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Physik

Vorbemerkungen

Fachliche Vorbemerkungen
Das Fach „Physik“ vermittelt den Schülerinnen und Schülern Kompetenzen und Grundwissen, die zum Verständnis physikalisch-chemischer Phänomene und Gesetze essenziell sind. Eine enge Verzahnung von Theorie und Praxis stellt eine Basis für die Bearbeitung beruflich relevanter problemorientierter Aufgabenstellungen dar und wird durch die fächerübergreifende Zusammenarbeit mit dem Fach „Physikalische Chemie“ und dem „Physikalischen und physikalisch-chemischen Praktikum“ verwirklicht. Die Schülerinnen und Schüler verstehen beruflich relevante physikalische Prinzipien und gewinnen Einblicke in naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen.
Der sichere Umgang mit grundlegenden physikalischen Größen wie beispielsweise Dichte, Masse und Volumen als auch die Kenntnis der wichtigsten physikalischen Zusammenhänge in den Gebieten Wärmelehre und Elektrizitätslehre stellen die Basis für das Verständnis physikalisch-chemischer Vorgänge dar.
Das Fach „Physik“ führt in wichtige Aspekte der Messtechnik ein. Die Schülerinnen und Schüler werden dadurch in die Lage versetzt, beim praktischen Arbeiten geeignete Verfahren auszusuchen, die Gerätefunktionen zu verstehen, den Geräteeinsatz sinnvoll zu planen und die Messungen mit der notwendigen Genauigkeit durchzuführen. Dies sind wesentliche Voraussetzungen, um die Schülerinnen und Schüler an die im Berufsleben von ihnen erwartete Selbstständigkeit und Eigenverantwortung heranzuführen.
Der Begriff der Energie als fundamentale Erhaltungsgröße ist Grundlage zur Beschreibung von physikalischen, chemischen und technischen Abläufen und stellt damit einen wesentlichen Faktor zum nachhaltigen Verständnis einer Vielzahl von Abläufen in der Laborpraxis dar.
Die Schülerinnen und Schüler wenden die physikalischen Zusammenhänge der Mechanik und Hydrostatik zur Beschreibung und Erklärung physikalisch und physikalisch-chemischer Zusammenhänge an. Die erlangte Fachkompetenz im Bereich der Mechanik und Hydrostatik bildet beispielsweise eine wichtige Grundlage für die Anwendung der idealen und realen Gasgesetze im Bereich der „Physikalischen Chemie“.
Der überwiegende Teil der in der Arbeitswelt der Umweltschutztechnischen Assistentinnen und Assistenten verwendeten Geräte enthalten elektrische bzw. elektronische Bauteile. Ein physikalisches Grundverständnis von elektrischen Vorgängen ist somit für die Schülerinnen und Schüler eine wichtige Voraussetzung, um den sicheren Umgang mit diesen Geräten zu gewährleisten. Darüber hinaus erleichtert ein grundlegendes elektrotechnisches Verständnis die Einarbeitung in neue elektrische und elektronische Messverfahren wie z. B. im physikalisch-chemischen Labor.
Die Schülerinnen und Schüler verzahnen in der Bildungsplaneinheit Radioaktivität erlerntes Fachwissen über den Atombau aus der „Organischen Chemie“ und der elektromagnetischen Strahlung aus der „Physikalischen Chemie“ mit dem Energiebegriff. Die Schülerinnen und Schüler beschreiben das Gefährdungspotenzial der unterschiedlichen Strahlungsarten auf den Menschen und die Umwelt.
Das Fach „Physik“ 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.

Schuljahr 1

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

20

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Radiocarbonmethode
Auftrieb
Gemischte Schaltung
Gefahren beim Umgang mit Elektrizität
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Physikalische Grundlagen

12

Die Schülerinnen und Schüler können mit physikalischen Größen und deren Einheiten rechnen. Sie werten Messwerte aus und leiten sich daraus die physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Proportionalität zwischen physikalischen Größen ab.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler ordnen physikalischen Phänomenen die physikalische Größe korrekt zu. Sie wenden das SI-Einheitensystem an und führen die Umrechnung von Einheiten durch.

SI-Einheiten
Zeit, Länge, Masse, Temperatur, Stoffmenge
Abgeleitete Größen
Dichte, Volumen, Druck, Geschwindigkeit
Vorsätze zu Einheiten
Vorsatzzeichen, wissenschaftliche Schreibweise
Umrechnung von Einheiten

BPE 1.2

Die Schülerinnen und Schüler ermitteln aus den physikalischen Größen Masse und Volumen die Dichte von Flüssigkeiten. Sie wenden dabei das Rechnen mit physikalischen Größen an und charakterisieren dabei typische Messverfahren.

Masse
Labor- und Analysenwaagen, Messungenauigkeit und signifikante Ziffern
vgl. „Mathematik I“ (BPE 6)
Länge, Fläche, Volumen

Dichte
Pyknometer, Stoffeigenschaft, Versuche im „Physikalischen und physikalisch-chemischen Praktikum“, Aräometer

BPE 2

Mechanik und Hydrostatik

8

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Kraft und den Druck als wichtige physikalische Grundbegriffe der Mechanik und Hydrostatik.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler interpretieren den Kraftbegriff einschließlich seines vektoriellen Charakters exemplarisch am Beispiel der Gewichts- und Federkraft. Mithilfe des Hooke’schen Gesetzes beschreiben die Schülerinnen und Schüler die elastische Verformung von Körpern unter Krafteinwirkung.

