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Praktikum Elektronik

Vorbemerkungen

Fachliche Vorbemerkungen
Das Fach „Praktikum Elektronik“ gewährleistet eine Verzahnung zwischen dem Theorie-Unterricht und der Praxis, d. h. dem realen Verhalten von elektronischen Bauteilen und Geräten.
Im Gegensatz zur theoretischen Betrachtung erfolgt hier die praktische Arbeit im Elektroniklabor. Als Basis zum sicheren Umgang mit den eingesetzten Geräten ist eine Einweisung in Laborordnung und Unfallverhütungsvorschriften unumgänglich. Daher ist eine grundlegende Einarbeitung in die Gegebenheiten eines Laborarbeitsplatzes Bestandteil des praktischen Unterrichts. Zusätzlich erfolgt eine Unterweisung in Erste-Hilfe-Maßnahmen sowie in den umweltgerechten Einsatz der notwendigen Ressourcen (BPE 1).
Im Fach „Praktikum Elektronik“ findet eine Verifizierung theoretisch erworbener Kenntnisse statt. Dies bedeutet, dass die in der Theorie erarbeiteten Erkenntnisse, Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhänge bezüglich des realen Verhaltens von elektronischen Bauteilen und Schaltungen mittels Schaltungsaufbau und Messung, unter Zuhilfenahme geeigneter Messgeräte, auf ihre Gültigkeit verifiziert werden (BPE 2). Dies führt zur Festigung der im Fach „Elektronik“ gewonnenen Erkenntnisse, die oftmals abstrakt in der Theoriebetrachtung und deren Analysemethoden zur Anwendung kommen.
In der Theorie finden Betrachtungen häufig unter idealisierten Bedingungen statt, wie z. B. idealisierte Spannungsquellen oder Messgeräte. Das reale Verhalten von elektronischen Bauteilen und Schaltungen ist deshalb oft abweichend bezüglich ihrer theoretischen Betrachtung – es besteht eine Diskrepanz zwischen Theorie und Praxis. Das Aufzeigen dieser Differenzen bzw. der Unterschiede kann nur durch den praktischen Einsatz von Bauteilen, Geräten und technischen Aufbauten erreicht werden.
Beim Einsatz von Messgeräten ist dabei zu achten, dass diese für die jeweilige Situation passend bzw. geeignet sind. Auf Grund systematischer, zufälliger und durch Toleranzen auftretender Fehlerursachen können Messdaten zu falschen Ergebnissen und damit auch zu falschen Rückschlüssen bzw. Erkenntnissen führen. Um den Eintrag von Störungen durch das Auftreten dieser Fehlerquellen zu minimieren, ist ein bewusster und reflektierter Einsatz von Messgerätschaften unter realen Bedingungen, wie es beim praktischen Unterricht gewährleistet ist, unerlässlich. Eine besondere Rolle spielt hier der Einsatz von Oszilloskopen. Sie dienen der grafischen Darstellung von Signalverläufen und sind in Industrie und Forschung eines der unentbehrlichsten Messgeräte (BPE 3). Die Schülerinnen und Schüler können die hier erworbenen Kenntnisse bei der zeitlichen Betrachtung digitaler Signale im Fach Informationstechnik Praktikum anwenden.
Unabhängig von den theoretischen Bildungsplaneinheiten BPE 1 und BPE 2 sind die Techniken zur Verbindung von elektronischen Bauteilen (BPE 4) sowie der Einsatz von Printed Circuit Boards (PCB), d. h. von Platinen bzw. Leiterplatten (BPE 5). Alle elektronischen Entwicklungen für Geräte und Apparaturen beinhalten PCBs und sind über verschiedene Löttechniken miteinander verbunden. Der Einsatz von Löttechniken und der Umgang bzw. die Herstellung von PCBs kann nur im Praxisunterricht stattfinden. Hier ist entscheidend, dass Bauteile sorgsam behandelt werden, sei es durch Vermeidung von Elektrostatik oder übermäßigem Temperatureinsatz bei Lötarbeiten. Der komplette Entwicklungsprozess einer Platine vom Layout mit CAD-Unterstützung, dem Ätzen der Leiterbahnstrukturen bis hin zur Bestückung der Platine kann nur im Praxisunterricht unterstützt und sichergestellt werden.

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)

30

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Herstellung einer elektrischen Schaltung auf Leiterplatte: Bestücken, Löten, Funktionskontrolle (elektronischer Würfel o. ä.)
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Sicherheits- und Unfallverhütungsvorschriften

5

Durch Kenntnis einschlägiger Sicherheits- und Unfallverhütungsvorschriften sollen die Schülerinnen und Schüler Maßnahmen zur Vermeidung von Unfällen an elektrischen Anlagen beschreiben. Sie sind in der Lage, die Gefahren des elektrischen Stroms zu benennen und Gefährdungspotenziale zu bewerten.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler formulieren anwendungsbezogene sicherheitstechnische Maßnahmen und wenden diese an.

Sicherheitsregeln

  • Labor‑/Werkstattordnung

  • Unfallverhütung
inkl. Sicherheitszeichen
  • Gefahren elektrischer Strom
fünf Sicherheitsregeln
  • Sofortmaßnahmen bei Elektrounfällen
Erste Hilfe (Hilfeleistung vor Ort)
  • Umweltschutz
Entsorgung Platinen‑/Lötzinnreste

BPE 2

Elektrische Grundschaltungen

25

Die Schülerinnen und Schüler erklären den Aufbau elektrischer Grundschaltungen und analysieren seine Zusammenhänge. Sie ermitteln die Anwendung geeigneter Messgeräte und führen einfache Messungen an elektrischen Grundschaltungen durch.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler geben die unterschiedlichen Messgerätearten an und beschreiben die Vorgehensweise bei deren Einsatz.

