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Mathematik I
Vorbemerkungen
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Fachliche Vorbemerkungen
Das Fach „Mathematik I“ vermittelt den Schülerinnen und Schülern die Kompetenzen, Problemstellungen aus ihrem zukünftigen beruflichen Umfeld fachgerecht zu bearbeiten. Die Inhalte sind dementsprechend im Wesentlichen auf fachliche Fragestellungen der Biotechnologie bezogen. Durch den Praxisbezug unterscheidet sich dieses Fach von der allgemeinen Mathematik. Zugleich bildet das Fach „Mathematik I“ aber auch die Voraussetzung für den Zusatzunterricht zur Fachhochschulreife im Wahlfachbereich („Mathematik II“).
Die Bildungsplaneinheiten „Fachbezogenes Rechnen I und II“ fokussieren sich speziell auf den Erwerb von Kompetenzen zur Bearbeitung der alltäglichen Aufgabenstellungen eines biotechnologischen Labors. Sie umfassen beispielsweise Berechnungen und Umrechnungen zur Beschreibung chemischer Vorgänge. Weiterhin entwickeln die Schülerinnen und Schüler die erforderlichen Kompetenzen, um im Rahmen der Labortätigkeit Messergebnisse und Zahlenmaterial zu dokumentieren, darzustellen und auszuwerten.
Die Bildungsplaneinheiten „Funktionen I und II“ vermitteln Kompetenzen im Umgang mit mathematischen Grundlagen. Die Schülerinnen und Schülern vertiefen ihre Kenntnisse über den Funktionsbegriff als zentrales Element der Analyse und bauen ihr Vorwissen aus dem mittleren Bildungsabschluss über lineare und quadratische Funktionen anhand von Beispielen aus. Dabei vertiefen sie ihre Kenntnisse unter Zuhilfenahme eines Computer-Algebrasystems (CAS). Weiterhin erarbeiten sie grundlegende Eigenschaften von Potenzfunktionen mit ganzzahligen Exponenten und von Polynomfunktionen und lösen zugehörige Gleichungen. Darüber hinaus entdecken sie wichtige Eigenschaften weiterer elementarer Funktionen wie Potenz‑, Wurzel- und Exponentialfunktionen und lernen deren typische Schaubilder kennen. Sie wenden Rechengesetze für Potenzen und Logarithmen an und linearisieren Schaubilder durch die Verwendung nichtlinearer Koordinatenmaßstäbe. Diese sind Voraussetzung für die Lösung quantitativer Aufgaben aus dem naturwissenschaftlichen Bereich.
Diese mathematischen Grundlagen befähigen die Schülerinnen und Schüler, darüber hinaus gesellschaftliche und nachhaltige Entwicklungen mitzugestalten.
Hinweise zum Umgang mit dem Bildungsplan
Der Bildungsplan zeichnet sich durch eine Inhalts- und eine Kompetenzorientierung aus. In jeder Bildungsplaneinheit (BPE) werden in kursiver Schrift die übergeordneten Ziele beschrieben, die durch Zielformulierungen sowie in jeweils einer Inhalts- und Hinweisspalte konkretisiert werden. In den Zielformulierungen werden die jeweiligen fachspezifischen Operatoren als Verben verwendet. Operatoren sind handlungsinitiierende Verben, die signalisieren, welche Tätigkeiten beim Bearbeiten von Aufgaben erwartet werden; eine Operatorenliste ist jedem Bildungsplan im Anhang beigefügt. Durch die kompetenzorientierte Zielformulierung mittels dieser Operatoren wird das Anforderungsniveau bezüglich der Inhalte und der zu erwerbenden Kompetenzen definiert. Die formulierten Ziele und Inhalte sind verbindlich und damit prüfungsrelevant. Sie stellen die Regelanforderungen im jeweiligen Fach dar. Die Inhalte der Hinweisspalte sind unverbindliche Ergänzungen zur Inhaltsspalte und umfassen Beispiele, didaktische Hinweise und Querverweise auf andere Fächer bzw. BPE.
