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Praktikum Physikalische Technik
Vorbemerkungen
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Fachliche Vorbemerkungen
1. Fachspezifischer Bildungsauftrag
Das „Praktikum Physikalische Technik“ hat zum Ziel, den Schülerinnen und Schülern grundlegende Kenntnisse und Fertigkeiten in der praktischen Tätigkeit im Labor zu vermitteln. Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei die sorgfältige Vorbereitung, Durchführung und Auswertung von Experimenten. Sie werden angeleitet, die notwendigen Geräte sinnvoll auszuwählen. Sie gewinnen dabei Vertrautheit mit den verschiedensten Messgeräten, Vorrichtungen und Hilfsmitteln. Die Fähigkeit, selbstständig und gewissenhaft zu arbeiten und die Ergebnisse übersichtlich und vollständig darzustellen, ist eines der wichtigsten Ziele des Praktikums und für eine spätere Arbeit im Team unerlässlich. Die Schülerinnen und Schüler können eine kritische Wertung der von ihnen durchgeführten Untersuchungen vornehmen; sie lernen, die Genauigkeit der verwendeten Geräte und Methoden zu beachten, Fehlerquellen zu suchen und zu eliminieren oder in einer angemessenen Fehlerrechnung zu berücksichtigen.
Der Bildungsplan muss nicht streng schuljahrabhängig unterrichtet werden, um den Schulen den notwendigen Spielraum beim Einsatz der Geräte zu verschaffen. Gerade hoch spezialisierte Apparaturen, Vorrichtungen und Aufbauten, wie sie in Industrie und Technik angewandt werden, stellen naturgemäß begrenzte Ressourcen dar. Allerdings soll angestrebt werden, die einführenden Versuche der Bildungsplaneinheiten bis BPE 5 schon im 1. Schuljahr durchzuführen.
Darüber hinaus sollen die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass die Experimentalphysik – deren schulische Verwirklichung durch das „Praktikum Physikalische Technik“ gegeben ist – nicht als praktische Ergänzung der theoretischen Physik, sondern vielmehr als eine eigenständige wissenschaftliche Disziplin, mit ureigenen Fragestellungen, Methoden und Problemstellungen zu verstehen ist. Dazu soll das Augenmerk unter anderem auf im Experiment vernachlässigbare Einflüsse, Schwierigkeiten und Lösungsmöglichkeiten bei der praktischen Durchführung sowie die Zuverlässigkeit ermittelter Messwerte gelenkt werden. Nicht zuletzt stellt eine Eigenschaft des Praktikums auch die Simulation des betrieblichen Alltags dar.
2. Fachliche Aussagen zum Kompetenzerwerb, prozessbezogen Kompetenzen
Ein weiteres wichtiges Ziel ist es, bei den Schülerinnen und Schülern Verständnis für die Zusammenarbeit mit anderen zu wecken und sie zu Toleranz und Kooperation in der Gruppe zu erziehen. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass eine solche Einstellung nicht nur für ihre zukünftige Berufstätigkeit, sondern auch für andere Bereiche ihres Lebens in unserer Gesellschaft wesentlich ist. Darüber hinaus ist das Erlernen selbstständigen Arbeitens ein wesentliches Element der Laborarbeit. So soll zu Beginn das Augenmerk der Lehrperson auf angeleitetes, vorausschauendes exaktes und sorgfältiges Arbeiten gelegt werden; zum Ende der Ausbildung liegt der Schwerpunkt auf eigenständigem Arbeiten durch Erörtern von Problemstellungen und dem daraus folgenden eigenständigen Entwickeln von Lösungsmöglichkeiten seitens der Schülerinnen und Schülern.
Während der Ausbildung sollen die Schülerinnen und Schüler Einblicke und Kenntnisse der Arbeitstechniken der unterschiedlichen physikalischen Disziplinen erhalten. Sie sollen dadurch in die Lage versetzt werden, sowohl disziplinspezifisch gegebene Messverfahren zu reproduzieren als auch allgemeingültige Kompetenzen der Experimentalphysik anzuwenden und auf spezielle Fragestellungen in Industrie und Forschung zu transferieren.
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) | 40 | |||
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4 | ||||
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30 | ||||
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30 | ||||
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18 | ||||
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18 | 140 | |||
Zeit für Leistungsfeststellung | 20 | ||||
160 | |||||
Schuljahr 2 | Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) | 40 | |||
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28 | ||||
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18 | ||||
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24 | ||||
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18 | ||||
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6 | ||||
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6 | 140 | |||
Zeit für Leistungsfeststellung | 20 | ||||
160 |
Schuljahr 1
Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) |
40 |
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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 |
Arbeitssicherheit |
4 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen sicheres Arbeiten im Labor und den Umgang mit Gefahrstoffen kennen.
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BPE 1.1 |
Die Schülerinnen und Schüler benennen und charakterisieren Gefahren im Labor. Sie erklären Gefahrensymbole und Sicherheitsvorschriften. |
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BPE 2 |
Grundlegende physikalische Arbeitsmethoden |
30 |
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Die Schülerinnen und Schüler wenden grundlegende physikalische Arbeitsmittel, Größen und Arbeitsweisen an.
