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Verfahrenstechnik/Umwelttechnik
Vorbemerkungen
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Fachliche Vorbemerkungen
1. Fachspezifischer Bildungsauftrag
Der stetig wachsende globale Bedarf an Energie und das Streben der Menschen nach einem hohen Maß an Mobilität und Lebensqualität machen technische Systeme erforderlich, die den Erhalt der Umwelt und des Klimas nicht gefährden. Nur wenn Technik und Umwelt in Einklang miteinander gebracht werden können, lassen sich die natürlichen Lebensgrundlagen wie saubere Luft und sauberes Wasser auf Dauer erhalten.
Der Klimawandel und seine Auswirkungen stellen eine der größten Herausforderungen für die Menschheit dar. Der Unterricht im Fach „Verfahrenstechnik/Umwelttechnik“ soll die Schülerinnen und Schüler befähigen, ihre eigene Verantwortung der Umwelt und zukünftigen Generationen gegenüber zu erkennen und aktiv wahrzunehmen.
Im Sinne einer Bildung zur nachhaltigen Entwicklung wird bei den Schülerinnen und Schülern das Bewusstsein geschaffen, dass technische Systemlösungen nicht nur bezüglich ihrer Funktionalität und Machbarkeit untersucht werden müssen. Vielmehr erfordert die gesellschaftliche Akzeptanz auch eine ganzheitliche Betrachtung der Technik unter Berücksichtigung der Ökobilanz und der Nachhaltigkeit.
2. Kompetenzerwerb
Der Unterricht im Fach „Verfahrenstechnik/Umwelttechnik“ hat zum Ziel, den Schülerinnen und Schülern umwelttechnische Grundlagen zu vermitteln, die sie dazu befähigen, die verfahrenstechnischen Notwendigkeiten in Produktion, beim Betrieb von Anlagen und in der Entsorgungstechnik zu verstehen und ökologische Auswirkungen zu erkennen. Hierbei werden naturwissenschaftliche Grundlagen aus dem Bereich Chemie, Physik und Biologie mit technologischen Anwendungen aus den vielfältigen Bereichen der Umwelt- und Energietechnik verknüpft.
Ein weiteres Ziel des Unterrichts ist es, die theoretischen Kenntnisse der Fachkunde im Hinblick auf die Aufgaben der Betriebsbeauftragten für Abfall, für Gewässerschutz und für Immissionsschutz zu vermitteln. Eine Bestellung zum Betriebsbeauftragten kann dann bei entsprechender praktischer Betriebserfahrung durch die zuständige Behörde erfolgen.
Das Verständnis für die Anlagen und Verfahrenstechnik ergibt sich aus der Darstellung und Bewertung von Energieversorgungs- und Stofftrennungssystemen. Die erlernten Grundlagen der Steuerungs- und Regelungstechnik erleichtern einen Einsatz an Produktions- und Entsorgungsanlagen.
Die Umwelttechnik gliedert sich in die fünf Bereiche:- Luftreinhaltung
- Energie- und Verfahrenstechnik
- Wasserversorgung- und ‑entsorgung
- Abfallvermeidung, ‑verwertung und ‑entsorgung
- Schall, Lärmentstehung und ‑messung
In den fünf Bereichen werden umwelttechnische Verfahren nach dem Stand der Technik besprochen, die ökologisch sinnvoll und mit den Vorgaben des Gesetzgebers vereinbar sind.
Wichtige Techniken der Abgasreinigung, die eine Überwachung und Begrenzung von Emissionen zulassen, werden in der Bildungsplaneinheit „Luftreinhaltung“ dargestellt.
In der Bildungseinheit „Energie- und Verfahrenstechnik“ werden verschiedene Arten der Energiebereitstellung unter Berücksichtigung deren Nachhaltigkeit erörtert. Die Bildungsplaneinheit „Wasserversorgung und ‑entsorgung“ vermittelt Grundlagenkenntnisse des Gewässerschutzes, zeigt Verfahrensschritte öffentlicher und betrieblicher Abwasserbehandlungsanlagen und deren Betrieb auf. Der Übergang der Abfallwirtschaft in eine Kreislaufwirtschaft wird die zentrale Aufgabe unserer Gesellschaft im Umgang mit Stoffen sein. Die Bildungsplaneinheit „Abfallvermeidung, ‑verwertung und ‑entsorgung“ liefert das Basiswissen im Hinblick auf dieses Ziel. Verfahren zur Entsorgung von Restmüll werden beschrieben.
Die Einheit „Schall, Lärmentstehung und ‑messung“ betrachtet die physikalischen Grundlagen des Schalldrucks und der Schallausbreitung.
