Berufliche Handlungsfelder einer ausgebildeten Fachkraft geben die Struktur der Lernfelder in den

    Rahmenlehrplnen vor. Die berufsbezogene Festlegung und Abgrenzung von Lernfeldern orientiert sich an

    betrieblichen Arbeits- und Geschftsprozessen, die Lernfelder in typischen Aufgabenbereichen bndeln. Fr

    die konkrete Ausgestaltung von Lernfeldern und ihrer Umsetzung im Unterricht sind berufliche

    Aufgabenstellungen und Handlungsfelder leitend. Hierzu muss fr die didaktische und

    unterrichtsorganisatorische Planung als praktische Umsetzung des Lernfeld-Konzepts in der Berufsschule

    eine Gestaltung von beruflich relevanten Lernsituationen erfolgen.

    Nachfolgende bersicht gibt gngige Definitionen fr die Begriffe berufliches Handlungsfeld, Lernfeld und

    Lernsituation wieder und zeigt den Transformationszusammenhang zwischen ihnen auf:

    Handlungsfelder sind zusammengehrige Aufgabenkomplexe mit beruflichensowie lebens- und gesellschaftsbedeutsamen Handlungssituationen, zu derenBewltigung befhigt werden soll. Handlungsfelder sind immer mehrdimensional,indem sie stets berufliche, gesellschaftliche und individuelle Problemstellungenmiteinander verknpfen. Die Gewichtung der einzelnen Dimensionen kann dabeivariieren. Eine Trennung der drei Dimensionen hat nur analytischen Charakter.

    Lernfelder sind didaktisch begrndete, schulisch aufbereiteteHandlungsfelder. Sie fassen komplexe Aufgabenstellungenzusammen, deren unterrichtliche Bearbeitung in handlungs-orientierten Lernsituationen erfolgt. Lernfelder sind durchZielformulierungen im Sinne von Kompetenzbeschreibungenund durch Inhaltsangaben ausgelegt.

    Lernsituationen konkretisieren die Lernfelder. Dies geschieht in Bildungsgang-konferenzen durch eine didaktische Reflexion der beruflichen sowie lebens- undgesellschaftsbedeutsamen Handlungssituationen.

    4

    3

    12

    bersicht 2.3: Handlungsfelder, Lernfelder und Lernsituationen (Bader, Schfer 1998)

    Bader und Schfer (1998) stellen detailliert Transformationen und verschiedene Analyseschritte zwischen

    komplexem beruflichem Handlungsfeld, Lernfeld und didaktisch strukturierter Lernsituation auf den

    verschiedenen Reflexionsstufen vor. Sie sollen ein systematisches Erschlieen bildungsrelevanter

    Lernfelder und Lernsituationen aus komplexen Handlungsfeldern erleichtern. Orientiert an theoretischen

    Grundlagen beziehen sie sich auf Kriterien der didaktischen Analyse nach Klafki und auf lehr-

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

    Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 17

    lerntheoretische Modellvorstellungen nach Heimann, Otto und Schulz. Hinzu kommen

    handlungstheoretische Anstze und Aspekte der Kompetenzentwicklung. Nachfolgende Ausfhrungen

    beleuchten kurz die einzelnen Transformationen. (1) und (2) erfolgen bei der Lehrplangestaltung gem den

    Vorgaben durch die KMK. (3) und (4) sind Aufgaben, die Lehrkrfte bei der Umsetzung der

    Lehrplanrichtlinien bernehmen.

    Didaktische Reflexion vom Handlungsfeld zum Lernfeld (1)

    Komplexe berufliche Handlungsfelder existieren fr jeden Beruf in groer Zahl. Jedoch erst eine didaktische

    Reflexion fhrt zu didaktisch begrndeten Lernfeldern. Die Beantwortung der Frage, auf welche Weise

    Handlungsfelder in didaktisch begrndeten Lernfeldern widergespiegelt werden knnen, erfolgt anhand von

    vier Grundfragen der Didaktischen Analyse nach Klafki: Gegenwartsbedeutung, Zukunftsbedeutung,

    exemplarische Bedeutung und thematische Struktur (siehe auch Bader 2003, S. 215f.).

    Beispiel

    Das Lernfeld Warten und Pflegen von Fahrzeugen oder Systemen aus dem Rahmenlehrplan fr den KFZ-

    Mechatroniker (KMK 16.05.2003, S. 11) ist das erste Lernfeld in der 10. Jahrgangsstufe (nachfolgende, in

    diesem Kapitel angefhrte Beispiele beziehen sich darauf). Erste berufliche Handlungen mit Beginn der

    Ausbildung sind hufig einfache Pflege- und Wartungsarbeiten. Aber auch spter sind Pflege- und

    Wartungsarbeiten zur Funktions- und Werterhaltung an Fahrzeugen oder berufstypischen Systemen fr

    diesen Beruf sehr wichtig. Die exemplarische Bedeutung dieses Lernfeldes bezieht sich z.B. auf die

    Entwicklung eines Sicherheits- und Qualittsbewusstseins und der Anwendung von Vorschriften fr die

    Arbeitssicherheit und den Umweltschutz. Die thematische Struktur geht von der Arbeitsplanung aus,

    umfasst z.B. technische Informations-, Kommunikations- und Dokumentationssysteme, Gerte und

    Verfahren zum Prfen und Messen, Werkzeuge, Betriebs- und Hilfsstoffe. Gleichzeitig bezieht sie auch

    Gesprchsfhrung und Kommunikationsregeln im Umgang mit dem Kunden ein.

    Didaktische Reflexion vom Lernfeld zum Handlungsfeld (2)

    Wenn ein Handlungsfeld in der beschriebenen Weise analysiert und als relevant fr die Konkretisierung und

    Ausgestaltung in einem Lernfeld identifiziert worden ist, muss geprft werden, in welcher Weise das

    Lernfeld dazu beitragen kann, berufliche Handlungskompetenz zu entwickeln und zu frdern. Dies bedingt

    die Bildungsrelevanz eines jeden Lernfeldes, die in erster Linie eine Reflexion auf curricularer Ebene ist.

    Fragen hierzu sind, welchen Beitrag ein Lernfeld zur Bewltigung gegenwrtiger Lebenssituationen der

    Lernenden leistet, ob ein Lernfeld eine vollstndige in sich geschlossene berufliche Handlung abbildet, ob

    neben fachlichen Zusammenhngen ein Lernfeld auch gesellschaftliche und individuelle Aspekte anspricht

    und wie die verschiedenen Dimensionen von Handlungskompetenz fr das jeweilige Lernfeld spezifisch

    formuliert werden knnen.

    Beispiel

    Das aus dem KFZ-Mechatroniker-Lehrplan als Beispiel herangezogene Lernfeld Warten und Pflegen von

    Fahrzeugen oder Systemen ermglicht durch die vielfltig behandelten Aspekte eine ganzheitliche

    Bewltigung der Anforderungen dieses definierten Handlungsfeldes. ber rein berufsbezogene und

    fachliche Lerninhalte hinaus werden die verbale und nonverbale Kommunikationsfhigkeit und ein

    Konfliktvermeidungsverhalten ebenso gefrdert wie insgesamt ein Streben nach Arbeitsqualitt und ein

    Bewusstsein fr umweltgerechtes Verhalten.

