RAHMENRICHTLINIEN FACHGYMNASIUM TECHNIK · meinen Grundbildung und zur Studierfähigkeit, aufbauend...

RAHMENRICHTLINIEN FACHGYMNASIUM TECHNIK

(angepasste Fassung gemäß

Achtem Gesetz zur Änderung des Schulgesetzes

des Landes Sachsen-Anhalt vom 27.2.2003)

TECHNIK/ELEKTROTECHNIK Schuljahrgänge 11 - 13

An der Anpassung der Rahmenrichtlinien gemäß Achtem Gesetz zur Änderung des Schul-

gesetzes haben mitgewirkt:

Kiesow, Werner Bitterfeld

Werther, Andreas Dessau

Spanneberg, Marion Halle (betreuende Dezernentin des LISA)

Die vorliegenden Rahmenrichtlinien entstanden auf der Grundlage der:

− Rahmenrichtlinien Fachgymnasium Technik/Elektrotechnik (2002)

Buhlert, Henri Magdeburg

Bühling, Jana Halle

Dellas, Jörn Eisleben

Kiesow, Werner Bitterfeld

Dr. Müller, Martina Halle (betreuende Dezernentin des LISA)

Werther, Andreas Dessau

Verantwortlich für den Inhalt:

Kultusministerium des Landes Sachsen-Anhalt

Vorwort Bildung und Ausbildung sind Voraussetzungen für die Entfaltung der Persönlichkeit eines jeden Menschen wie auch für die Leistungsfähigkeit von Staat, Wirtschaft und Gesellschaft. Schule ist also kein Selbstzweck, sondern hat die jeweils junge Generation so gründlich und umfassend wie möglich auf ihre persönliche, berufliche und gesellschaftliche Zukunft nach der Schulzeit vorzubereiten. Dazu soll sie alle Schülerinnen und Schüler fördern, wo sie Schwächen haben, und in ihren Stärken fordern. Jede(r) soll die ihr bzw. ihm mögliche Leistung erbringen können und die dafür gebührende Anerkennung erhalten. Dies gilt grundsätzlich nicht nur für Lerninhalte, sondern für alle Bereiche der persönlichen Entwicklung einschließlich des Sozialverhaltens. Gleichwohl haben gerade Rahmenrichtlinien die Schule als Ort ernsthaften und konzentrierten Lernens zu begreifen und darzustellen. Lernen umfasst dabei über solides Grundwissen hinaus alles, was dazu dient, die Welt in ihren verschiedenen Aspekten und Zusammenhängen besser zu verstehen und sich selbst an sinnvollen Zielen und Aufgaben zu entfalten. Die Rahmenrichtlinien weisen verbindliche Unterrichtsziele und –inhalte aus. Sie können und sollen jedoch nicht die pädagogische Verantwortung der einzelnen Lehrerin und des einzelnen Lehrers ersetzen: - Die Vermittlung der verbindlichen Unterrichtsinhalte füllt keineswegs alle Unterrichtsstunden

aus. Daneben besteht auch Zeit für frei ausgewählte Themen oder Schwerpunkte. Dies bedeutet nicht zwangsläufig neue oder mehr Unterrichtsinhalte. Weniger kann unter Umständen mehr sein. Entscheidend für eine erfolgreiche Vermittlung von Wissen und Schlüsselkompetenzen ist, dass dem Erwerb elementarer Grundkenntnisse und –fertigkeiten ausreichend Zeit und Raum gewidmet wird. Soweit erforderlich, ist länger daran zu verweilen und regelmäßig darauf zurück zu kommen.

- Rahmenrichtlinien beschreiben nicht alles, was eine gute Schule braucht. Ebenso bedeutsam

für die Qualität einer Schule ist die Lern- und Verhaltenskultur, die an ihr herrscht. Eine Atmosphäre, die die Lernfunktion der Schule in den Vordergrund stellt und die Einhaltung von Regeln des Miteinanders beachtet, kann nicht über Vorschriften, sondern nur durch die einzelne Lehrkraft und das Kollegium in enger Zusammenarbeit mit Eltern und Schülern erreicht werden.

Ausdrücklich möchte ich darauf hinweisen, dass es sich bei den hier vorliegenden Rahmen-richtlinien um eine Anpassung an die veränderte Schulgesetzgebung handelt. Die in diesem Heft enthaltenen Rahmenrichtlinien treten am 1. August 2004 in Kraft. Ich bitte alle Lehrerinnen und Lehrer um Hinweise oder Stellungnahmen, damit wir die Rahmenrichtlinien weiter überarbeiten und Verbesserungen einbringen können. Allen, die an der Entstehung dieser veränderten Rahmenrichtlinien mitgewirkt haben, danke ich herzlich. Ich wünsche allen Lehrerinnen und Lehrern bei der Planung und Gestaltung ihres Unterrichts viel Erfolg und Freude bei der pädagogischen Arbeit.

Magdeburg, im Mai 2004 Prof. Dr. Jan-Hendrik Olbertz Kultusminister

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Inhaltsverzeichnis Seite 1 Aufgaben des Faches Technik/Elektrotechnik am Fachgymnasium ........................... 6 2 Ziele und fachdidaktische Konzeption ........................................................................ 8 3 Zur Arbeit mit den Rahmenrichtlinien.........................................................................11 4 Grundsätze der Unterrichtsgestaltung .......................................................................13 4.1 Didaktische Grundsätze.............................................................................................13 4.2 Unterrichtsverfahren und Unterrichtsorganisation ......................................................13 4.3 Leistungen und ihre Bewertung .................................................................................17 5 Inhalte .......................................................................................................................19 5.1 Übersicht über Themen und Zeitrichtwerte ................................................................19 5.2 Schuljahrgang 11 (Einführungsphase) .......................................................................20 5.3 Schuljahrgänge 12/13 (Qualifikationsphase)..............................................................24 Anhang.................................................................................................................................39

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1 Aufgaben des Faches Technik/Elektrotechnik am Fachgymnasium

Gegenstand der Fächer im mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen Aufgabenfeld

(III) sind die empirisch erfassbare und die in formalen Strukturen beschreibbare Wirklichkeit

sowie die Methoden, die ihrer Erschließung und Gestaltung dienen und die daraus ableitba-

ren Möglichkeiten technischer Anwendung. Das Fach Technik/Elektrotechnik leistet in einer

durch Wissenschaft und Technik geprägten Umwelt einen wesentlichen Beitrag zur allge-

meinen Grundbildung und zur Studierfähigkeit, aufbauend auf den Vorkenntnissen aus den

Fächern Wirtschaft, Technik, Physik und Mathematik der Schuljahrgänge 7-10.

Hierbei wird von folgendem Technikverständnis ausgegangen:

– Technik bestimmt die Menge der nutzenorientierten, künstlich hergestellten, gegen-

ständlichen Gebilde (Artefakte oder Sachsysteme) sowie die Menge menschlicher Hand-

lungen und Einrichtungen, in denen Artefakte entstehen und verwendet werden.

– Technik ist ein Teil der gesellschaftlichen Praxis. Sie muss als soziotechnisches System

begriffen werden. Jede technische Neuerung ist nicht nur ein Eingriff in natürliche Be-

stände, sondern zugleich auch ein neues gesellschaftliches Handlungsmuster.

– Technik vollzieht sich mit wissenschaftlichen Methoden unter konkreten wirtschaftlichen,

gesellschaftlichen und politischen Bedingungen und ist damit Bestandteil gesellschaftli-

cher Systeme.

– Technik geht von den Gegebenheiten der Natur aus, d. h. sie nutzt vorhandene Stoffe,

Energien und Informationen.

– Technik steht unter der zentralen Fragestellung nach den Möglichkeiten des zweck-

optimierten Gestaltens. Die komplexe technisierte Umwelt kann in einem empirisch-

analytischen und auch systemtheoretischen Ansatz strukturiert werden.

Das Profilfach Technik/Elektrotechnik hat folgende Aufgaben zu erfüllen:

– Hilfen zur Persönlichkeitsentwicklung in sozialer Verantwortung bei der Gestaltung von

Technik zu geben,

– berufliche Kenntnisse zu vermitteln und fachspezifische Fähigkeiten und Fertigkeiten

auszuprägen,

– eine wissenschaftspropädeutische Ausbildung zu vermitteln.

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Das Fach Technik/Elektrotechnik ermöglicht die systematische Auseinandersetzung mit we-

sentlichen Inhalten, Theorien und Modellen, die die Komplexität und den Aspektreichtum des

Faches verdeutlichen. Es sichert die vertiefte Beherrschung der fachlichen Arbeitsmittel, Ar-

beitsmethoden und Verfahren, ihre Applikation und theoretische Reflexion und das Erkennen

übergreifender Zusammenhänge mit anderen Wissenschaftsdisziplinen.

