Technik und...

Handreichungen für den Wahlpflichtbereich

„ Technik und Naturwissenschaft“

Inhalt:

ど Fachdidaktische Erläuterungen ど Operatoren zur Entwicklung von Handlungssituationen für den

Unterricht ど Planungsど und Strukturierungshilfen für Arbeitspläne ど Arbeitspläne und Unterrichtsanregungen

Autoren:

Lothar Schmidt

Jürgen Stellmes

Markus Lehnert

Handreichungen für das Wahlpflichtfach Technik und Naturwissenschaft 1

Kompetenzerwerb im Fach Technik und Naturwissenschaft Grundlagen Der vorliegende Rahmenplan für den Wahlpflichtbereich weist zwei Vorgaben für den Unterricht im Fach Technik und Naturwissenschaft aus: Das Strukturmodell und das Kompetenzraster. Das Strukturmodell verdeutlicht die Denk- und Verfahrensweise des Faches, die Leitideen, mit denen und durch die im Fach TuN gearbeitet wird. Das Kompetenzraster weist die zu erreichende Leitkompetenz und drei Teilkompetenzen aus. Den Klassenstufen sind Standards in unterschiedlichen Anforderungsstufen/ Niveaustufen zugeordnet. Sie variieren

- In der Komplexität der Aufgabenstellung z.B. eine einfache, strukturierte Aufgabe bis hin zu einer vielseitigen, komplexen Problemstellung.

- In der Breite der Anwendung z.B. klar umschrieben auf eine spezifische Situation bis hin zu einer breiten, unspezifischen Anwendung.

- Dem Grad der Autonomie bei der Entscheidungsfindung und praktischen Umsetzung z.B. angeleitet, teilselbstständig, selbstständig; mit Vorgaben und Einschränkungen bis hin zu völliger Selbständigkeit.

Dadurch wird es möglich, ein und dieselbe Problemstellung sowohl in Klasse 6 als auch bis in die Klasse 10 zu bearbeiten. Es findet keine Unterscheidung oder Stufung nach dem Motto statt: Die schwierigen Themen kommen in den höheren Klassen, die leichten Themen in den unteren Klassen. Dieses ist eine angenommene und inhaltsbezogene Entscheidung, die der systematischen Herangehensweise des Kompetenzerwerbs eigentlich nicht gerecht wird. Die Behandlung und Bearbeitung ein und desselben Themas in den unterschiedlichen Schuljahren richtet sich in seiner Beschäftigung und Betrachtungsweise nach dem Vorwissen, den Neigungen und Interessen sowie den bereits verfügbaren Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler. Als weitere Entscheidungsgrundlage dienen die im Schwerpunkt zu entwickelnden Kompetenzen. Die Beherrschung bestimmter Arbeitstechniken, die Verfügbarkeit von Methoden und Vorwissen entscheiden folglich über das Anforderungsniveau. Selbstverständlich korrelieren Klassenstufen und Kompetenzentwicklung in vielen Punkten, aber es ist wichtig festzuhalten, dass nicht das Thema an sich über die Eignung für den Unterricht entscheidet, sondern vor allem die Zugangsweise und die Möglichkeit der Ausschöpfung und Nutzung lernrelevanter Handlungssituationen und Handlungsfelder zum individuellen Kompetenzerwerb. Auch aus diesem Grunde wurde im Kompetenzraster darauf verzichtet, eine inhaltliche Konkretisierung durch eine Zuordnung von Themen und Klassenstufen vorzunehmen.


Vom Kompetenzraster zum Arbeitsplan Im Hinblick auf die Entwicklung von Arbeitsplänen ist es jedoch erforderlich, Konkretisierungen vorzunehmen, an denen ein systematischer Kompetenzerwerb nachvollziehbar aufgezeigt und durchgeführt werden kann. An dieser Stelle gilt es zu klären und zu konkretisieren, mit welchen Kompetenzen, Fähigkeiten und Fertigkeiten die drei Teilkompetenzen beschrieben, ausgefüllt und erreicht werden können. Einfach ausgedrückt stellt sich die Frage: Was macht es aus, Systeme und Prozesse analysieren zu können? Was macht es aus, technische Problemstellungen lösen zu können und dieses zu kommunizieren? Was macht es aus, soziotechnische Systeme und Prozesse bewerten zu können? Zusammengefasst bedeutet dies: Über welche konkreten Handlungsdispositionen in kognitiven und pragmatischen Bereichen müssen Schülerinnen und Schüler verfügen, um „Technisch Handeln“ zu können? Somit wird klar: Das Ziel des Faches Technik und Naturwissenschaft ist es, Schülerinnen und Schüler zum „Technisch Handeln“ zu befähigen. Wie dieses zu erreichen ist, kann durch eine Aufschlüsselung der Teilkompetenzen und eine Zuordnung von Operatoren erfolgen, aus denen sich themen- und anforderungsspezifische, konkrete Handlungen für den Unterricht ableiten lassen. Operatoren für die Teilkompetenzen des Rahmenplans im Fach TuN Im Rahmenplan werden Teilkompetenzen ausgewiesen. Sie bilden die Grundlage zur Entwicklung von Arbeitsplänen. Die Arbeitspläne sollen eine konkrete Antwort darauf geben, wie „Technisch Handeln“ an einer Problem- oder Aufgabenstellung von Schülerinnen und Schüler sowohl erlernt als auch vollzogen werden kann. Die ausgewählten Handlungen beschreiben somit den Weg des Kompetenzerwerbs in der Fähigkeit, zu analysieren, Probleme zu lösen und zu bewerten und zu kommunizieren. Aus pragmatischen Gründen sollte der Bereich „Kommunikation“ gesondert ausgewiesen werden, weil die Kommunikation im Prozess des technischen Handelns durchgängig bedeutsam ist. Im Folgenden soll der Kern jeder Teilkompetenz erläutert und Operatoren benannt werden, durch die die Erreichung der jeweiligen Kompetenz gefördert werden kann. Die aufgeführten Teilkompetenzen sind keine Einzelfähigkeiten, sondern vielmehr als ein Bündel, ein Zusammenwirken vielfältiger Fähigkeiten, Fertigkeiten, Erfahrungen im kognitiven und pragmatischen Bereich aufzufassen. Daher gibt es nicht nur den einen und direkten Weg oder den einen Ansatz zur Förderung der Kompetenzentwicklung, sondern sehr vielfältige. Diese sind jedoch nicht beliebig, sondern folgen der im Fach TuN aufgezeigten Fachsystematik des Strukturmodells (Problemlöseschleife). Ein Abgleich mit den Kompetenzbeschreibungen und Operatoren ist für die konkrete Unterrichtsplanung unbedingt erforderlich.


1. Das Analysieren von Systemen und Prozessen Die Analyse dient im Fach TuN dem systematischen Vorgehen zum Gliedern, Auffinden und Zerlegen von Relationen. Ziel der Analyse ist das Erklären, das Verstehen und das Bewerten von Wirkzusammenhängen. Das Analysieren ist in allen Phasen des Arbeitens erforderlich und ein ständiger Begleiter auf dem Weg der Erkenntnisgewinnung und Problemlösung. Die Analyse ist Grundlage jeder Deutung und jeder Bewertung. Aufgabe des Unterrichtes ist es, die Schülerinnen und Schüler in ihrer Analysefähigkeit zu schulen und zu entwickeln, ihnen Wege aufzuzeigen, die Analyse als methodisches Vorgehen zu erlernen und anzuwenden. Operatoren für Analysieren Operatoren Beispiele für Handlungssituationen untersuchen, erklären, bestimmen, ordnen, auswerten, herausarbeiten, beobachten, ermitteln, erproben, prüfen, überprüfen, messen, vergleichen, gliedern, systematisieren, übertragen, ableiten, definieren, zuordnen, nachvollziehen, simulieren, modellieren, kategorisieren, beweisen, schematisieren, kritisieren, unterteilen, folgern, schließen, kennzeichnen, in Bestandteile zerlegen etc.

- Aus einem Sachverhalt wichtige Bestandteile

oder Eigenschaften auf bestimmte technisch-naturwissenschaftliche Fragestellungen hin herausarbeiten.