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    Didaktische Reflexion vom Lernfeld zur Lernsituation (3)

    Lernsituationen als exemplarische curriculare Bausteine bringen fachtheoretische Inhalte in einen

    Anwendungszusammenhang und przisieren die Vorgaben der Lernfelder. In ihrer Gesamtheit haben sie die

    Aufgabe, die Ziele des Lernfeldes abzudecken. Auf dieser Ebene erfolgt die konkrete Planung der

    Unterrichtseinheiten, fr die unterrichtsorganisatorische Bedingungen analysiert werden mssen. Die

    Umsetzung von Lernsituationen im Unterricht ist Aufgabe des Lehrerteams der einzelnen Berufsschule.

    Hierbei bietet sich ber die Auswahl der Beispiele die Mglichkeit, spezifische regionale Anforderungen in

    der Berufsausbildung zu bercksichtigen. Fr diese Planung und Ausgestaltung der Lernsituationen spielt

    die Zugnglichkeit und Darstellbarkeit der Thematik eine entscheidende Rolle.

    Beispiel

    Das Lernfeld Warten und Pflegen von Fahrzeugen oder Systemen erschliet sich bei seiner Umsetzung z.B.

    durch die exemplarisch durchlaufene Planung, Durchfhrung und Kontrolle einer Wartungsarbeit an einem

    KFZ nach Kundenwunsch. Dabei knnen Lernende z.B. auf Original-Herstellerunterlagen und Serviceplne

    zurckgreifen.

    Fr die konkrete Ausgestaltung der Lernsituation mssen insbesondere die schulischen

    Rahmenbedingungen fr die Lernumgebung beachtet werden (vorhandene Fachunterrichtsrume,

    einsetzbare Medien und Arbeitsgegenstnde, hier z.B. ein KFZ oder ein anderes komplexes technisches

    System, an dem ein solcher Geschftsprozess exemplarisch geplant und durchgefhrt werden kann).

    Zu diesen unterrichtsorganisatorischen Einflussgren kommen weiter die Eingangsvoraussetzungen der

    Lernenden als Bedingungsfelder des Unterrichts fr die Planung und Ausgestaltung der Lernsituationen

    hinzu (anthropologisch-psychologische, sozial-kulturelle aus der Lehr-Lerntheoretischen Didaktik).

    Unterschiede ergeben sich hieraus z.B. fr Lernende aus dem Nutzfahrzeug-, PKW- oder Motorradbereich.

    Lernende knnen in verschiedenen Klassen einen unterschiedlichen Entwicklungsstand haben, der z.B.

    abhngig von jeweiligen Betriebsstrukturen (Gre, Ausbildungsqualitt, technische Ausstattung, etc.),

    sozialer Herkunft der Lernenden, Alter, usw. sein kann.

    Didaktische Reflexion von der Lernsituation zum Handlungsfeld (4)

    Die Reflexion einer mglichen Kompetenzentwicklung fr berufliche Handlungsfelder analysiert, in welcher

    Weise Lernsituationen dazu beitragen, berufliche sowie lebens- und gesellschaftsbedeutsame

    Problemstellungen zu bewltigen und welche Aspekte beruflicher Handlungskompetenz durch die jeweilige

    Lernsituation besonders gefrdert werden knnen. Hierbei stehen Fragen der methodischen Gestaltung und

    der berprfbarkeit von Lernprozessen im Vordergrund. Mit der Frage, in welcher Weise in Lernsituationen

    Handlungsstrukturen zur Bewltigung der Anforderungen eines Handlungsfeldes aufgebaut werden knnen,

    schliet sich der Kreis.

    Beispiel

    Das Lernfeld Warten und Pflegen von Fahrzeugen oder Systemen zielt z.B. auf das Lesen knnen von

    Blockschaltbildern, Diagrammen und Funktionsschemata oder die Gesprchsfhrung mit Kunden, um einen

    Wartungsauftrag entgegenzunehmen. Dies erfordert unterschiedlich gestaltete Lernsituationen fr die

    anvisierten Kompetenzen. Den jeweils im Vordergrund stehenden Zielkategorien beruflicher

    Handlungskompetenz (siehe Grafik 2.2 weiter oben) muss die Gestaltung der Lernsituationen gerecht

    werden, um sie anbahnen zu knnen.

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    Dies betrifft auch die Form der berprfung der einzelnen Dimensionen von Handlungskompetenz.

    Testformen, die sich primr auf eine berprfung des Wissenszuwachses im Bereich der Fachkompetenz

    richten, knnen z.B. soziale Kompetenzen wie die Entwicklung kommunikativer Fhigkeiten oder

    methodische und personale Kompetenzen kaum erfassen. Diese komplexen Kompetenzbereiche erfordern

    Prfungssituationen bzw. Diagnoseverfahren (oft auch individualdiagnostischer Art), die ihnen Rechnung

    tragen. Ihre Realisierung im Unterricht der Berufsschule kann aber aufgrund des damit verbundenen, meist

    hohen Aufwandes erhebliche Schwierigkeiten in sich bergen.

    2.4 Handlungsorientierung im Unterricht

    In sehr vielen Bereichen haben sich Verlagerungstendenzen von der Handarbeit hin zu zunehmender

    Kopfarbeit ergeben. Fr die Berufsausbildung bedeutet dies, dass die theoretischen Anteile immer mehr

    zunehmen und die Vermittlung der bentigen Kenntnisse und Fertigkeiten einer gesteigerten theoretischen

    Durchdringung bedarf. Umgekehrt verlangt die immer komplexer werdende Theorie eine handlungsgeme

    Umsetzung in der Berufsschule, um vermittelbar zu bleiben. Herkmmliche Qualifizierungskonzepte knnen

    aufgrund ihrer meist primren Orientierung an einer Wissensvermittlung diesen vernderten Anforderungen

    aber oft nicht gerecht werden.

    Ein Unterschied bei den Bildungsbemhungen zwischen den Institutionen Beschftigungssystem und

    Bildungssystem ist derzeit nicht mehr so offenkundig wie bei einer frher klar erkennbaren Trennung der

    Aufgaben zwischen Betrieb und Berufsschule. Nach der alten Aufteilung lagen folgende Zuordnungen vor:

    Der Betrieb habe sich um das "Was" und "Wie" und die Berufsschule um das "Warum" und "Wozu" zu

    kmmern. Dies lsst sich fr moderne Berufsbildung nicht mehr aufrechterhalten, da beide eine

    bergreifende Bildungsvorstellung verfolgen. Das letztendlich gemeinsam formulierte Ziel ist die

    Vermittlung der Berufskompetenz. Zur Frderung der Berufskompetenz ist der Aufbau von Handlungswissen

    notwendig. Im Lichte dieser Zielvorstellung lsst sich folgende Akzentuierung fr beide Dualpartner

    vornehmen: Die Berufsschule bernimmt die Aufgabe, Berufskompetenz systematisch in grundlegenden

    Lernprozessen zu vermitteln, was sich durch eine theoretische gesteuerte und reflektierende Frderung

    beruflicher Handlungsfhigkeit ausdrckt. Der besondere Schwerpunkt liegt hierbei auf der Vermittlung des

    Begrndungswissens. Beim Begrndungswissen geht es um ein Wissen ber Hintergrnde und

    Zusammenhnge von Sachverhalten, ihre wechselseitig wirkenden Beziehungen oder Erklrungen zu den

    Ursachen bestimmter Phnomene. Zugleich dient das Begrndungswissen der Vertiefung, Ergnzung,

    Erweiterung und Systematisierung des zu erwerbenden Wissens. Im Betrieb dagegen liegt das

    Hauptaugenmerk auf gestaltendem und mitverantwortlichem Lernen in realen Arbeitsvollzgen am

    Arbeitsplatz. Der Schwerpunkt steht hierbei in der quantitativen Ausprgung von Verfahrenswissen wie aber

    auch von Faktenwissen (ausfhrlicher hierzu siehe Schelten 1997).

