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Elektronik

Vorbemerkungen

Fachliche Vorbemerkungen

1. Fachspezifischer Bildungsauftrag (Bildungswert des Faches)
Unsere Informationsgesellschaft wäre ohne eine leistungsfähige Elektronik nicht möglich. Elektronik verwenden die Schülerinnen und Schüler täglich im schulischen, privaten und später auch im beruflichen Bereich.
Zielsetzung des Fachs „Elektronik“ ist es, dass die Schülerinnen und Schüler einen Einblick in die Technologien bekommen, die heutzutage verwendet werden. Es geht um grundlegende Funktionsweisen und die wichtigsten Merkmale dieser Systeme, die im Rahmen der Digitalisierung der Arbeits- und Lebenswelt eine immer wichtigere Rolle spielen. Neben der Kommunikationstechnik ist der Umgang mit elektrischer Energie ein zentrales Thema in unserem Lebensumfeld. Elektrische Energie, wenn nachhaltig aus erneuerbaren Energien erzeugt, ist aus unserer technisierten Welt nicht mehr wegzudenken.

2. Fachliche Aussagen zum Kompetenzerwerb, prozessbezogene Kompetenzen
Beim Umgang mit elektronischen Geräten und Systemen wird immer seltener die Ebene diskreter Bauelemente erreicht. Stattdessen verwendet man Baugruppen oder Module, die sich bereits fertig bestückt auf Platinen befinden. Die Schülerinnen und Schüler werden im Ausbildungsgang in die Lage versetzt, derartige Module auszuwählen, zu konfigurieren und miteinander zu verbinden. Dazu ist detailliertes Wissen bezüglich Spannungsversorgung, Verbindungstechnik, Kommunikationsprotokolle und Mikrocontrollerprogrammierung aber auch Betriebssicherheit oder elektromagnetische Verträglichkeit erforderlich. Ganz generell erwerben Schülerinnen und Schüler Kompetenzen hinsichtlich des Erfassens und der Problemlösefähigkeit von komplexen Systeminhalten. Dazu gehören der Umgang mit Datenblättern oder auch die Verwendung von Simulationsprogrammen.
Dabei gilt es vor allem, auch neue Entwicklungen im Bereich der Elektronik nachvollziehen zu können.
Die Schülerinnen und Schüler können dann ihr erworbenes Wissen in Handlungskompetenzen anwenden. Da die allermeisten Schülerinnen und Schüler des Bildungsgangs am freiwilligen Zusatzunterricht zur Erlangung der Fachhochschulreife teilnehmen, ist es unerlässlich, auch im fachtheoretischen Unterricht die Grundlagen für einen erfolgreichen Hochschulbesuch zu legen. Dazu gehören die Interpretation von Grafiken und Diagrammen, mathematische Betrachtungen und die Arbeit mit Kommunikationsmodellen.

3. Ergänzende fachliche Hinweise
Schuljahr 1
Im ersten Schuljahr liegt der Schwerpunkt auf der Vermittlung elektrischer Grundgrößen und den dazugehörigen Gesetzmäßigkeiten. Zur Veranschaulichung werden konkrete Anwendungsbeispiele aus der Energietechnik verwendet.
Elektronische Komponenten werden z. B. eingesetzt, um Schaltungen zu versorgen.
Schuljahr 2
Im zweiten Schuljahr werden Elektronische Komponenten verwendet, mit deren Hilfe Signale erzeugt, erfasst und verarbeitet, elektrische Antriebe angesteuert und Messwerte von Sensoren erfasst werden können. Dabei kommen gängige Kommunikationsschnittstellen zum Einsatz.

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.
Fertigung und Inbetriebnahme eines Ladegeräts zum automatisierten Laden von Akkuzellen
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Elektrische Energieerzeugung und -verteilung

50

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben elektrotechnische Zusammenhänge im System Energieerzeugung-Energieverteilung. Sie untersuchen die technischen Herausforderungen bei der Energiewandlung. Sie berechnen elektrische Grundgrößen in einfachen Grundschaltungen und bewerten das elektrische Verhalten von Bauteilen anhand ihrer Kennlinien. Sie erläutern den effizienten Umgang mit elektrischer Energie am Beispiel der Energiewandlung in energiesparenden Stromversorgungen. Die Schülerinnen und Schüler analysieren analoge und digitale Signale mithilfe geeigneter elektronischer Komponenten. Sie planen ihre Schaltungen dabei unter Berücksichtigung der Vorgaben aus den entsprechenden Datenblättern.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Zusammenhänge der Begriffe Energieerzeugung, Energieverteilung und Energiespeicherung. Sie beurteilen Systeme zur Erzeugung, Verteilung und Speicherung elektrischer Energie und ermitteln Energiekosten unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades. Sie führen Berechnungen unter Verwendung der entsprechenden Basiseinheiten durch und dokumentieren Ergebnisse mittels geeigneter grafischer Darstellungen.

Energieversorgung

  • Energieerzeugung
Generatorprinzip, Batterie
  • Energiespeicherung
Akku
  • Energienetz
Hoch- und Niederspannungsnetz, Transformator
  • Energiekosten, Wirkungsgrad
Kosten pro kWh
  • Technologieschema, Blockschaltbild

  • Energieflussdiagramm

  • Umwandlung von Basiseinheiten
Ws, kWh

BPE 1.2

Die Schülerinnen und Schüler berechnen elektrische Grundgrößen in elektrischen Grundschaltungen und erklären das elektrische Verhalten von Spannungsquellen mit dem Modell der Ersatzquelle. Sie erklären die Zusammenhänge zwischen den elektrischen Größen Strom, Spannung, Leistung und ermitteln Energiekosten auch unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades. Sie bewerten das elektrische Verhalten von Bauteilen anhand ihrer Kennlinien.

