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Physikalisches und physikalisch-chemisches Praktikum

Vorbemerkungen

Fachliche Vorbemerkungen
Der Arbeitsbereich der modernen physikalischen Chemie stellt eine wesentliche Schlüsselqualifikation in der Ausbildung zum Chemisch-technischen Assistenten, zur Chemisch-technischen Assistentin dar. Das Fach „Physikalisches und physikalisch-chemisches Praktikum“ vermittelt den Schülerinnen und Schülern Kompetenzen und vertieftes Fachwissen und legt Grundlagen für die komplexen Zusammenhänge der instrumentellen Analytik.
Eine enge Verzahnung von Theorie und Praxis ist die Basis für die Bearbeitung beruflich relevanter problemorientierter Handlungssituationen und wird durch die fächerübergreifende Zusammenarbeit mit den Fächern „Physik“, „Physikalische Chemie“, „Instrumentell analytisches Praktikum“, „Mathematik I“ und „Berufsbezogene Datenverarbeitung“ verwirklicht. Insbesondere im zweiten Ausbildungsjahr können Teilbereiche mit dem „Instrumentell analytischen Praktikum“ verknüpft werden, wodurch den Schülerinnen und Schülern eine umfassende Handlungskompetenz vermittelt wird.
Die parallel vermittelten Kompetenzen und Arbeitsmethoden aus den Fächern „Physik“, „Physikalische Chemie“ und „Mathematik I“ sowie „Analytisch anorganisches Praktikum“ sind notwendige Voraussetzungen, um grundlegende physikalische und physikalisch chemische Messverfahren zu erlernen, Messdaten zu erfassen und auszuwerten sowie auf berufsbezogene Problemstellungen anzuwenden.
Die Kenntnisse aus dem ersten Ausbildungsjahr sind die grundlegenden Kompetenzen, die zum Arbeiten an modernen Analysesystemen benötigt werden. Hierbei wenden die Schülerinnen und Schüler bei elektrochemischen, spektroskopischen und chromatografischen Messungen verschiedene Kalibriermethoden an und beurteilen die Ergebnisse. Dadurch wird ein aktueller Praxisbezug zur Arbeitswelt hergestellt. Darüber hinaus wird der sichere Umgang mit analytischen Geräten geschult.
Durch eine situativ angepasste Sozialform wie z. B. Einzel- oder Partnerarbeit werden die Schülerinnen und Schüler kognitiv aktiviert und individuell gefördert. Die gewählte Problemstellung ermutigt die Schülerinnen und Schüler dazu eigene Ideen, Arbeitsabläufe und Lösungsansätze zu entwickeln.
Die in beiden Ausbildungsjahren durchgeführten Versuche sollen einerseits zum Verständnis der Theorie beitragen und andererseits die in der beruflichen Praxis angewandten Messverfahren nahebringen. Die Ergebnisse werden protokolliert und ausgewertet. Durch die gewissenhafte Dokumentation und Auswertung der Messdaten werden die in der Industrie geltenden Prinzipien der Guten Laborpraxis vermittelt. Diese stellt eine essenzielle Anforderung für Chemisch-technische Assistentinnen und Assistenten im beruflichen Arbeitsumfeld dar. Die Versuche sollen selbstständig, allein oder in kleinen Gruppen durchgeführt werden.
Aufgrund der engen Verzahnung mit anderen Fächern können Teilbereiche in andere Praktika übertragen und weiter vertieft werden. Da jede Schule eine andere Ausstattung an Laborgeräten aufweist, können unterschiedliche Schwerpunkte im Praktikum gesetzt werden. Dies trifft vor allem auf das zweite Ausbildungsjahr zu, indem die Schülerinnen und Schüler die Anwendung an modernen analytischen Geräten erlernen. Die Ergebnisse werden protokolliert und ausgewertet.
Das Fach „Physikalisches und physikalisch-chemisches Praktikum“ 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.
Dichtebestimmung mit einem Pyknometer und Aerometer
Totalreflexion im Wasserstrahl und Glasfaserkabel
pH-Wert von Lebensmitteln
Konduktometrische Untersuchungen von Wasserproben
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Physikalische und physikalisch-chemische Messungen

50

Die Schülerinnen und Schüler wenden Messverfahren aus verschiedenen Bereichen der Physik und der physikalischen Chemie an. Dabei dokumentieren die Schülerinnen und Schüler die Messdaten und werten die Ergebnisse aus.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler führen grundlegende Messungen zu physikalischen Größen durch und übertragen die erlernten Fertigkeiten auf berufsbezogene Problemstellungen. Sie dokumentieren die Messdaten, werten die Ergebnisse aus und beurteilen diese.