    Kennzeichen und Merkmale eines handlungsorientierten Unterrichts

    Ein handlungsorientierter Unterricht will wie jede Form von Unterricht ein Behalten, Verstehen und aktives

    Anwenden von Wissen, von Fertigkeiten und Fhigkeiten gewhrleisten. Zwischen traditionellen

    Unterrichtsformen mit einer oft fachsystematischen Grundstruktur und einem handlungsorientierten

    Unterricht sind vielfltige und flieende bergnge mglich. Trotzdem unterscheidet sich ein

    handlungsorientierter Unterricht erheblich von einem solchen Unterricht. Der inhaltliche und

    organisatorische Ablauf unterliegt gegenber dem herkmmlichen Unterricht anderen

    Grundvoraussetzungen. Eine Vielzahl eigener Bestimmungsgren bedingt dieses Unterrichtskonzept:

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    HandlungsorientierterUnterricht

    HandlungssystematischesVorgehen

    Innere DifferenzierungKooperatives undkommunikatives Lernen

    UntersttzendeLehrerrolle

    Komplexe Aufgaben-stellung und Lerngebiet

    IntegrierterFachunterrichtsraum

    Selbststeuerung undFreiheitsgrade

    Integrative und offeneLeistungsfeststellung

    bersicht 2.4: Bestimmungsgren eines handlungsorientierten Unterrichts

    Komplexe Aufgabenstellung und Lerngebiet

    Handlungsorientierter Unterricht richtet sich an vielschichtigen und viele verschiedene Aspekte

    umfassenden Aufgabenstellungen mit deutlichem Praxisbezug fr die Schler aus. Ein zentraler

    Lerngegenstand bndelt in einem Lerngebiet eine Reihe von Lernzielen aus einem Lernfeld und

    bercksichtigt dabei unterschiedliche berufliche Anforderungsbereiche. Darber hinaus knnen Lernziele

    aus allgemein bildenden Fchern hinzukommen. Die Aufgabenstellungen decken zeitlich langfristig ein

    Lerngebiet fr eine oder mehrere Wochen im Blockunterricht oder mehrere Wochen im Einzeltagesunterricht

    ab. Fr die Schler werden damit abstrakte Lerninhalte, die im fachsystematisch organisierten Unterricht

    hufig willkrlich erscheinen, konkret und sachbezogen. ber die Grenzen der traditionellen

    Unterrichtsfcher hinaus wird ein Denken in Zusammenhngen gefrdert. Problemstellungen mit

    angemessenem Komplexitts- und Schwierigkeitsgrad verorten Lerninhalte in typischen Berufssituationen

    der Lernenden. Ein entsprechender Komplexittsgrad der Aufgaben, der jedoch nicht bis zur berforderung

    gehen darf, bedingt einen Planungsaufwand der Schler. Der Erwerb von Wissen erfolgt ber aktiv

    handelnde Problemlseversuche in vollstndigen Handlungen, bei denen auch bergreifende methodische

    Qualifikationen erlernt werden. Die Problemstellungen sollen die Erfahrungen und Interessen der Schler

    bercksichtigen und dadurch ihre Identifikation mit der Aufgabenstellung untersttzen.

    Handlungssystematisches Vorgehen

    Handlungsorientierter Unterricht erfordert eine handlungssystematische Unterrichtsplanung, die sich an der

    Handlungslogik einer zugrunde liegenden Aufgabe ausrichtet. Vorgesehene Lernziele und -inhalte mssen

    dabei entlang einer voraussichtlichen Bearbeitung der im Mittelpunkt stehenden Arbeitsaufgabe gruppiert

    und sinnvoll in den Bearbeitungsablauf integriert werden. Ein Erarbeiten theoretischer Lerninhalte erfolgt an

    einer theoriehaltigen Problemstellung, die sich an den Erfordernissen der Praxis ausrichtet.

    Integrierter Fachunterrichtsraum

    Handlungsorientierter Unterricht fordert eine Lernumgebung, die stndig theoretische berlegungen mit

    ihrer praktischen Umsetzung an experimentellen Einrichtungen, Maschinen, Gerten oder Gegenstnden

    verbindet. Der integrierte Fachunterrichtsraum (IFU) bildet die vorbereitete Umgebung, die ein

    handlungsorientierter Unterricht erfordert. Lerngegenstnde, Material-, Gerteaufwand und

    Medienausstattung sollen sich generell an berufstypischen Realsituationen, Standardkomponenten und

    Originalunterlagen orientieren und ber didaktisch reduzierte Modelle, Gerte und schriftliche Unterlagen

    hinausweisen.

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    Innere Differenzierung

    Die Lernenden knnen gem ihrer eigenen Lerngeschwindigkeit unabhngig vom Lehrer vorgehen.

    Leistungsstarke Schler werden nicht unterfordert oder gebremst. Der Lehrer kann einzelne Schler

    individuell frdern und sich besonders leistungsschwachen Schlern zuwenden. Jedem einzelnen Schler

    sollte sowohl innerhalb seiner Gruppe als auch im Verhltnis zu anderen Gruppen ein individueller

    Lernprozess mglich sein. Hierfr knnen geeignete Aufgabenstellungen ein gestuftes Schwierigkeits- und

    Abstraktionsniveau anbieten. Die individuellen Grundlagen der Schler, wie unterschiedliches Vorwissen,

    verschiedene Lern- und Aufnahmefhigkeiten oder Motivations- und Interesseschwankungen, werden dabei

    bercksichtigt.

    Kooperatives und kommunikatives Lernen

    Der Klassenverband ist in einem handlungsorientierten Unterricht grtenteils aufgelst. Die Schler

    arbeiten vorwiegend in Teams, aber auch Einzelarbeit ist mglich. Die Gruppenzusammensetzung soll auf

    freiwilliger Basis erfolgen, in die der Lehrer zur Optimierung im weiteren Unterrichtsverlauf regulierend

    eingreifen kann. Leistungshomogene Gruppen fhren zur gleichmigeren Verteilung der Aufgaben und

    Lernarbeit in der Gruppe. Einer vorwiegend passiven Haltung einzelner, meist schwcherer

    Gruppenmitglieder wirkt dies eher entgegen. Leistungsheterogene Gruppen ermglichen den Einsatz von

    Schlern als Hilfslehrer' zur Untersttzung von leistungsschwcheren. Die Aufgabenbearbeitung und

    Informationsbeschaffung soll die Zusammenarbeit der Lernenden und den gegenseitigen Austausch

    betonen. Anstehende Arbeitsaufgaben sollen in der Gruppe in sozialer und sachbezogener Interaktion

    eigenverantwortlich verteilt, bernommenen und koordiniert werden.