- Aufdecken von Naturgesetzmäßigkeiten, auf denen ein Funktionsprinzip eines Systems basiert.

- Erklären von Wirkzusammenhängen in Systemen und Subsystemen.

- Fehlersuche durch Bestimmen, Messen und vergleichen relevanter Größen in Systemen und Subsystemen.

- Bestimmen von Merkmalen und Eigenschaften von Gegenständen, Systemen, Verfahren, Prozessen.

- Überprüfen von Gegenständen (Geräte, Maschinen, Materialien etc.), Systemen, Verfahren, Prozessen hinsichtlich bestimmter Kriterien. z.B. Funktion, Eignung, Sicherheit, Kosten, Fertigung, spez. Eigenschaften etc.

- Ermitteln der Input- und Outputgrößen. - Ordnen/ Zuordnen von Größen und Begriffen. - Ermitteln der Hauptfunktion, Teilfunktionen

eines System, Verfahren, Prozess etc. -

Analytisches Denken ist eine zentrale übertragbare Kompetenz für alle Lebensbereiche, die im Fach TuN eine vertiefte Ausbildung und Ausprägung erhalten kann. Erfahrungen mit analytischem Denken werden von klein auf gesammelt und erworben. Im technisch- naturwissenschaftlichen Kontext des Faches TuN geschieht dies vor allem im Hinblick auf eine nutzenorientierte Verwendung: Die Erklärung, die Erkenntnisgewinnung, die Problemlösung, den Produktlebenszyklus.


2. Technisch Handeln „Technisch Handeln“ ist die zentrale Teilkompetenz. Sie ist im Strukturmodell des Faches TuN dargestellt ist. Das Fach TuN definiert „Technisch Handeln“ als den Weg von der Problemstellung über die Problemanalyse, Erkenntnisgewinnung, Lösung bis zur Optimierung und Bewertung unter Zuhilfenahme der Naturwissenschaften und Technikwissenschaften. Das Vorgehen ist gekennzeichnet durch viele Schleifen und Rückkopplungen, die im Prozess des technischen Handelns beschritten werden müssen. Ebenso kann es sein, dass bei manchem Unterrichtsprojekt nur Teiletappen durchlaufen werden. In der Literatur der Technikdidaktik umfasst die Definition „Technisches Handeln“ alles, was erforderlich ist, um durch eigenes Tun soziotechnische Systeme zu schaffen oder diese zu verändern, sie zu nutzen und zu warten bis hin zur Entsorgung und Verwertung. Sie ist stärker produktbezogen gedacht. In der Quintessenz beschreibt Technisches Handeln alle Tätigkeiten des Menschen als Erschaffender und Nutzender von Technik, sowie seine vollständige Verantwortung für die Auswirkungen dieser Entscheidungen auf Natur, Umwelt und Gesellschaft. Der Kompetenzerwerb zum „Technisch Handeln“ vollzieht sich daher vor allem durch technische Handlungen. Diese sind eine Summe oder die Kombination äußerst unterschiedlicher und vielfältiger kognitiver und pragmatischer Fähigkeiten sowie Erfahrungen, die situationsgerecht angewendet werden. Im Mittelpunkt von technischen Handlungen stehen Personen, Prozesse und Produkte. An ihnen und mit ihnen erfolgt der Kompetenzerwerb. Die Person ist immer die technisch Handelnde, aber das Ziel der technischen Handlung kann das Produkt, eine Funktion, ein Produktionsschritt, ein Material, einen Abschnitt im Produktlebenszyklus etc. sein. Die Herausforderung ist so vielfältig wie die Problemlösung- der Kompetenzerwerb verbleibt jedoch immer bei der handelnden Person. Vom bloßen „Dabeisein“ wird niemand kompetent. Daher ist der Vollzug von „Technisch Handeln“ das Zentrum des Faches Technik und Naturwissenschaft.


Operatoren für Technisch Handeln Operatoren Beispiele für Handlungssituationen Planen; entwerfen; konstruieren; produzieren; fertigen; herstellen; Experimentieren; berechnen; entwickeln; analysieren; Hypothesen aufstellen; nutzen; verwenden; anwenden; bedienen; testen; messen; prüfen; auswählen; überprüfen; beurteilen; entscheiden; Alternativen entwickeln und bewerten; Kriterien aufstellen; beachten, handhaben von Geräten, Werkzeugen und Maschinen; Modelle bilden; Lösen von Problemen unter Verwendung von… Begründen; Ressourcen auswählen und einsetzen; Sicherheitsanweisungen beachten...

- Entwerfen eines Produktes/ einer Problemlösung

durch geistige und/oder zeichnerische Vorwegnahme konkreter Lösungsgestalten in struktureller, funktioneller und wirtschaftlicher Sicht/ auf Basis von Anforderungen/ Kriterien.

- Lösungsideen entwickeln, darlegen und ggf. zeichnen oder skizzieren.

- Planen, konstruieren und herstellen eines technischen Produktes.

- Form, Funktion und Fertigung eines techn. Objektes durch Ausarbeitung eines Entwurfs, Berechnungen, Simulationen und Versuche, maßgebend gestalten.

- Ermitteln der Werte von physikalischen oder technischen Größen mit geeigneten Messsystemen zur Problemlösung/ Überprüfung der Lösung.

- Messen und prüfen von... - Produkte und Verfahren auf ihre Funktionalität/

Tauglichkeit untersuchen/ testen. - Abweichungen der Funktion beschreiben und

auswerten. - Technische Sachverhalte, Aussagen, Funktionen

usw. anhand von Kriterien kontrollieren. - Arbeitsschritte, Material- und Werkzeugbedarf

vorbereiten und zeitliche Abläufe planen. - Technische Lösungen aufgrund der erfolgten

Planung praktisch umsetzen. - Umsetzte Lösungen (Verfahren, Produkte)

wieder-holend gebrauchen und nutzen. - Pflegen, warten und reparieren von Geräten,

Maschinen, Werkzeugen, Einrichtungen. - Verbesserungsvorschläge entwickeln und auf

Produkte/ Prozesse/ Verfahren anwenden. - Kosten-Nutzen berechnen. -


Typen der Technikbewertung

problem-induziert

technik-induziert

projekt-induziert

innovativ projektiv reaktiv retrospektiv

ZeitpunktAnlass

3. Bewerten soziotechnischer Systeme und Prozesse Die Begriffe „Bewerten“ und „Beurteilen“ werden in zwei Bedeutungsformen verwendet. Zum einen die Typen der Technikbewertung 1, die Anlass und Zeitpunkt einer Bewertung ins Zentrum setzen und ausschließlich die Entwicklung und Findung der optimalen technischen Lösungen verfolgen.

Zum anderen sind es die vielfältigen Dimensionen2 von Technikbewertung, aus denen die konkreten Kriterien für das eigene technische Handeln abgeleitet werden müssen.

Die Bewertung liefert die Entscheidungsgrundlage für technisches Handeln- zu

1 vgl.: Scheffczik, W.:Technikbewertung und Technikfolgenabschätzung – ein Beitrag zur Entwicklung des Technikunterrichts an allgemeinbildenden Schulen, 2003, S.105 2 Grafik nach vgl.: a.a.O., S.86


jedem Zeitpunkt des Produktlebenszyklus. Sie messen sich am Grad der Erfüllung der zuvor aufgestellten Kriterien. Die Entscheidungsfindung ist abhängig bzw. geprägt von diesen anzuwendenden Kriterien im Hinblick auf den Lösungsvorschlag. Alle Entscheidungs- und Bewertungsprozesse müssen immer auf Grundlage von Kriterien oder eines Kriterienkatalogs erfolgen. Demnach liegt ein wesentlicher Bestandteil der Kompetenz, zu bewerten, in der prozessbezogenen Entwicklung, Findung und Überprüfung von Kriterien sowie deren argumentativen Vertretung. Gleichzeitig aber auch in der Überprüfung von Argumenten, Informationen und Kriterien auf Stimmigkeit, Informationsgehalt oder die messbare Qualität des Produktes oder der Arbeit. Bewerten ist immer ein Zwischenschritt, eine Rückkopplung, auch wenn es häufig am Ende eines Prozesses steht. Diese Dynamik bleibt auch in der Entwicklung der Kompetenz erhalten. Operatoren für Bewerten und Beurteilen Operatoren Beispiele für Handlungssituationen gegenüberstellen; messen; festlegen; bestimmen; abwägen; auswählen; interpretieren; erfassen; recherchieren; sortieren, entscheiden; erörtern; vorschlagen; Expertise erstellen; bemessen; begründen; gewichten; auswerten; einschätzen; abstimmen; begutachten; abgleichen; vergleichen; prüfen; hinterfragen; argumentieren; kategorisieren, überwachen; deuten; abgrenzen;

- Mit dem Für und Wider eines technischen

Sachverhaltes auseinandersetzen und auf dieser Grundlage nach Abwägen der Vor- und Nachteile zu einer Bewertung kommen.