Physikalische Größen messen

  • Masse
  • Volumen
  • Dichte
  • Druck
  • Temperatur
  • pH-Wert
  • Stromstärke
  • Spannung
  • elektrischer Widerstand
  • elektrische Leitfähigkeit

Versuch zu idealen Gasen
vgl. „Physikalische Chemie“ (BPE 2)
  • Modellversuch zum idealen Gas

Versuche zur Optik
vgl. „Physikalische Chemie“ (BPE 1)
  • Lichtbrechung/Prisma
  • Flammenfärbung
  • Refraktometrie
  • Polarimetrie

Versuche zur Wärmelehre
vgl. „Physikalische Chemie“ (BPE 5)
  • Neutralisationsenthalpie
  • Kalorimetrie

Versuche zur Kinetik

  • Reaktionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Konzentration und Temperatur
RGT-Regel
Anwendungsbezogene Berechnungen im Labor
vgl. „Mathematik I“ (BPE 3) und (BPE 4)
  • chemische Grundgrößen
  • Gehaltsgrößen
  • Herstellung von Lösungen
  • Aufstellung von Reaktionsgleichungen

Protolyse- und Löslichkeitsgleichgewichte
vgl. „Mathematik I“ (BPE 5)

Zeit für Leistungsfeststellung

10

70

80

Schuljahr 2

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

50

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Großtechnische Verfahren
Wasseranalytik
Pharmazeutische Produkte
Lebensmittelanalytik
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 2

Physikalisch-chemische Messungen

125

Die Schülerinnen und Schüler führen physikalisch-chemische Versuche im Bereich der Elektrochemie, der Spektrometrie und der Chromatografie durch. Hierbei wenden sie verschiedene Kalibriermethoden an und beurteilen die Ergebnisse.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler planen physikalisch-chemische Versuche, führen diese durch und werten die Messergebnisse computergestützt aus.

Elektrochemische Methoden

  • Bestimmung von Standardpotentialen

  • Galvanische Elemente
Brennstoffzelle
  • Leitfähigkeitsmessung und konduktometrische Titrationen
  • potenziometrische Messungen und Titrationen

  • automatisierte Titrationen
Karl-Fischer-Titration
  • Elektrogravimetrie

Spektrometrische Methoden
NMR-Spektrometer , Massenspektrometer
  • Polarimetrie
  • fotometrische Konzentrationsbestimmung
  • UV-VIS-Spektrometer

  • IR-Spektrometer

  • Atomabsorptionsspektrometrie (AAS)

  • Grundlagen der Emissionsspektrometrie
Fluoreszenz-Spektrometrie
Atomemissionsspektrometrie (AES)
Chromatografische Methoden

  • Gaschromatografie (GC)
GC-MS
  • Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (HPLC)
HPLC-MS
  • Ionenchromatografie (IC)
  • Dünnschichtchromatografie (TLC)

Anwendungsbezogene Berechnungen im Labor
vgl. „Mathematik I“ (BPE 3) und (BPE 4)
  • chemische Grundgrößen
  • Gehaltsgrößen
  • Herstellung von Lösungen
  • Aufstellung von Reaktionsgleichungen

Protolyse- und Löslichkeitsgleichgewichte
vgl. „Mathematik I“ (BPE 5)

BPE 2.2

Die Schülerinnen und Schüler wenden verschiedene Kalibriermethoden an, werten diese computergestützt aus und bewerten diese.

Kalibriermethoden

vgl. „Mathematik I“ (BPE 1) und „Berufsbezogene Datenverarbeitung“ (BPE 2)
  • Einpunkt‑, Zweipunkt- und Mehrpunktkalibrierung (lineare Funktionen)
  • interne und externe Standardmethoden
  • Flächenprozentverfahren
  • Additionsverfahren
  • nichtlineare Kalibrierung

Zeit für Leistungsfeststellung

25

175

200

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, 07.09.2024
Bildungsplan für das Berufskolleg
hier: Berufskolleg für chemisch-technische Assistenten
Berufskolleg für technische Assistenten (Bildungsplan zur Erprobung)
Vom
Aktenzeichen KM 41-6623-3/4/1

I.

II.

Für das Berufskolleg gilt der als Anlage beigefügte Bildungsplan.
Der Bildungsplan gilt
für das Schuljahr 1 ab 1. August 2023.
für das Schuljahr 2 ab 1. August 2024.

Physikalisches und physikalisch-chemisches Praktikum – Bildungsplan zur Erprobung
Bildungsplan für das Berufskolleg
Chemisch-technische Assistenten

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