    Selbststeuerung und Freiheitsgrade

    Bei ihrer Lernarbeit sollen die Schler mglichst wenig durch direktive Vorgaben der Lehrkraft, von

    Leittexten, Leitaufgaben und Leitfragen in ihrem Lernprozess eingeengt werden. Arbeitsumgebung,

    Arbeitsunterlagen und Aufgabenstellungen mssen jedoch den Lernverlauf zum Teil inhaltlich als auch

    ablaufspezifisch vorstrukturieren. Sie sollen aber Entscheidungsspielrume der Lernenden mglichst wenig

    einschrnken, damit sie ihren Lernprozess weitgehend eigenverantwortlich organisieren, gestalten und

    Entscheidungssituationen durchlaufen knnen, in denen sie individuelle Bearbeitungswege festlegen.

    Aufgabenlsungen und Handlungsziele mssen dabei ber verschiedene Wege mit verschiedenen

    Hilfsmitteln erreichbar sein. Freiheitsgrade und Handlungsspielrume liegen jedoch nur dann wirklich vor,

    wenn sie vom Lernenden wahrgenommen werden knnen und offensichtlich erkennbar sind. Handlungs-

    und Entscheidungsspielrume bergen aber auch die Gefahr der berforderung und Orientierungslosigkeit

    der Schler, wenn diese im Lernverlauf zu wenig Untersttzung durch die Lehrkraft erhalten.

    Untersttzende Lehrerrolle

    Die Lehrkraft gestaltet die Lernumgebung und organisiert Selbstlernformen fr die Lernenden wie z.B.

    Leitaufgaben, Leittexte, Informationsmaterial und Arbeitsanweisungen. Sie stellt eine Lernumgebung bereit,

    indem sie Arbeitsgegenstnde, Werkstoffe, Gerte und Ausstattung, umfangreiches Arbeitsmaterial wie z.B.

    Herstellerkataloge, Produktbeschreibungen, Fachbcher oder Informationsbltter organisiert und

    vorbereitet. Im Lernprozess tritt die Lehrkraft hinsichtlich der Unterrichtssteuerung in den Hintergrund, da

    sie nicht mehr die Rolle des zentralen Wissensvermittlers bernimmt. Sie wird zum Organisator, Initiator

    sowie hauptschlich zum Berater im Unterricht. Die Unterrichtsqualitt in einem solchen Unterricht hngt

    jedoch zu erheblichen Teilen von der Betreuung der Lernenden bei auftretenden Fragen oder Problemen und

    somit von der Verfgbarkeit der Lehrkraft ab. Bei einer zu hohen Schlerzahl kann dies zu erheblichen

    Betreuungsanforderungen an die Lehrkraft fhren. In groen Klassen kann dadurch eine Betreuung durch

    zwei Lehrkrfte erforderlich sein.

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    Bisherige Aufgaben der Beaufsichtigung und Leistungskontrolle bleiben bestehen. Auftretende zeitliche

    Freirume durch das eigenstndige Lernen leistungsstarker Schler knnen fr die intensivere Zuwendung

    zu leistungsschwachen Schlern oder Gruppen genutzt werden. Die Unterrichtsplanung verschiebt sich fr

    einen solchen Unterricht von der Ebene unterrichtsbezogener Kommunikation und dabei explizierbarer

    Lernziele und -inhalte auf die Ebene der Gestaltung einer Lernumgebung. Ein solcher Unterricht ist nicht

    mehr exakt inhaltlich und zeitlich planbar. Die Steuerung des Unterrichts erfolgt nicht mehr allein durch die

    Lehrkraft, sondern wird von den Schlern entscheidend mitbestimmt. Lehrkrfte mssen flexibel auf nicht

    vorhersehbare, detaillierte Fragen, Situationen und Probleme reagieren und sich rasch eindenken knnen.

    Dies stellt oft hohe Anforderungen an ihre fachliche Kompetenz.

    Die Lehrkraft vermeidet die Prsentation vorgefertigter Lsungen, begleitet beratend den gesamten

    Lernprozess und versucht, Lernende in die Lage zu versetzen, eigene Lsungswege zu finden.

    Fachgesprche sollen sicherstellen, dass eine theoriegeleitete Planung der praktischen Ausfhrung

    vorausgeht oder erledigte Aufgaben einer Reflexion unterzogen werden. Fachgesprche sind

    kommunikative Hilfestellungen durch eine Lehrkraft in Lernumgebungen, in denen Lernende ber weite

    Strecken die Rolle aktiv Handelnder bernehmen. Sie beziehen sich im inhaltlichen Dialog zwischen

    Lehrkraft und Lernenden sowohl auf den Lerngegenstand als auch auf den Lernprozess. Mit ihnen gelingt es,

    besonders ein Begrndungswissen zu frdern (ausfhrlicher hierzu siehe Buchalik, Riedl 2007 u. Schelten

    2006).

    Integrative, offene Leistungsfeststellung

    Leistungsfeststellungen mssen von ihren Inhalten und ihrem Ablauf dem ganzheitlichen Ansatz eines

    handlungsorientierten Unterrichts entsprechen. Wenn ein solcher komplexer Unterricht auf berufliche

    Handlungsfhigkeit abzielt, ist es inkonsequent, nach durchlaufenen Qualifizierungsprozessen nur Wissen

    abzufragen. Gefordert ist ein ganzheitliches Prfen mit einer problemhaltigen Situation, die durch

    alternative Lsungswege und davor zu treffenden, begrndeten Entscheidungen bearbeitet werden kann.

    Zusammenfassung

    In handlungsorientierten Lehr-Lern-Arrangements, die eine moderate konstruktivistische Auffassung von

    Lernen umsetzen, verndern sich die Rollen der Lehrkraft und der Lernenden gegenber traditionellen

    Unterrichtsformen (Gegenberstellung und Synthese siehe bei Riedl 2004, S. 115ff.). Lehren und Lernen in

    einem traditionellen Unterricht erfolgt meist auf der Ebene der personalen Kommunikation zwischen

    Lehrendem und den Lernenden mit przisen Fragen und Impulsen der Lehrkraft und darauf erwarteten

    Schlerreaktionen. In einem konstruktivistischen Unterricht verlagern sich Lernprozesse strker auf die

    individuelle Ebene der Lernenden, die in einer vorbereiteten Lernumgebung ber weite Strecken stark

    eigenstndig lernen. Solche Lehr-Lern-Arrangements sind getragen von zwei zentralen Determinanten. Zum

    einen sind dies die untersttzend erfolgenden Eingriffe durch eine Lehrkraft, die einen schler- oder

    gruppenindividualisierten Lernprozess beratend begleiten oder durch Instruktionsphasen untersttzen und

    ergnzen. Die zweite wichtige Einflussgre ist das Selbstlernmaterial, das einen schleraktiven

    Wissenserwerb und ein individualisiertes Lernen ermglicht (z.B. Lern- und Arbeitsgegenstnde, Leittexte,

    schriftliche Arbeitsanweisungen, Informationsmaterialien, Lsungsbeispiele, etc.).

    Fr weitere Erkenntnisse und Erfahrungen zur Umsetzung und Durchfhrung von handlungsorientiertem

    Unterricht, die sich auf eine wissenschaftliche Grundlage sttzen, die aber auch unterrichtspraktische

    Aspekte einbeziehen, siehe Riedl 2004b, S. 96ff.

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

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    2.5 Projektunterricht

    Projektunterricht ist eine Mglichkeit, handlungsorientiertes Lernen zu verwirklichen. Projektunterricht folgt

    gem den theoretischen Ausfhrungen von Karl Frey einem bestimmten Ablaufschema. Der idealisierte

    Projektablauf umfasst fnf Projektschritte: Projektinitiative, Projektskizze, Projektplan,

    Projektdurchfhrung, Projektabschluss. Whrend des gesamten Projektverlaufes lassen sich

    organisatorische Fixpunkte und Zwischengesprche einfgen (ausfhrlicher siehe Riedl 2004a, S. 131ff.).