- Eine eigene Position nach ausgewiesenen Normen oder Werten vertreten.

- Aussagen, Erkenntnisse, Hypothesen oder Sachverhalte anhand von Argumenten begründen.

- Sachverhalte einschätzen. - Positionen, Theorien hinterfragen,

problematisieren, auf ihre Richtigkeit prüfen. - Stellung nehmen zu sozio-technischen

Erscheinungen, -Prozessen oder –Systemen. - Arbeitsergebnisse/ Sachverhalte begutachten

und Kriterien bezogen werten. - Lösungsansätze in ihrer Wirksamkeit

vergleichen. - Funktionsprinzipien oder Verfahren

projektbezogen voneinander abgrenzen und auswählen.

- Machbarkeit im Bezug auf gegebene Kriterien einschätzen und begründen.

- Verfahren zur Entscheidungsfindung einsetzen. - ...


4. Kommunikation

Betrachtet man das erste Axiom der Kommunikation von Watzlawick als Grundlage: „Der Mensch kann nicht nicht kommunizieren.“ dann ist klar, dass der umfangreichste Kompetenzbereich eigentlich die Kommunikation ist. Ohne Kommunikation finden keine Lernprozesse statt, ohne Kommunikation kommt es nicht zu Erkenntnisgewinnung, Ideenentwicklung, zur Weitergabe von Wissen etc. Die Kommunikation begleitet alle Prozesse und ist zugleich Handlung, aber auch Reflexion der Handlung. Das Problem, der Lerngegenstand muss verinnerlicht sein, um ihn ausdrücken zu können, ihn in Sprache zu fassen. Es ist wichtig, verschiedene Bereiche der Kommunikation zu bestimmen, in denen ein gezielter Kompetenzerwerb im Sinne des Faches als notwendig und erforderlich scheint. In der Anbahnung kommunikativer Fähigkeiten hat die Situation, der Anlass der Kommunikation eine besondere Bedeutung. Die Berufsorientierung bietet hier ein breites und wichtiges Feld, angefangen von der Entwicklung zutreffender Fragen für Erkundungen, Interviews oder Betriebsbesichtigungen, über Vorträge, Präsentationen, Vorstellungsgespräch, Praktikumsberichte oder Ausbildungsgespräche. Die Fachsprachlichkeit, Normierungen sowie die Nutzung geeigneter Hilfsmittel (Software, Schablonen, Zeichenwerkzeuge etc.) stehen beispielhaft für eigenständige Aspekte technischer Kommunikation. Ebenso sind die vielfältigen Formen zur Visualisierung und Dokumentation technischer Handlungen ein wichtiger und umfassender Lernbereich. Es ist gleichzeitig eine zentrale Schnittstelle mit dem Unterrichtsprinzip Informatische Bildung. Sie kann und sollte sehr umfassend in die Anbahnung der kommunikativen Kompetenzen mit einbezogen werden. Nicht zuletzt hat die Entwicklung der kommunikativen Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler einen hohen Stellenwert aufgrund des projektorientierten Arbeitens in Gruppen und Teams. Das gemeinsame Besprechen und Abklären, das Diskutieren und Entscheiden, das Beraten und gegenseitige Erklären, das Sichtbarmachen von Ideen und Vorschlägen braucht kommunikative Fähigkeiten und Gesprächskultur. Technische Entwicklung ist Team- Work. Gute und erfolgreiche Projekte sind Ausdruck und Beweis funktionierender Kommunikation und Teamfähigkeit.


Operatoren für Kommunikation Operatoren Beispiele für Handlungssituationen lesen; herauslesen, recherchieren; übersetzen; vortragen; argumentieren; begründen; Fachbegriffe verwenden; präsentieren; animieren; visualisieren; beschriften; zeichnen; katalogisieren; erklären; Symbole deuten, nutzen; nachschlagen; fragen; schreiben; vortragen; zeichnen; skizzieren; technisch zeichnen; schematisieren; Diagramme erstellen; Normierungen beachten; codieren; decodieren;

- Sachzusammenhänge durch Literatur-/ Katalog-/

Internetrecherche erfassen und aufbereiten. - Verfahren und Vorgehensweisen diskutieren. - Ideen zeichnerisch entwickeln und optimieren. - Vorgehensweisen/ Verfahren/ Experimente

schriftlich/ grafisch dokumentieren. - Größen, Werte, Zusammenhänge in Tabellen,

Diagrammen etc. darstellen. - Reale Gegenstände/ Begriffe in Symbole,

Zeichen oder Formeln übersetzen und zeichnen. - Pläne zur Fertigung nutzen/ erstellen. - Standardsoftware zur grafischen Umsetzung,

Berechnung, Dokumentation nutzen. - Fachspezifische Software (z.B. CAD, CAM,

Simulation, Animation) zur Problemlösung/ Dokumentation/ Präsentation einsetzen.

- Teambesprechungen in Reflexions- oder Metaphasen durchführen.

- Gattungen fachspezifischer Texte (Versuchs-, Bau-; Bedienungsanleitung, Funktionsbeschreibungen, Gebrauchsanweisungen, Tabellen) nutzen/erstellen.

- Fazit: Die Operatoren konkretisieren Handlungen, die den Erwerb der verbindlichen Kompetenzen im Fach TuN fördern. Unterricht findet auf der Handlungsebene statt. Je mehr dieser Handlungen durch ein Unterrichtsthema genutzt werden bzw. erforderlich sind, desto enger greift der Kompetenzerwerb ineinander. Lassen sich Handlungen auf der Unterrichtsebene nicht diesen genannten oder vergleichbaren Operatoren zuordnen, so kann keine Förderung der Kompetenzentwicklung in diesem Teilbereich erfolgen. Desweiteren reflektieren die Handlungen auf der Ebene des Unterrichts das jeweilige Anforderungsniveau bzw. kann am Klassenstufen spezifisch formulierten Standard überprüft werden, ob die Schülerin oder der Schüler über die geforderte Ausprägung der Kompetenz verfügt. Dieses „Herunterbrechen“ oder Überführen von Handlungssituationen in themengebundene Unterrichtssequenzen für die jeweiligen Klassenstufen soll durch die folgende beispielhafte Zusammenstellung erleichtert werden.


Standards Klasse 9/ 10 Handlungssituationen/ Die Sch ülerinnen und Schüler…

1. Die Schülerinnen und Schüler analysieren und beurteilen eine Problemstellung , entscheiden sich auf der Grundlage natur-, technik- und ingenieurwissenschaftlicher Erkenntnisse, Verfahren und Methoden selbstständig für eine Lösung . Sie setzen diese technisch um . erstellen im Prozess des technischen Handelns selbstständig Bewertungskriterien und optimieren im Hinblick auf einen möglichst ökologischen Produktlebenszyklus . 2. Die Schülerinnen und Schüler wenden selbständig geeignete fachwissen-schaftliche Methoden der Erkenntnisgewinnung zur Lösung einer Problemstellung an. 3. wählen Werkzeuge , Maschinen und Geräte selbstständig aus, überprüfen sie auf Funktionssicherheit Funktionssicherheit und verwenden sie sicher und fachgerecht.

