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Praktikum Elektronik
Vorbemerkungen
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Fachliche Vorbemerkungen
1. Fachspezifischer Bildungsauftrag (Bildungswert des Faches)
Unsere Informationsgesellschaft wäre ohne eine leistungsfähige Elektronik nicht möglich. Elektronik verwenden die Schülerinnen und Schüler täglich im schulischen, privaten und später auch im beruflichen Bereich.
Zielsetzung des Fachs „Praktikum Elektronik“ ist es, dass die Schülerinnen und Schüler den Umgang mit denjenigen Technologien erlernen, die aktuell in elektrotechnischen Systemen verwendet werden. Dabei geht es sowohl um eine korrekte Handhabung im Sinne von Bedienung, Wartung und Konfiguration als auch um den Erwerb von Fachkenntnissen zur Verbindung verschiedener Elektronikkomponenten untereinander. Dabei spielen die Kenntnisse über gängige Schnittstellen und Protokolle eine entscheidende Rolle. Neben der Kommunikationstechnik ist der sparsame Umgang mit elektrischer Energie ein zentrales Thema bei der praktischen Verwendung elektronischer Komponenten.
2. Fachliche Aussagen zum Kompetenzerwerb, prozessbezogene Kompetenzen
Beim Umgang mit elektronischen Geräten und Systemen wird immer seltener die Ebene diskreter Bauelemente erreicht. Stattdessen verwendet man Baugruppen oder Module, die sich bereits fertig bestückt auf Platinen befinden. Die Schülerinnen und Schüler werden im Ausbildungsgang in die Lage versetzt, derartige Module auszuwählen, zu konfigurieren und miteinander zu verbinden. Dazu ist detailliertes Wissen bezüglich Spannungsversorgung, Verbindungstechnik, häufig verwendeter Kommunikationsprotokolle und Mikrocontrollerprogrammierung aber auch hinsichtlich Betriebssicherheit oder elektromagnetischer Verträglichkeit erforderlich. Ganz generell erwerben Schülerinnen und Schüler umfangreiche Kompetenzen hinsichtlich der Handhabung und Verbindung elektronischer Komponenten einschließlich des sicheren Betriebs und der normgerechten Dokumentation dieser Module.
Die Schülerinnen und Schüler können dann ihr erworbenes Wissen in Handlungskompetenzen anwenden. Da die allermeisten Schülerinnen und Schüler des Bildungsgangs am freiwilligen Zusatzunterricht zur Erlangung der Fachhochschulreife teilnehmen, ist es unerlässlich, auch im fachpraktischen 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
Im ersten Schuljahr liegt der Schwerpunkt auf der Vermittlung elektrischer Grundgrößen und den dazugehörigen Gesetzmäßigkeiten. Zur Veranschaulichung werden konkrete Anwendungsbeispiele aus der Energietechnik verwendet.
Elektronische Komponenten werden z. B. eingesetzt, um Schaltungen zu versorgen.
Schuljahr 2
Im zweiten Schuljahr werden elektronische Komponenten verwendet, mit deren Hilfe Signale erzeugt, erfasst und verarbeitet, elektrische Antriebe angesteuert und Messwerte von Sensoren erfasst werden können. Dabei kommen gängige Kommunikationsschnittstellen zum Einsatz.
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) | 30 | |||
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30 | ||||
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25 | ||||
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20 | 105 | |||
Zeit für Leistungsfeststellung | 15 | ||||
120 | |||||
Schuljahr 2 | Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) | 30 | |||
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40 | ||||
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35 | 105 | |||
Zeit für Leistungsfeststellung | 15 | ||||
120 |
Schuljahr 1
Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) |
30 |
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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 |
Messen elektrischer Größen |
30 |
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Die Schülerinnen und Schüler analysieren analoge und digitale Signale mithilfe geeigneter elektronischer Komponenten. Sie planen ihre Schaltungen dabei unter Berücksichtigung der Vorgaben aus den entsprechenden Datenblättern.
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BPE 1.1 |
Die Schülerinnen und Schüler analysieren elektrische Grundgrößen in elektrischen Grundschaltungen und erklären das elektrische Verhalten von Spannungsquellen mit dem Modell der Ersatzquelle. Sie untersuchen die Zusammenhänge zwischen den elektrischen Größen Strom, Spannung und Leistung. Sie bewerten das elektrische Verhalten von Bauteilen anhand ihrer Kennlinien. |
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BPE 2 |
Elektronische Stromversorgung |
25 |
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Die Schülerinnen und Schüler analysieren elektrische Schaltungen der Leistungselektronik zur Wandlung von Wechselspannungen in stabilisierte Gleichspannungen. Dabei werten sie ihre Messergebnisse hinsichtlich der Energieeffizienz aus. Mithilfe ihrer Beobachtungen erläutern sie das Zusammenwirken der eingesetzten Bauteile und deren Eigenschaften.