    Aus Sicht allgemein bildender Schulen hat der Projektunterricht folgende Strken: Er kann die individuelle

    Entfaltung und gesellschaftliche Entwicklung der Schler frdern und die bernahme von konkreter

    Verantwortung einben. Das Mitgestalten von Situationen im tglichen Leben als Mglichkeit und Aufgabe

    wird erfahrbar. In der Projektmethode erfolgt ein Handeln in einem greren Rahmen, in dem sich eine

    produktive Phantasie frdern lsst. Aus dieser Perspektive ist der Lernort Schule an vielen Stellen vom

    Leben um ihn herum abgelst. Die bestehende Kluft zwischen der Schulwirklichkeit und dem wahren Leben'

    lsst sich mit der Projektmethode berbrcken. Projektunterricht drckt sich in folgenden Merkmalen aus:

    Zusammenarbeit, Rcksichtnahme und gemeinsames Schaffen werden eher gefrdert als

    Konkurrenzverhalten.

    Lernobjekte sind meist reale Situationen und Gegenstnde, wie sie auerhalb der Schule vorkommen.

    Dadurch wird die Kopplung oder vielleicht sogar die Synthese schulischer und auerschulischer

    Lernbereiche ermglicht.

    Angesprochen werden kognitive, motorische und affektive Bereiche in ganzheitlicher Sicht.

    Persnliche Fhigkeiten des Schlers werden besonders beachtet, um diese mglichst optimal zur

    Entfaltung zu bringen.

    Die Motivation fr ein Erreichen gemeinsamer Ziele wird kurz- und mittelfristig erleichtert.

    Die Projektmethode ist ein Bindeglied zwischen einzelnen Fchern.

    Die stndige Erneuerung der Schule wird durch Eingehen auf aktuelle Besttigungsbedrfnisse und

    Fragestellungen aufrechterhalten.

    Gegenber den allgemein bildenden Schulen steht Unterricht in der Berufsschule in einem anderen Kontext.

    Im Rahmen der beruflichen Erstausbildung ist eine Verknpfung von Theorie und Praxis hier

    systemimmanent. Dadurch gelingt es meist einfacher, durch die schulartspezifische Nhe zu beruflichen

    Inhalten einer Kluft zwischen Theorie in der Schule und Anwendungsbezgen in der Praxis

    entgegenzuwirken. Beruflicher Unterricht, der entlang so genannter Unterrichtsprojekte theoretische Inhalte

    zu vermitteln versucht, folgt dem weiter oben angedeuteten Ablaufschema der fnf Schritte der

    Projektmethode oft nicht konsequent - muss diesen fnf Schritten aber auch nicht konsequent folgen. Fr

    ein solches Vorgehen im Unterricht ist dann der Begriff projektartiger Unterricht' zutreffender.

    Projektunterricht (und projektartiger Unterricht) stellt als komplexe Unterrichtsform bei der Planung und

    Durchfhrung sehr hohe Ansprche an die Beteiligten. Lehrkrfte mssen sich bei der Projektplanung meist

    auf einen greren Zeitraum beziehen und vielschichtige organisatorische und inhaltliche Aspekte

    bercksichtigen (komplexes Arbeitsgebiet, vielfltige Themenaspekte, Rahmenbedingungen, externe

    Bezugspunkte, ). Die Lehrkraft muss whrend der Projektdurchfhrung flexibel auf unvorhersehbare

    Entwicklungen bei der Projektarbeit reagieren und ggf. Planungsschritte verndern. Umfassende und

    vielschichtige Leistungskontrollen stellen in einem Projektunterricht hinsichtlich einer

  • Das Lernfeldkonzept in der Berufsschule

    24 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Kompetenzfeststellung hohe Anforderungen an den Beurteiler. Projektunterricht wird zu weiten Teilen durch

    die Mitarbeit und Kreativitt der Lernenden in einem solchen Unterricht getragen und stellt daher hohe

    Ansprche auch an sie. Fr nachhaltige Lernprozesse mssen Lernende stark eigenverantwortlich arbeiten

    und sich engagieren. Fr leistungsschwchere oder leistungsunwillige Lernende dagegen, die mit dieser

    Methode bisher nicht vertraut sind oder fr Schler, die sich nicht engagieren wollen, kann sich dadurch ein

    sehr geringer Lerngewinn einstellen.

    2.6 Moderner beruflicher Unterricht als integrative Gesamtkonzeption

    Moderner beruflicher Unterricht konstituiert sich durch gefhrtes, systematisches Lernen in definierten

    Wissensdomnen und situationsbezogenem Lernen in realittsnahen, berufstypischen Aufgabenbereichen.

    Ein solcher Unterricht umfasst selbstgesteuertes Lernen ebenso wie einen lehrergefhrten Dialog. Situiertes

    Lernen ist hier verknpft mit systematikorientiertem Lernen. Dies zielt auf den Erwerb professioneller

    beruflicher Handlungskompetenz durch ein lernfrderliches Zusammenwirken von Fach- und

    Handlungssystematik in einem integrativen Unterrichtsgesamtkonzept, in dem beide Grundorientierungen

    zusammenflieen.

    Die in den Lernfeldern der aktuellen Lehrplne enthaltenen Lernzielformulierungen knnen grundlegende

    unterschiedliche Ausrichtungen enthalten. Sie knnen z.B. eher grundlagenorientiert oder strker

    anwendungsbezogen und prozessorientiert sein. Eine weitere Unterscheidung ergibt sich aus den

    unterschiedlichen Bildungszielen einer beruflichen Grundbildung und einer beruflichen Fachbildung. Fr

    erstere ist die Einfhrung in einen Themenbereich, bei der insbesondere theoretische Wissensgrundlagen

    situiert und anwendungsorientiert vermittelt werden, zentral. Damit zielt sie auf die Vermittlung von

    Begrifflichkeiten und Begrndungszusammenhngen, die systematisch in festen Strukturen anzulegen sind.

    Das Bildungsziel einer beruflichen Fachbildung ist stark anwendungsbezogen ausgelegt und hat

    transferorientierte Lerninhalte zum Gegenstand. Idealerweise erfolgt hier bereits eine Transfersicherung

    whrend des Lernprozesses selbst.

    Die Umsetzung von Lernfeldern im Unterricht gem den Intentionen der Handreichung der KMK erfolgt

    bisher an den Schulen unterschiedlich konsequent. Die unterrichtenden Lehrkrfte mssen dies vor dem

    Hintergrund bestehender organisatorischer und rechtlicher Rahmenbedingungen in ihrem schulischen

    Umfeld bewerkstelligen. Hierbei hinderlich sein knnen Klassenrume oft getrennt nach Theorie und Praxis,

    der 45-Minuten Takt von Unterrichtsstunden, Schwierigkeiten bei Teilungsstunden und Teamteaching, nicht

    vorhandene Verfgungsstunden zur Entwicklung von Lehr-Lern-Arrangements, die rechtlich oft nicht

    zulssige Beurteilung von Gruppenleistungen oder die bisherigen unterrichtlichen Vorerfahrungen der

    Schler. Auch die bisher geforderten und bei Lehrkrften vorhandenen Kompetenzen sowie die derzeitige

    Form der Lehrerbildung knnen einschrnkend wirken. Der begonnene Entwicklungsprozess einer

    Unterrichtsgestaltung, die auf Lernfelder abgestimmt ist, kann und wird wohl so schnell nicht abgeschlossen

    sein. Nach wie vor sind sowohl aus theoretischer als auch unterrichtspraktischer Sicht zahlreiche Fragen

    offen, wie spezifische Lernziele und Lerninhalte mit teilweise verschiedenen Zielperspektiven in konkreten

    Lernsituationen umzusetzen sind.