- Wenden Methoden des Konstruierens an - erstellen ein Lastenheft - Formulieren und prüfen Anforderungen. - Entwerfen planen, konstruieren und fertigen ein

Produkt, ein Verfahren, einen Lösungsvorschlag. - Ordnen Anforderungen/ Kriterien zu, die ein Produkt/

Verfahren erfüllen muss. - Suchen nach Lösungsmöglichkeiten auf experimenteller

Ebene. - Klären Funktion, Struktur und Gestalt eines technischen

Erzeugnisses/ Verfahren. - Erläutern Nutzungsmöglichkeiten von Verfahren/

Produkten. - Leiten Unfall- und Verletzungsgefahren bei der Nutzung/

Herstellung ab und beachten sie. - Untersuchen Sachverhalte mittels Beobachtung,

Messungen, Experimenten etc. - Weisen Stoffe, Reaktionen, Wirkungen nach. - Ordnen Erkenntnisse/ Ergebnisse

naturwissenschaftlichen Gesetzmäßigkeiten zu. - Begründen Zusammenhänge zwischen physikalischen

Gesetzmäßigkeiten und den daraus resultierenden Konsequenzen für die technische Umsetzung.

- Argumentieren Entscheidungen über den Produktlebenszyklus.

- Wenden unterschiedliche Bewertungsmethoden an. - Überprüfen ihr eigenes Handeln und verbessern die

Strategien. - Wenden standardisierte Prüfverfahren an. - Vergleichen einzelne Kriterien normierter/ zertif izierter

Verfahren und Prozesse in Unternehmen mit den eigenen Arbeitsweisen.

- Entwickeln Gütekriterien für ihre Produkte und Arbeitsweisen.

- Erproben unterschiedliche Produktionsverfahren im Hinblick auf die Produktqualität/ Stückzahl/ Arbeitsdauer/ Kosten.

- Nutzen Effekte der Spezialisierung/ Arbeitsteilung für die eigene Produktion.

- Verwenden Schablonen und Hilfsmittel. - Fertigen sich selbst Hilfsmittel und Werkzeuge. - Vermarkten ihre Produkte/ Dienstleistungen. - Vergleichen ihr Tun mit der betrieblichen Wirklichkeit. - Adaptieren Lösungsmöglichkeiten. - Erf inden etwas nach. - Wenden Kenntnisse von Materialeigenschaften an. - Überprüfen Materialien auf ihre Eigenschaften. - Unterscheiden Stoffeigenschaften, Festigkeit, Härte,

Gewicht, Biegsamkeit, elektr. Leitfähigkeit, thermische Eigenschaften etc.

- Bearbeiten Holz, Metall, Kunststoff, Papier, Keramik. - Bewerten und bilanzieren Möglichkeiten der

Beschaffung, Verfügbarkeit, Kosten, Entsorgung, Arbeitszeit, Umweltverträglichkeit, Giftigkeit, Bearbeitung, Handhabbarkeit, Verschleiß, Pflege, Wartung, Entsorgung...


führen handwerkliche und gestalterische Fertigungstechniken selbstständig aus. verhalten sich sicherheitsbewusst und vorausschauend. 4. wählen Materialien mit Blick auf die Problemstellung und den Produktlebenszyklus selbständig aus.

- Üben Verfahren und Techniken durch Anwendung und Wiederholung ein.

- Wenden unterschiedliche Fertigungsverfahren an. - Benennen Formen von Belastungen (mechanische

Kräfte, Temperatur, Umwelt etc.), die auf ein Material/ Produkt einwirken.

- Beachten Kriterien der Sicherheit bzw. Sicherheitsbestimmungen z.B. Isolationsfähigkeit, Abgabe von Farbstoffen, Tauglichkeit als Kinderspielzeug, Verletzungsgefahr bei der Nutzung und Fertigung, Ergonomie, Brennbarkeit etc.

- Wenden kraftschlüssige/ formschlüssige Verbindungstechniken/ Fügeverfahren an z.B. kleben, leimen, dübeln, verschrauben, nageln, nieten, tackern, löten, pressen, klemmen, diverse Holzverbindungen, lösbar, nicht lösbar etc.

- Auswahl und Dimensionieren die Verbindungsmittel nach Beanspruchung, Einsatz etc. z.B. Holzschraube, Gewindeschraube, Hutmutter, Flügelmutter, div. Durchmesser und Längen, rostfrei, Farbe, Kopfform, Schlitzausführung, Leim wasserfest oder nicht, Zugfestigkeit, Offenzeit, Bindedauer, farbig oder transparent, Spezialklebstoffe etc.

- Oberflächenbehandlung/ Oberflächenschutz mit Lacken, Ölen, Wachsen, Lasuren etc. Verwendung im Außenbereich/ Innenbereich/ trittfest, abriebfest, Verarbeitungsform etc.

- Erfassen erkennbare Beschädigungen/ Defekte an Werkzeugen, Geräten, Maschinen, Objekten.

- Sortieren unbrauchbare (z:b. stumpfe) Sägen, Messer, Stechbeitel, Ziehklingen, Bohrer, Raspeln, Feilen etc. aus.

- Setzen Spannwerkzeuge ein; spannen Werkstücke/ Materialien bearbeitungsgerecht ein.

- Achten auf Ordnung und Sauberkeit. - Rräumen Werkzeuge, Geräte und Maschinen nach

einem Ordnungssystem ein. - Verzichten auf die Zweckentfremdung von Werkzeugen,

Geräten, Maschinen, Materialien etc. - Führen kontrollierte Bewegungen aus. - Setzen die eigenen Kräfte werkzeuggerecht ein. - Gehen sparsam mit Verbrauchsmaterialien um. - Sammeln und sortieren Materialabfälle zur

Weiterverarbeitung, Wiederverwendung. -

5. Die Schülerinnen und Schüler kommunizieren kontextbezogen fachsprachlich.

- Verwenden die Fachbegriffe für/ , benennen fachrichtig

Werkzeuge, Maschinen, Geräte, Materialien, Hilfsmittel, Arbeitsschritte, Verfahren, Prozesse, etc.

- Erstellen formgebundene Arbeitsberichte, Protokolle, Versuchsbeschreibungen, Laborbericht, Beobachtungsprotokolle, Experimentiervorhaben, Praktikumsberichte unter Verwendung der Fachbegriffe, ggf. branchenspezif ische Berichtsformen

- Erstellen eine Bauanleitung, Bedienungsanleitung. - Erteilen Handlungsanweisungen z.B. bei der

Arbeitsorganisation, Werkstattarbeit


6. erstellen und lesen selbstständig technische Zeichnungen und Diagramme unter Beachtung gültiger Normen und interpretieren diese. kommunizieren fachgerecht und kontextgebunden ihr technisches Handeln. 7. recherchieren und erschließen selbstständig I nformationen , strukturieren und bewerten diese.

- Geben Einweisungen zur Nutzung technischer Sachsysteme oder zur Anwendung von Verfahren oder Durchführung von Prozessen.

- Wenden kaufmännische/ betriebswirtschaftliche Begriffe zur Kalkulation und Aufstellung von Kosten an.

- Schreiben eine Rechnung, stellen eine Quittung aus, rechnen Kosten ab, buchen.

- Erstellen Kalkulationstabellen zur Kostenermittlung. - Erarbeiten branchenspezif ische Fragen für eine

Betriebserkundung/ Expertenbefragung. - Lesen Verarbeitungshinweise, Gebrauchsanleitungen,

Bauanweisungen, Baupläne, Maßzeichnungen, Explosionszeichnungen, Schemazeichnungen, Prozesspläne etc.

- Produktrecherchen, Bauteil/ Materialdatenbanken/ Tabellenbuch, werten Kataloge aus.

- Ordnen Lösungsprinzipien. - Stellen Entscheidungsmatrizen auf und nutzen sie. - Argumentieren Pro und Contra. - Erstellen Mindmaps zur Strukturierung. - Wenden kommunikative Methoden zur Ideenentwicklung

und Problemlösung an (Brainstorming, Brainwriting). - Sammeln, ordnen und gewichten Kriterien.