Unterscheidung nach

  • Bauart und Anzeigeart
mobile und eingebaute Messgeräte, analoges und digitales Multimeter
Aufbau von Messgeräten allgemein

  • korrekte Einstellung und Anwendung
Anschlüsse und Bedienung allgemein

BPE 2.2

Die Schülerinnen und Schüler führen Messungen verschiedener Größen wie Strom, Spannung und Widerstand durch und dokumentieren die Ergebnisse. Die Schülerinnen und Schüler leiten aus den Ergebnissen Gesetzmäßigkeiten ab.

Messungen an einfachen Widerstandsnetzwerken

  • Ohm'sches Gesetz
Kennlinienaufnahme U, I
  • Reihenschaltung

  • Parallelschaltung

  • gemischte Schaltung

  • Widerstandsbrückenschaltung
evtl. Abgleich mit NTC/ PTC
  • Leistungsbestimmung

Messungen an Schaltungen mit Dioden
Kennlinienaufnahme einer LED
Messungen mit realen Spannungsquellen
an Netzteil, Batterie
  • Belastungskennlinie U(I) mit Leerlauf, Kurzschluss

  • Ersatzschaltbild mit Innenwiderstand, Leerlaufspannung, Klemmenspannung

Messungen an Transistorschaltungen
Transistor als Schalter

BPE 3

Darstellung von zeitlich veränderlichen Signalen

10

Die Schülerinnen und Schüler bestimmen den Verlauf zeitlich veränderlicher Signale. Sie stellen die unterschiedlichen Signalformen dar und charakterisieren deren Gesetzmäßigkeiten. Sie führen zielgerichtete Messungen mit dem Oszilloskop durch.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Zusammenhänge bei der Signalaufzeichnung eines digitalen Speicheroszilloskops und stellen die aufgezeichneten und abgespeicherten digitalisierten Werte in geeigneter Form dar.

Grundlegende Einstellungen

  • Eingangskopplung
DC, AC, GND
  • Horizontale Ablenkung / ‑Skalierung
Zeitbasis, Time-Base, Time/Div
  • Vertikale Ablenkung / ‑Skalierung
Y-Scale, Volt/Div
  • Trigger
Trigger-Level, ‑Mode (Auto, Normal, Single)
Messfunktionen
manuell, automatisch, Cursor, Trace (Spur)

BPE 3.2

Die Schülerinnen und Schüler messen mit dem Oszilloskop verschiedene Spannungen. Sie analysieren messtechnisch erfasste Signalverläufe und beschreiben Wechselspannungen mit Fachbegriffen, Kenngrößen und Formeln.

Messung, Auswertung und Berechnung von Spannungsverläufen mit dem Oszilloskop

  • Kurvenformen Sinus, Rechteck, u(t)

  • Periodendauer und Frequenz

  • Spannungshöhe, Effektivwert

  • Impulsdauer und Pausendauer

  • Tastgrad (PWM)

BPE 4

Verbindungstechniken der Elektronik

10

Die Schülerinnen und Schüler führen eigenständig Lötverbindungen durch. Hierbei beachten sie Maßnahmen zum Unfall- und Umweltschutz. Die Lötverbindungen werden von den Schülerinnen und Schülern überprüft und sie bewerten die Qualität der Verbindungen.

BPE 4.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Gefahren der Löttechnik in Bezug auf Umweltschutz und Arbeitsschutz. Sie führen Lötprozesse unterschiedlicher Art durch und beurteilen diese.

Sicherheitsregeln

  • Gefahren beim Löten
Erste Hilfe bei Verbrennungen
  • umweltgerechte Entsorgung der eingesetzten Materialien
Recycling der Wertstoffe
Löttechnik

  • Lötvorgang und Materialien
Lötkolben, Elektronikseitenschneider
  • Verzinnen von Leitungen
Verzinnung feindrahtiger Litzen
  • Lötübungen auf Platinen
Abrichten von Bauteilen, Bestücken und Löten
  • Entlöten und Fehlerbehebung
Entlöten mit der Entlötpumpe oder Entlötlitze

BPE 5

Bearbeitung von Leiterplatten

25

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln und bauen elektronische Schaltungen mit bis zu 20 verschiedenen Bauteilen auf. Sie analysieren die selbst gebauten Schaltungen und beheben kleine Fehlerquellen.

BPE 5.1

Die Schülerinnen und Schüler benennen verschiedene Leiterplatten im Aufbau und in deren Anwendung.

Beschreibung verschiedener Leiterplatten
Punkt-Streifenrasterplatinen, Single‑/Multilayer, Via, Lötstopplack, Bestückungsdruck, Europaplatine

BPE 5.2

Die Schülerinnen und Schüler sind im Stande, elektronische Schaltungen selbstständig am Rechner zu entwerfen, aufzubauen und die Funktion zu prüfen. Sie ermitteln bei fehlerhaftem Verhalten die Ursache.

Aufbau einfacher Schaltungen auf Platinen

  • Kennenlernen verschiedener Bauteile
Bauformen und Eigenschaften von z. B. Widerständen, Leuchtdioden, ICs
  • Umgang mit Schaltplänen
Lesen bestehender Schaltpläne, computergestützter Entwurf neuer Schaltpläne
  • Erstellung einer Platine (PCB) anhand eines Schaltplans

  • fachgerechte Bearbeitung unterschiedlicher Platinen
Zurechtschneiden, Bohren und Bestücken von Platinen, Verlöten der Bauteile, Inbetriebnahme und Fehlersuche

Zeit für Leistungsfeststellung

15

105

120

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 Informationstechnik
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.

Praktikum Elektronik – Bildungsplan zur Erprobung
Bildungsplan für das Berufskolleg
Informationstechnische Assistenten

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