In Verbindung mit dem Angebot an Fachpraxiskursen und/oder Projektkursen in verschiede-

nen fachspezifischen Teilgebieten durch Projekt- und Experimentalunterricht können die

Schülerinnen und Schüler ihre Kenntnisse vertiefen, ihre Fähigkeiten und Fertigkeiten aus-

prägen und gegebenenfalls zusätzliche Teilqualifikationen erwerben.

Das Fach Technik/Elektrotechnik ist auf den Erwerb der allgemeinen Hochschulreife ausge-

richtet und leistet im Besonderen einen Beitrag, Schülerinnen und Schülern die Aufnahme

eines Studiums elektrotechnischer Fachrichtungen zu erleichtern.

Tätigkeiten in technischen Bereichen erfordern vielseitige Kenntnisse, Kreativität, Kooperati-

ons- und Kommunikationsfähigkeit und -bereitschaft.

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2 Ziele und fachdidaktische Konzeption Ziele Ziel des Fachgymnasiums Technik/Elektrotechnik ist die Herausbildung von Handlungskom-

petenz. Dabei sind Fachkompetenz, Sozial- und Human(Selbst-)kompetenz als Dimensionen

von Handlungskompetenz in der Unterrichts- und Erziehungsarbeit der gymnasialen Ober-

stufe weiterzuentwickeln, um eine Vorbereitung auf das künftige Berufs- und Arbeitsleben zu

sichern.

Die Kompetenzdimensionen stehen in einem Handlungszusammenhang und werden

nachfolgend für das Fach Technik/Elektrotechnik als Ziele für die Fachkompetenz, Hu-

man(Selbst-)kompetenz und Sozialkompetenz skizziert.

Fachkompetenz ist die Bereitschaft und Fähigkeit auf der Grundlage fachlichen Wissens und

Könnens, Aufgaben und Probleme zielorientiert, sachgerecht, methodengeleitet und selbst-

ständig zu lösen und das Ergebnis zu beurteilen. In diesem Sinne umfasst die Fachkompe-

tenz:

– Analysieren technischer Systeme und Prozesszusammenhänge,

– Erschließen elektrotechnischer ingenieurwissenschaftlicher Zusammenhänge und Struk-

turen,

– Ermitteln von prinzipiellen Funktionslösungen; Herausarbeiten von Arbeitsalgorithmen;

Bearbeiten mathematischer Funktionszusammenhänge und Bestimmen charakteris-

tischer Größen,

– die Berücksichtigung notwendiger Zusammenhänge aus anderen Wissensbereichen

(Physik, Chemie, Wirtschaft, Fachsprache),

– Erschließen von Zusammenhängen zwischen Wissensbereichen,

– wissenschaftspropädeutisches Arbeiten,

– problemlösendes Denken und Handeln in komplexen technologischen Strukturen,

– Planen und Auswerten von Experimentalübungen,

– selbstständiges Lesen und Erstellen von elektrotechnischen Dokumentationen,

– sicheren Umgang mit Tabellen, Grafiken und Fachliteratur,

– eigenverantwortliches Reflektieren von Arbeits- und Lösungsschritten; Systematisieren

von Lösungs- und Fehlersuche.

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Human(Selbst-)kompetenz bezeichnet die Bereitschaft und Fähigkeit des Menschen, als

Individuum die Entwicklungschancen, Anforderungen und Einschränkungen in Beruf, Familie

und öffentlichem Leben zu klären, zu durchdenken und zu beurteilen, eigene Begabungen zu

entfalten sowie Lebenspläne zu fassen und fortzuentwickeln. Sie umfasst personale Eigen-

schaften wie Selbstständigkeit, Kritikfähigkeit, Selbstvertrauen, Zuverlässigkeit, Verantwor-

tungs- und Pflichtbewusstsein. Die Dimension Human(Selbst-)kompetenz umfasst:

– Verstehen des eigenen Zugangs zu technischen Sachverhalten,

– Reflexion von Interessen und Konflikten auch aus der individuellen Erfahrung,

– Reflexion des eigenen Verständnisses vom Zusammenhang zwischen Technik und Ge-

sellschaft im Sinne von „technikorientierten“ oder „arbeitsorientierten“ Gestaltungs-

konzepten,

– die Auseinandersetzung mit Werten und Wertsystemen,

– kritische Bewertung der eigenen Leistung.

Zu ihr gehören insbesondere auch die Entwicklung durchdachter Wertvorstellungen und die

selbstbestimmte Bindung an Werte.

Sozialkompetenz bezeichnet die Bereitschaft und Fähigkeit, soziale Beziehungen zu leben

und zu gestalten, Zuwendungen und Spannungen zu erfassen, zu verstehen sowie sich mit

anderen rational und verantwortungsbewusst auseinander zu setzen und zu verständigen.

Hierzu gehört insbesondere auch die Entwicklung sozialer Verantwortung und Solidarität. Die

Dimension Sozialkompetenz umfasst:

– Erkennen der Auswirkungen von Technikentwicklungen und Technikgestaltung für die

Gesellschaft und Einschätzen hinsichtlich der gesellschaftlichen Akzeptanz,

– Begreifen gesellschaftlicher Widersprüche und der Widersprüchlichkeit technischer Er-

zeugnisse (ökonomische, ökologische, gesellschaftliche Aspekte),

– Einbringen eigener Interessen, Fähigkeiten, Phantasien in das Team,

– Verlässlichkeit und Verantwortungsbereitschaft,

– die Entwicklung von Arbeitsweisen zur systematischen Beschaffung, Strukturierung und

Nutzung von Informationen und Materialien,

– die Bereitschaft zum sachlichen und fairen Diskutieren, Kritisieren, Verhandeln, Konsens-

fähigkeit,

– Wahrnehmen, Respektieren und Gestalten eigener Absichten und Bedürfnisse sowie der

Teampartnerin/des Teampartners,

– Rücksicht- und Einflussnahme auf differenzierte Fähigkeiten und Fertigkeiten Einzelner

im Team.

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Integraler Bestandteil sowohl von Fachkompetenz, Human(Selbst-)kompetenz als auch von

Sozialkompetenz sind Methodenkompetenz, Lernkompetenz und kommunikative Kompe-

tenz.

Fachdidaktische Konzeption Die Rahmenrichtlinien gehen vom Konzept der Handlungsorientierung aus. Daraus folgt,

dass Lernprozesse selbst als Handlungen verstanden werden – der/die Lernende plant, führt

aus und bewertet. Gleichermaßen werden Handlungen berücksichtigt, die die Lernenden in

ihrem Berufs- und Privatleben zu bewältigen haben.

Dem Curriculum liegt eine Vernetzung technischer Systeme mit ihrem wirtschaftlichen und

gesellschaftlichen Umfeld zugrunde. Leitorientierung dabei ist die Gestaltung von Technik

und Arbeit, wobei Technik als soziotechnisches System verstanden wird.

Für die Gestaltung des handlungsorientierten Unterrichts gelten folgende didaktische Ansät-

ze:

– didaktische Bezugspunkte sind Situationen, die für die Arbeitstätigkeit bedeutsam sind,

– den Ausgangspunkt des Lernens bilden Handlungen, möglichst selbst ausgeführt oder

aber gedanklich nachvollzogen (Handlungsschema),

– Handlungen müssen von den Lernenden möglichst selbstständig geplant, durchgeführt,

überprüft ggf. korrigiert und schließlich bewertet werden,

– Handlungen sollten ein ganzheitliches Erfassen der beruflichen Wirklichkeit fördern, z. B.

technische, arbeitsorganisatorische, ökonomische, rechtliche, ökologische, soziale Kon-

texte beachten,

– Handlungen müssen in die Erfahrungen der Lernenden integriert und in Bezug auf ihre

gesellschaftlichen Auswirkungen reflektiert werden,

– Handlungen sollen auch soziale, kommunikative und kooperative Prozesse, z. B. der

Interessenerklärung oder der Konfliktbewältigung einbeziehen.

Der Lehr- und Lernprozess ist im Fach Technik/Elektrotechnik gekennzeichnet durch den

Aufbau und kontinuierlichen Ausbau von Wissenssystemen in Verbindung mit den anderen

Kompetenzdimensionen (spiralcurricularer Aufbau), die gezielte Auswahl von einfachen und

komplexen Bauteilen und Systemen (exemplarisches Lernen) sowie die Bestimmung der

Abstraktionsebene der wissenschaftlichen Aussagen (didaktische Vereinfachung). Er muss

gleichermaßen die Selbsterfahrung durch die Reflexion des Erkannten auf der Basis neuer

Strukturen, für die Verarbeitung und Anwendung der gewonnenen Erkenntnisse sowie von

Strukturen zum Aufbau von Verfahrenskenntnissen im Sinne von Methodenkenntnissen,

einschließen.