8. Die Schülerinnen und Schüler analysieren Sachsysteme und Prozesse sowie Elemente , Strukturen und Relationen (EVA-Prinzip, Ziele, Parameter, Steuern und Regeln, Stoff/Energie/ Information). 9. analysieren Organisationsprinzipien und Wechselwirkungen in komplexen Systemen und deren Prozessen. 10. entwickeln Optimierungs - und I nnovationsmöglichkeiten von Prozessen in Systemen unter Beachtung von Sollvorgaben und Parametern (Automatisierung, Miniaturisierung, Vernetzung etc.).

- (Be-)Nennen Einzelteile, Teilsysteme, Teilprozesse… - Nennen Zusammenhänge zwischen Teilsystemen,

Baugruppen, Teilprozessen… - Erklären Zusammenhänge und Verbindungen zwischen

Teilsystemen, Teilprozessen… - Ordnen Systeme/Subsysteme und weisen ihnen

Funktionen zu. - Finden Steuerungen und Regelungen in Systemen. - Benennen Steuerglieder, Regelgröße, Regelstrecke… - Nennen Ist- und Sollwert in verschiedenen Prozessen

und diskutieren deren Bedeutung. - Erklären den Zusammenhang zwischen Eingabe und

Ausgabe mit Hilfe des Verarbeitungsprozesses. - Bennen in Prozessen den Stoff-, Informations- und

Energiefluss. - Erstellen ein Zerlegungsprotokoll einer Maschine. - Führen eine Demontage durch. - Analysieren technische Zeichnungen, Baupläne,

Explosionszeichnungen etc. - Erstellen Fließdiagramme zur Darstellung und Planung

von Prozess- und Produktionsabläufen. - Erstellen Zeit-Impuls-Diagramme. - Erstellen Algorithmen. - Wenden Optierungsverfahren an. - Messen Systeme und deren Elemente aus. - Ermitteln Toleranzen und beurteilen ihr

Produkt/Ergebnis im Hinblick darauf. - Überprüfen Messungen und Beobachtungen anhand von

Vergleichswerten oder Literatur. - Beobachten natürliche Systeme und Prozesse. - Beobachten technische Systeme und Prozesse. - Analysieren Kreislaufsysteme.


- Variieren Parameter und beobachten die daraus resultieren Veränderungen.

- Variieren Bauelemente/ tauschen sie aus. - Benennen Gesetzmäßigkeiten und Regeln. - Führen Simulationen durch. - Wenden Analogiemethoden an. - Erfassen Prozessabläufe anhand von Parametern (z.B.

Zeit, Fehlerhäuf igkeit, Maßtoleranz). - Untersuchen Produktentwicklungslinien z.B. Röhre-

Transistor- IC; Zeitmessung, Analogtechnik- Digitaltechnik, Rechenmaschinen, Digitale Speichermedien, Medizintechnik etc.

11. Die Schülerinnen und Schüler diskutieren den Zielkonflikt und die Wechselwirkungen zwischen technischem Wandel – Natur – Gesellschaft – Ethik und beurteilen auf dieser Grundlage Sachsysteme, Prozesse und Technologien. 12. testen und bewerten die Qualität von Arbeitsergebnissen und Arbeitsprozessen mit selbstständig entwickelten Verfahren und Kriterien 13. beurteilen die Eigenschaften von Technologien (Ergonomie, Energiebilanz, Ökobilanz, Bewertungsmatrix etc.).

- Erläutern Entsorgungsmöglichkeiten/ Recycling von

Abfällen im Arbeits-/ Produktionsprozess. - Begründen das Bedürfnis nach einem Produkt/

Gegenstand/System/Prozess (emotional, rational) - Erläutern technische Entwicklung eines Produkt im

historischen Kontext. - Erläutern gesellschaftliche Entwicklungen im Hinblick auf

Wohlstand und Produktverfügbarkeit. - Benennen die Herkunft der Ressourcen/Materialien und

deren Verfügbarkeit. - Untersuchen regionalspezif ische Besonderheiten z.B. im

Bereich Energieversorgung, Architektur, Landwirtschaft. - Vergleichen statistische Kennzahlen zum regionalen

ÖPNV und dem Individualverkehr. - Diskutieren den Energieeinsatz zur Herstellung von

Materialien und Werkstoffen. - Erläutern den Zusammenhang zwischen Herkunft der

Ressourcen und politischen Rahmenbedingungen. - Erörtern Sachzusammenhänge. - Führen eine Podiums/Pro-Contra-Diskussion durch. - Diskutieren den Zusammenhang zwischen

Bedürfnisbefriedigung einzelner/vieler. - Vergleichen Energieträger und deren Verwendung im

Privaten Haushalt. - Untersuchen und vergleichen städtische und ländliche

Wohnkonzepte/ Wohnungsbau. - Erstellen eine Bewertungsmatrix. - Bestimmen den Wirkungsgrad technischer Systeme. - Vergleichen Wirkungsgrade. - Diskutieren Energieträger und ihren Einsatz. - Führen eigene Produkttests durch. - Vergleichen Testverfahren, gewichten und bewerten

deren Ergebnisse mit den eigenen. - Entwickeln Kriterien zur Handhabung von Produkten. - Wenden Systeme zur Entscheidungsf indung an. - Erarbeiten den gesamten Produktlebenszyklus und

erstellen eine Ökobilanz auf Basis der Energiebilanz. - Erstellen Kalkulationen mit der zur Entwicklung,

Herstellung und Entsorgung eines Produkts benötigten Zeit, Energie, Rohstoffen…

- Recherchieren die Entsorgungsmöglichkeiten einzelner Materialien

- Bestimmen den Nutzwert eines Produkts durch Kriterien wie „Zeitersparnis“, „Gefallen“,


- Vergleichen Formen von Produkten im Hinblick auf ihre Ergonomie.

- Wenden Gestaltungskriterien bei der Planung und Fertigung von Nutzgegenständen an.

- Ordnen normierte Baugrößen von Gegenständen zu z.B Planung einer Küche/ Zimmer/ Bad.

- Arbeitsergonomie, Rückenschonendes Arbeiten etc. - Führen Experimente zu Energieeinsparung/

Wärmedämmung durch. - Vergleichen Technologien zur Beleuchtung anhand von

Kriterien. -


Mögliche Elemente im TuN- Unterricht

Die Konstruktionsaufgabe

Eine häufig angewandte Methode im TuN- Unterricht ist die Konstruktionsaufgabe, da das Konstruieren bzw. das Lösen einer Problemstellung eine der wesentlichen technischen Handlungen ist. Zu ihr gehören das Erfinden, Entwerfen und Gestalten; sie verlangt von Schülerinnen und Schülern eine große Selbstständigkeit bei der Lösung des Problems oder Handlungsanlasses. Des Weiteren fördert diese Methode Kreativität und Problemlösungsstrategien und ermöglicht eine Bewertung des Ergebnisses anhand von Kriterien, die gemeinsam zu Beginn des Prozesses aufgestellt wurden. Die Herstellungsaufgabe Bei der Herstellungsaufgabe sollen Schülerinnen und Schüler anhand eines vorgegebenen Entwurfs ein Produkt fertigen/ ein Verfahren anwenden, indem sie die Herstellung planen, organisieren, durchführen und abschließend bewerten. Bei diesem fachspezifischen Unterrichtsverfahren können sie das Ergebnis ihrer Produktion, die Qualität der Planung und Organisation sowie die Arbeitsteilung mit ihren Vor- und Nachteilen eigenständig überprüfen. Das Experiment Das Experiment ist ein Unterrichtsverfahren, das es ermöglicht, geplant und gezielt technische Gegenstände und/oder naturwissenschaftliche Verfahren auf das Einhalten bestimmter Werte oder auf die Tauglichkeit bestimmter Eigenschaften für ein Vorhaben zu untersuchen. Es zeichnet sich durch eine genaue Fragestellung, Vermutung, Planung der Versuchsanordnung, eine Durchführung unter gleichen Bedingungen, durch genaues Beobachten, Messen und durch die genaue Beschreibung der Ergebnisse der Untersuchung aus. Die Technische Analyse Die technische Analyse ist die systematische Untersuchung eines technischen Gegenstandes, seiner Komponenten und ihres Zusammenwirkens. Die Analyse seiner Wirkungsweise steht dabei neben seiner Funktion innerhalb eines größeren Systems im Mittelpunkt. Bei einem größeren System kann es sich um ein technisches oder ökologisches System handeln. Die Erkundung