Kraftbegriff

Kraft als Vektor

Gewichtskraft

Federkraft, Hooke’sches Gesetz

BPE 2.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Größe Druck und beschreiben das Entstehen des hydrostatischen Drucks quantitativ. Die Schülerinnen und Schüler berechnen den hydrostatischen Druck. Die Schülerinnen und Schüler geben Drücke in verschiedenen Einheiten an.

Auflagedruck

Hydrostatischer Druck
Luftdruck, U-Rohr-Manometer
Druckeinheiten
Bar, Pascal

BPE 3

Mechanische Energie

8

Die Schülerinnen und Schüler erklären grundlegende physikalische Begriffe aus den Bereichen der Mechanik und wenden diese in berufsspezifischen Fragestellungen sachgerecht an. Mithilfe des Konzeptes der Energieerhaltung treffen die Schülerinnen und Schüler qualitative und quantitative Aussagen über die Änderung des Zustandes mechanischer Systeme. Sie deuten und unterscheiden die Begriffe Energie, Arbeit und Leistung im Sachzusammenhang.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler deuten den Begriff der Energie als Zustandsgröße und den Begriff der Arbeit als Prozessgröße zwischen Systemzuständen. Weiterhin zeigen sie die Bedeutung des physikalischen Grundprinzips der Energieerhaltung auf und erläutern den Begriff der Leistung.

Energie als Zustandsgröße
Arbeit als Prozessgröße

Lageenergie – Hubarbeit

Weitere Energieformen
z. B. innere Energie, Wärme, Strahlungsenergie, elektrische Energie, Spannenergie, kinetische Energie
Energieumwandlungen
Energieerhaltungssatz
Energieentwertung (Reibungsprozesse)
Leistung
Wirkungsgrad

BPE 4

Elektrizitätslehre

18

Der überwiegende Teil der in der Arbeitswelt der Umweltschutztechnischen Assistentinnen und Assistenten verwendeten Geräte enthalten elektrische bzw. elektronische Bauteile wie z. B. im physikalischen und physikalisch-chemischen Labor. Ein physikalisches Grundverständnis von elektrischen Vorgängen ist somit für die Schülerinnen und Schüler eine wichtige Voraussetzung, um den sicheren Umgang mit diesen Geräten zu gewährleisten.

BPE 4.1

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die grundlegenden Begriffe der Elektrizitätslehre. Sie beschreiben den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Spannung. Sie wenden das Ohm’sche Gesetz an und erklären die Abhängigkeiten des elektrischen Widerstandes vom Material und der Temperatur.

Grundlegende Begriffe der Elektrizitätslehre

Elektrische Ladung
Trennung von elektrischer Ladung,
Funktionsweise Elektroskop
Elektrischer Leiter, Isolator

Elektrischer Stromkreis
Aufbau mit einem einzelnen Verbraucher, Symbolschreibweise
Elektrische Spannung
z. B. Batteriespannung
Elektrische Stromstärke
Elektrische Energie und Leistung

Ohm’sches Gesetz
Definition des Widerstandes über die Steigung im U-I-Diagramm
Elektrischer Widerstand, spezifischer Widerstand
Reihenschaltung, Parallelschaltung, Ersatzwiderstände
Temperaturabhängigkeit und Materialabhängigkeit des elektrischen Widerstandes

BPE 4.2

Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Einsatz elektrischer Vielfachmessgeräte bei der Messung von elektrischen Größen. Sie beurteilen den sicheren Umgang mit netzbetriebenen Geräten.

Spannungsmessung
Stromstärkemessung
Widerstandsmessung
Schaltskizzen
Gefahren und Sicherheitsregeln beim Umgang mit spannungsführenden Geräten
Fehlerstrom-Schutzschalter

BPE 5

Radioaktivität

4

Die Schülerinnen und Schüler kategorisieren die verschiedenen radioaktiven Strahlungsarten und deren Eigenschaften.

BPE 5.1

Die Schülerinnen und Schüler charakterisieren die verschiedenen Strahlungsarten und bestimmen mithilfe von Zerfallskurven die Halbwertszeit ausgewählter radioaktiver Isotope.

\(\alpha\)‑, \(\beta\)- und \(\gamma\)-Strahlen
Geiger-Müller-Zählrohr, Szintillationszähler, Nebelkammer
Halbwertszeit

Aktivität

Zeit für Leistungsfeststellung

10

70

80

Operatorenliste

In den Zielformulierungen der Bildungsplaneinheiten werden Operatoren (= handlungsleitende Verben) verwendet. Diese Zielformulierungen legen fest, welche Anforderungen die Schülerinnen und Schüler in der Regel erfüllen. Zusammen mit der Zuordnung zu einem der drei Anforderungsbereiche (AFB; I: Reproduktion, II: Reorganisation, III: Transfer/Bewertung) dienen Operatoren einer Präzisierung der Zielformulierungen. Dies sichert das Erreichen des vorgesehenen Niveaus und die angemessene Interpretation der Standards.

Anforderungsbereiche


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
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

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