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3 Zur Arbeit mit den Rahmenrichtlinien Die Rahmenrichtlinien stellen die Grundlage für die Planung des gesamten Unterrichts im

Fach Technik/Elektrotechnik für die Einführungsphase und Qualifikationsphase am Fach-

gymnasium dar.

Für die Schuljahrgänge 11, 12 und 13 sind die Themen mit den vorgegebenen Zielen und

Inhalten verbindlich. Den Themen sind Zeitrichtwerte zugeordnet. Diese Zeitrichtwerte be-

ziehen sich auf den gesamten zugrunde liegenden Unterricht. Sie tragen Empfehlungscha-

rakter. Von ihnen kann je nach Unterrichtssituation abgewichen werden. Bei der Angabe von

Zeitrichtwerten wird davon ausgegangen, dass ein Drittel der angewiesenen Unterrichtszeit

in pädagogischer Verantwortung genutzt wird für

– die Berücksichtigung aktueller Entwicklungen in der Technik,

– das Üben fachspezifischer Arbeitstechniken,

– Wiederholungen, Zusammenfassungen, Systematisierungen.

Die Inhalte der Einführungsphase bilden die Grundlage für die Leistungsanforderungen in

der Qualifikationsphase. Sie werden in den Kursen vertieft, ergänzt und erweitert und somit

spiralcurricular aufgegriffen. Es wird empfohlen, dass eine Vertiefung der Gleichstromtechnik

in Verbindung mit Themen der Messtechnik im parallel laufenden Fachpraxiskurs erfolgt.

In der Qualifikationsphase (Kurs 12/1) ist verbindlich der Kurs Wechselstromtechnik zu un-

terrichten. Danach erfolgt eine Spezialisierung in Kursen (12/2 bis 13/2) der Fachgebiete

Leistungselektrotechnik oder Informationselektrotechnik (vgl. Abb. 1).

Verbindlich muss die Kursfolge des einen oder des anderen Fachgebietes eingehalten und

vollständig belegt werden.

Die Hinweise zum Unterricht enthalten Anregungen zu inhaltlichen Schwerpunktsetzungen

sowie zur Entwicklung von Handlungskompetenz. Sie tragen Empfehlungscharakter und stel-

len eine Planungshilfe dar. Die Abstimmung mit anderen Fächern ist entsprechend den Ein-

heitlichen Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung (EPA) zu gewährleisten.

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Abb. 1: Zusammenhang zwischen Einführungs- und Qualifikationsphase

Qualifikationsphase Einführungsphase

WE C H S E L S T R O M T E C H N I K

Informationselektrotechnik

Kommunikationselektronik

Digitale Schaltungstechnik

Informations- und Kommunikationssysteme

Leistungselektrotechnik

Leistungselektronik

Elektrische Anlagen und Netze

Steuerungs- und Rege-lungstechnik

G L E I C H S T R O M T E C H N I K

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4 Grundsätze der Unterrichtsgestaltung

4.1 Didaktische Grundsätze Handlungsorientiertes Lernen hat sich am Fachgymnasium Technik als modernes Unter-

richtskonzept etabliert, das die Abhängigkeit von Handeln und Lernen berücksichtigt. Es för-

dert ein entdeckendes, selbstorganisiertes, eigenverantwortliches und kooperatives Lernen.

Neue unterrichtsmethodische Konzepte sind auf eine kreative und problemlösende Lerntä-

tigkeit der Schülerinnen und Schüler ausgerichtet.

Die handlungsorientierte Gestaltung von Lehr-Lern-Situationen initiiert ganzheitliches Lernen

durch Handeln. Das erfordert auch die kommunikative und kooperative Bewältigung einer

komplex vernetzten Lernorganisation.

Die Schülerinnen und Schüler sind deshalb in angemessener Weise zum selbstständigen

Informieren, Planen, Entscheiden, Ausführen, Kontrollieren und Bewerten sowie Reflektieren

zu befähigen.

4.2 Unterrichtsverfahren und Unterrichtsorganisation Der Unterricht am Fachgymnasium Technik im Fach Technik/Elektrotechnik ist durch eine

Kursfolge festgelegt. Durch eine nachvollziehbare didaktisch-methodische Planung muss

den Schülerinnen und Schülern die innere Struktur der einzelnen Kurse verständlich und der

Zusammenhang der Kurse untereinander transparent gemacht werden.

Auch lassen sich Einsichten in das Beziehungsgefüge naturwissenschaftlicher, technolo-

gischer, humaner und sozialer Dimensionen von Technik leichter an Aufgaben und Pro-

blemstellungen gewinnen, die spezialisierte technische Betrachtungsweisen untereinander

und mit ökonomischen, arbeitswissenschaftlichen, ökologischen Aspekten verknüpfen.

Dabei sind für den Elektrotechnikunterricht typische Unterrichtsabläufe zu berücksichtigen,

wie zum Beispiel zur Einführung in ein neues Stoffgebiet, zum Vertiefen von Kenntnissen

über einzelne Objekte, Sachverhalte oder Erscheinungen durch Systematisierung, zum Er-

arbeiten grundlegender Begriffe, zum Erarbeiten der Funktion technischer Objekte.

Im Speziellen müssen für den Elektrotechnikunterricht typische Unterrichtsabläufe entwickelt

werden wie:

– zur Erarbeitung der Grundlagen der Gleichstrom- und Wechselstromtechnik,

– zum Erarbeiten von Kenntnissen über die Eigenschaften von Werkstoffen der

Elektrotechnik,

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– zur Einführung einer Schaltplanart,

– zum Berechnen der für elektrische Leitungen und Schutzeinrichtungen bedeutsamen

Parameter,

– zum Bestimmen von Verhalten und Einsatzmöglichkeiten elektronischer Bauelemente

und integrierter Schaltkreise auf der Grundlage von Kennlinien,

– zur Synthese und Analyse von elektronischen Schaltungen,

– zur Erarbeitung des Betriebsverhaltens von ruhenden und drehenden elektrischen Ma-

schinen,

– zum Erarbeiten von Grundverhalten und Grundfunktionen in der Automatisierungstech-

nik,

– zum gedanklichen Entwickeln eines automatischen Steuerungssystems bei vorgege-

benen technologischen Bedingungen,

– zur Programmierung von Speicherprogrammierbaren Steuerungen,

– zur Erarbeitung der Grundlagen der Mikrorechentechnik,

– zur Erarbeitung der Eigenschaften von Schnittstellen/Bussystemen,

– zur Erarbeitung des Ablaufes des Datenaustausches über Bussysteme.

Zur Entwicklung einer handlungsorientierten Unterrichtsgestaltung muss folgenden ausge-

wählten typischen Unterrichtsabläufen eine übergreifende Bedeutung beigemessen werden,

wie:

– zur Entwicklung der Fähigkeit zur Bewertung von Technik,

– zur Entwicklung der Fähigkeit zum Problemlösen (einschließlich der Entwicklung der Fä-

higkeit zur systematischen Fehlersuche),

– zur Entwicklung von Planungs-, Entscheidungs- und Kontrollverhalten,

– zur Entwicklung geistiger Operationen wie

• das Differenzieren, Generalisieren und Vergleichen bezüglich zu erfassender Infor-

mationen und Eigenschaften,

• das Verallgemeinern als das Erfassen gemeinsamer und wesentlicher Merkmale von

Erscheinungen und das Bilden von Klassen,

• das Klassifizieren als das Zuordnen von Informationen, Objekten, Eigenschaften und

Merkmalen zu einer Klasse und das Vergleichen von Klassen.

Für das hier angedeutete Spektrum typischer fachsystematischer bzw. handlungsorientiert

strukturierter Unterrichtsabläufe sind geeignete Unterrichtsmethoden auszuwählen.

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Die Demonstration

dient insbesondere der fach- und sachgerechten Einführung von Arbeitstechniken, mit fol-

genden Lerntätigkeiten:

– exaktes Vorführen,

– wiederholtes Vorführen,

– Nachvollziehen der Handlungsabläufe,

– Zusammenfassung.

Das Experiment ist eine geplante und kontrollierbare Einwirkung auf einen zu untersuchenden Gegenstand,

um bestimmte Hypothesen zu überprüfen bzw. experimentelle Fragestellungen zu beantwor-

ten, mit folgenden Lerntätigkeiten:

– Aufstellen von Hypothesen,

– Herausarbeiten experimenteller Fragestellungen,

– Vorbereiten und Durchführen eines Experiments,

– Auswerten der Ergebnisse des Experiments.