Der VIP-Bereich des Bildungsplans umfasst die Vertiefung, individualisiertes Lernen sowie Projektunterricht. Im Rahmen der hier zur Verfügung stehenden Stunden sollen die Schülerinnen und Schüler bestmöglich unterstützt und bei der Weiterentwicklung ihrer personalen und fachlichen Kompetenzen gefördert werden. Die Fachlehrerinnen und Fachlehrer nutzen diese Unterrichtszeit nach eigenen Schwerpunktsetzungen auf Basis der fächer- und bildungsgangspezifischen Besonderheiten sowie nach den Lernvoraussetzungen der einzelnen Schülerinnen und Schüler.
Der Teil „Zeit für Leistungsfeststellung“ des Bildungsplans berücksichtigt die Zeit, die zur Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung von Leistungsfeststellungen zur Verfügung steht. Dies kann auch die notwendige Zeit für die im Rahmen der Besonderen Lernleistungen erbrachten Leistungen, Nachbesprechung zu Leistungsfeststellungen sowie Feedback-Gespräche umfassen.
Bildungsplanübersicht
Schuljahr | Bildungsplaneinheiten | Zeitricht-wert | Gesamt-stunden | ||
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Schuljahr 1 | Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) | 20 | |||
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25 | ||||
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25 | 70 | |||
Zeit für Leistungsfeststellung | 10 | ||||
80 | |||||
Schuljahr 2 | Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) | 20 | |||
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25 | ||||
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25 | 70 | |||
Zeit für Leistungsfeststellung | 10 | ||||
80 |
Schuljahr 1
Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) |
20 |
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Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.
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BPE 1 |
Fachbezogenes Rechnen I |
25 |
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Die Schülerinnen und Schüler vertiefen ihre Kenntnisse über Einheiten und Größen. Sie erstellen Verdünnungsreihen und Pipettierschemata, die eine Grundlage für die praktische Arbeit im Labor sind. Sie beurteilen die aus Experimenten gewonnenen Daten und hinterfragen kritisch ihre Ergebnisse anhand statistischer Auswertungen.
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BPE 1.1 |
Die Schülerinnen und Schüler benennen Einheiten und Größen. Sie berechnen Konzentrationen und Anteile. Sie stellen Größen als Zehnerpotenzen dar. |
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BPE 1.2 |
Die Schülerinnen und Schüler berechnen den Verdünnungsfaktor und wenden diesen für die Erstellung von Pippetierschemata und Verdünnungsreihen an. |
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BPE 1.3 |
Die Schülerinnen und Schüler ermitteln den Mittelwert, die Standardabweichung und den Korrelationskoeffizienten anhand von Beispielen aus dem Laboralltag. Sie bewerten Daten anhand statistischer Auswertungen. |
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BPE 2 |
Funktionen I |
25 |
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Die Schülerinnen und Schüler vertiefen ihre Kenntnisse über den Funktionsbegriff als zentrales Element der Analyse und bauen ihr Vorwissen anhand von Beispielen aus.
Sie erweitern ihre Kenntnisse über lineare und quadratische Funktionen und vertiefen diese unter Zuhilfenahme eines Computer-Algebrasystems (CAS). |
BPE 2.1 |
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren den Funktionsbegriff an Beispielen aus dem Alltag. Sie erläutern und ermitteln den Definitions- und Wertebereich einer grafisch oder algebraisch gegebenen Funktion. Sie stellen algebraisch gegebene Funktionen mithilfe von Wertetabellen dar und zeichnen Schaubilder. |
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BPE 2.2 |
Die Schülerinnen und Schüler interpretieren Geraden als Graphen linearer Funktionen. Sie untersuchen die Lagebeziehung zweier Geraden hinsichtlich Parallelität, gemeinsamer Punkte sowie Orthogonalität. Weiterhin ermitteln sie aus gegebenen Informationen Geradengleichungen. Sie werten Datenreihen linearer Abhängigkeiten mithilfe von Regressionsanalysen aus. |
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BPE 2.3 |
Die Schülerinnen und Schüler interpretieren Parabeln als Graphen quadratischer Funktionen und beurteilen sie hinsichtlich Symmetrie und Scheitelpunkt. Sie berechnen Schnittpunkte mit Koordinatenachsen sowie anderen Parabeln. Weiterhin beschreiben sie Parabeln mithilfe unterschiedlicher Darstellungsformen und berechnen aus gegebenen Informationen die Funktionsterme quadratischer Funktionen. |
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Schuljahr 2
Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) |
20 |
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Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.
