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Schwerpunkt Energietechnik: Kommunikationstechnik/
Vorbemerkungen
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Fachliche Vorbemerkungen
1. Fachspezifischer Bildungsauftrag (Bildungswert des Faches)
Unsere Informationsgesellschaft wäre ohne eine entsprechende Kommunikationstechnik nicht möglich. Informationen effizient und schnell vom Sender zum Empfänger zu bringen, ist eine Schlüsseltechnologie der heutigen Zeit. Kommunikationstechnik verwenden die Schülerinnen und Schüler täglich im schulischen, privaten und später auch im beruflichen Bereich.
Abhängig von der Schwerpunktsetzung der Schule wird entweder das Fach „Kommunikationstechnik“ oder das Fach „Kommunikationstechnik/Energietechnik“ mit dem dazugehörigen Praktikum unterrichtet. Das erste Schuljahr ist in beiden Schwerpunkten identisch, die Differenzierung findet erst im zweiten Schuljahr statt.
Zielsetzung des Faches „Kommunikationstechnik“ ist es, dass die Schülerinnen und Schüler einen Einblick in die Technologien bekommen, die hinter modernen Kommunikationssystemen stehen. Es geht um grundlegende Funktionsweisen und die wichtigsten Merkmale dieser Systeme, die im Rahmen der Digitalisierung der Arbeits- und Lebenswelt eine immer wichtigere Rolle spielen. Neben der Kommunikation ist der Umgang mit elektrischer Energie ein zentrales Thema in unserem Lebensumfeld. Deshalb werden beim Schwerpunkt Energietechnik im zweiten Schuljahr elektrische Maschinen und Systeme zur Energiewandlung betrachtet und analysiert. Elektrische Energie, wenn nachhaltig aus erneuerbaren Energien erzeugt, ist aus unserer technisierten Welt nicht mehr wegzudenken.
2. Fachliche Aussagen zum Kompetenzerwerb, prozessbezogene Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler erwerben Kompetenzen hinsichtlich des Erfassens und der Problemlösefähigkeit von komplexen Systeminhalten. Dazu gehören auch werkzeugbezogene Kompetenzen, die dabei helfen, Signalverläufe geeignet darzustellen und auszuwerten. So kann die Visualisierung der Signale z. B. unter Zuhilfenahme von Simulationsprogrammen erfolgen. Die Schülerinnen und Schüler können dann ihr erworbenes Wissen in Handlungskompetenzen überführen. Da die allermeisten Schülerinnen und Schüler des Bildungsgangs am freiwilligen Zusatzunterricht zur Erlangung der Fachhochschulreife teilnehmen, ist es unerlässlich, auch im fachtheoretischen Unterricht die Grundlagen für einen erfolgreichen Hochschulbesuch zu legen. Dazu gehören die Interpretation von Grafiken und Diagrammen, mathematische Betrachtungen und die Arbeit mit Kommunikationsmodellen.
3. Ergänzende fachliche Hinweise
Schuljahr 1 - Schwerpunkt Kommunikationstechnik:
Im ersten Schuljahr wenden die Schülerinnen und Schüler die kommunikationstechnischen Grundprinzipien Codierung und Adressierung im Rahmen konkreter Protokolle an. Problemstellungen der Netzwerktechnik, wie z. B. Routing werden anhand beispielhafter Szenarien gelöst. Die Schülerinnen und Schüler werden in die Lage versetzt, auch ihnen bislang unbekannte Protokolle mit Hilfe geeigneter Netzwerksimulationsprogramme zu analysieren.
Schuljahr 2 - Schwerpunkt Kommunikationstechnik:
Im zweiten Schuljahr werden vor allem Inhalte der Übertragungstechnik behandelt. Die Schülerinnen und Schüler lösen Aufgaben im Frequenzbereich. Sie digitalisieren und modulieren Signale unter Berücksichtigung übertragungstechnischer Rahmenbedingungen. Dabei wird auch die dazugehörige elektronische Schaltungstechnik betrachtet.
Schwerpunkt Energietechnik:
Im Schwerpunkt Energietechnik werden Grundlagen und Geräte der Energietechnik vermittelt. Exemplarisch werden die Gleichstrommaschine und die Drehstrom-Asynchronmaschine als elektromechanische Energiewandler behandelt. Als Grundlage zum Verständnis der Drehstrom-Asynchronmaschine muss vorab das Dreiphasenwechselstromsystem bearbeitet werden. Daneben werden auch Unterrichtseinheiten mit dem Transformator als rein elektrischem Energiewandler durchgeführt.