    Ein moderner beruflicher Unterricht muss hohen Qualittsansprchen gengen. Ein solcher Unterricht

    umschliet sowohl fachsystematische als auch handlungssystematische Konzepte mit unterschiedlicher

    Akzentuierung in einem sich gegenseitig ergnzenden und bereichernden Wechselspiel. Eine

    konstruktivistische Grundauffassung fr Lernen ist dabei leitend.

  • Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 25

    3 Die Komponenten des Lernsystems Robotino

    Das Lernsystem Robotino versteht sich als Einheit aus den drei Komponenten:

    Hardware

    Software

    Arbeitsbuch

    Die Hard- und Software bilden zusammen ein Automatisierungsgert, das stellvertretend fr eine attraktive

    automatisierte Anlage steht.

    Durch die Kombination aus Robotino (Hardware) und Robotino View (Software) lsst sich ein sehr weites

    fachliches Spektrum aus unterschiedlichen Technologiebereichen der Automatisierungstechnik ansprechen

    und im Unterricht umsetzen (siehe Kapitel 1).

    Das Arbeitsbuch liefert eine erste didaktische Aufbereitung dieser Themen in handlungsorientierten

    Projekten.

    3.1 Hardware

    Modularer Aufbau

    Die Hardware des Robotino ist modular aufgebaut und umfasst folgende Einzelkomponenten:

  • Die Komponenten des Lernsystems Robotino

    26 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Beschreibung der Antriebseinheit

    12

    3 4 5

    Motor (1) Inkrementalgeber (2) Allseitenrolle (3) Getriebe (4) Zahnriemen (5)

    Schnittstellen

    Frontansicht des Chassis

  • Die Komponenten des Lernsystems Robotino

    Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 27

    Bodenansicht des Chassis

    Stromlaufplan der EA-Klemmleiste

    1 24

    REL 0

    REL 1

    Analog IN0 ... 10 V

    GND

    GND

    +24V

    +24V

    MO

    DigitalOUT

    DigitalIN

    0123021 1346 57

    GND

    GND

    +24V

    +24V

    M4

    4567462 5702 13

    1 24

    Obere Klemmleiste und untere Klemmleiste

  • Die Komponenten des Lernsystems Robotino

    28 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Folientastatur und Display

    Enter

    1

    2

    3 6

    7

    54

    Display (1) LED (2) Ein/Aus (3) Menebene nach oben (4)

    Auswahl nach unten (5) Auswahl bernehmen (6) Auswahl nach oben (7)

    Aufbau und Tastenfunktion

    Menstruktur derBedieneinheit

    Sprachen

    NetzwerkIP Adresse

    Sub NetmaskeLadezustand

    Balkenanzeige

    aktueller Strom

    Spannung

    Demoprogramme

    Kreis

    Vorwrts

    Viereck

    Erkunden

    Liniefolgen

    Deutsch

    Englisch

    Franzsisch

    Spanisch

    Menstruktur

  • Die Komponenten des Lernsystems Robotino

    Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 29

    3.2 Software

    Neues Arbeitsblatt (1) Programmstart (2) Webcam (3a und 3b)

    Robotino Hardware (4) Kamerafenster (5)

    Aufbau der Software

    Bedeutung der Software im Gesamtsystem

    Robotino ist als operative Einheit aus Hardware und Software zu sehen. Die Hardware fhrt die in der

    Software programmierten Aktionen aus. Sie wird erst durch die Software umfassend bewegungsfhig.

    Einige Programmablufe sind bereits als Demoprogramme in der Steuereinheit hinterlegt. Smtliche

    Bewegungen, die zielgerichtet und aufgabenorientiert neue Situationen bewltigen sollen, mssen jedoch

    individuell mit der Software Robotino View programmiert werden. Das Lernsystem zielt damit primr auf

    das Verstndnis fr ein solches System als Einheit aus Hard- und Software sowie das Erlernen der

    Programmierung eines automatisierten Systems. Gleichzeitig visualisiert die Software stndig die jeweiligen

    Prozesszustnde und steht somit stellvertretend fr eine moderne Prozessvisualisierung.

    Diese Schwerpunktsetzung entspricht dem beruflichen Anspruch im Bereich der Automatisierungstechnik.

    Moderne Industrieanlagen sind ohne Softwareuntersttzung nicht mehr denkbar. Die stetig wachsende

    Aufgabenkomplexitt lsst sich nur noch durch das Zusammenwirken von Hard- und Software bewltigen.

  • Die Komponenten des Lernsystems Robotino

    30 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Schnelle und einfache Prozessablaufnderungen, Kostenreduzierung, Eingliederung in zentrale

    Produktionsberwachung, Datenbernahme aus Konstruktions- und Entwicklungsabteilungen, steigende

    Komplexitt der Produkte, Schnelligkeit und Effektivitt der Produktion usw. belegen die Bedeutung einer

    softwaregesttzten Technologie. Dem entsprechend orientieren sich daran die Inhalte einschlgiger Berufe.

    Robotino bildet diese Verzahnung ab und hebt die Bedeutung der Software-Orientierung hervor, da die

    Software die zentrale Lernschnittstelle fr das Lernsystems darstellt.

    3.3 Das Arbeitsbuch

    Das Arbeitsbuch steht als dritte Komponente im Lernsystem Robotino neben Hard- und Software. Es

    gliedert sich in vier Bereiche: Projektteil, Theorieteil, Lsungsteil und Anhang.

    Der Projektteil beinhaltet elf Aufgabenstellungen (hier Projekte genannt), die angelehnt an industrielle

    Aufgabenstellungen mgliche Beispiele fr die Umsetzung als Lerneinheiten im Unterricht enthalten. Die

    ausgewhlten Arbeitsprozesssituationen sind beispielsweise Wareneingangsprfung, Erstinbetriebnahme

    oder industriell orientierte Problemsituationen wie Aufgaben der Positionierung oder des abstandgenauen

    Fahrens.

    Die einzelnen Lerneinheiten im Arbeitsbuch sind nach einem einheitlichen Schema aufgebaut.

    Vorausgehend beschreiben Lernzielformulierungen die Inhalte der Lerneinheit. Eine Problemstellung aus

    der industriellen Praxis spannt den Rahmen der zu bearbeitenden Thematik auf. Sie mndet in einen

    konkreten Projektauftrag, der ausfhrlicher einzelne, erforderliche Handlungsschritte zur Bearbeitung der

    Problemstellung beschreibt und konkrete Arbeitsauftrge enthlt. Enthalten sind immer auch Hinweise auf

    Arbeitshilfen, Informationen zu den erforderlichen Randbedingungen und der Verweis auf mgliche,

    ergnzende Zusatzaufgaben, mit denen sich die Aufgabenstellung erweitern lsst.