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BPE 3 |
Funktionen II |
25 |
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Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten wichtige Eigenschaften von Potenzfunktionen mit ganzzahligen Exponenten und von Polynomfunktionen und lösen zugehörige Gleichungen. Weiterhin lernen sie wichtige Eigenschaften weiterer elementarer Funktionen wie Potenz‑, Wurzel- und Exponentialfunktionen über deren Schaubilder kennen und vertiefen ihre Kenntnisse unter Zuhilfenahme eines Computer-Algebrasystems (CAS). Sie wenden Rechengesetze für Potenzen und Logarithmen an und linearisieren Schaubilder durch die Verwendung nichtlinearer Koordinatenmaßstäbe.
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BPE 3.1 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Polynomfunktionen mithilfe unterschiedlicher Darstellungsformen. Darüber hinaus zeichnen sie einen Funktionsgraphen mithilfe einer Wertetabelle. Sie interpretieren die Schaubilder von Polynomfunktionen hinsichtlich ihrer Symmetrie zum Koordinatenursprung und zur y-Achse. Die Schülerinnen und Schüler bestimmen die Lösung von Polynomgleichungen algebraisch und begründen die Auswahl der jeweiligen Lösungsstrategie. Sie interpretieren die berechneten Lösungen grafisch als Nullstellen einer Funktion beziehungsweise als Schnittstellen zweier Funktionen. |
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BPE 3.2 |
Die Schülerinnen und Schüler zeichnen und beschreiben den Kurvenverlauf wichtiger elementarer Funktionen. |
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BPE 3.3 |
Die Schülerinnen und Schüler wenden Rechengesetze für Potenzen und Logarithmen an. |
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BPE 4 |
Fachbezogenes Rechnen II |
25 |
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Die Schülerinnen und Schüler stellen Daten mit nichtlinearen Skalierungen, Exponential- und Logarithmusfunktionen dar. Sie übertragen Methoden und Inhalte der BPE 1, 2 und 3 auf typische Anwendungssituationen im Berufsalltag. Hierzu analysieren sie Daten, die sie unter anderem im Labor selbst ermittelt haben und beurteilen so den Nutzen dieser Methoden.
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BPE 4.1 |
Die Schülerinnen und Schüler werten Daten aus, indem sie diese in aussagekräftigen Diagrammen darstellen. Sie werten Datenreihen mit nichtlinearen Abhängigkeiten durch Linearisierung von Schaubildern aus und führen Regressionsanalysen mithilfe geeigneter Software durch. |
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BPE 4.2 |
Die Schülerinnen und Schüler werten Daten aus, die auf exponentiellem Wachstum basieren. Sie wenden den Logarithmus im Anwendungskontext des pH-Wert an. |
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Operatorenliste
Anforderungsbereiche:
Anforderungsbereich I umfasst die Reproduktion und die Anwendung einfacher Sachverhalte und Fachmethoden, das Darstellen von Sachverhalten in vorgegebener Form sowie die Darstellung einfacher Bezüge.
Anforderungsbereich II umfasst die Reorganisation und das Übertragen komplexerer Sachverhalte und Fachmethoden, die situationsgerechte Anwendung von technischen Kommunikationsformen, die Wiedergabe von Bewertungsansätzen sowie das Herstellen von Bezügen, um technische Problemstellungen entsprechend den allgemeinen Regeln der Technik zu lösen.
Anforderungsbereich III umfasst das problembezogene Anwenden und Übertragen komplexer Sachverhalte und Fachmethoden, die situationsgerechte Auswahl von Kommunikationsformen, das Herstellen von Bezügen und das Bewerten von Sachverhalten.
