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Bildungsplanarbeit Berufskollegs Assistenz

Physikalische Technik

Vorbemerkungen

Fachliche Vorbemerkungen
Physik befähigt die Schülerinnen und Schüler, ein eigenes, begründetes Bild der Welt zu entwickeln und sich in einer komplexen, hoch technisierten modernen Gesellschaft zu orientieren. Sie zeichnet sich unter den Naturwissenschaften durch spezifische Inhalte, Denk- und Arbeitsweisen aus.
Sie ist eine theoriegeleitete und empirische Erfahrungswissenschaft, macht Vorgänge über die menschliche Wahrnehmung hinaus mess- und quantifizierbar und stellt Zusammenhänge als Gesetzmäßigkeiten dar. Als eine der ältesten Wissenschaften ist die Physik in eine Interaktion mit Technik und Gesellschaft eingebunden. Physikalische Erkenntnisse unterliegen einem dynamischen Wandel und zeigen somit die Offenheit der Physik für Weiterentwicklungen. Sowohl historische als auch aktuelle Entwicklungen verdeutlichen die Notwendigkeit der Betrachtung gesellschaftlich relevanter Herausforderungen, wie z. B. der Energieversorgung oder des Klimawandels. Die Schülerinnen und Schüler erfahren im Unterricht, dass physikalische Erkenntnisse und die daraus resultierenden Anwendungen grundlegend die globale ökologische, ökonomische und soziale Situation der modernen Gesellschaft prägen.
Am Berufskolleg für physikalisch-technische Assistentinnen und Assistenten werden Erkenntnisse nicht isoliert betrachtet, sondern stets im Kontext mit technischen Verfahren und Anwendungen in Forschung, Wirtschaft, Umwelt und Gesellschaft vermittelt. Physikalische Anwendungen bilden somit die Basis für ihren Beruf.
Im Fach „Physikalische Technik“ des Berufskollegs für physikalisch-technische Assistentinnen und Assistenten erwerben die Schülerinnen und Schüler die grundlegenden Kenntnisse und Fähigkeiten im wissenschaftlichen Arbeiten in physikalischen Kontexten, d. h. sie stellen Hypothesen auf und überprüfen diese rechnerisch und experimentell. Sie setzen Analogien ein, modellieren Vorgänge meist mathematisch und diskutieren die Grenzen dieser Modelle. Dabei nutzen sie digitale Medien und Messwerterfassungssysteme. Auf dieser Basis können sie Messverfahren entwerfen und beurteilen sowie die gesellschaftliche Bedeutung von Technologien einordnen und bewerten. Sie benutzen dabei geeignete Begriffe
Um dies zu erreichen, setzen sie über den Verlauf der Ausbildungszeit hinweg eine zunehmend präzisere Fachsprache ein und erweitern qualitatives Wissen um quantitative Zusammenhänge. Sie wenden physikalische Begriffe und Gesetze zum Aufbau und Durchführung von Experimenten an. Dabei nutzen sie Abschätzungen und Berechnungen. Sie beherrschen verschiedene experimentelle Techniken, setzen Auswerteverfahren ein und analysieren Fehlerquellen. Im Fach „Physikalische Technik“ wird auch die Grundlage für das entsprechende Praktikum gelegt. In beiden Fächern lernen die Schülerinnen und Schüler wichtige Messmethoden und Messgeräte kennen. Die Fächer „Physikalische Technik“ und „Praktikum Physikalische Technik“ sind dadurch eng miteinander verknüpft. Darüber hinaus bestehen vielfältige Wechselbeziehungen zu den Fächern „Mathematik I“, „Informationstechnik“ und „Elektrotechnik/Elektronik“. Dies kann bis zur Bearbeitung von Teilbereichen in Projektarbeiten führen.
So erhalten sie einen Einblick in die naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweise, der sie im Beruf zu einem verständigen Partner von Ingenieurinnen und Wissenschaftlern macht.