Die Fallstudie ist eine Methode, die von praktischen Fällen aus dem Berufs- und Arbeitsleben ausgeht. Zu

den realitätsnahen und komplexen Problemen werden Lösungsmöglichkeiten gesucht, disku-

tiert und ausgewählt. Phasen der Fallstudie sind:

– Konfrontation mit dem Fall,

– Bestimmen der Problem- und Aufgabenstellung sowie einzelner Fragen,

– Bereitstellen/Beschaffen der erforderlichen Informationen über den Fall und dessen Um-

feld,

– Ermitteln von Lösungsvarianten durch Suchen von Lösungswegen bei analogen Aufga-

benstellungen,

– Vergleich und Bewertung der gewonnenen Lösung,

– Verteidigen der optimalen Lösung.

Die Konstruktionsaufgabe orientiert die Lernenden an Konstruktions- und Produktionsprozessen, die durch vielfältige

Entscheidungen über Alternativen begründet sind. Im Ergebnis einer Konstruktionsaufgabe

können Zeichnungen, weitere Fertigungsunterlagen oder Funktionsmodelle entstehen. Typi-

sche Arbeitsverfahren sind: Definieren von Funktionen, Heraussuchen von Informationen

aus Daten- und Normenblättern oder Katalogen, Dimensionieren, Auswählen von Werkstof-

fen und Normteilen.

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Die Fertigungsaufgabe

zielt besonders auf das Entwickeln praktischer Fähigkeiten beim Herstellen von Gebrauchs-

gegenständen sowie elektrischen, mechanischen und elektromechanischen Modellen und

Gegenständen. Grundvoraussetzung sind technisch-grafische Dokumentationen sowie die

Fähigkeit der Schülerinnen und Schüler zum Lesen und Arbeiten mit diesen.

Die Technikbewertung ist eine Form der ganzheitlichen Betrachtungsweise von technischen Objekten, wobei die

Analyse, Synthese- und Bewertungstätigkeit der Schülerinnen und Schüler im Mittelpunkt

stehen. Fachübergreifende Inhalte werden hierbei besonders deutlich, da die Zusammen-

hänge Natur, Gesellschaft, Mensch und Technik in ihren Abhängigkeiten und Verknüpfungen

offen gelegt werden.

Das Projekt

dient der Befähigung der Schülerinnen und Schüler, komplexe technische Probleme und

Aufgabenstellungen zu lösen. Dabei wird von einem zunehmend gleichberechtigten Rollen-

verständnis von Lehrenden und Lernenden ausgegangen. Phasen im Projekt sind:

– Entscheidung,

– Planung,

– Durchführung,

– Präsentation,

– Auswertung.

Die Unterrichtsorganisation bezieht sich auf die äußere Organisation des Lernens sowie auf

die innere Organisation, die Initiierung, Strukturierung, Beobachtung, Steuerung von Lern-

prozessen. Die äußere und innere Lernorganisation sind ständig in Bezug auf die Ziele und

Inhalte des Fachgymnasiums Technik/Elektrotechnik zu reflektieren und zu optimieren.

Die Ziele des Fachgymnasiums Technik/Elektrotechnik verlangen einen Unterricht, der

Selbstständigkeit, Eigeninitiative sowie Kooperation und Kommunikation der Schülerinnen

und Schüler fördert.

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4.3 Leistungen und ihre Bewertung Lernerfolgsüberprüfungen dienen der Sicherung der Ziele des Bildungsganges und haben in

diesem Zusammenhang verschiedene Funktionen.

Sie sind insbesondere:

– Grundlage für die Planung und Steuerung typischer Unterrichtsabläufe, indem sie Hin-

weise auf Lernvoraussetzungen, Lernfortschritte, Lernschwierigkeiten und Lerninteressen

der einzelnen Schülerinnen und Schüler liefern;

– Grundlage für die individuelle Beratung der Schülerinnen und Schüler anlässlich konkre-

ter Probleme, die im Zusammenhang mit dem Lernverhalten, den Arbeitsweisen, der

Leistungsmotivation und der Selbsteinschätzung stehen.

Lernerfolgsüberprüfungen erfüllen eine wichtige pädagogische Aufgabe, wenn sie den Schü-

lerinnen und Schülern bei der Selbsteinschätzung ihrer Leistungen helfen und sie zu neuen

Anstrengungen ermutigen.

Lernerfolgsüberprüfungen müssen in die didaktische Gesamtkonzeption der Rahmen-

richtlinien eingebunden sein.

Der formulierte didaktische Ansatz eines ganzheitlichen handlungsorientierten Unterrichts

setzt auch mehrdimensionale Formen der Kontrolle und Bewertung für eine Beurteilung so-

wohl fachlicher als auch personaler und sozialer Kompetenzen voraus. Das bisherige In-

strumentarium für eine Beurteilung der Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten wird durch

personale und soziale Komponenten ergänzt (vgl. Anhang).

Wichtig ist, dass Lernerfolgsüberprüfungen als integrativer Bestandteil bei der Anwendung

der Methoden des handlungsorientierten Unterrichts verstanden werden. Als Grundformen

der Lernerfolgsüberprüfung gelten:

– Analyse von Handlungsprodukten, wie schriftliche Prüfungen,

– Beobachtungen/Gespräche/Befragungen.

Dem Ziel, der Feststellung des Lernfortschritts der Schülerinnen und Schüler sowie der Be-

reitstellung von Informationen über Lernergebnisse und Leistungsstand, dienen die einge-

schätzten und bewerteten Kompetenzen:

– das Erfassen schriftlicher Kompetenzen

• schriftliche Leistungskontrollen

• Klausuren

• Belegarbeiten

– das Erfassen vielfältiger mündlicher Leistungen

• mündliche Leistungskontrollen

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• Mitarbeit im Unterricht

• Schülervortrag

– die Bewertung von Teilleistungen

• Skizzen

• Zeichnungen

• Protokolle

Die Aufgabenstellungen für schriftliche und mündliche Leistungsnachweise sind so zu formu-

lieren, dass Leistungen in den Anforderungsbereichen Reproduktion, Reorganisation/Trans-

fer und problemlösendes Denken erbracht werden können.

Hierbei sind insbesondere in den Schuljahrgängen 12 und 13 die Klausuraufgaben so zu

stellen, dass zunehmend das Niveau der schriftlichen Abiturprüfung erreicht wird.

Schwerpunktmäßig sind die Leistungen nach folgenden Kriterien zu beurteilen:

– Richtigkeit und Vollständigkeit des Sachwissens und der Methodenkenntnisse,

– Grad der Selbstständigkeit bei Problemlösungen,

– Sicherheit der Darstellung einfacher und komplexer Zusammenhänge,

– Fähigkeit, Probleme zu erfassen und mit jeweils angemessenen Methoden zu lösen,

– richtige Anwendung der Fachsprache,

– zusammenhängende Darstellung in logischer Abfolge.

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5 Inhalte

5.1 Übersicht über Themen und Zeitrichtwerte

Schuljahrgang 11 (Einführungsphase)

Thema Zeitrichtwert (ZRW) in Stunden

Gleichstromtechnik 120

Schuljahrgänge 12/13 (Qualifikationsphase) Thema Zeitrichtwert (ZRW) in Stunden

Wechselstromtechnik 80

Fachgebiet: Informationselektrotechnik

Kommunikationselektronik 80

Digitale Schaltungstechnik 80

Informations- und Kommunikationssysteme 80

Fachgebiet: Leistungselektrotechnik

Leistungselektronik 80

Elektrische Anlagen und Netze 80

Steuerungs- und Regelungstechnik 80

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5.2 Schuljahrgang 11 (Einführungsphase) Thema: Gleichstromtechnik ZRW: 120 h Ziele: Die Schülerinnen und Schüler erfassen elektrische Erscheinungen in ihren Ursache-

Wirkung-Zusammenhängen und wenden diese durch entsprechende Bedingungsanalysen

auf elektrische Stromkreise, das elektrische Strömungsfeld, das elektrostatische und das

magnetische Feld an. Dabei greifen sie vorhandene Modellvorstellungen auf und erweitern

diese. Sie sind in der Lage, die gewonnenen Zusammenhänge verbal und mathematisch zu

erfassen und berücksichtigen dabei energetische Aspekte. Die Schülerinnen und Schüler

haben Kenntnisse über Bindungsarten der Atome reaktiviert und Zusammenhänge mit

Werkstoffkenngrößen und Einsatzbedingungen erkannt und begründet. Sie kennen und er-

läutern elektrische Grundgrößen in ihrem Zusammenwirken. Deren kausale Zusammenhän-

ge können sie verbal und mathematisch als Gleichung definieren und darstellen. Sie durch-

dringen die Gesetzmäßigkeiten der Stromkreisarten und ihr Betriebsverhalten mathematisch.