Elektrische Grundgrößen

  • Spannung, Strom und ohmsches Gesetz
Stromdichte, Widerstand, Leitwert
  • Potenziale

  • Ladungsmenge, Kapazität
Akku, Batterie
  • elektrische Arbeit und Leistung

  • Wirkungsgrad

Elektrische Bauelemente und Grundschaltungen

  • nichtlineare Bauelemente
LED, NTC, PTC, Solarzelle, logarithmischer Maßstab
  • Reihen- und Parallelschaltung von Verbrauchern
gemischte Schaltungen, Knotenregel, Maschenregel
  • Spannungsteiler
unbelastet und belastet
  • Brückenschaltung

Spannungsquellen

  • Innenwiderstand
Ersatzschaltbild
  • Kennlinie bei Belastungsverhalten

  • Ersatzspannungsquelle
Überlagerungssatz

BPE 2

Elektronische Stromversorgung

50

Die Schülerinnen und Schüler analysieren elektrische Schaltungen der Leistungselektronik zur Wandlung von Wechselspannungen in stabilisierte Gleichspannungen. Dabei bewerten sie unterschiedliche Prinzipien hinsichtlich der Energieeffizienz und erläutern das Zusammenwirken der eingesetzten Bauteile und deren Eigenschaften.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler analysieren Gleichrichterschaltungen zur Wandlung von Wechsel- in Gleichspannung. Sie berechnen Kenngrößen von Wechselspannungen und Mischspannungen und beurteilen die Qualität gleichgerichteter Spannungen.

Sinusförmige Wechselspannung

  • Kenngrößen
Amplitude, Effektivwert, Frequenz
  • Berechnung von Momentanwerten

Trafo-Netzteil

  • Gleichrichterschaltungen
Gleichrichterdioden, B2C-Brückenschaltung
  • Glättung
Kondensator
  • Stabilisierung
linearer Spannungsregler

BPE 2.2

Die Schülerinnen und Schüler analysieren Schaltungsprinzipien der Leistungselektronik zur verlustarmen Wandlung und Stabilisierung von Gleichspannung. Sie bewerten die unterschiedlichen Prinzipien hinsichtlich der Energieeffizienz und erläutern das Zusammenwirken der eingesetzten Bauteile und deren Eigenschaften.

Schaltnetzteil

  • Transistor als Schalter

  • Tiefsetzsteller

  • Hochsetzsteller

  • Pulsweitensteuerung, Tastgrad

Zeit für Leistungsfeststellung

20

140

160

Schuljahr 2

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

20

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Entwicklung einer Schaltung zur Restentladung gebrauchter Batterien
MPP-Tracker für ein PV-Modul
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung fächerverbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 3

Elektronische Schaltungstechnik

50

Die Schülerinnen und Schüler analysieren elektronische Schaltungen zur Anpassung, Stabilisierung und Verstärkung von elektrischen Größen.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Funktionsweise elektronischer Bauelemente und Schaltungen mithilfe von Datenblättern und berechnen eine geeignete Dimensionierung der verwendeten Bauteile.

Datenblätter
Motortreiber IC, LC Display, Sensoren mit Mikrocontroller Schnittstelle

BPE 3.2

Die Schülerinnen und Schüler führen Maßnahmen zur Signalanpassung und Signalaufbereitung mithilfe geeigneter elektronischer Komponenten durch.

Anpassung und Aufbereitung elektrischer Signale
Taster, Schalter, hochohmige Ein- und Ausgänge, Pull-up-Widerstand, OP als Impedanzwandler, OP als Komparator, Transistor als Schalter, digitaler I/O Port

BPE 3.3

Die Schülerinnen und Schüler berechnen eine geeignete Dimensionierung für Schaltungen zur Stabilisierung elektrischer und physikalischer Größen.

Stabilisierung
Konstantstromquelle, Konstantspannungsquelle, Gegenkopplung, LED Versorgung mit Konstantstrom

BPE 3.4

Die Schülerinnen und Schüler berechnen eine geeignete Dimensionierung für Schaltungen zur Verstärkung elektrischer Größen.

Verstärkung
Transistor als Schalter, Operationsverstärker

BPE 3.5

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln elektronische Schaltungen zur Ansteuerung elektrischer Komponenten. Sie planen ihre Schaltungen dabei unter Berücksichtigung der Vorgaben aus den entsprechenden Datenblättern.

Zeitmultiplexverfahren
mehrstellige 7-Segmentanzeige, Treiber
PWM
Servo
Sensoren, Aktoren, Eingabe- und Ausgabeeinheiten, AD‑, DA-Umsetzer
Matrixtastatur, Schrittmotor
Schnittstellen
Anwendung gängiger Schnittstellen wie z. B. SPI, I2C, UART, Bluetooth

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

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

Stuttgart, 07.09.2024
Bildungsplan für das Berufskolleg
hier: Berufskolleg für elektrotechnische 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.

Elektronik – Bildungsplan zur Erprobung
Bildungsplan für das Berufskolleg
Biologisch Elektrotechnische Assistenten

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