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)

40

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Nachhaltige Energieversorgung
Raketenphysik
Analyse Bungee-Sprung
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Grundbegriffe und Grundgrößen der Physik

10

Die Schülerinnen und Schüler dokumentieren physikalische Messwerte in wissenschaftlicher Schreibweise. Mithilfe der Dimensionsprobe überprüfen sie die Ergebnisse von Formelauswertungen auf ihre Richtigkeit hin.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden zwischen physikalischer Größe und deren Einheit. Sie wenden die wissenschaftliche Schreibweise physikalischer Werte mit Einheitenpräfixen oder Potenzschreibweise an.

Physikalische Größen und Maßeinheiten
SI-System
Messbereich und Genauigkeit von Messgeräten
Dimensionsproben
Dichte

BPE 2

Kinematik und Dynamik

35

Die Schülerinnen und Schüler stellen einen Zusammenhang zwischen der Einwirkung auf einen Körper und der daraus resultierenden Bewegungsänderung her. Sie lernen mit dem Impuls eine richtungsabhängige Erhaltungsgröße kennen und berücksichtigen besonders Impulsänderungen bei realen Bewegungen.
Sie bearbeiten mit dem Impulserhaltungssatz Wechselwirkungsprobleme und sind in der Lage, mithilfe der drei Newtonschen Axiome und den Bewegungsgleichungen entsprechende Fragestellungen aus Kinematik und Dynamik zu bearbeiten.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Bewegungen in einer Dimension. Sie stellen diese Bewegungen in Diagrammen dar und interpretieren diese aus Sicht unterschiedlicher Bezugssysteme. Die Schülerinnen und Schüler bestimmen aus den Diagrammen die Geschwindigkeiten. Mithilfe der Bewegungsgesetze führen sie Berechnungen durch.

Durchschnittsgeschwindigkeit Momentangeschwindigkeit
Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit und konstanter Beschleunigung
s(t)-Diagramm
v(t)-Diagramm
Bewegungsgesetze
Geschwindigkeit und Weg als Tangentensteigung und Fläche aus Diagrammen

BPE 2.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Bewegungen mit abschnittsweise
konstanter Geschwindigkeit mithilfe der Geschwindigkeit, des Impulses und deren
Änderungen vektoriell.

Geschwindigkeit und Ort als vektorielle Größen
Orts- und Geschwindigkeitsänderung
Addition und Zerlegung vektorieller Größen
Impuls als vektorielle Größe
Trägheitsgesetz
Impulsänderung

BPE 2.3

Die Schülerinnen und Schüler wenden die Newton'schen Axiome an und erläutern
den Zusammenhang zwischen der einwirkenden Kraft und der Impulsänderung, der
Geschwindigkeitsänderung bzw. der Beschleunigung. Die Schülerinnen und Schüler
analysieren Beispiele aus dem Alltag mithilfe dieser Zusammenhänge.

Kraft als vektorielle Größe

Definition der Kraft
\(\vec{F} = \frac{\vec{{\Delta p}}}{\Delta t} = \frac{m \cdot \vec{{\Delta v}}}{\Delta t} = m \cdot \vec{a}\)
Beschleunigung
Grundgesetz der Mechanik
Impulsänderung

Wechselwirkungsgesetz
Impulsaustausch

BPE 2.4

Die Schülerinnen und Schüler ermitteln die charakteristischen Größen der Bewegung mit konstanter Beschleunigung. Sie erstellen und interpretieren Diagramme und Gesetze von Bewegungen mit konstanter Beschleunigung.
Mithilfe des Superpositionsprinzips untersuchen die Schülerinnen und Schüler den waagerechten Wurf. Sie berechnen unbekannte Größen.