    Der Theorieteil erlutert einzelne inhaltliche Themenfelder wie beispielsweise PID-Regler, Omniantrieb oder

    Infrarotsensoren unter fachsystematischen Gesichtspunkten. Die inhaltliche Auswahl orientiert sich am

    Antrieb und den Sensoren von Robotino und der Software Robotino View. Dieser Teil soll ergnzend zur

    Softwarehilfe, dem technischen Handbuch und den technischen Unterlagen bzw. Datenblttern als

    Informationsquelle zu den einzelnen Projektaufgaben dienen. Lernenden dient der Theorieteil als

    Nachschlagewerk, auf das sie in selbstgesteuerten Lernphasen zurckgreifen knnen.

    Der dritte Teil stellt Lsungen zu den elf Projektaufgaben vor und beinhaltet fr Lehrkrfte ergnzende

    Informationen, die aus der Unterrichtsperspektive eine Projektdurchfhrung untersttzen.

    Im letzten Abschnitt sind die einzelnen Projekte den Inhalten des lernfeldorientierten Rahmenlehrplans aus

    den Berufen des Elektronikers fr Automatisierungstechnik und Betriebstechnik, den Mechatronikern und

    den Feinwerkmechanikern zugeordnet. Diese Zuordnung liefert Orientierungshilfen zur Gestaltung eines

    individuellen Unterrichts fr die genannten Ausbildungsberufe.

    Das Layout im Projektteil bietet durch die grozgige und optisch wenig verdichtete Darstellungsform Raum

    fr eigene, ergnzende Aufzeichnungen oder Anmerkungen. Dies trgt ganz erheblich zu einer hohen

    bersichtlichkeit und Klarheit bei.

  • Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 31

    4 Spielerischer Zugang zur Automatisierungstechnik mit dem

    Lernsystem Robotino

    Mit dem Lernsystem Robotino erffnen sich Mglichkeiten fr einen spielerisch motivierten Zugang zur

    Automatisierungstechnik.

    Nachfolgend sind drei Vorschlge skizziert, die Einsatzmglichkeiten des Lernsystems in spielerischer Form

    vorstellen. Den Spielvorschlgen gehen zunchst grundstzlich Erluterungen zur Vorbereitung von

    Robotino fr die Spiele voraus. Jeder Spielvorschlag enthlt eine Skizze zum rumlichen Aufbau des

    Spielfeldes, Angaben zur Aufgabenstellung und zum Ziel des Spiels sowie spielspezifisch erforderliche

    Vorbereitung am Spielgert. Mgliche inhaltliche Fragestellungen zur Automatisierungstechnik, die aus dem

    beschriebenen Spiel abgeleitet werden knnen, runden jedes Spiel ab. Am Ende dieses Kapitels fassen

    kurze Anmerkungen zu Lernspielen aus didaktischer Perspektive die Ausfhrungen zusammen.

    4.1 Vorbereitungen vor jedem Spiel

    Technische und organisatorische Vorbereitungen

    Starten Sie das Programm Robotino View und stellen Sie eine Verbindung zur Hardware her

    Laden Sie das Robotino View Programm: Gesamtablauf fr spielerischen Zugang.rvw.

    Stecken Sie den Joystick an und prfen die Funktion innerhalb der Software (eventuell mssen Sie ber

    das Men: Extras / Optionen nach Joysticks scannen und im Funktionsbaustein Joystick die

    Konfiguration entsprechend anpassen)

    Konfigurieren Sie die Tasten des Funktionsbausteins Joystick

    vor und zurck fahren auf Achse O

    links und rechts fahren auf Achse 1

    Links-Drehung auf Knopf 0

    Rechts-Drehung auf Knopf 1

    Quittierfunktion auf Knopf 9

    Diese Konfiguration empfiehlt sich, da sie die Teilnehmer meist intuitiv richtig durchfhren. Jedoch

    knnen in der Knopfbelegung Unterschiede bei verschiedenen Joystickherstellern auftreten

    Die Teilnehmer mssen vor dem Spiel eine Einfhrung in die konfigurierten Joystickfunktionen erhalten

    Die Gerteschutzfunktionen mssen verdeutlicht werden (sind im Programm hinterlegt, lassen sich

    durch einzugebende Konstanten beeinflussen)

    Funktion "Abstandhalten":

    Der Robotino kann sich nur bis auf ein vorher definiertes Ma (5 - 30 cm) an Hindernisse annhern.

    Wird dieser Abstand unterschritten, so geht er in den Drehmodus ber. Dieser Drehmodus muss durch

    eine Taste am Joystick quittiert werden. Erst dann lsst sich der Robotino wieder "frei" fahren

    Kollision:

    Kollidiert der Robotino mit einem Gegenstand so endet das Programm. Die Kollisionserkennung luft

    durch die Stoleiste, die um das Gert montiert ist

    Eine Stoppuhr ist zur genauen Zeitmessung erforderlich

    Der Untergrund sollte mglichst rutschfrei sein

  • Spielerischer Zugang zur Automatisierungstechnik mit dem Lernsystem Robotino

    32 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Parametrierung und Definition des Schwierigkeitsgrades

    Im Programm sind die Konstanten Drehung links, Drehung rechts, Abstand und Induktion hinterlegt. Fr die

    Drehgeschwindigkeiten empfehlen sich Werte zwischen 50 und 300. Die Konstante fr die Drehung rechts

    erfordert einen positiven Wert, die fr Drehung links einen negativen Wert.

    Die Konstante Abstand definiert einen Vergleichswert zum gemessenen Abstand. Den Abstand zwischen

    Robotino und Gegenstand erfasst ein analoger Spannungswert, der sich im Bereich zwischen 0 und 2,56

    bewegt. Die Software fhrt eine Vergleichsoperation zwischen Konstante und gemessenem Wert durch. Das

    Ergebnis der Vergleichsoperation kann den Programmablauf Drehmodus auslsen. Hierzu empfiehlt es sich,

    fr die Konstante Abstand einen Wert von 1,2 vorzugeben. Dieser entspricht einem Abstand von ca. 10 cm.

    Der Drehmodus startet, wenn dieser Abstand unterschritten ist.

    Die Konstante Induktion definiert einen Vergleichswert zum gemessenen analogen induktiven Wert. Dies

    funktioniert hnlich der Abstandmessung (siehe oben). Hierbei sollte sich das Spektrum zwischen den

    Werten 0 bis 10 befinden.

    Konstantenbezeichnung Idealer Wert

    Drehung rechts (pos.) 50

    Drehung links (neg.) -50

    Abstand 1,2

    Induktion 7

    Beispiel fr eine ideale Parametrierung

    Hinweise fr die Spieldurchfhrung

    Whrend des Spielverlaufs fungiert die Lehrkraft als Spielleiter.

    Bei technisch bedingten Strungen, die nicht in der Verantwortung der Spieler liegen, muss die Zeit

    angehalten werden, um einen gerechten Wettkampf zu gewhrleisten.

    Bewertungssysteme fr Spieler sollte die Lehrkraft vor Spielbeginn bekannt geben.

    Beispiel einer mglichen Spielbewertung

    Pro Durchlauf: Platz Eins erhlt drei Punkte

    Platz Zwei erhlt zwei Punkte

    Platz Drei erhlt einen Punkt

    Gesamtbewertung: Alle gesammelten Punkte werden aufaddiert.

    Gewonnen hat derjenige, der nach allen Spieldurchlufen die meisten Punkte hat.

    Hufig haben Spielteilnehmer Vorteile, die zunchst das Spielgeschehen beobachten und erst spter

    spielen. Um dies auszugleichen empfiehlt es sich, den Gewinner des vorausgehenden Spieldurchlaufs

    beim nchsten Spiel beginnen zu lassen.