Die Erkundung ist ein Unterrichtsverfahren, welches sowohl fachspezifisch als auch fächerübergreifend durchgeführt werden kann. Sie ermöglicht eine planvolle Untersuchung eines außerschulischen Lernortes. Schülerinnen und Schüler haben die Möglichkeit, Fragestellungen real zu begegnen, die nicht in den üblichen


Unterricht übertragen werden können. Sie können technische Gegenstände, Prozesse und Handlungen beobachten, beschreiben, zuordnen und auswerten sowie unter bestimmten Fragestellungen einer Reflexion unterziehen. So gewinnen sie Erkenntnisse über den Erkundungsgegenstand. Die Technische Bewertung Bei diesem Unterrichtsverfahren werden technische Sachverhalte und die Folgen des Einsatzes von Technik beurteilt. Hierbei können die Kriterien sowohl ethischer, gesellschaftlicher, ökologischer als auch naturwissenschaftlicher Herkunft sein. Schülerinnen und Schüler sollen befähigt werden, sich über ihre eigenen Kriterien bewusst zu werden, andere Bewertungen zu hinterfragen und unterschiedliche Ergebnisse zuzulassen, indem sie erkennen, dass Kriterien unterschiedlich gewichtet sein können. Der Lehrgang Lehrgänge sind eine im voraus geplante und damit auch festgelegte Ordnung, in der die Inhalte eines mehrgliedrigen Bereichs (z.B. Vermittlung von Fertigungstechniken, Analysemethoden) so aufeinanderfolgen, dass der Schüler den ganzen Bereich lernend erfassen kann. Die Fallstudie Anhand tatsächlich aufgetretener Problemfälle können mögliche Fehlerquellen analysiert und bei der eigenen Planung vermieden werden. Eine systematische Fehlersuche oder Hinterfragung der Funktions- und Prozessabläufe ist dazu erforderlich. Die gewonnenen Erkenntnisse können zur Umsetzung genutzt werden. Der Test Beim Testen werden Versuchsreihen durchgeführt, um herauszufinden, ob technische Produkte zuvor bestimmten Kriterien genügen. Dieses kann durch Prüfverfahren, Erprobung und Nutzung erfolgen. Die Ergebnisse werden ausgewertet und bewertet. Die Modellbildung/ Analogie Mit Hilfe von Modellen wird die Struktur, die Funktion und/ oder das Verhalten eines in Wirklichkeit vorhandenen Originals abgebildet. Sie besitzen in der Regel nur einige wichtige Eigenschaften des Originals, die erforderlich sind, um z.B. das Funktionsprinzip oder die Gültigkeit einer Annahme/ Gesetzmäßigkeit zu überprüfen.


Differenzieren Je detaillierter Handlungen aufgefächert werden können, desto stärker kann auch der differenzierende Charakter deutlich werden. Dieses soll am Beispiel des Operators „zeichnen“ exemplarisch verdeutlich werden: Um eine Idee, ein Funktionsprinzip, eine Lösung zu visualisieren reicht eine Handskizze auf einem Fetzen Papier. Um sie umzusetzen, zu fertigen, zu patentieren, zu vermarkten in keinem Fall. Die Handskizze ist aber der Einstieg in die grafische Darstellung zur Weitergabe von technischer Information. Dieser Skizze kann eine perspektivische Zeichnung (Schrägbild) folgen, die Proportionen darstellt und Raum-Lage Verhältnisse sichtbar macht. Durch Auflegen eines Gegenstandes kann eine 1:1-Zeichnung angefertigt werden. Es können mit Lineal/ Geodreieck Gegenstände vermessen und maßstäblich (verkleinert/ vergrößert) gezeichnet werden. Es kann auf kariertem, gerastertem oder weißen Papier gezeichnet werden; mit Lineal/ Geodreieck oder mittels Zeichenplatte. Ein weiterer Schritt wäre die Erstellung bereits normierter Zeichnungen von „Drei Tafel-Projektionen“ oder weiterer perspektivischer Projektionen. Ein weiterer Schritt wären spezifische technische Zeichnungen im Bereich Bau, Holz, Metall, Elektronik unter Verwendung von Symbolen und definierten Linienarten etc. Im Weiteren wäre die Verwendung von CAD/ CAM-Software zu sehen und deren Nutzung für die Konstruktion. An dieser Stelle ist dann im Grunde bereits der Übergang in den Beruf oder Studium erreicht. Die jeweilige Anforderung an die Ausführung der Zeichnung kann ebenso differenziert werden über die Einfachheit/ Komplexität des Zeichenobjektes (Bauteil, Baugruppe, winklig, rund, flächig, gegliedert etc.), das Zeichenpapier (Millimeter, Karo, Raster, weiß), das Zeichenwerkzeug (Bleistift, Tusche, Fineliner), die Maßtoleranz, Ausführung der Beschriftung (Normschrift), Schablonen, Zeit usw. Diese Handlungen (und noch mehr) verbergen sich allein hinter dem Begriff/ Operator „zeichnen“! Eine Schülerin/ ein Schüler, der nicht über die Fähigkeit verfügt, mit Lineal und Bleistift gerade Striche zu ziehen kann wohl aber über das erforderliche räumliche Vorstellungsvermögen und die Abstraktionsfähigkeit verfügen, Objekte, Ansichten und Perspektiven mittels CAD zu zeichnen. Ein anderer wiederum kann sein langsames, aber genaues Arbeiten durch technische Zeichnungen umsetzen. Wichtig hierbei ist, dass bei jeder Ausführung ein Handlungsprodukt erstellt wird, das der individuellen Kompetenzentwicklung förderlich ist und eine echte Verwendung im Hinblick auf die angestrebte Problemlösung hat. Ebenso kann die Differenzierung Bestandteil von Arbeitsteilung sein, so wie unterschiedliche Qualifikationen in der betrieblichen Wirklichkeit genutzt werden. Die Spezialisierung ermöglicht auch den Aufbau eines Helfer- und Dienstsystems, das wiederkehrende Aufgabenstellungen oder auftretende Schwierigkeiten in den Arbeitsprozessen besser bewältigen kann. Diese Beispiele zeigen, wie wichtig es ist, den gesamten Umfang der angestrebten Kompetenzentwicklung im Auge zu haben. Nur darüber ist eine individuelle Kompetenzentwicklung beobachtbar und messbar. Damit wird eine individuell unterschiedliche Ausprägung von Fähigkeiten zugelassen und eine allgemeine Anforderung nicht zu einem generellen Ausscheidungskriterium für den Werkerfolg eines Einzelschülers.

BEOBACHTEN - MESSEN - STEUERN - REGELN

Welche Bedeutung hat die Leitlinie „Beobachten>Messen>Steuern>Regeln“ für die Planung und Gestaltung des Faches Technik und Naturwissenschaften?

Im Folgenden soll nun eine Antwort auf diese Frage gegeben werden.

Das Strukturmodell des Faches Technik und Naturwissenschaften ist präzise strukturiert: Zum Einen werden die Kompetenzen – also der vorgegebene Output – definiert. Dabei orientieren sich diese Kompetenzen an ähnlichen Vorgaben (Kerncurriculum, VDI), die auch vernünftig und plausibel sind: Ein Schüler ist in Bereichen der Technik und Naturwissenschaften kompetent, wenn er das Analysieren, das Handeln, die Kommunikation und das Bewerten bezogen auf Systeme und Prozesse beherrscht.

Kompetenzen werden durch Handeln mit Wissen an Kontexten erworben, zu denen im Strukturmodell auch beispielhaft entsprechende Kontextbereiche aufgeführt werden.

