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Be­ruf­li­che Schu­len

Bil­dungs­pla­n­ar­beit für die Be­ruf­li­chen Gym­na­si­en 2021

Elek­tro- und In­for­ma­ti­ons­tech­nik – Schul­ver­such

Vor­be­mer­kun­gen

Pro­fil­über­grei­fen­des Bil­dungs­ziel des Tech­ni­schen Gym­na­si­ums
Wenn Tech­nik als Teil­be­reich der Kul­tur mehr und mehr den All­tag und die Zu­kunft der Ar­beit und der Ge­sell­schaft als Gan­zes prägt, dann kommt dem Er­werb tech­ni­scher Kom­pe­ten­zen, der Aus­ein­an­der­set­zung mit den Mög­lich­kei­ten der Tech­nik, den sich aus ihrem Ein­satz er­ge­ben­den Fol­gen sowie den wirt­schaft­li­chen As­pek­ten, die in der Tech­nik lie­gen, eine be­son­de­re Rolle zu. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler der Tech­ni­schen Gym­na­si­en sol­len Tech­nik nicht nur als Mit­tel zu einem Ziel oder als Form me­tho­disch-plan­vol­len Han­delns be­grei­fen, son­dern be­fä­higt wer­den, die in der Welt ab­lau­fen­den tech­ni­schen Vor­gän­ge ganz­heit­lich zu er­fas­sen, um sie in ein ziel­ge­rich­te­tes und ver­ant­wort­li­ches Han­deln ein­bin­den zu kön­nen.
Zu­kunfts­fä­hi­ge tech­ni­sche Lö­sun­gen er­for­dern neben fun­dier­tem tech­ni­schem Fach­wis­sen ver­stärkt Hand­lungs­kom­pe­tenz, die auf fach­li­chen, per­so­na­len, me­tho­di­schen und so­zia­len Kom­pe­ten­zen be­ruht, sowie sys­te­mi­sche Denk- und Ar­beits­wei­sen, um auch bei kom­ple­xen Pro­blem­stel­lun­gen selbst­stän­dig, ra­tio­nal und re­flek­tiert han­deln und somit er­folg­rei­che und nach­hal­tig wirk­sa­me Ent­schei­dun­gen tref­fen zu kön­nen. Das Tech­ni­sche Gym­na­si­um stellt dies unter Be­rück­sich­ti­gung der He­te­ro­ge­ni­tät der Schü­le­rin­nen und Schü­ler mit sei­nem wis­sen­schafts­pro­pä­deu­ti­schen An­satz si­cher und schafft in die­sem Sinne die Vor­aus­set­zun­gen für das Stu­di­um an Hoch­schu­len. Zudem er­mög­licht es eine ver­tief­te Pro­fi­lie­rung für an­spruchs­vol­le Tä­tig­kei­ten und Füh­rungs­po­si­tio­nen im Be­reich na­tur­wis­sen­schaft­lich-tech­ni­scher, ge­stal­te­risch-tech­ni­scher sowie wirt­schafts­tech­nisch ge­präg­ten Tä­tig­keits­fel­dern. Der Er­werb tech­nik­wis­sen­schaft­li­cher Grund­kom­pe­ten­zen durch die Ver­zah­nung von Theo­rie und Pra­xis – ins­be­son­de­re im Pro­fil­fach – stellt hier­bei ein be­son­de­res Merk­mal der Tech­ni­schen Gym­na­si­en dar.
Unter dem As­pekt der Bil­dung zur nach­hal­ti­gen Ent­wick­lung wird im Tech­ni­schen Gym­na­si­um das Be­wusst­sein ge­schaf­fen, dass tech­ni­sche Sys­tem­lö­sun­gen an­hand öko­no­mi­scher, ethi­scher und öko­lo­gi­scher Kri­te­ri­en be­ur­teilt sowie im ge­samt­ge­sell­schaft­li­chen Kon­text be­trach­tet wer­den müs­sen.