Sie sind in der Lage, Energie rationell einzusetzen und Möglichkeiten zur Einsparung zu er-

kennen und verantwortungsbewusst zu nutzen. Die Schülerinnen und Schüler kennen den

Zusammenhang zwischen elektrischem Stromkreis, elektrostatischem Feld und elektromag-

netischem Feld und beachten die Grenzen der durch Analogie gewonnenen Kenntnisse. Sie

beschreiben das Verhalten von Kondensator und Spule auch mathematisch und besitzen

reale Vorstellungen zur Größe und zu elektrotechnischen Kenndaten. Die Schülerinnen und

Schüler erkennen die Notwendigkeit des Erfassens elektrischer Größen zur Analyse elektri-

scher Schaltungen. Sie sind fähig, mit technischen Dokumentationen umzugehen, Schal-

tungsunterlagen zu analysieren, auszuwerten und selbstständig zu entwerfen sowie sie als

Mittel zur Fehlersuche anzuwenden.

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Inhalte Hinweise zum Unterricht

Grundgrößen des Gleichstromkreises

– historischer Abriss – Wiederholen von Grundkenntnissen der

Chemie (Atommodell/Periodensystem) unter dem Aspekt Werkstoffe der Elektrotechnik

– methodisches Vorgehen: Erscheinung → quantitatives Erfassen physikalischer Größen → Definieren der Größen → Einheit → Richtung der Grö-ßen

– elektrische Erscheinungen und ihre Ursachen

– elektrische Spannung – elektrischer Strom – elektrischer Widerstand – Widerstand als Bauelement

– Größenvorstellungen entwickeln – Bemessungsgleichung erarbeiten Elektrischer Stromkreis

– einfacher Stromkreis • Methode der Ersatzdarstellung • Grundstromkreis, ohmsches Ge-

setz, Belastungsfälle

– Herausarbeiten der Kausalität – Kennlinienaufnahme im Demonstra-

tionsversuch

– Diskussion und Darstellung von RUI = ,

U = I ! R, lineare und temperatur-abhängige Widerstände

– Reaktivierung mathematischer Grund-lagen

– erweiterte Stromkreise

• unverzweigter Stromkreis, Maschensatz

• verzweigter Stromkreis, Knotenpunktsatz

• schrittweises Reduzieren auf den Grundstromkreis

• Extremzustände, Überlastungs-

und Kurzschlussschutz

– Merkmale der Betriebszustände im Demonstrationsversuch ermitteln und diskutieren

– Widerstandsanpassung – Aufstellen von Schaltregeln unter Beach-

tung der Spannungsrichtung – kirchhoff'sche Gesetze als Gleich-

gewichtsbedingungen – Geräte- und Leitungsschutz durch

Schmelzsicherung und Leitungsschutz-schalter

Nutzung elektrischer Energie – Wandlung elektrischer Energie in an-

dere Energieformen – Nutzen von persönlichen Erfahrungen

der Schülerinnen und Schüler – elektrische Leistung, Arbeit, Wirkungs-

grad – Kostenberechnungen für Energie-

verbrauch

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Elektrisches Feld

– Wesen und Darstellung des elektri-schen Strömungsfeldes und des elekt-rostatischen Feldes

– Analogiebetrachtung der Größen und ihrer mathematischen Zusammen-hänge

– Reaktivierung von Kenntnissen aus der Physik über Feldlinienmodelle

– Wirkungen von Ladungskräften im De-monstrationsversuch verdeutlichen

– Probleme der Elektrostatik veran-schaulichen

– Bemessungsgleichung erarbeiten – elektrostatisches Feld

• Formen • Abschirmung

– Leiter-Nichtleiter-Leiter-Anordnungen

in Betriebsmitteln

– Kondensator als Bauelement – durch Versuche demonstrieren – Lade-, Entladevorgänge und Speicher-

fähigkeit – Darstellung und Diskussion des Be-

triebsverhaltens bei Ein- und Ausschalt-vorgängen von Kondensatoren

– Verhalten des Kondensators an verän-derlicher Gleichspannung

– unterschiedliche Bedeutung des Kon-densators im Gleichstromkreis und Wechselstromkreis

– Energie des Feldes

Magnetisches Feld

– Demonstrationsversuche zu Feldern, Kräften und Induktionsformen

– Magnetisierungs- und Ummagneti- sierungskurven analysieren

– Wesen, Darstellung, Größen – Einfluss von Werkstoffen – Kräfte durch Zusammenwirken magne-

tischer Felder – elektromagnetische Induktion – Spule als Bauelement – Verhalten der Spule bei veränder-

lichem Gleichstrom

– Bedeutung für die Elektroenergie- erzeugung, -übertragung und -wandlung herausarbeiten

– mathematische Vertiefung – Bemessungsgleichung erarbeiten – Analogiebetrachtung von Induktivität und

Kapazität

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Technische Dokumentation, Schal-tungstechnik

– Schaltungsunterlagen – Grundregeln für das Darstellen von Schaltungsunterlagen

– Analysieren und Auswerten von Schaltungsunterlagen

– Analysieren einzelner Schaltpläne – Erarbeiten und Optimieren von Schaltun-

gen – Anfertigen von Schaltungsunterlagen

• Schaltzeichen, -symbole • Schaltpläne

– Kennzeichnung in Schaltplänen – Grundschaltungen der Relais- und

Schütztechnik – Grundschaltungen der Digitaltechnik

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5.3 Schuljahrgänge 12/13 (Qualifikationsphase)

Thema: Wechselstromtechnik ZRW: 80 h

Ziele: Die Schülerinnen und Schüler bewerten Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie nach

technischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Erfordernissen. Sie können Wechselgrö-

ßen für technische Anwendungen auswählen und Schaltungstechniken anwenden, um eine

Anpassung an technische Erfordernisse zu erreichen. Die Schülerinnen und Schüler beherr-

schen die Bestimmungsgrößen sinusförmiger Wechselgrößen und können praxisrelevante

Berechnungen durchführen. Sie sind in der Lage, die Ursachen für Phasenverschiebungen

zu erläutern und können die zugehörigen Linien- und Zeigerdiagramme darstellen. Sie be-

gründen die Notwendigkeit der Verkettung sinusförmiger Wechselgrößen und erklären die

praktische Bedeutung. Mit den Vorteilen und Gefahren des elektrischen Stromes und mit den

möglichen Fehlern in Wechselstromnetzen sind sie vertraut und richten das eigene Handeln

darauf aus. Die Schülerinnen und Schüler beherrschen und bewerten Schutzmaßnahmen

gegen gefährliche Körperströme und erläutern ihre praktische Bedeutung sowie Prüfverfah-

ren; bei praktischen Tätigkeiten identifizieren sie sich damit verantwortungsbewusst. Sie füh-

ren grundlegende Berechnungen im TN- und TT-Netz sowie für den Einsatz von Leitungs-

schutzschaltern und FI-Schutzschaltern durch. Sie erkennen die Notwendigkeit der ersten

Hilfe und agieren im Notfall selbstständig.


Wechselgrößen

– sinusförmige Spannungen und Ströme

– Analysieren von Arten und Merkmalen der Wechselgrößen

• Erzeugung der sinusförmigen Wechselspannung

• Bestimmungsgrößen sinusförmiger Wechselgrößen

– Funktionszusammenhänge mathematisch herleiten und charakteristische Bestimmungsgrößen erläutern

– Begriffe von Wechselgrößen definieren – Darstellungshilfen von Wechselgrößen

• Liniendiagramme • Zeigerdiagramme

– maßstabgerechte Darstellung von Linien- und Zeigerdiagrammen

– grafische Addition mithilfe des Linien- und Zeigerdiagramms

25


Wechselstromerscheinungen bei passiven Zweipolen

– Herleiten der Zeigerdiagramme für ideale Bauelemente

– Phasenverschiebung zwischen U und I an idealen Widerständen erläutern und die dazugehörigen Zeigerdiagramme entwerfen

– Frequenzabhängigkeit der Widerstände R, XL und XC erläutern und Berech-nungen durchführen

– Berechnung von Wirk-, Blind- und Scheinwiderstandswerten sowie der da-zugehörigen Leitwerte

– die Zusammenhänge elektrischer Größen in Reihen- und Parallel- schaltung von R, L und C beschreiben und begründen (Hochpass, Tiefpass)

– Entstehung von Wirk-, Blind- und Schein-leistung beschreiben

– Leistungsberechnungen – Blindleistungskompensation begründen

und berechnen

– ideale Schaltelemente R, L und C – Frequenzverhalten von R, L und C – Zusammenschaltung von R, L und C – reale Schaltelemente Widerstand,

Spule und Kondensator – Resonanz und Resonanzbedingungen – Leistungsbetrachtungen bei der

Zusammenschaltung von R, L und C – Kompensation von Blindleistung

– Berechnung und Auswahl von Kompen-sationskondensatoren

Mehrphasensysteme

– Konstruktion von Linien- und Zeiger-diagramm bei Dreiphasenwechselstrom

– Definitionen im verketteten Drei- phasensystem

– Berechnungen im symmetrisch belasteten Dreiphasensystem

– Auswirkungen bei unsymmetrischer Belastung im Dreiphasensystem erläutern und grundlegende Betrachtungen durchführen