Zentrum dieses Strukturmodells stellt das Lösen von Problemen dar, wobei diese Problemlösung ganz klares Kennzeichen der Allgemeinen Didaktik (und insbesondere der Technik- und der Naturwissenschaftsdidaktik) darstellt. Die aufgeführte Problemschleife integriert Elemente aus beiden Bereichen und somit kann das „Handeln mit Wissen“ nicht nur als handwerkliches Arbeiten i.S. von Planung, Konstruktion, Produktherstellung und –bewertung und -entsorgung interprtiert werden, sondern umfasst alle Elemente des technischen und naturwissenschaftlichen Handelns (Ropohl, Banse, Standards)

Wir müssen nun in dieser Vielfalt an Handlungen eine Leitlinie oder eine Art „Formel“ finden, mit der man den Grundgedanken des Faches TuN – das Lösen von Problemen in all seiner Vielfalt - noch genauer und vor allem noch einfacher wiedergeben kann. Oder anders gesagt: Was kennzeichnet den Blickwinkel, unter dem die Schülerinnen und Schüler die Welt beobachten sollen?

Beispiel Ein Vergleich mit dem Fahrradfahren soll hier einen Hinweis geben: Will man sich sicher im Straßenverkehr mit einem Fahrrad (oder einem anderen Fahrzeug) fortbewegen, so muss man – bewusst oder unbewusst – verschiedene Techniken beherrschen:

Man muss aufmerksam den Straßenverkehr beobachten, also Objekte (andere Verkehrsteilnehmer, Fußgänger, Tiere, Beschaffenheit der Straße…) und Vorgänge (Überhol-, Abbiege-, Bremsvorgänge) im Straßenverkehr zielgerichtet wahrnehmen. Unter

Umständen kann es sein, dass eine bestimmte Geschwindigkeit nicht überschritten werden darf, so dass ein Messen der Geschwindigkeit notwendig ist. Auch der Abstand zu der Fahrbahnbegrenzung muss stets untersucht werden. Jedes Fahrrad verfügt über eine Lenkung (Steuerung), mit dem die Fahrtrichtung durch den Radfahrer beeinflusst werden kann.

Der Radfahrer ist bestrebt, den Fahrweg möglichst günstig zwischen Fahrbahnbegrenzung und Mittelstreifen zu wählen. Hierzu muss er den Abstand zwischen Fahrrad und Fahrbahnbegrenzung ständig beobachtet werden und ggf. durch eine entsprechende Wechselwirkung (Gegenlenkung) wieder hergestellt wird. Dies ist eine einfache Regelung.

Aufgabe Die Regulierung der Körpertemperatur beim Menschen, die Photosynthese beim Blatt, die 2-Punkt-Füllstandsregelung etc. haben also einen gemeinsamen Kern: Es handelt sich überall um Prozesse in Systemen, die sich im Wesentlichen auf einfache und komplexe

S e i t e |2 Steuerungen und Regelungen zurückführen lassen. Eine genaue Analyse und Bewertung dieser Systeme und Prozesse erfordert aber gute Fertigkeiten und Fähigkeiten beim Beobachten und Messen.

Aufgabe eines technisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts muss es nun sein, das „Handwerkszeug“ zum Verstehen, Gestalten, Nutzen und Bewerten dieser Prozesse zu vermitteln. Dieses Handwerkszeug umfasst im Wesentlichen die Techniken des Beobachtens, Messens, Steuerns und Regelns und prägt sowohl Technik als auch Naturwissenschaften in besonderem Maße.

Begriffe Worin liegen nun die Bedeutungen dieses Schlüssels „B-M-S-R“ und wie stehen diese Begriffe zueinander?

Zuerst einmal müssen Begriffsklärungen erfolgen.

Als Beobachten bezeichnet man die zielgerichtete aufmerksame Wahrnehmung von Objekten oder Prozessen mit und ohne Hilfsmittel (Mikroskop, Lupe, Fernrohr…). Das Beobachten ist also eine Grundfertigkeit bzw. –technik in der Technik und in den Naturwissenschaften, um zu einer Erkenntnisgewinnung zu gelangen. Das Beobachtete kann Anstoß für neue Fragestellungen sein, die untersucht werden müssen. Eine Beobachtung kann aber auch eine Verifikation bzw. Falsifikation für erwartete Abläufe oder Objekte sein.

Oftmals ist es (z.B. bei Vergleichen) notwendig, quantitative Aussagen über eine physikalische Messgröße zu machen. Messgrößen und Maßeinheiten müssen definiert, Messgeräte oder Messverfahren (z.B. direkte oder indirekte Messung) entwickelt und Messergebnisse kritisch ausgewertet werden. Das Messen kann Beobachtungen präzisieren.

Steuern ist die gerichtete Beeinflussung des Verhaltens eines Systems von außen. Nach einem bestimmten Plan können veränderliche Größen beeinflusst werden. So kommen Steuerungen sowohl in technischen als auch in natürlichen Systemen in einer großen Vielfalt vor.

Regeln ist ein Vorgang, bei dem fortlaufend eine Größe erfasst, mit einer anderen Größe verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird. So sind Systeme oftmals bestrebt, im „Gleichgewicht“ zu bleiben oder bei bestimmten Veränderungen sich entsprechend anzupassen.

Bei der dieser Betrachtung wird deutlich, dass diese Begriffe nicht nebeneinander stehen, sondern sich gegenseitig beeinflussen: Beobachtungen oder Messungen können Einfluss auf Regelungen und Steuerungen nehmen, Regelungen basieren auf Steuerungen usw. Somit sind zum Verständnis von Systemen und Prozessen in der technisch-naturwissenschaftlichen die Techniken „Beobachten, Messen, Steuern, Regeln“ von zentraler Bedeutung: Indem die Lernenden über Techniken des Beobachtens, Messens, Steuerns und Regelns an Prozessen und Systeme verfügen, erlangen sie auch ein Verständnis für andere (analoge) Abläufe und Systeme.

Betrachtet man diesen „Kern“ des Faches TuN, so wird deutlich, dass dieser Unterricht nicht im Widerspruch zu dem steht, was in den Fächern „Arbeitslehre“, „Praxis in der Schule“ und „Mathematik-Naturwissenschaften“ steht. Vielmehr zeigen sich jetzt viele Möglichkeiten, erprobte und bewährte Unterrichtseinheiten mit in dieses neue Fach zu integrieren. Dabei muss aber der Fokus stets auf den Erwerb der geforderten Kompetenzen gerichtet sein.

„Fett“ = Informatorische Bildung (IB), „Unterstrichen“ = Ökonomische Bildung (ÖB), „Kursiv“ = Berufliche Orientierung (BO)

Arbeitsplan TuN Klasse 7 Thema: „Planung und Bau einer Alarmanlage für Fenster und Türen an einem EFH“

Zeit Kompetenzen

Handlungssituationen

Ideen zur Unterrichtsgestaltung

Die Schülerinnen und Schüler... Das wird durch folgende Handlungssitua-tion angebahnt:

Methoden Material/ Werk-zeuge

14 erarbeiten Lösungen für ein gegebenes Problem und setzen diese technisch mit Hilfe von natur-wissenschaftlichen Verfahren und Methoden um. führen den Fertigungsprozess mit gegebenen Kriterien aus und optimieren diese

indem sie zunächst aus Sperrholz nach vorgege-benen Kriterien ein Modellhaus planen und ferti-gen indem sie eine Alarmanlage mittels Transistoren-technik für Türen und Fenster eines Modell-EFH unter Anleitung entwickeln und herstellen

Herstellungsauf-gabe Gruppenarbeit

Sperrholz, Sirene, Transistoren, Ka-bel, Lötkolben etc.

1 wenden angeleitet Methoden der Erkenntnisge-winnung zur Problemlösung an

indem sie einen Lehrgang und Schaltexperimente zum Thema „Transistor“ durchführen

Lehrgang Experiment

Transistor

6 handhaben ausgewählte Werkzeuge, Maschinen und Geräte sicher und fachgerecht führen grundlegende handwerkliche Techniken unter Anleitung aus nennen Regeln und Maßnahmen zur Unfallverhü-tung und wenden diese an

indem sie Laub- und Feinsäge, Feile und Raspel zum bearbeiten von Sperrholz und Leisten sach-gerecht anwenden indem sie Regeln zum sicheren Löten nennen und anwenden

Lehrgang Laubsäge, Feinsä-ge, Raspel, Feile, Lötkolben etc.