Das Fach „Verfahrenstechnik/Umwelttechnik“ baut auf Inhalte des Faches „Mathematik I“ auf und setzt diese anwendungsbezogen um.
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 2 | Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) | 30 | |||
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14 | ||||
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18 | ||||
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18 | ||||
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17 | ||||
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8 | 105 | |||
Zeit für Leistungsfeststellung | 15 | ||||
120 |
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 1 |
Luftreinhaltung |
14 |
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Die Schülerinnen und Schüler beschreiben unter Verwendung von Reaktionsgleichungen die Auswirkungen von Luftverunreinigungen. Sie erläutern die Wirkung auf die belebte und unbelebte Umwelt und beurteilen die Notwendigkeit und die Wirksamkeit individueller und gesellschaftlicher Maßnahmen zur Luftreinhaltung unter Verwendung technischer Verfahren.
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BPE 1.1 |
Die Schülerinnen und Schüler erklären die Grundbegriffe der Luftreinhaltung. |
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BPE 1.2 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Techniken der Abgasreinigung. |
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BPE 2 |
Energie- und Verfahrenstechnik |
18 |
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Die Schülerinnen und Schüler erklären und vergleichen verschiedene Arten der Energiebereitstellung unter Berücksichtigung deren Nachhaltigkeit.
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BPE 2.1 |
Die Schülerinnen und Schüler stellen die Energieversorgung der Nutzung gegenüber. |
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BPE 2.2 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben unterschiedliche Arten der nachhaltigen Energiebereitstellung und bewerten diese. |
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BPE 3 |
Wasserversorgung und -entsorgung |
18 |
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Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Bedeutung der Trinkwasserversorgung und erklären zeitgemäße Aufbereitungsverfahren.
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BPE 3.1 |
Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Grundlagen der Wasserversorgung. |
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BPE 3.2 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Trinkwasseraufbereitung. |
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BPE 3.3 |
Die Schülerinnen und Schüler ordnen Abwasserarten ein und vergleichen deren Parameter. |
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BPE 3.4 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Einrichtungen zur Abwasserbeförderung. |
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BPE 3.5 |
Die Schülerinnen und Schüler skizzieren die Verfahrensschritte der Abwasserreinigung und beschreiben die Schlammbehandlung, -verwertung und -entsorgung. |
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BPE 4 |
Abfallvermeidung, -verwertung und -entsorgung |
17 |
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Die Schülerinnen und Schüler vergleichen Abfallarten und deren Aufkommen. Sie beurteilen abfallwirtschaftliche Konzepte und bewerten Verfahren der Abfallbehandlung, ‑verwertung und ‑vermeidung unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten. Des Weiteren erklären die Schülerinnen und Schüler Verfahren zur Beseitigung von Altlasten.
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BPE 4.1 |
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen Abfallarten und deren Parameter und ordnen ihre Menge und Zusammensetzung ein. |
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BPE 4.2 |
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen ein konkretes Beispiel für Recyclingverfahren aus dem Themenfeld Umwelttechnik. Sie beurteilen die stofflichen und energetischen Vorteile des Recyclings am konkreten Beispiel. |
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BPE 4.3 |
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen Verfahren zur biologischen Abfallbehandlung. |
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BPE 4.4 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau von Deponien. |
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BPE 4.5 |
Die Schülerinnen und Schüler erörtern die Funktionsweise einer thermischen Abfallbehandlung unter Berücksichtigung von Vor- und Nachteilen. |
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BPE 4.6 |
Die Schülerinnen und Schüler erklären mögliche Behandlungsverfahren von Altlasten und analysieren deren Eignung anhand von Fallbeispielen. |
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BPE 5 |
Schall, Lärmentstehung und -messung |
8 |
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Die Schülerinnen und Schüler erklären physikalische Grundlagen des Schalls und beschreiben zwischen physikalischen und physiologischen Schallgrößen. Des Weiteren werten die Schülerinnen und Schüler Schallmessverfahren aus.
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BPE 5.1 |
Die Schülerinnen und Schüler erklären physikalische Grundlagen des Schalls. |
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BPE 5.2 |
Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden physikalische und physiologische Schallgrößen. |
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BPE 5.3 |
Die Schülerinnen und Schüler erklären Schallmessverfahren und werten die Ergebnisse aus. |
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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
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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
|
II, III |
begründen |
Sachverhalte oder Aussagen auf Regeln, Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Zusammenhänge oder weitere nachvollziehbare Argumente zurückführen
|
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
|
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
|
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
|
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
|
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
|
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
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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
|
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 |