– Drehstromnetz – Verkettung in Dreiphasensystemen – belastetes Drehstromnetz – Leistungen – Magnetfelder bei Dreiphasenwechsel-

strömen

– Entstehung des Drehfeldes erläutern und dessen praktische Notwendigkeit be-gründen

26


Wirkungen des elektrischen Stromes und Maßnahmen zum Schutz gegen gefährliche Körperströme

– physiologische Wirkungen der Felder und des elektrischen Stromes

– Wirkungen elektrischer und magne-tischer Wechselfelder sowie elektrischer Ströme in biologischen Geweben veran-schaulichen

– Größenvorstellungen über Feldstärken-werte im Umfeld gebräuchlicher Be-triebsmittel schaffen

– auf die Notwendigkeit von Unfallverhü-tungs- und Arbeitsschutzmaßnahmen verweisen

– Schutz gegen direktes und bei indirek-

tem Berühren – Schutzmaßnahmen in elektrischen Anla-

gen erläutern und ihre praktische Not-wendigkeit begründen

– Herausarbeitung der unterschiedlichen Wirkungsweisen von Schmelzeinsätzen, Leitungsschutzschaltern und Fehler-stromschutzschaltern (FI/RCD) sowie de-ren Einsatzmöglichkeiten

– netzunabhängige Schutzmaßnahmen – Funktionsweise und Einsatz von Schutz-

isolierung, Schutztrennung und Schutzkleinspannung diskutieren

– netzabhängige Schutzmaßnahmen – Netzformen erarbeiten – Schutzmaßnahmen in den einzelnen

Netzformen – Einsatzmöglichkeiten des Fehlerstrom-

schutzschalters (FI/RCD) erläutern – Schutzklassen – Arbeit mit Tabellen

27

Fachgebiet: Informationselektrotechnik Thema: Kommunikationselektronik ZRW: 80 h

Ziele: Die Schülerinnen und Schüler können den Leitungsmechanismus in dotierten und nichtdo-

tierten Halbleiterwerkstoffen unter Nutzung vorhandener Kenntnisse beschreiben. Sie sind in

der Lage, die Arten und Funktion der stromrichtungsunabhängigen Halbleiter sowie den Auf-

bau und das Verhalten des PN-Überganges zu erläutern. Die Schülerinnen und Schüler be-

herrschen den Aufbau, die Kennlinien, die wichtigsten Kenngrößen und Grenzwerte von Dio-

den und Transistoren. Sie können das Verhalten von Schaltungen mit Transistoren und Dio-

den analysieren, Kennwerte messtechnisch ermitteln und diese mit Hilfe von Datenblättern

selbstständig auswerten. Durch das Bearbeiten von Fallanalysen sind sie mit dem Aufbau,

der Wirkungsweise und den Eigenschaften der Verstärkerschaltungen vertraut. Die Schüle-

rinnen und Schüler dimensionieren und untersuchen Verstärkerschaltungen selbstständig.

Die Schülerinnen und Schüler kennen die Möglichkeiten der Arbeitspunkteinstellung und

-stabilisierung und können diese entsprechend ihrem Verwendungszweck auswählen und

begründen. Sie erfassen die Mitkopplung von Verstärkerstufen als Grundvoraussetzung ei-

nes jeden Oszillators, kennen und untersuchen die Schwingbedingungen von Oszillatoren

und beschreiben ihr Funktionsprinzip. Sie können die Wirkungsweise und die Eigenschaften

von Gleichrichterschaltungen und Stabilisierungsschaltungen mit Z-Dioden erläutern, Kenn-

werte ermitteln und auswerten sowie Kenngrößen berechnen. Unter Nutzung bereits erwor-

bener Kompetenzen wählen sie Bauelemente für Konstantspannungs- und Konstantstrom-

quellen aus, berechnen sie unter Verwendung von Kenngrößen; sie erarbeiten gemeinsam

Auswahlkriterien und berücksichtigen diese bei Berechnungen. Durch messtechnische Un-

tersuchungen vergleichen sie Netzteile mit Z-Diodenstabilisierung, Konstantspannungs- und

Konstantstromquellen und wenden Problemlösungsverfahren an. Die Schülerinnen und

Schüler kennen den Aufbau und die Funktionsweise von optoelektronischen Bauelementen

und ordnen die dabei wirkenden Energieumwandlungsprinzipien zu.

28


Physikalische Grundlagen der Halbleitertechnik

– Bändermodell – Leitungsarten in Halbleitern

– Wiederholen der Grundkenntnisse von Halbleitern (Eigenleitung/Störstellen-leitung)

Stromrichtungsunabhängige Halbleiter – Thermistoren – Varistoren – Fotowiderstände

Stromrichtungsabhängige Halbleiter – Halbleiterdiode

– Transistoren

• Transistor als Schalter • Transistor als Verstärker

– Erarbeitung von Kennlinien, Kenn- und Grenzwerten sowie Widerstands- und Temperaturverhalten

– Vergleichen idealer - realer Schalter – messtechnische Untersuchungen zum

Verhalten des Transistors bei Belastung, unterschiedlichen Schaltzeichen und Schaltzuständen

Oszillatoren

– Durchführen von Demonstrations-versuchen

Stabilisierungsschaltungen – Konstantspannungsquelle – Konstantstromquelle

– experimentelle Erarbeitung der Gleich-richtung und Glättung von Wechsel-spannungen, Stabilisierung mit Z-Diode

– Diskutieren des Verhaltens von Stabili-sierungsschaltungen

Optoelektronische Schaltungen

29

Thema: Digitale Schaltungstechnik ZRW: 80 h

Ziele: Die Schülerinnen und Schüler können die Grundbegriffe der digitalen Informations-

verarbeitung erläutern. Sie sind in der Lage, Schaltnetze zu analysieren, zu verändern und

auf NAND- bzw. NOR-Strukturen zurückzuführen. Dabei reflektieren sie Rechenregeln und

-gesetze der Schaltalgebra. Die Schülerinnen und Schüler optimieren Schaltsysteme unter

schaltungstechnischen und wirtschaftlichen Aspekten. Sie untersuchen und beschreiben

Grundschaltungen digitaler Schaltkreise und bewerten eigenständig unter Nutzung von

Kenngrößen das Verhalten exemplarischer Schaltkreisfamilien. Die Schülerinnen und Schü-

ler können Kippschaltungen analysieren. Sie haben sichere Kenntnisse zur Wirkungsweise

von zustandsgesteuerten und flankengesteuerten Flipflops und sind in der Lage, selbststän-

dig eine systematische Fehlersuche durchzuführen. Die Schülerinnen und Schüler beschrei-

ben den Aufbau und die Wirkungsweise von Registerschaltungen und leiten praktische

Einsatzmöglichkeiten ab. Sie erkennen die Struktur von Zahlensystemen, beherrschen deren

Umwandlung und führen selbstständig unter Anwendung der Rechengesetze Berechnungen

durch. Die Schülerinnen und Schüler kennen die Arbeitsweise von Codierschaltungen und

leiten daraus ihre Einsatzmöglichkeiten ab. Sie erklären den Aufbau und die Funktionsweise

von Schaltwerken und sind in der Lage, mehrstufige Zählschaltungen als Asynchron- und

Synchronzähler eigenständig zu entwerfen.

30


Grundlagen der Digitaltechnik

– Vergleich von Analog- und Digital-technik

– Vor- und Nachteile herausarbeiten

– logische Grundfunktionen und Ablei-tungen

– Festlegen logischer Abläufe und deren Beschreibung

Einführung in die Schaltalgebra

– Minimierungsverfahren • KV-Diagramm

– Aufstellen der Funktionsgleichung in DNF und KNF

– Nutzung von Methoden der Verein-fachung und Umsetzung logischer Schal-tungen

– Analyse und Synthese von Schalt-netzen

Kippschaltungen

– Schmitt-Trigger – monostabile, bistabile und astabile

Kippschaltungen

– Reaktivierung der Kenntnisse von RC-

und CR- Gliedern – experimentelle Untersuchung an Kipp-

schaltungen, Aufnahme von Zeitablauf-plänen

– Funktion der Flipflops mittels Funktions-tabelle analysieren

– typische Anwendungsschaltungen ent-werfen

Schaltwerke – Register

• RS-, D-Register als Zwischen-speicher

• Schieberegister

– Schaltungsanalyse und -synthese durch-führen

– Symbole nach DIN – Arbeitsweise und Funktionstabellen von

Schaltwerken ermitteln

– Codierschaltungen – KV-Tafeln zur Realisierung aufstellen • BCD- und alphanumerische Codes • Codewandler

– Zeitablaufdiagramme erstellen und aus-werten

– Bedeutung der Flipflops bei Zählern her-ausstellen

– Zähler

– Unterschiede im Aufbau, in der Ansteue-rung und in den Verzögerungszeiten herausarbeiten

– Frequenzteiler

31

Thema: Informations- und Kommunikationssysteme ZRW: 80 h Ziele: Die Schülerinnen und Schüler kennen einfache Informations- und Kommunikationssysteme.