4 nutzen gegebene Materialien zur Problemlösung indem sie die elektronischen Bauteile entspre-chend ihrer Funktion verlöten

berücksichtigen Aspekte der Nachhaltigkeit indem sie nachwachsende Hölzer bzw. Holzmate-rialien aus heimischen Wäldern verwenden

wenden grundlegende Fachbegriffe an indem sie die Bauteile und Geräte unter Verwen-dung der Fachbegriffe benennen

1 nutzen verschiedene Dienste des Internets un-ter Anleitung und prüfen Kaufangebote

indem sie eine Preisrecherche zu den jeweili-gen Holzmaterialien sowie elektronischen Bau-teilen durchführen und eine Materialkalkula-tion erstellen

PC/Internet

2 nutzen grundlegende Funktionen verschiede-ner Anwenderprogramme

indem sie einen Schaltplan sowie einen Baup-lan mittels eines Grafikprogramms anfertigen und dokumentieren

PC


Arbeitsplan TuN Klasse 7 Thema: „Planung und Bau einer Alarmanlage für Fenster und Türen an einem EFH“

Zeit Kompetenzen

Handlungssituationen

Ideen zur Unterrichtsgestaltung

Die Schülerinnen und Schüler... Das wird durch folgende Handlungssitua-tion angebahnt:

Methoden Material

1 beschreiben und benennen den Ablauf eines ein-fachen (teil-)automatisierten Prozesses unter Be-achtung der Einflussfaktoren Energie, Materi-al/Stoff, Information

indem Sie die Funktion der elektrische Einrich-tung der Alarmanlage unter Einbeziehung der Funktion der elektrischen Bauteile (Transistor, Kabel, Wiederstände, Sirene etc.) erklären und beschreiben

Morphologischer Kasten; altern: Produktlinienana-lyse, Transforma-tionsmatrix

Modell

1 identifizieren vorgegebene Prozesse in Systemen indem sie die Wirkzusammenhänge der Alarman-lage mit Blick auf das Zusammenwirken von technischen und elektronischen Prozessen be-schreiben

Modell

1 beschreiben Möglichkeiten und Maßnahmen zur Optimierung technischer Prozesse anhand von Kriterien

indem sie mögliche Schwachstellen am Modell benennen und in den Produktionsprozess einflie-ßen lassen

Modell

1 beurteilen vorgegebene einfache Sachsysteme und Prozesse unter ökonomischen, ökologischen und sozialen Aspekten Beschreiben Berufs- und Erwerbstätigkeit als eine Grundlage der Existenzsicherung und ver-gleichen Berufe Früher und heute

indem sie den Einfluss der Alarmanlage auf die Sicherheit der Bewohner beschreiben und beurtei-len (Wie viel sicherer wird das Haus?; Welche Auswirkungen hat die Alarmanlage auf das Le-ben der Bewohner? etc.) indem sie Berufszweige/-gruppen und deren Berufsbild beschreiben, die Alarmanlagen hers-tellen indem sie historische Bezüge der Alarmanlage schildern

Bewertungsmatrix PC/Internet

1 bewerten auf der Grundlage von erarbeiteten Kri-terien Arbeitsergebnisse und -prozesse

indem sie die Alarmanlage anhand von Kriterien bewerten indem sie ihre Gruppenleistung im Prozess be-werten

Bewertungsmatrix Schülerselbstbeur-teilung

Arbeitsblatt Arbeitsblatt

1 entwickeln und nutzen Kriterien zur Beurteilung technischer Geräte/Produkte

indem sie eine Alarmanlage aus dem Fachmarkt hinsichtlich seiner Funktionen mit der eigenen vergleichen und beurteilen

Kriterienliste Bewertungsmatrix

Arbeitsblatt

Beispiel ‶ Alarmanlage╉ Aufgabenstellung┺

Eine Alarmanlage soll entwickelt werden┺ Sobald eine Tür geöffnet ゅoder eine Fensterscheibe eingeschlagenょ wird┸ soll eine Alarmglocke so lange läuten┸ bis durch einen Schalter der Alarm wieder ausgeschaltet wird┻ Strukturierung des Vorwissens der Lernenden (Verzahnung mit NaWi, Biologie, Physik)

grundlegende Kenntnisse im Umgang mit einfachen Stromkreisen ゅSpannungsquellen┸ Leitungen┸ Schalter┸ Energiewandler┸ Bimetall┸ Bedeutung des Frost für Pflanzenょ Erarbeitung:

Aufbau einfacher elektrischer Schaltungen Anfertigen von Schaltskizzen┸ Einführen von Schaltsymbolen Sicherheit im Unterricht Lehrgang┺ Das Relais Problem┺ Das Signal der Alarmanlage leuchtet nur so lange┸ wie der ‶Kontakt╉ unterbrochen ist

Optimierungsansatz┺

Das ‶Alarmsignal╉ muss ‶gespeichert╉ werden┻ Erarbeitung 2:

Aufbau eines Relais aus einer Spule und einfachen Mitteln Steuerstromkreis┸ Wirkstromkreis Selbsthaltschaltung Evtl┻ textliche und graphische )nterpretation ゅtabellarische Beschreibung┸ Zeit┽)mpuls┽Diagrammょ Bau der Schaltung aus einfachen Mitteln Bau der Alarmanlage

Bestellen der einzelnen Bauelemente┸ Stückliste Einführung in den Werkraum┸ Sicherheit am Arbeitsplatz (erstellen von Lötverbindungen Bau eines Gehäuses zum Schutz der Alarmanlage Überprüfen der Alarmanlage

Überprüfen auf Zuverlässigkeit┸ (altbarkeit

Übertrag des Prinzips auf andere Schaltungen: „Wagen hält“┽Lampe beim Bus, Frostmelder etc.

Unterrichtsprinzipien:

IB: Erstellen einer Stückliste mit Hilfe einer Tabellenkalkulation oder Textverarbeitung Internetrecherche zu Bauelementen ÖB: Preiskalkulation mit einem vorgegebenem Budget, Bestimmung des günstigsten Angebots BO: Finden von persönlichen Stärken und Schwächen, Betriebserkundung

Werkstück: Elektrischer Würfel

Hinweise:Der elektrische Würfel muss immer dem verwendeten Motor und derStromversorgung angepasst werden.Schrauben zur Herstellung des Tasterssind in 5mm- Schritten erhältlich.Die Rasterpositionen der Motor-wicklungen beachten. Die Verbindungvon Motorwelle (2mm) und Rotor/ Zeigerggf. mit Silikonschlauch (aussen 4mm)als Kopplung verwenden.Das Optimieren nicht vergessen!

Der vorliegende Bauplan dient nur als Planungsgrundlage für die eigene Umsetzung des Werkstückes.

Das Funktionsprinzip des Tasters als Handsteuerung.

Ordne die einzelnen Bauteile richtig zu:Mutter/ Kontakt/ Zuleitung Batterie/ Feder/ Unterlagscheibe/ Zuleitung Motor/ Schraube

Schaltzustand: Taster

Beschreibe die Funktion der einzelnen Teile:

Schaltzustand: Taster

Die Schraube dient zum/ zur

Die Feder dient zum/ zur

Die Unterlegscheibe dient zum/ zur

Die Mutter dient zum/ zur

Der Kontakt dient zum/ zur

Die Zuleitung der Batterie dient zum/ zur

Die Zuleitung des Motors dient zum/ zur

Zeichne die fehlenden Bauteile ein.

Werkstattbericht

Datum:Name:

Aufgabe/ Werkstück:

Problemstellung/ Anforderung:

Skizze/ Maßzeichnung

Problemlösungen/ Umsetzung

Werkstattbericht

Datum:Name:

Projektbezeichnung:

Fertigungsschritte in Stichworten:

Verwendete Materielien und Werkzeuge:

Leicht gefallen ist mir

Schwer gefallen ist mir

Werkstattbericht

Datum:Name:

Projektbezeichnung:

Fertigungsschritte:

Skizze/ Plan/ Ansicht

Verwendete Materielien und Werkzeuge:

Technik und...

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