Operator | Erläuterung | Zuordnung Anforderungsbereiche |
---|---|---|
ableiten |
auf der Grundlage relevanter Merkmale sachgerechte Schlüsse ziehen
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II |
abschätzen |
auf der Grundlage von begründeten Überlegungen Größenordnungen angeben
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II |
analysieren, untersuchen |
für eine gegebene Problem- oder Fragestellung systematisch bzw. kriteriengeleitet wichtige Bestandteile, Merkmale oder Eigenschaften eines Sachverhaltes oder eines Objektes erschließen und deren Beziehungen zueinander darstellen
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II |
anwenden, übertragen |
einen bekannten Zusammenhang oder eine bekannte Methode zur Lösungsfindung bzw. Zielerreichung auf einen anderen, ggf. unbekannten Sachverhalt beziehen
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II, III |
aufbauen |
Objekte und Geräte zielgerichtet anordnen und kombinieren
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II |
aufstellen |
fachspezifische Formeln, Gleichungen, Gleichungssysteme, Reaktionsgleichungen oder Reaktionsmechanismen entwickeln
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II |
auswerten |
Informationen (Daten, Einzelergebnisse o. a.) erfassen, in einen Zusammenhang stellen und daraus zielgerichtete Schlussfolgerungen ziehen
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II, III |
begründen |
Sachverhalte oder Aussagen auf Regeln, Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Zusammenhänge oder weitere nachvollziehbare Argumente zurückführen
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II |
benennen, nennen, angeben |
Elemente, Sachverhalte, Begriffe, Daten oder Fakten ohne Erläuterung und Wertung aufzählen
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I |
beraten |
eine Entscheidungsfindung fachkompetent und zielgruppengerecht unterstützen
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III |
berechnen |
Ergebnisse aus gegebenen Werten/Daten durch Rechenoperationen oder grafische Lösungsmethoden gewinnen
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II |
beschreiben |
Strukturen, Situationen, Zusammenhänge, Prozesse und Eigenschaften genau, sachlich, strukturiert und fachsprachlich richtig mit eigenen Worten darstellen, dabei wird auf Erklärungen oder Wertungen verzichtet
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I, II |
bestimmen |
Sachverhalte und Inhalte prägnant und kriteriengeleitet darstellen
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I |
bestätigen, beweisen, nachweisen, überprüfen, prüfen |
die Gültigkeit, Schlüssigkeit und Berechtigung einer Aussage (z. B. Hypothese, Modell oder Naturgesetz) durch ein Experiment, eine logische Herleitung oder sachliche Argumentation belegen bzw. widerlegen
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III |
beurteilen, Stellung nehmen |
zu einem Sachverhalt oder einer Aussage eine eigene, auf Fachwissen sowie fachlichen Methoden und Maßstäben begründete Position über deren Sinnhaftigkeit vertreten
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III |
bewerten, kritisch Stellung nehmen |
zu einem Sachverhalt oder einer Aussage eine eigene, auf gesellschaftlich oder persönliche Wertvorstellungen begründete Position über deren Annehmbarkeit vertreten
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III |
charakterisieren |
spezifischen Eigenheiten von Sachverhalten, Objekten, Vorgängen, Personen o. a. unter leitenden Gesichtspunkten herausarbeiten und darstellen
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II |
darstellen, darlegen |
Sachverhalte, Strukturen, Zusammenhänge, Methoden oder Ergebnisse etc. unter einer bestimmten Fragestellung in geeigneten Kommunikationsformaten strukturiert und ggf. fachsprachlich wiedergeben
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I, II |
diskutieren, erörtern |
Pro- und Kontra-Argumente zu einer Aussage bzw. Behauptung einander gegenüberstellen und abwägen
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III |
dokumentieren |
Entscheidende Erklärungen, Herleitungen und Skizzen zu einem Sachverhalt bzw. Vorgang angeben und systematisch ordnen
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I, II |
durchführen |
eine vorgegebene oder eigene Anleitung bzw. Anweisung umsetzen
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I, II |
einordnen, ordnen, zuordnen, kategorisieren, strukturieren |
Begriffe, Gegenstände usw. auf der Grundlage bestimmter Merkmale systematisch einteilen; so wird deutlich, dass Zusammenhänge unter vorgegebenen oder selbst gewählten Gesichtspunkten begründet hergestellt werden
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II |
empfehlen |
Produkte und Verhaltensweisen kunden- und situationsgerecht vorschlagen
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II |