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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15 | ||||
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20 | ||||
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15 | 70 | |||
Zeit für Leistungsfeststellung | 10 | ||||
80 | |||||
Schuljahr 2 | Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) | 20 | |||
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12 | ||||
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12 | ||||
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12 | ||||
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8 | ||||
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6 | 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 |
Codierung und Übertragung von Zeichen |
15 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen am Beispiel der seriellen Schnittstelle V.24/RS232 das kommunikationstechnische Grundprinzip der Codierung kennen.
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BPE 1.1 |
Die Schülerinnen und Schüler übertragen den ASCII Code eines Zeichens in die Spannungspegeldarstellung einer RS232-Schnittstelle und ermitteln umgekehrt das gesendete ASCII-Zeichen aus einem Oszilloskopbild. Sie bestimmen den Wert des Paritätsbits und interpretieren Protokollmitschnitte. |
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BPE 2 |
Adressierung in Rechnernetzen |
20 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen am Beispiel des Internet Protocol (IP) das kommunikationstechnische Grundprinzip der Adressierung kennen.
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BPE 2.1 |
Die Schülerinnen und Schüler bestimmen die Adressklasse einer IP-Adresse und unterteilen sie in Subnetze. Sie entwickeln Routingtabellen, um Rechner in anderen Netzen erreichbar zu machen. Zur Umsetzung von privaten IP-Adressen implementieren sie entsprechende Network Address Translation (NAT)-Tabellen. |
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BPE 3 |
Protokolle in Rechnernetzen |
15 |
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Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Protokollmechanismus mithilfe geeigneter Netzwerksimulationssoftware.
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BPE 3.1 |
Die Schülerinnen und Schüler analysieren wichtige Protokolle des TCP/IP-Stacks mithilfe einer Netzwerksimulationssoftware. Mithilfe ihrer detaillierten Kenntnisse des Protokollablaufs weisen sie Fehler in der Konfiguration nach. |
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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 4 |
Gleichstrommaschine |
12 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen das Funktionsprinzip, die Eigenschaften und Verfahren zur modellhaften Berechnung von Gleichstrommaschinen kennen.
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BPE 4.1 |
Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden zwischen den Arten von Gleichstrommaschinen und beschreiben das zugehörige Funktionsprinzip. |
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BPE 4.2 |
Die Schülerinnen und Schüler berechnen elektrische und mechanische Größen von verschiedenen Arten von Gleichstrommaschinen anhand von Ersatzschaltbildern und Formelzusammenhängen. |
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BPE 4.3 |
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Drehzahlbeeinflussung von Gleichstrommaschinen und überprüfen ihre Erkenntnisse mittels Bestimmung elektrischer und mechanischer Kenngrößen. |
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BPE 5 |
Dreiphasenwechselstrom |
12 |
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Die Schülerinnen und Schüler beschreiben das System des Dreiphasenwechselstroms und führen Berechnungen an Stern- bzw. Dreieckschaltungen aus.
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BPE 5.1 |
Die Schülerinnen und Schüler bestimmen die Kenngrößen des Dreiphasenwechselstromsystems und leiten daraus Formelzusammenhänge ab. |
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BPE 5.2 |
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Schaltungen im Dreiphasenwechselstromsystem und wenden dieses Wissen zur Berechnung von Kenngrößen an. |
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BPE 6 |
Drehstrom Asynchronmaschine |
12 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen das Funktionsprinzip, die Eigenschaften und Verfahren zur modellhaften Berechnung von Drehstrom Asynchronmaschinen kennen.
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BPE 6.1 |
Die Schülerinnen und Schüler bestimmen das Funktionsprinzip der Drehstrom Asynchronmaschine und analysieren das Betriebsverhalten der Maschine. |
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BPE 6.2 |
Die Schülerinnen und Schüler übertragen Lerninhalte der Dreiphasenwechselstromtechnik und ermitteln elektrische und mechanische Größen von Drehstrom-Asynchronantrieben. |
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BPE 7 |
Transformator |
8 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen das Funktionsprinzip des Transformators kennen und führen vereinfachte Berechnungen zum Thema Transformator durch.
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BPE 7.1 |
Die Schülerinnen und Schüler analysieren das elektrische Verhalten eines Wechselstromtransformators und wenden dieses Wissen an, um anhand von Beispielen Lösungen zu finden. |
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BPE 8 |
Elektrische Anlagen |
6 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen die Bestandteile der Übertragung von elektrischer Energie und der Erzeugung von elektrischer Energie kennen.