Bewegungen mit konstanter Beschleunigung

s(t)‑, v(t)‑, a(t)-Diagramme
z. B. Herleitung eines Diagramms aus den zugehörigen anderen Diagrammen, Durchschnitts- und Momentanbeschleunigung bei realen Bewegungen
Bewegungsgesetze
Freier Fall, Fallbeschleunigung
Waagerechter Wurf
Bremswege
schwere Masse

BPE 2.5

Die Schülerinnen und Schüler analysieren Bewegungen von Körpern, auf welche mehrere Kräfte gleichzeitig wirken. Sie bestimmen die resultierende Kraft und die daraus folgende Beschleunigung. Mithilfe des Hooke'schen Gesetzes beschreiben die Schülerinnen und Schüler die elastische Verformung von Körpern unter Krafteinwirkung.

2. Newtonsche Axiom
\( \vec{F}_{res} = m \cdot \vec{a}\)
Gewichtskraft
Hooke'sches Gesetz
Reibung

Kräftegleichgewicht
grafische Addition von Kräften, rechnerische Addition nur für orthogonal zueinanderstehende Wirkungslinien
Kraft und ihre Komponenten
schiefe Ebene

BPE 2.6

Zur Beschreibung gleichförmiger Kreisbewegungen aus dem Alltag nennen die Schülerinnen und Schüler entsprechende Fachbegriffe. An einfachen Beispielen untersuchen sie die charakteristischen Größen der Kreisbewegung und berechnen unbekannte Größen.

Umlaufdauer
Frequenz
Bahngeschwindigkeit
Winkelgeschwindigkeit
Zentripetalbeschleunigung
Zentripetalkraft
Drehmoment
Trägheitsmoment

BPE 3

Erhaltungssätze

20

Mithilfe des Konzeptes der Energieerhaltung treffen die Schülerinnen und Schüler qualitative und quantitative Aussagen über die Änderung des Zustandes mechanischer Systeme. Zur Bewertung der Effizienz von Prozessen im Alltag und in der Technik verwenden sie die Begriffe Leistung und Wirkungsgrad. Energie wird als wertvolles Gut erkannt, das nicht in beliebiger Menge verfügbar ist. Die Schülerinnen und Schüler gewinnen Einsicht in die Notwendigkeit, mit Energie sparsam umzugehen. Aus der Kombination von Impuls- und Energieerhaltungssatz berechnen die Schülerinnen und Schüler den Ausgang von Kollisionsexperimenten voraus.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler benennen grundlegende Eigenschaften und Wirkungen der Energie und beschreiben Energieübertragungsketten in Alltag und Technik. Die Schülerinnen und Schüler erklären und deuten die Energie als Erhaltungsgröße.

Energieträger, Energieübertragung,
Energieumwandlung, Energieübertragungsketten
Mechanische, elektrische, thermische,
elektromagnetische Energieformen
Energie als Erhaltungsgröße
erneuerbare Energien

BPE 3.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die bei mechanischen Prozessen auftretenden Energieformen quantitativ. Sie interpretieren Kraft-Weg-Diagramme zur Darstellung der Energieänderung und werten diese quantitativ aus.

Mechanische Energieformen

  • potenzielle Energie im Gravitationsfeld der Erde
mechanische Energiespeicher, z. B. Pumpspeicherkraftwerk
  • potenzielle Energie einer Feder
Federenergie
  • kinetische Energie

  • Rotationsenergie
Schwungrad
Arbeit als Prozess‑, Energie als Zustandsgröße
Energieänderungen durch Reibung
Energieänderung im Kraft-Weg-Diagramm

BPE 3.3

Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Energieerhaltungssatz der Mechanik und wenden ihn zur quantitativen Beschreibung eines Prozesses an. Sie erklären die durch Reibung auftretende Energie und begründen die Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile 1. Art.

Energieerhaltungssatz der Mechanik
Bilanzgleichungen unter Einbeziehung
der Reibung

BPE 3.4

Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Zusammenhang zwischen Energie und Leistung. Sie erklären und bewerten mithilfe von Energieflussdiagrammen den Zusammenhang von zugeführter Energie, nutzbarer Energie und Wirkungsgrad bei Energieübertragungen.