Sie können technische Daten von Bussystemen und die Zugriffssteuerung erläutern.

Durch eine Analyse des Blockschaltbildes sind sie in der Lage, die Architektur des Mikropro-

zessors zu beschreiben. Sie können selbstständig das Zusammenwirken der Bauteile eines

Mikroprozessors erörtern. Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage, Aufbau, Aufgaben

und Arbeitsweise von Speichern zu erklären. Sie kennen die Notwendigkeit des Datenaus-

tausches einfacher Informations- und Kommunikationssysteme, insbesondere ihre Vernet-

zung zu Systemen. Sie beschreiben die Wirkungsweise und Anwendungen von Schnittstel-

len und sind durch sachgerechte Beurteilung in der Lage, Peripheriegeräte für verschiedene

Anwendungen auszuwählen. Sie können Erweiterungskarten in ihrer Anwendung beurteilen

und begründet einsetzen. Die Schülerinnen und Schüler sind bereit und fähig, mit aktueller

Anwender- und Systemsoftware zu arbeiten. Sie vergleichen verschiedene Betriebssysteme.

Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Schnelllebigkeit der Hardwarekomponenten und

die Notwendigkeit der sachgerechten Entsorgung.


Grundaufbau eines Mikrocomputers

– Hauptplatine – CPU – Speicher – EIN-/AUSgabeeinheiten

– Nutzung von Erfahrungen der Schülerinnen und Schüler

– Wiederholung und Festigung von Kennt-nissen

Bussystem

– EISA-, ISA-, PCI-Bus, USB, Firewire u. a. – Vergleich der angewendeten Bus-

systeme Mikroprozessor

– Demonstration der Arbeitsweise und Steuerung einer CPU

– Adressierungsarten – Rechnerarchitekturen

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Informationsspeicher – Schreib-Lese-Speicher

– Festwertspeicher

– Laufwerke

– Demonstration der Arbeitsweise von Speichern

– Lebensdauer von Speichermedien disku-tieren

– aktuelle Technologien auswerten – Entwicklungsstandards berücksichtigen

Schnittstellen

– technische Daten standardisierter Schnittstellen erläutern

Erweiterungskarten

– Vergleich verschiedener Erweiterungs-

karten für anforderungsgerechte Anwen-dungen

– Beispiele aus verschiedenen Einsatz-gebieten

Periphere Geräte

– Ergonomie und Umweltverträglichkeit beurteilen

33

Fachgebiet: Leistungselektrotechnik Thema: Leistungselektronik ZRW: 80 h

Ziele: Die Schülerinnen und Schüler können den Leitungsmechanismus in dotierten und nichtdo-

tierten Halbleiterwerkstoffen unter Nutzung vorhandener Kenntnisse beschreiben. Sie sind in

der Lage, Arten und Funktion der stromrichtungsunabhängigen Halbleiter sowie den Aufbau

und das Verhalten des PN-Überganges zu erläutern. Die Schülerinnen und Schüler kennen

den Aufbau, typische Kennlinien und Kenngrößen von Dioden und Transistoren. Sie können

Schaltungen mit Dioden und Transistoren analysieren, Kennwerte messtechnisch ermitteln

und diese mithilfe von Datenblättern selbstständig auswerten. Sie bearbeiten Fallanalysen

und sind mit dem Aufbau, der Wirkungsweise und den Eigenschaften des Transistors als

Schalter und Verstärker vertraut. Dabei kennen sie die Möglichkeiten der Arbeitspunktein-

stellung und -stabilisierung. Die Schülerinnen und Schüler kennen den Aufbau, typische

Kennlinien, Kenngrößen sowie das Schaltverhalten von Thyristoren und Triacs. Sie kennen

die Zündmethoden und sind mit der Wirkungsweise der zugehörigen Zündschaltungen ver-

traut. Sie vergleichen Zündmethoden und ordnen diese den jeweiligen Anwendungen zu. Die

Schülerinnen und Schüler erkennen die Notwendigkeit des thermischen und elektrischen

Schutzes von Halbleiterbauelementen und können anhand von Datenblättern entsprechende

Maßnahmen selbstständig herleiten. Die Schülerinnen und Schüler können die Halbleiter-

bauelemente den typischen Anwendungsbereichen der Stromversorgung für elektrische

Schaltungen und Anlagen zuordnen. Sie kennen die Arten der ungesteuerten und gesteuer-

ten Gleichrichterschaltungen, einschließlich der Stabilisierung, können diese entwerfen, be-

rechnen und beurteilen. Die Schülerinnen und Schüler kennen die Wirkungsweisen der

Wechselrichter und Gleichstromsteller und können diese den Anwendungsgebieten zuord-

nen.

34


Physikalische Grundlagen der Halbleitertechnik

– Bändermodell

– Leitungsarten in Halbleitern

– Wiederholen der Grundkenntnisse von Halbleitern (Eigenleitung/Störstellen-leitung)

Stromrichtungsunabhängige Halbleiter – Thermistoren

– Varistoren

– Fotowiderstände

Stromrichtungsabhängige Leistungs-halbleiter

– Halbleiterdiode

– Transistoren

– Thyristor

– Triac

– Erarbeitung von Kennlinien, Kenn- und Grenzwerten sowie Widerstands- und Temperaturverhalten

– Aufbau, Wirkungsweise und Eigen-schaften beschreiben

– Aufbau, Wirkungsweise und Eigen-schaften erarbeiten

– Lastkennlinien beurteilen, Datenblätter auswerten

Zündschaltungen – Zündmöglichkeiten beschreiben

Schutz von Leistungshalbleiterbau-elementen

– Notwendigkeit des Schutzes verdeutli-chen

– Aufwand-Nutzen-Vergleich durchführen Anwendung von Halbleiterbau-elementen in elektrischen Anlagen

– Gleichrichterschaltungen

– Stabilisierungsschaltungen

– Wechselrichter

– Gleichstromsteller

– experimentelle Übungen durchführen – Anwendungen für gesteuerte und gere-

gelte Antriebe begründen

35

Thema: Elektrische Anlagen und Netze ZRW: 80 h Ziele: Die Schülerinnen und Schüler kennen die wechselseitige Beziehung industrieller Entwicklung

und Verfügbarkeit großer Energiemengen. Sie sind in der Lage, den Zusammenhang zwi-

schen begrenzten Energiereserven und rationeller Energieanwendung herzustellen und die

Nutzung regenerativer Energien zu beurteilen. Sie können die Elektroenergiesysteme nach

den Kategorien Zweck-Mittel, Aufwand-Nutzen und Struktur-Verhalten bewerten.

Die Schülerinnen und Schüler wenden insbesondere die Gesetzmäßigkeiten des magneti-

schen Feldes auf ruhende und drehende elektrische Maschinen als funktionsbestimmende

Elemente elektrischer Anlagen an.

Sie kennen den Aufbau und können daraus die Wirkungsweise ableiten und das Betriebs-

verhalten von elektrischen Maschinen diskutieren.

Sie sind in der Lage, Kennlinien verschiedener Maschinentypen mit messtechnischen Ver-

fahren aufzunehmen und selbstständig zu analysieren. Durch Berechnungen und Auswer-

tung dazugehöriger Datenblätter schlussfolgern die Schülerinnen und Schüler auf Anforde-

rungskriterien und Einsatzmöglichkeiten.

Sie beurteilen die Einsatzgebiete der elektrischen Anlagen unter ökologischen und ökonomi-

schen Aspekten.