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BPE 2.1 |
Die Schülerinnen und Schüler führen einfache Messungen durch und bestimmen grundlegende physikalische Größen unter Anwendung von mathematischen Methoden. |
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Die Schülerinnen und Schüler führen einfache Messungen durch und bestimmen grundlegende physikalische Größen unter Anwendung grafischer Methoden. |
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BPE 3 |
Planung, Entwicklung und Auswertung von Versuchen |
30 |
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Die Schülerinnen und Schüler implementieren komplexes naturwissenschaftliches Arbeiten.
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BPE 3.1 |
Die Schülerinnen und Schüler planen Versuche und ermitteln direkt oder indirekt physikalische Größen unterschiedlicher Disziplinen. |
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BPE 3.2 |
Die Schülerinnen und Schüler werten Versuche aus und analysieren deren Ergebnisse. |
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BPE 4 |
Kategorisierung und Beschreibung von Stoffen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften |
18 |
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Die Schülerinnen und Schüler ermitteln Stoffgrößen und vergleichen und kategorisieren dadurch Stoffe.
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BPE 4.1 |
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Stoffe mittels physikalischer Methoden. |
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BPE 5 |
Kalorische Messungen |
18 |
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Die Schülerinnen und Schüler bestimmen kalorische Größen.
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BPE 5.1 |
Die Schülerinnen und Schüler bestimmen Wärmekapazitäten anhand von Wärmemischversuchen und werten die Messungen grafisch aus. |
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Schuljahr 2
Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) |
40 |
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Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.
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BPE 6 |
Werkstoffkunde |
28 |
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Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Werkstoffe mit physikalischen Verfahren.
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BPE 6.1 |
Die Schülerinnen und Schüler prüfen Werkstoffe auf deren Festigkeitswerte. |
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BPE 6.2 |
Die Schülerinnen und Schüler prüfen Werkstoffe und Werkstücke auf deren Qualität. |
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BPE 7 |
Sensortechnik |
18 |
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Die Schülerinnen und Schüler führen einzelne Messung mit unterschiedlichen Sensoren durch, charakterisieren diese und werten die Messungen aus.
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BPE 7.1 |
Die Schülerinnen und Schüler entwickeln geeignete Messschaltungen. |
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BPE 7.2 |
Die Schülerinnen und Schüler planen und führen Versuche anhand von simultan erzeugten Sensordaten durch. |
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BPE 8 |
Optik |
24 |
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Die Schülerinnen und Schüler bestimmen optische Größen.
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BPE 8.1 |
Die Schülerinnen und Schüler bauen optische Versuche auf und wenden diese Aufbauten an. |
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BPE 8.2 |
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen und charakterisieren optische Bauteile. |
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BPE 9 |
Felder |
18 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen unterschiedliche Felder kennen, untersuchen und charakterisieren diese.
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BPE 9.1 |
Die Schülerinnen und Schüler stellen Feldverläufe dar. |
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BPE 9.2 |
Die Schülerinnen und Schüler ermitteln Feldgrößen und untersuchen das Verhalten von Stoffen im magnetischen Feld. |
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BPE 10 |
Akustik |
6 |
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Die Schülerinnen und Schüler führen Versuche zur Akustik durch.
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BPE 10.1 |
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Ausbreitung des Schalls. |
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BPE 11 |
Kernphysik |
6 |
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Die Schülerinnen und Schüler lernen kernphysikalische Prozesse, Messmethoden und Arbeiten kennen, untersuchen radioaktive Strahlung und Stoffe und charakterisieren diese.
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BPE 11.1 |
Die Schülerinnen und Schüler formulieren Grundlagen zur Arbeitssicherheit im Umgang mit radioaktiven Stoffen. |
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BPE 11.2 |
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und vergleichen Verfahren und Sensoren zur Messung von Radioaktivität. Sie formulieren physikalische Grundlagen der Radioaktivität. |
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BPE 11.3 |
Die Schülerinnen und Schüler führen Messungen mit radioaktiven Stoffen durch. |
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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
|
II |
abschätzen |
auf der Grundlage von begründeten Überlegungen Größenordnungen angeben
|
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
|
II |
aufstellen |
fachspezifische Formeln, Gleichungen, Gleichungssysteme, Reaktionsgleichungen oder Reaktionsmechanismen entwickeln
|
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
|
I |
beraten |
eine Entscheidungsfindung fachkompetent und zielgruppengerecht unterstützen
|
III |
berechnen |
Ergebnisse aus gegebenen Werten/Daten durch Rechenoperationen oder grafische Lösungsmethoden gewinnen
|
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
|
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
|
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
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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
|
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
|
I |
übersetzen |
einen Sachverhalt oder einzelne Wörter und Phrasen wortgetreu in einer anderen Sprache wiedergeben
|
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
|
I |
verallgemeinern |
aus einer Einsicht eine Aussage formulieren, die für verschiedene Anwendungsbereiche Gültigkeit besitzt
|
II |
verdrahten |
Betriebsmittel nach einem vorgegebenen Anschluss‑/ Stromlaufplan systematisch elektrisch miteinander verbinden
|
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 |