entwickeln, entwerfen, gestalten |
Wissen und Methoden zielgerichtet und ggf. kreativ miteinander verknüpfen, um eine eigenständige Antwort auf eine Annahme oder eine Lösung für eine Problemstellung zu erarbeiten oder weiterzuentwickeln
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III |
erklären |
Strukturen, Prozesse oder Zusammenhänge eines Sachverhalts nachvollziehbar, verständlich und fachlich begründet zum Ausdruck bringen
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I, II |
erläutern |
Wesentliches eines Sachverhalts, Gegenstands, Vorgangs etc. mithilfe von anschaulichen Beispielen oder durch zusätzliche Informationen verdeutlichen
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II |
ermitteln |
einen Zusammenhang oder eine Lösung finden und das Ergebnis formulieren
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I, II |
erschließen |
geforderte Informationen herausarbeiten oder Sachverhalte herleiten, die nicht explizit in dem zugrunde liegenden Material genannt werden
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II |
formulieren |
Gefordertes knapp und präzise zum Ausdruck bringen
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I |
herstellen |
nach anerkannten Regeln Zubereitungen aus Stoffen gewinnen, anfertigen, zubereiten, be- oder verarbeiten, umfüllen, abfüllen, abpacken und kennzeichnen
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II, III |
implementieren |
Strukturen und/oder Prozesse mit Blick auf gegebene Rahmenbedingungen, Zielanforderungen sowie etwaige Regeln in einem System umsetzen
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II, III |
informieren |
fachliche Informationen zielgruppengerecht aufbereiten und strukturieren
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II |
interpretieren, deuten |
auf der Grundlage einer beschreibenden Analyse Erklärungsmöglichkeiten für Zusammenhänge und Wirkungsweisen mit Blick auf ein schlüssiges Gesamtverständnis aufzeigen
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III |
kennzeichnen |
Markierungen, Symbole, Zeichen oder Etiketten anbringen, die geltenden Konventionen und/oder gesetzlichen Vorschriften entsprechen
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II |
optimieren |
einen gegebenen technischen Sachverhalt, einen Quellcode oder eine gegebene technische Einrichtung so verändern, dass die geforderten Kriterien unter einem bestimmten Aspekt erfüllt werden
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II, III |
planen |
die Schritte eines Arbeitsprozesses antizipieren und eine nachvollziehbare ergebnisorientierte Anordnung der Schritte vornehmen
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III |
präsentieren |
Sachverhalte strukturiert, mediengestützt und adressatengerecht vortragen
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II |
skizzieren |
Sachverhalte, Objekte, Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und übersichtlich darstellen
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I |
übersetzen |
einen Sachverhalt oder einzelne Wörter und Phrasen wortgetreu in einer anderen Sprache wiedergeben
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II |
validieren, testen |
Erbringung eines dokumentierten Nachweises, dass ein bestimmter Prozess oder ein System kontinuierlich eine Funktionalität/Produkt erzeugt, das die zuvor definierten Spezifikationen und Qualitätsmerkmale erfüllt
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I |
verallgemeinern |
aus einer Einsicht eine Aussage formulieren, die für verschiedene Anwendungsbereiche Gültigkeit besitzt
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II |
verdrahten |
Betriebsmittel nach einem vorgegebenen Anschluss‑/ Stromlaufplan systematisch elektrisch miteinander verbinden
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I, II |
vergleichen, gegenüberstellen, unterscheiden |
nach vorgegebenen oder selbst gewählten Gesichtspunkten problembezogen Gemeinsamkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln und gegenüberstellen sowie auf dieser Grundlage ggf. ein gewichtetes Ergebnis formulieren
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II |
wiedergeben |
wesentliche Information und/oder deren Zusammenhänge strukturiert zusammenfassen
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I |
zeichnen |
einen beobachtbaren oder gegebenen Sachverhalt mit grafischen Mitteln und ggf. unter Einhaltung von fachlichen Konventionen (z. B. Symbole, Perspektiven etc.) darstellen
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I, II |
zeigen, aufzeigen |
Sachverhalte, Prozesse o. a. sachlich beschreiben und erläutern
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I, II |
zusammenfassen |
das Wesentliche sachbezogen, konzentriert sowie inhaltlich und sprachlich strukturiert mit eigenen Worten wiedergeben
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I, II |