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BPE 2.1 |
Die Schülerinnen und Schüler bauen Gleichrichterschaltungen zur Wandlung von Wechsel- in Gleichspannung auf. Sie ermitteln die Kenngrößen von Wechselspannungen und Mischspannungen und beurteilen daran die Qualität gleichgerichteter Spannungen. |
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BPE 2.2 |
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Schaltungsprinzipien der Leistungselektronik anhand konkreter Versuchsschaltungen zur verlustarmen Wandlung und Stabilisierung von Gleichspannung. Sie bewerten ihre Versuchsergebnisse hinsichtlich der Energieeffizienz und erklären das Zusammenwirken der eingesetzten Bauteile und deren Eigenschaften. |
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BPE 3 |
Simulation elektronischer Schaltungen |
20 |
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Die Schülerinnen und Schüler entwickeln elektronische Schaltungen innerhalb einer Simulationssoftware. Sie untersuchen das Verhalten der Schaltungen anhand verschiedener Analyseverfahren und variieren dabei auch Schaltungsparameter. Die Schülerinnen und Schüler dokumentieren und interpretieren die Simulationsergebnisse.
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BPE 3.1 |
Die Schülerinnen und Schüler zeichnen Schaltpläne für elektronische Grundschaltungen in einem Simulationsprogramm. |
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BPE 3.2 |
Die Schülerinnen und Schüler analysieren vorgegebene Schaltungen. Sie ermitteln statische Eigenschaften von Schaltungen, führen Parametervariationen durch und untersuchen Wechselstromschaltungen. |
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BPE 3.3 |
Die Schülerinnen und Schüler stellen die Simulationsergebnisse in Kennlinien und Diagrammen dar. |
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Schuljahr 2
Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) |
30 |
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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 |
Elektronische Schaltungstechnik |
40 |
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Die Schülerinnen und Schüler untersuchen elektronische Schaltungen zur Anpassung, Stabilisierung und Verstärkung von elektrischen Größen in geeigneten Schülerversuchen. Sie leiten aus ihren Beobachtungen die Funktionsweise der verwendeten Bauelemente und Schaltungen ab, dimensionieren dementsprechend die verwendeten Bauteile und dokumentieren ihre Ergebnisse.
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BPE 4.1 |
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Funktionsweise elektronischer Bauelemente und Schaltungen mithilfe geeigneter Schülerversuche und Simulationswerkzeuge. Aus ihren Versuchsergebnissen leiten sie unter Zuhilfenahme der Datenblätter die entsprechende Dimensionierung der verwendeten Bauteile ab. |
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BPE 4.2 |
Die Schülerinnen und Schüler führen geeignete Versuche zur elektronischen Signalverarbeitung aus. Anhand ihrer Beobachtungen erschließen sie die Funktionsweise und die Einsatzgebiete elektronischer Komponenten zur Signalerzeugung und Signalerfassung. |
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BPE 4.3 |
Die Schülerinnen und Schüler führen geeignete Versuche zur Stabilisierung elektrischer Größen durch. Auf der Grundlage ihrer Versuchsergebnisse optimieren sie die Bauelemente zur Dimensionierung der dabei verwendeten elektronischen Schaltungen. |
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BPE 4.4 |
Die Schülerinnen und Schüler führen geeignete Versuche zur Signalverstärkung durch. Die Auswertung ihrer Beobachtungen und Versuchsergebnisse wenden sie zur fachgerechten Dimensionierung der elektronischen Schaltungen zur Verstärkung elektrischer Größen an. |
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BPE 4.5 |
Die Schülerinnen und Schüler führen geeignete Versuche zur Ansteuerung elektrischer Komponenten durch. Sie validieren im praktischen Einsatz die korrekte Arbeitsweise der dabei verwendeten elektronischen Schaltungen. |
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BPE 5 |
Elektronische Signalverarbeitung |
35 |
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Die Schülerinnen und Schüler berechnen die Parameter von Operationsverstärkerschaltungen zur Signalverstärkung und zur Signalregenration bei Verzerrung sowie zur A/D- und D/A-Wandlung und in Filterschaltungen. Die korrekte Arbeitsweise dieser Schaltungen wird im Versuch überprüft.
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BPE 5.1 |
Die Schülerinnen und Schüler berechnen die Dimensionierung verschiedener Verstärkerschaltungen und überprüfen die korrekte Arbeitsweise der Schaltungen im Laborversuch und in der Simulation. |
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BPE 5.2 |
Die Schülerinnen und Schüler berechnen die Dimensionierung grundlegender A/D- und D/A-Wandlerschaltungen und überprüfen die korrekte Arbeitsweise der Schaltungen im Laborversuch und in der Simulation. |
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BPE 5.3 |
Die Schülerinnen und Schüler berechnen die Parameter von Verstärker- und Filterschaltungen mit deren Hilfe verzerrte Signale wiederhergestellt werden können. |
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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
|
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
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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
|
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
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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
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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
|
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
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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
|
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
|
I, II |
zusammenfassen |
das Wesentliche sachbezogen, konzentriert sowie inhaltlich und sprachlich strukturiert mit eigenen Worten wiedergeben
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I, II |