  • Spielerischer Zugang zur Automatisierungstechnik mit dem Lernsystem Robotino

    Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303 33

    4.2 Spielvorschlag: Slalomfahrt im begrenzten Raum

    Spielaufgabe

    Die Teilnehmer mssen den Parcours auf einer vorgegebenen Route mit Robotino durchfahren. Dabei

    drfen Sie die Kegel oder die Randbegrenzung nicht berhren

    Spielfeld

    Start

    Ziel

    Beginn/EndeZeitmessung x

    x

    x

    x = 80 cm(gilt fr vorgegebene ideale Konstanten)

    Kegel

    Fahrlinie

    Randbegrenzung

    Skizze

    Vorbereitung

    Fhren Sie die unter 4.1 genannten Schritte systematisch durch.

    Geben Sie fr die Konstante Induktion den Wert 10 ein (somit wird der Sensor auer Funktion gesetzt).

    Prfen Sie den Wert des Abstandssensors. Dieser sollte bei 1,2 fr den in der Skizze dargestellten Wert

    liegen (entspricht einen ungefhren Abstandswert von 10 cm).

    Bauen Sie den Parcours gem der Skizze auf. Beachten Sie dabei, dass die Kegel einen Abstand von

    80 cm zueinander und zu den Randbegrenzungen haben.

    Die Slalomfahrstrecke (siehe Skizze, blaue Linie) sollte auf dem Boden markiert sein.

    Der Spielleiter sollte den Parcours vor Spielbeginn zur Demonstration durchfahren und seine Fahrzeit

    messen. Diese Zeit mit dem Faktor 2 multipliziert kann als maximale Zeit pro Durchlauf gesetzt werden.

    Darber liegende Zeiten kommen nicht in die Wertung.

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    34 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Spielregeln

    Das Spiel endet, wenn die maximale Spielzeit berschritten ist.

    Bei der Kollision mit der Randbegrenzung endet der Durchlauf. Fr diesen Durchlauf wird die maximale

    Spieldauer gewertet.

    Bei der Kollision mit einem Kegel muss pro berhrtem Kegel ein Drittel der Maximalzeit als Strafzeit auf

    die tatschlich gemessene Zeit aufaddiert werden.

    Ziel des Spiels

    Der Parcours muss mglichst schnell durchfahren werden. Hierzu ist eine mglichst feinfhlige

    Steuerung mit dem Joystick erforderlich, da die Abstnde zwischen den Kegeln und der

    Randbegrenzung mgliche Fahrbewegungen beschrnken.

    Sieger ist derjenige, der die geringste Zeit fr die Durchfahrt bentigt hat.

    Mgliche inhaltliche Fragestellungen, die aus dem beschriebenen Spiel abgeleitet werden knnen

    Wo kommt eine solche Aufgabe in der industriellen Praxis vor? (Nicht spurgefhrtes Fahrerloses

    Transportsystem)

    Welche Sensoren dienen zur Abstandsmessung?

    Wie wird die zurckgelegte Wegstrecke in ein elektrisches Signal umgewandelt?

    Welche Probleme bei der Erfassung des Abstandes knnen sich ergeben?

    Welche Freiheitsgrade besitzt ein Mehrachsensystem?

    Wie kommt die Vor- und Seitwrtsbewegung des Robotino zustande?

    Welche Strgren knnen die Fahrt beeinflussen?

    Welche Probleme knnen fr eine exakte Positionierung auftreten?

    Welche Schutzfunktionen sind in Robotino integriert?

    Welche Teilprogramme sind in dem manuellen Ablauf integriert?

    Wie kann der Ablauf automatisiert erfolgen?

    Welche Teilaufgaben muss ein automatisierter Ablauf erfllen?

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    4.3 Spielvorschlag: Manuelle Bahnfahrt auf Metallband

    Spielaufgabe

    Die Teilnehmer mssen mit Robotino entlang eines Metallklebebandes fahren. Fahrbewegungen sind nur

    mglich, solange der Induktivsensor dem Metallband folgt.

    Start

    Ziel

    idealeTeilnehmerposition

    BeginnZeitmessung

    EndeZeitmessung

    Spielfeld

    entspricht ca. 80 cm

    induktiver Sensor

    metallische Fhrungslinie(Fhrungslinie sollte min. 5 cm breit sein)

    Skizze

    Vorbereitung

    Fhren Sie die unter 4.1 genannten Schritte systematisch durch.

    Bauen Sie den Parcours gem der Skizze auf. Beachten Sie dabei, dass die Fhrungslinie induktiv

    erfassbar ist und ein Breite von ca. 5 cm besitzt.

    Stellen Sie die Konstante des Induktivsensors mit der erforderlichen Empfindlichkeit ein. Ein idealer

    Wert liegt hier bei 7.

    Achten Sie darauf, dass entlang des Parcours im Umkreis von 0,5 m kein Gegenstand oder Hindernis

    den Fahrbereich des Robotino einschrnkt.

    Der Spielleiter sollte den Parcours vor Spielbeginn zur Demonstration durchfahren und seine Fahrzeit

    messen. Diese Zeit mit dem Faktor 2 multipliziert kann als maximale Zeit pro Durchlauf gesetzt werden.

    Darber liegende Zeiten kommen nicht in die Wertung.

    Die Spieler positionieren sich so zum Gert, dass Sie die metallische Fhrungslinie und den induktiven

    Sensor stets im Blickfeld haben.

    Spielregeln

    Das Spiel endet, wenn die maximale Spielzeit berschritten ist.

    Sollte sich Robotino so weit vom Metallband entfernen, dass der Induktivsensor die Fhrungslinie

    nicht mehr erfassen kann, so werden die Achsfunktionen des Joysticks abgeschaltet. Da nur noch

    Drehbewegungen mit dem Robotino mglich sind, endet das Spiel. Gewertet wird die Maximalzeit.

  • Spielerischer Zugang zur Automatisierungstechnik mit dem Lernsystem Robotino

    36 Festo Didactic GmbH & Co. KG 733303

    Ziel des Spiels

    Robotino muss der Metallbandlinie mglichst genau folgen, damit der Parcours schnell durchfahren

    werden kann.

    Sieger ist derjenige, der die geringste Zeit fr die Durchfahrt bentigt hat.

    Mgliche inhaltliche Fragestellungen, die aus dem beschriebenen Spiel abgeleitet werden knnen

    Wo kommt eine solche Aufgabe in der industriellen Praxis vor? (Spurgefhrtes Fahrerloses

    Transportsystem)

    Wie wird die Abweichung von der Fhrungslinie erkannt?

    Welche Eigenschaften des analogen Sensors sind zu erkennen?

    Wie setzt das Programm solche Informationen um?

    Wie wirkt sich eine Vernderung zwischen Konstante und Sensor im Soll-Ist-Vergleich aus?

    In welchem Zusammenhang steht die Fahrgeschwindigkeit mit dem Sensorwert?

    Welche umgebungsbedingten Probleme knnen auftreten?

    Welche Auswirkungen auf das Steuerungsprogramm haben die Signallaufzeiten der Kommunikation?

    Wie kann diese Aufgabe als automatisierter Ablauf stattfinden?

    Welche Voraussetzungen mssen dafr gegeben sein?

    Welche Gefahren knnen bei einem automatisierten Ablauf auftreten?

    Wo kann lsst sich ein solches System in der Pr