Definition der mechanischen Leistung
Wirkungsgrad
Zugeführte Energie, nutzbare Energie
Energieflussdiagramme
z. B. Energieversorgung, Windkraftanlage,
Elektromotor, Brennstoffzelle,
Kraftwerke, Glühlampe, Leuchtdiode

BPE 3.5

Die Schülerinnen und Schüler bestimmen den Ausgang von Stoßprozessen quantitativ.

Impulserhaltungssatz
elastischer und inelastischer Stoß

BPE 4

Mechanik der Flüssigkeiten und Gase

10

Die Schülerinnen und Schüler deuten Druck als Zustandsgröße ohne Vektorcharakter, sie berechnen den hydrostatischen Druck in Flüssigkeiten. Sie erklären und berechnen den Auftrieb von Körpern in Flüssigkeiten und Gasen.

BPE 4.1

Die Schülerinnen und Schüler deuten Druck als skalare Zustandsgröße. Sie berechnen den hydrostatischen Druck.

Druckausbreitung in ruhenden Flüssigkeiten und Gasen
Druckmessung
Hydrostatischer Druck
hydrostatisches Paradoxon
Luftdruck
Vakuum

BPE 4.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären das Zustandekommen des Auftriebs aufgrund von Druckdifferenzen und berechnen dessen Größe.

Auftrieb
Aräometer als Dichtemesser

BPE 5

Kalorik

25

Die Schülerinnen und Schüler erklären Temperaturmessverfahren und beschreiben Temperaturänderung und das thermische Verhalten von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen. Sie erklären mithilfe der Gasgesetze die Zustandsänderungen idealer Gase und berechnen deren Lösungen.
Die Schülerinnen und Schüler ordnen Wärme als Energiefluss zwischen unterschiedlichen Systemen ein und analysieren diese. Sie erklären die Mechanismen des Wärmetransports. Energetische Aspekte werden von den Schülerinnen und Schülern in Umweltfragen einbezogen.

BPE 5.1

Die Schülerinnen und Schüler erklären Temperaturmessverfahren. Sie berechnen Wärmedehnungsprobleme, untersuchen Zustandsänderungen bei idealen Gasen und ermitteln deren Lösungen.

Temperaturskalen

Temperaturmessverfahren
Ausdehnungsthermometer, Thermoelement,
NTC- und PTC-Widerstände
Thermische Ausdehnung bei Flüssigkeiten und Festkörpern
Druck und Druckmessung

Zustandsgrößen und ‑änderungen des idealen Gases
vgl. „Physikalisch-technische Sondergebiete“

BPE 5.2

Die Schülerinnen und Schüler ordnen Wärme als Energiefluss ein und analysieren Wärmeaustauschvorgänge.

Innere Energie
Wärme als Arbeit
Wärmeleistung
Spezifische Wärmekapazität
Kalorimetrie
Verdampfungs- und Schmelzwärme
Gesamtenergie näherungsweise abgeschlossener Systeme
Energieumwandlung in Wärme-Kraft-Maschinen

BPE 5.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Mechanismen des Wärmetransports.

Wärmeleitung
Wärmeisolation, k-Wert
Wärmestrahlung
IR-Strahlung, Treibhauseffekt
Konvektion

Zeit für Leistungsfeststellung

20

140

160

Schuljahr 2

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

40

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Bau eines Tubulums
Bau eines Temporalkompressors
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 6

Elektrisches Feld

10

Die Schülerinnen und Schüler lernen den Feldbegriff als themenübergreifendes Konzept kennen. Sie beschreiben mithilfe von geeigneten Modellen und Experimenten anschaulich elektrische Felder von statischen, elektrischen Ladungen und stellen funktionale Zusammenhänge zwischen feldbestimmenden Größen des elektrischen Feldes her.

BPE 6.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und untersuchen experimentell die Struktur elektrischer Felder unter Einbeziehung geeigneter Modelle. Sie erläutern und veranschaulichen die Aussagen, Idealisierungen und Grenzen von Modellen elektrischer Felder.

