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Praktikum Mess- und Sensortechnik
Vorbemerkungen
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Fachliche Vorbemerkungen
1. Fachspezifischer Bildungsauftrag
Die praktische Tätigkeit im Labor hat das Ziel, den Schülerinnen und Schülern die nötige Methoden-Kompetenz zu vermitteln, um das im Theorieunterricht erworbene Fachwissen anzuwenden.
Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei die sorgfältige Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten. Sie werden angeleitet, die notwendigen Geräte sinnvoll auszuwählen und gewinnen dabei die Vertrautheit im Umgang mit den verschiedensten Messgeräten, vom einfachen Multimeter bis hin zum computergestützten Messwerterfassungssystem. Aus den Messwerten werden nach entsprechender Fehlerbetrachtung zuverlässige Messergebnisse erstellt und übersichtlich dargestellt. Der praktische Umgang mit modernen Sensoren und Messsystemen versetzt die Schülerinnen und Schüler in die Lage, entsprechend dem Messproblem geeignete Sensoren und Messsysteme auszuwählen und entsprechend den Datenblattangaben einzusetzen. Für computerunterstützte Messungen sind die Schüler und Schülerinnen in der Lage, eigene Programme zu erstellen und Messungen damit durchzuführen.
Die Fähigkeit, selbstständig, zielgerichtet und gewissenhaft zu handeln, ist eines der wichtigsten Ziele im Praktikum. Ebenso soll die Teamfähigkeit durch Gruppenarbeit gestärkt werden.
Die Schülerinnen und Schüler sollen eine kritische Wertung der von ihnen durchgeführten Untersuchungen vornehmen. Sie sollen lernen, die Genauigkeit der verwendeten Geräte und Methoden zu diskutieren und ihre Ergebnisse zu präsentieren.
Teilbereiche können von den Schülerinnen und Schülern auch im Rahmen von Projektunterricht behandelt werden.
2. Fachliche Aussagen zum Kompetenzerwerb, prozessbezogene Kompetenzen
Kompetenzorientierter Unterricht bietet die Möglichkeit, Wissen, Fähigkeiten und Fertigkeiten selbstständig und nachhaltig aufzubauen, zu reflektieren und in verschiedenen Situationen verantwortungsvoll einzusetzen.
Die Schülerinnen und Schüler entwickeln im aktiven Umgang mit spezifischen Inhalten die Kompetenzen, die für die Mess- und Sensortechnik von zentraler Bedeutung sind. Messtechnisch fachkompetente Schülerinnen und Schüler verfügen über Sach‑, Erkenntnisgewinnungs‑, Kommunikations- und Bewertungskompetenz. Diese vier Kompetenzbereiche durchdringen einander und bilden gemeinsam die Fachkompetenz.
3. Ergänzende fachliche Hinweise
Für den nachhaltigen Erwerb mess- und sensortechnischer Fachkompetenzen ist die sachlogische Fachsystematik der Wissensgebiete mit elektrotechnischen sowie mess- und sensortechnischen Kontexten zu verknüpfen. Bei der Behandlung der Inhalte ist deshalb eine enge Verknüpfung mit den theoretischen Fächern („Mess- und Sensortechnik“ sowie „Elektrotechnik/Elektronik“) zu berücksichtigen. Hierdurch kann den Schülerinnen und Schülern die systematische Wissensaneignung erleichtert werden. Da auch im Bereich der Messtechnik eine zunehmende Digitalisierung stattfindet, ist hier eine enge Verknüpfung zu den Fächern „Informationstechnik“ und „Praktikum Informationstechnik“ zu berücksichtigen.
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) | 20 | |||
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12 | ||||
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12 | ||||
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10 | ||||
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16 | 70 | |||
Zeit für Leistungsfeststellung | 10 | ||||
80 |
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 1 |
Messungen mit dem Oszilloskop |
12 |
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Die Schülerinnen und Schüler führen Messungen mit dem Oszilloskop durch. Sie planen die notwendigen Messschaltungen und leiten die für die jeweilige Messaufgabe richtige Betriebsart des Oszilloskops her. Sie dokumentieren und beurteilen die jeweiligen Messergebnisse.
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BPE 1.1 |
Die Schülerinnen und Schüler führen Messungen mit dem Oszilloskop im Zeitbereich durch. Sie wenden die für die jeweilige Messaufgabe richtige Betriebsart des Oszilloskops an und dokumentieren und beurteilen die jeweiligen Messergebnisse. |
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BPE 1.2 |
Die Schülerinnen und Schüler führen Messungen mit dem Oszilloskop im xy-Modus durch. Sie wenden die für die jeweilige Messaufgabe richtige Betriebsart des Oszilloskops an und dokumentieren und beurteilen die jeweiligen Messergebnisse. |
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BPE 1.3 |
Die Schülerinnen und Schüler führen Messungen mit dem Oszilloskop im Single-Trigger-Modus durch. |
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BPE 2 |
Messverstärker |
12 |
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Die Schülerinnen und Schüler benennen verschiedene Messverstärkerschaltungen, wenden diese für unterschiedliche Messaufgaben an und charakterisieren diese.
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BPE 2.1 |
Die Schülerinnen und Schüler bauen Messverstärkerschaltungen auf und führen Messungen an diesen Schaltungen durch. Sie dokumentieren die jeweiligen Messergebnisse in geeigneter Weise. |
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BPE 3 |
Sensortechnik |
10 |
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Die Schülerinnen und Schüler benennen verschiedene Sensoren für die wichtigsten physikalischen und elektrischen Parameter. Sie charakterisieren die verschiedenen Sensoren hinsichtlich ihrer messtechnischen Eigenschaften.
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BPE 3.1 |
Die Schülerinnen und Schüler führen Messungen an verschiedenen Sensoren durch und dokumentieren diese. Sie charakterisieren die Sensoren bezüglich geeigneter Parameter. |
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BPE 4 |
Computergestützte Messwerterfassung |
16 |
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Die Schülerinnen und Schüler wenden selbst erstellte Programme für computergestützte Messwerterfassungssysteme an. Sie entwerfen Messschaltungen und ermitteln elektrische sowie physikalische Größen mithilfe eines Mikrocontrollersystems oder eines anderen computergestützten Messwerterfassungssystems.
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BPE 4.1 |
Die Schülerinnen und Schüler entwickeln und implementieren Anwendungen zur Messung von elektrischen sowie physikalischen Größen unter Verwendung von Sensoren und Anzeigesystemen eines rechnergestützten Messwerterfassungssystems. |
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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
|
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
|
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
|
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
|
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
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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
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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 |