Elektrische Energie und Netze

– Übertragungs- und Verteilungsnetze – Wertung unter ökologischen und ökono-mischen Gesichtspunkten

– prinzipielle Struktur der Energie-übertagung

Ruhende elektrische Maschinen – Einphasentransformator

– Aufbau, Wirkungsweise, Arten erläutern – Betriebsverhalten, Kenngrößen diskutie-

ren – Leerlauf- und Kurzschlussverhalten

– Drehstromtransformatoren – konstruktive Besonderheiten heraus-

arbeiten – Schaltungen und Schaltgruppen

– Mess-, Schutzwandler

– Einsatzmöglichkeiten begründen

36


Drehende elektrische Maschinen

– Reaktivieren der Kenntnisse zum Drehfeld

– Asynchronmaschinen

– Aufbau, Wirkungsweise und Betriebs-verhalten erläutern

– Synchronmaschinen – Motorbetrieb am Einphasennetz – experimentelle Kennlinienaufnahme

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

– Störquellenanalyse in elektrischen Anlagen

– Reaktivieren der Feld- und Induktions-erscheinungen und ihr quantitatives Er-fassen durch die entsprechenden physi-kalischen Feld- und Spannungsgrößen

– nach Vorgabe von Systematisierungs-gesichtspunkten (Frequenzspektrum, Leistungshöhe) in Gruppen selbstständig Übersichten entwickeln

– prinzipielle Maßnahmen zur Mini-

mierung der Störaussendung und zur Erhöhung der Störfestigkeit

– Bewerten der Maßnahmen nach der Ka-tegorie Aufwand-Nutzen

– Maßnahmen der EMV für ausgewählte

Betriebsmittel der Schutzklasse I und II– Organisieren des Studiums von Fach-

büchern und -zeitschriften sowie Vor-stellen der Ergebnisse der Literatur-recherchen

37

Thema: Steuerungs- und Regelungstechnik ZRW: 80 h

Ziele: Die Schülerinnen und Schüler teilen die Steuerungen nach der Art der Informations-

verarbeitung, Arbeitsweise und technischen Realisierung ein. Sie kennen Funktionseinheiten

von Steuerungen und stellen den Wirkungsablauf durch Signalflusspläne bzw. Blockschalt-

bilder dar. Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage, die Sensoren nach den Messprin-

zipien und die Aktoren nach ihrer Funktionsweise zu systematisieren. An typischen Beispie-

len der Prozessautomatisierung entwickeln sie die Kopplungen der Automatisierungsgeräte

mit den technologischen Prozessen und der Ebene der Bedienung und Beobachtung. Sie

sind in der Lage, unter ökonomischen Gesichtspunkten die optimalen Lösungen auszuwäh-

len.

Sie können den Aufbau, die Arbeitsweise von Relais und Schützen erläutern und die Analyse

und Synthese von Stromlaufplänen typischer Schützschaltungen mit und ohne Zeit- und

Speicherverhalten durchführen. Sie beschreiben die digitale Steuerungstechnik aus der Sicht

der Kontaktdarstellung und der Darstellung mit logischen Symbolen der Digitaltechnik. Sie

sind in der Lage, die Steuerungen mithilfe von systematischen Verfahren aus einer verbalen

Aufgabenstellung eigenständig zu konzipieren, zu entwerfen, zu optimieren und technisch zu

realisieren.

Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Struktur, die Wirkungsweise und die Funktions-

einheiten von Regelkreisen mithilfe von Modellen und Simulationssoftware. Sie sind in der

Lage, eigenständig Laborübungen an typischen Regelkreisen zur Beurteilung der eingestell-

ten Reglerparameter hinsichtlich der Stabilität des Regelkreises durchzuführen.

38


Steuerungstechnik

Kontaktbehaftete Steuerung

– Steuerungen mit Zeitrelais

– Folgeschaltungen

– Beschreibung der Signalverarbeitung durch Schaltfolgediagramme

– praktische Übungen zu Schützsteue-rungen durchführen

Kontaktlose Steuerungen

– Verknüpfungssteuerungen • KV-Diagramm

– Entwerfen von kombinatorischen Schaltungen mit Funktionstabellen

– Optimierungsverfahren von Schalt-gleichungen anwenden

– als Logikplan darstellen – technische Realisierung der Steuerungen

mit digitalen Schaltkreisen

– Folgeschaltungen – Aufbau, Wirkungsweise von sequen-tiellen Schaltungen mit RS-Speicher-verhalten

– Arbeitsweise von Zähler und Schiebe-register

– Ablaufsteuerung – Entwurf und technische Realisierung mit

Funktionsplänen nach DIN

Regelungstechnik

Grundbegriffe der Regelungstechnik

– Sensoren und Aktoren – Funktionseinheiten systematisieren und Wirkungsweise erläutern

Regelstrecken

– Regelstrecken mit Ausgleich – Regelstrecken ohne Ausgleich

– an typischen Beispielen erläutern und analysieren

Regler

– stetige Regler

– unstetige Regler

– digitale Regler

– statisches und dynamisches Verhalten analysieren

– praxisrelevante Übungen und Experi-mente durchführen

Regelkreise mit stetigen Reglern

– Führungs- und Störungsverhalten

– Optimierungskriterien

– Einstellregeln

– Laborübungen an praxisbezogenen Re-gelkreisen durchführen

Regelkreise mit unstetigen Reglern – Funktionsanalyse anhand einer Zwei-

punktregelung

39

Anhang

Fragestellungen zur Bewertung von Methodenkompetenz

– Erkennt der Lernende das Ziel einer Aufgabe?

– Kann der Lernende seine Zielvorstellung formulieren?

Problemerkennung

– Erkennt der Lernende die Ursachen für vorhandene Widersprüche?

– Ist der Lernende fähig, ein erkanntes Problem nach Fragen und Bedingun-gen zu gliedern?

– Mit welchen Mitteln erkundet der Lernende die Ursachen für das Ent-stehen des Problems?

– Ist der Lernende in der Lage einzu-schätzen, ob das eigene Wissen aus-reicht? Können sich selbstständig In-formationen beschafft werden?

Problemanalyse

– Wie wählt der Lernende die zur Aus-führung erforderlichen Mittel aus?

– Kann der Lernende die bei der Ausfüh-rung zu erwartenden Schwierigkeiten erkennen?

– Kann der Lernende den Zeitbedarf für die Lösung schätzen?

– Kann der Lernende das erreichte Er-gebnis anhand von Kriterien bewerten?

Ausführung und Ergebnis

Bewertung der geplanten Problem-lösung und Entscheidung

– Ist der Lernende fähig, den Aufwand zur Problemlö-sung zu erfassen und einzuschätzen?

– Erkennt der Lernende Alternativen zum Erreichen eines gleichwertigen Ergebnisses?

– Kann sich der Lernende für eine Lösungsvariante entscheiden und die Entscheidung begründen?

Problemlösung

– Verwendet der Lernende die Ergebnisse der Problemanalyse, um analoge Fälle zu bearbeiten?

– Nimmt der Lernende eine Aufteilung des Gesamtproblems vor und entwi-ckelt Ideen für schrittweises Vorgehen?

– Kann der Lernende einen Lösungs-ansatz und den Lösungsweg formulie-ren?

– Wie findet der Lernende Varianten des Lösungsweges?

– Ist der Lernende bereit, einen bereits verfolgten Lösungsweg zu verlassen und nach anderen Wegen zu suchen?

Beurteilung Methodenkompetenz

40

Fragestellungen zur Bewertung von Sozialkompetenz

– Bleibt der Lernende im Konfliktfall neutral und versucht sich „herauszuhalten“?

– Sucht der Lernende Konflikte zu vermeiden und im Konfliktfall zu beschwichtigen?

– Versucht der Lernende Konflikte zu unter-drücken oder seinen eigenen Standpunkt oh-ne Rücksicht auf die Interessen anderer durchzusetzen?

– Bleibt der Lernende im Konfliktfall gerecht und ist bestrebt, eine gangbare Lösung zu finden?

– Bemüht sich der Lernende, Gründe und Ursa-chen des Konfliktes zu erkunden, um eine Lö-sung zu erreichen?

Konfliktbewältigung

– Wie verhält sich der Lernende bei Diskussionen, Gruppenarbeiten und Besprechungen; bleibt er neutral, regt er sich auch einmal auf?

– Geht er in Diskussionen und während der Gruppenarbeit auf Vorschläge an-derer ein? Kann er zuhören?

– Gelten ausschließlich seine Ideen und werden die Gedanken anderer Team-mitglieder abgewertet?

– Sucht der Lernende nach Lösungen mit Hilfe der Gruppe? Ist er bestrebt, mit der Gruppe gemeinsam Entscheidun-gen vorzubereiten?

– Bemüht sich der Lernende, unter-schiedliche Standpunkte auszugleichen und eine allgemeine Übereinstimmung zu erreichen?

– Ist erkennbar, dass sich der Lernende durch Ideen anderer anregen lässt? Verwertet er diese Ideen als eigene oder als Beitrag des/der anderen?

Kommunikation und Kooperation

Engagement – „Sich Einbringen“

– Arbeitet der Lernende nur in einem Umfang mit, wie er es gerade als notwendig erachtet?

– Unterstützt und ermutigt er andere Gruppen-mitglieder in ihrer Arbeit und ihren Entscheidungen?

– Verfolgt der Lernende ein Ziel in der Gruppenarbeit und übt auf andere „Druck“ aus?

– Bietet der Lernende konstruktive Vorschläge an? – Wirkt der persönliche Einsatz des Lernenden motivie-

rend für die anderen Gruppenmitglieder?

Beurteilung Sozialkompetenz

RAHMENRICHTLINIEN FACHGYMNASIUM TECHNIK · meinen Grundbildung und zur Studierfähigkeit, aufbauend...

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