Feldlinienbilder homogener und nicht
homogener Felder
unterschiedliche Darstellungsformen,
z. B. Vektoren, Graustufen, Feldflächen
(Äquipotenzialflächen)
  • Felder von Punktladungen
  • Feld eines Dipols
  • Feld eines Plattenkondensators

BPE 6.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären experimentell den Zusammenhang der Kraftwirkung auf eine Probeladung und der elektrischen Feldstärke. Sie wenden die Definitionsgleichung der elektrischen Feldstärke an und geben sie als vektorielle Größe an. Mithilfe des Superpositionsprinzips beschreiben und erklären sie die Überlagerung von elektrischen Feldern.

Elektrische Feldstärke
Analogie zur Gravitationsfeldstärke
Coulomb'sches Gesetz
Analogie zum Gravitationsgesetz
Überlagerung der elektrischen Felder von Punktladungen

BPE 6.3

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Spannung als Potenzialdifferenz und stellen mithilfe von Äquipotenziallinien den Zusammenhang zwischen Potenzial und elektrischem Feld her. Den Zusammenhang von elektrischen und konstruktiven Größen am Plattenkondensator beschreiben die Schülerinnen und Schüler quantitativ und analysieren experimentell dessen Eigenschaften. Darüber hinaus bestimmen sie die Energie und Energiedichte des Plattenkondensators.

Elektrische Spannung als Potenzialdifferenz

  • Äquipotenziallinien
Äquipotenzialflächen (Feldflächen)
  • Kapazität
Plattenkondensator, Flächenladungsdichte
  • Dielektrikum

  • Feldenergie
Energiedichte

BPE 7

Magnetisches Feld

10

Die Schülerinnen und Schüler lernen den Feldbegriff als themenübergreifendes Konzept kennen. Sie beschreiben mithilfe von geeigneten Modellen und Experimenten anschaulich magnetische Felder von Dauermagneten und elektrischen Strömen und stellen funktionale Zusammenhänge zwischen den feldbestimmenden Größen des magnetischen Feldes her.

BPE 7.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und deuten auf der Grundlage von Experimenten den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und magnetischem Feld. Die Struktur magnetischer Felder stellen sie unter Einbeziehung geeigneter Modelle dar und diskutieren deren Grenzen.

Magnetische Werkstoffe
Modell der Elementarmagnete
Oersted-Versuch
Permanentmagnete
Feldlinienbilder homogener und nicht
homogener Felder
unterschiedliche Darstellungsformen,
z. B. Vektoren, Graustufen, Feldflächen
  • Feld um einen geraden Leiter, Handregel
  • Feld einer Spule


BPE 7.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und untersuchen ausgehend von Experimenten die Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld. Sie wenden die Definitionsgleichung der magnetischen Flussdichte an und beschreiben und analysieren das Magnetfeld im Innern einer schlanken Spule.

Magnetische Flussdichte
Magnetfeld der Erde
  • Kraft auf stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld
  • Drei-Finger-Regel
  • Definitionsgleichung
Hallsonde

Magnetische Flussdichte im Innern einer schlanken Spule

BPE 7.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Erzeugung von Spannung durch Induktion. Sie berechnen charakteristische Größen und erläutern technische Anwendungen der Induktion.

Induktion

  • durch bewegten Leiter
  • durch Flächenänderung
  • durch Änderung des Magnetfeldes
  • technische Anwendungen
  • magnetischer Fluss

  • allgemeines Induktionsgesetz
Generator, Transformator, induktives Laden

BPE 8

Geometrische Optik

15

Die Schülerinnen und Schüler wenden das Strahlenmodell an. Sie zeichnen Strahlengänge und führen Berechnungen zum Strahlenverlauf aus.

BPE 8.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Lichteigenschaften qualitativ.