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BPE 8.1 |
Die Schülerinnen und Schüler benennen verschiedene Arten der Erzeugung von elektrischer Energie und bestimmen die Übertragungswege der elektrischen Energie. |
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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
|
II |
anwenden, übertragen |
einen bekannten Zusammenhang oder eine bekannte Methode zur Lösungsfindung bzw. Zielerreichung auf einen anderen, ggf. unbekannten Sachverhalt beziehen
|
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
|
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
|
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
|
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
|
III |
bewerten, kritisch Stellung nehmen |
zu einem Sachverhalt oder einer Aussage eine eigene, auf gesellschaftlich oder persönliche Wertvorstellungen begründete Position über deren Annehmbarkeit vertreten
|
III |
charakterisieren |
spezifischen Eigenheiten von Sachverhalten, Objekten, Vorgängen, Personen o. a. unter leitenden Gesichtspunkten herausarbeiten und darstellen
|
II |
darstellen, darlegen |
Sachverhalte, Strukturen, Zusammenhänge, Methoden oder Ergebnisse etc. unter einer bestimmten Fragestellung in geeigneten Kommunikationsformaten strukturiert und ggf. fachsprachlich wiedergeben
|
I, II |
diskutieren, erörtern |
Pro- und Kontra-Argumente zu einer Aussage bzw. Behauptung einander gegenüberstellen und abwägen
|
III |
dokumentieren |
Entscheidende Erklärungen, Herleitungen und Skizzen zu einem Sachverhalt bzw. Vorgang angeben und systematisch ordnen
|
I, II |
durchführen |
eine vorgegebene oder eigene Anleitung bzw. Anweisung umsetzen
|
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
|
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
|
III |
erklären |
Strukturen, Prozesse oder Zusammenhänge eines Sachverhalts nachvollziehbar, verständlich und fachlich begründet zum Ausdruck bringen
|
I, II |
erläutern |
Wesentliches eines Sachverhalts, Gegenstands, Vorgangs etc. mithilfe von anschaulichen Beispielen oder durch zusätzliche Informationen verdeutlichen
|
II |
ermitteln |
einen Zusammenhang oder eine Lösung finden und das Ergebnis formulieren
|
I, II |
erschließen |
geforderte Informationen herausarbeiten oder Sachverhalte herleiten, die nicht explizit in dem zugrunde liegenden Material genannt werden
|
II |
formulieren |
Gefordertes knapp und präzise zum Ausdruck bringen
|
I |
herstellen |
nach anerkannten Regeln Zubereitungen aus Stoffen gewinnen, anfertigen, zubereiten, be- oder verarbeiten, umfüllen, abfüllen, abpacken und kennzeichnen
|
II, III |
implementieren |
Strukturen und/oder Prozesse mit Blick auf gegebene Rahmenbedingungen, Zielanforderungen sowie etwaige Regeln in einem System umsetzen
|
II, III |
informieren |
fachliche Informationen zielgruppengerecht aufbereiten und strukturieren
|
II |
interpretieren, deuten |
auf der Grundlage einer beschreibenden Analyse Erklärungsmöglichkeiten für Zusammenhänge und Wirkungsweisen mit Blick auf ein schlüssiges Gesamtverständnis aufzeigen
|
III |
kennzeichnen |
Markierungen, Symbole, Zeichen oder Etiketten anbringen, die geltenden Konventionen und/oder gesetzlichen Vorschriften entsprechen
|
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
|
II, III |
planen |
die Schritte eines Arbeitsprozesses antizipieren und eine nachvollziehbare ergebnisorientierte Anordnung der Schritte vornehmen
|
III |
präsentieren |
Sachverhalte strukturiert, mediengestützt und adressatengerecht vortragen
|
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
|
II |
wiedergeben |
wesentliche Information und/oder deren Zusammenhänge strukturiert zusammenfassen
|
I |
zeichnen |
einen beobachtbaren oder gegebenen Sachverhalt mit grafischen Mitteln und ggf. unter Einhaltung von fachlichen Konventionen (z. B. Symbole, Perspektiven etc.) darstellen
|
I, II |
zeigen, aufzeigen |
Sachverhalte, Prozesse o. a. sachlich beschreiben und erläutern
|
I, II |
zusammenfassen |
das Wesentliche sachbezogen, konzentriert sowie inhaltlich und sprachlich strukturiert mit eigenen Worten wiedergeben
|
I, II |