Lichtreflexion
Energieumwandlung in Wärme
Lichtabsorption
Lichttransmission

Lichtquellen
Schatten, Mondfinsternis, Sonnenfinsternis

BPE 8.2

Die Schülerinnen und Schüler berechnen den Strahlenverlauf und wenden das Abbildungsgesetz auf optische Bauelemente an.

Abbildungsgesetz
Lochkamera
Reflexionsgesetz
Planspiegel
Wölbspiegel, Hohlspiegel
Refraktionsgesetz
Planparallele Platte
Sammellinse
Streulinse

Totalreflexion
Endoskop, Umlenkprisma, Refraktometer, Lichtleiter

BPE 8.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Funktion optischer Geräte.

Kamera
Digitalkamera, Webcam
Projektor
Beamer
Mikroskop
Lupe, Lichtmikroskop
Teleskop

BPE 9

Mechanische Schwingungen

15

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben periodische Vorgänge. Sie erhalten einen quantifizierenden Zugang zur Beschreibung von Schwingungsvorgängen, indem sie in Bilanzen und Gleichgewichten denken.

BPE 9.1

Die Schülerinnen und Schüler führen Experimente zu mechanischen Schwingungen durch. Sie benennen die Kenngrößen harmonischer Schwingungen und beschreiben Schwingungsvorgänge durch Funktionen. Sie ordnen lineare Rückstellkräfte harmonischen mechanischen Schwingungen zu und diskutieren den Austausch von Energie zwischen Energiereservoiren. Schließlich berechnen die Schülerinnen und Schüler unbekannte Größen.

Beispiele für ungedämpfte mechanische Schwingungen
Federpendel, Fadenpendel
harmonische Schwingungen
Kenngrößen: Schwingungsdauer, Frequenz, Amplitude
Zusammenhang zwischen linearer Rückstellkraft und harmonischer Schwingung

Auslenkungs-Zeit-Gesetz s(t)
ergänzend v(t) und a(t)
Energiebetrachtung
Gedämpfte Schwingung
Resonanz

BPE 10

Mechanische Wellen

15

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln zunächst anhand von mechanischen Wellen ihre Modellvorstellungen von Wellen als räumlich und zeitlich periodische Vorgänge. Die Schülerinnen und Schüler lernen mit der Interferenz und der Beugung zwei Phänomene kennen, die bei all diesen Wellenarten auftreten und mithilfe des Superpositionsprinzips und des Huygens'schen Prinzips erklärt werden können.

BPE 10.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben lineare mechanische Wellen durch ihre charakteristischen Größen und stellen ihre Ausbreitung in unterschiedlichen Diagrammen dar.

Lineare mechanische Wellen

  • Transversal- und Longitudinalwellen
Seilwellen, Schallwellen
  • Kenngrößen
Tonhöhe, Lautstärke, Schallgeschwindigkeit
  • Zusammenhang zwischen Frequenz, Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit
Infraschall, Ultraschall
Dopplereffekt
  • grafische Darstellung der sinusförmigen Querwelle
zwei Betrachtungen: t = konstant, x = konstant
s(t, x)

BPE 10.2

Die Schülerinnen und Schüler erläutern das Zustandekommen von eindimensionalen stehenden Wellen mittels Interferenz und erklären die Beugung von Wellen mithilfe des Huygens'schen Prinzips. Sie beschreiben mithilfe des Gangunterschieds die Überlagerung von zweidimensionalen mechanischen Wellen und ermitteln Orte destruktiver und konstruktiver Interferenz.

Überlagerung mechanischer Wellen

  • Interferenz

  • stehende Welle
Kundt’sches Rohr
  • offenes und festes Ende
Anwendung z. B. Musikinstrumente mit Grund- und Oberschwingungen, Schwebungen
  • Eigenfrequenzen
  • Resonanz

Zweidimensionale mechanische Wellen
qualitativ
dreidimensionale mechanische Wellen
  • Huygens’sches Prinzip, Brechung

  • Reflexion, Beugung, Interferenz

BPE 11

Wellenoptik

20

Die Schülerinnen und Schüler wenden das Wellenmodell und das Photonenmodell an und erschließen so weitere Lichteigenschaften und Eigenschaften elektromagnetischer Wellen.

BPE 11.1

Die Schülerinnen und Schüler übertragen das Wellenmodell aus der Mechanik auf elektromagnetische Wellen.

Lichtwellen, Lichtintensität
Analogie zu Schallwellen
Lichtgeschwindigkeit
Vergleich mit Schallgeschwindigkeit
Wellenlänge und Farbe: VIS, IR, UV
vgl. „Physikalisch-technische Sondergebiete“ (BPE 7)
Monochromator
Lichtbeugung am Gitter
Reflexion und Brechung im Vergleich zur Strahlenoptik
  • Interferenz an dünnen Schichten
Entspiegelung
  • polarisiertes Licht
Polarisationsfilter
  • weitere elektromagnetische Wellenarten
Radiowellen, Mikrowellen, Röntgenstrahlung, \(\gamma\)-Strahlung, Höhenstrahlung

BPE 11.2

Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Zusammenhänge für das Phänomen der Farben.

Lichtspektrum
Dispersion, Spektrometer
Farbaddition, Komplementärfarben
Farbmonitor
Farbsubtraktion
vgl. „Physikalisch-technische Sondergebiete“ (BPE 7)

BPE 11.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Energiequantelung mithilfe des Photonenmodells.

Photon

Photonenenergie
Planck-Konstante
Fluoreszenz, Phosphoreszenz

Laser
Entfernungsmesser
Röntgenröhre
Bremsstrahlung, K-Strahlung

BPE 12

Kernphysik und Radioaktivität

15

Die Schülerinnen und Schüler wenden das Atommodell an und entwickeln so ein Verständnis für radioaktive Eigenschaften von Materie und wenden diese technisch an.

BPE 12.1

Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden verschiedene Strahlungsarten und deren Eigenschaften.

Atomkern
vgl. „Physikalisch-technische Sondergebiete“ (BPE 1)
Isotope
Isotopentafel
Eigenschaften radioaktiver Strahlung

\(\alpha\)‑, \(\beta\)‑, \(\gamma\)-Strahlung
Ablenkung, Absorption

BPE 12.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Ursache von Radioaktivität und wenden radioaktive Kenngrößen zur Bewertung von Gefahren durch Radioaktivität an.

\(\alpha\)‑, \(\beta\)‑, \(\gamma\)-Zerfall
Natürliche Zerfallsreihen
Halbwertszeit
Aktivität

Strahlenschutz
Dosis

BPE 12.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben kernphysikalische Vorgänge im Universum und in der Technik.

Ursache von natürlicher Radioaktivität
Geologie, Atmosphäre
Kernfusion auf der Sonne

Kernspaltung
Kernreaktor
Technische Anwendungen
C-14-Altersbestimmung

Zeit für Leistungsfeststellung

20

140

160

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

Amtsblatt des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg

Stuttgart, Datum
Bildungsplan für das Berufskolleg
hier:
Berufskolleg für technische Assistenten (Bildungsplan zur Erprobung)
Vom Datum
Aktenzeichen

I.

II.

Für das Berufskolleg gilt der als Anlage beigefügte Bildungsplan.
Der Bildungsplan tritt
für das Schuljahr 1 am 1. August 2023
für das Schuljahr 2 am 1. August 2024
in Kraft.

Zum Zeitpunkt des jeweiligen Inkrafttretens tritt der im Lehrplanheft 2/2008 in diesem Fach veröffentlichte Lehrplan für die zweijährige zur Prüfung der Fachschulreife führende Berufsfachschule vom 08.08.2008, Band 1 (Az. 45-6512-2220/51) außer Kraft.
Fachname – Bildungsplan zur Erprobung
Bildungsplan für das Berufskolleg
Richtung (z.B. Biologisch technische Assistenten)
Schwerpunkt BIB

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