Fach­be­zo­ge­ne Vor­be­mer­kun­gen

1. Fach­spe­zi­fi­scher Bil­dungs­auf­trag (Bil­dungs­wert des Fa­ches)
Der Un­ter­richt im Fach In­for­ma­ti­ons­tech­nik mit Schwer­punkt Elek­tro- und In­for­ma­ti­ons­tech­nik leis­tet einen we­sent­li­chen Bei­trag zur Bil­dung sowie zur Stu­dier­fä­hig­keit jun­ger Men­schen in Bezug auf die elek­tro- und in­for­ma­ti­ons­tech­ni­schen Grund­la­gen un­se­rer mo­der­nen Ge­sell­schaft.
Die Band­brei­te re­le­van­ter The­men der Elek­tro- und In­for­ma­ti­ons­tech­nik um­fasst dabei die Grund­la­gen der En­er­gie­ver­sor­gung, der Elek­tro­mo­bi­li­tät sowie der In­for­ma­ti­ons- und Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­nik. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler rea­li­sie­ren, dass durch die Ver­knüp­fung un­ter­schied­lichs­ter Tech­no­lo­gi­en Sys­tem­lö­sun­gen ge­schaf­fen wer­den, die Pro­blem­stel­lun­gen un­se­rer Zeit res­sour­cen­ef­fi­zi­ent und nach­hal­tig lösen. Die Pro­blem­lö­sung um­fasst dabei auch den prak­ti­schen As­pekt der Fer­ti­gung von elek­tro- und me­tall­tech­ni­schen Kom­po­nen­ten.
Der Un­ter­richt im Pro­fil­fach er­füllt den Bil­dungs­auf­trag, indem die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ei­ner­seits eine all­ge­mei­ne Pro­blem­lö­se­fä­hig­keit in einer kom­ple­xen und ver­netz­ten Welt er­rei­chen und an­de­rer­seits die Me­cha­nis­men ihrer tech­no­lo­gi­schen Grund­la­gen und Zu­sam­men­hän­ge ver­ste­hen und an­wen­den kön­nen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­schlie­ßen sich mit elek­tro- und in­for­ma­ti­ons­tech­ni­schen Sys­te­men be­ruf­li­che Kon­tex­te aus Wirt­schaft, Tech­nik und Ge­sell­schaft. Sie wer­den be­fä­higt, sich In­for­ma­tio­nen zu be­schaf­fen, sie auf­zu­be­rei­ten und dar­aus Ent­schei­dun­gen selbst­stän­dig und be­grün­det zu tref­fen.

2. Fach­li­che Aus­sa­gen zum Kom­pe­ten­z­er­werb, pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­wer­ben und ver­tie­fen im Pro­fil­fach Elek­tro- und In­for­ma­ti­ons­tech­nik eine um­fas­sen­de Hand­lungs­kom­pe­tenz mit den Di­men­sio­nen der sach­li­chen, me­tho­di­schen, so­zia­len und per­so­na­len Kom­pe­tenz. Diese zu­grun­de­lie­gen­den Kom­pe­tenz­be­grif­fe sind in den ein­heit­li­chen Prü­fungs­an­for­de­run­gen in der Ab­itur­prü­fung Tech­nik der KMK i. d. F. vom 16.11.2006 aus­führ­lich be­schrie­ben und er­läu­tert.
Zur Sach­kom­pe­tenz ge­hört z. B.:
  • tech­ni­sche Pro­ble­me ana­ly­sie­ren, Wir­kungs­zu­sam­men­hän­ge er­mit­teln, Lö­sun­gen ent­wi­ckeln und deren Wirk­sam­keit be­ur­tei­len,
  • tech­ni­sche Auf­ga­ben­stel­lun­gen und Lö­sun­gen unter den As­pek­ten ihrer Zweck­be­stim­mung, Funk­tio­na­li­tät und Über­trag­bar­keit ana­ly­sie­ren und die Fol­gen unter Be­ach­tung hu­ma­ner, öko­no­mi­scher und öko­lo­gi­scher As­pek­te be­wer­ten,
  • Op­ti­mie­ren von Lö­sun­gen für tech­ni­sche Auf­ga­ben­stel­lun­gen durch Struk­tu­rie­ren von Lö­sungs­we­gen, Fest­stel­len mög­li­cher Lö­sungs­va­ri­an­ten, Ver­glei­chen der Lö­sungs­va­ri­an­ten, Aus­wäh­len einer Va­ri­an­te und Dar­stel­len des Kom­pro­miss­cha­rak­ters der be­vor­zug­ten Lö­sung,
  • Theo­ri­en und Ge­setz­mä­ßig­kei­ten sowie mög­li­cher Ana­ly­se- und Syn­the­se­ver­fah­ren mit­tels Re­duk­ti­on tech­ni­scher Sach­ver­hal­te auf Mo­dell­dar­stel­lun­gen unter Be­rück­sich­ti­gung ihres Gel­tungs­be­reichs be­reit­stel­len und an­wen­den.

Sach­kom­pe­tenz kann z. B. nach­ge­wie­sen wer­den durch:
  • fach­sprach­lich kor­rek­tes Be­schrei­ben tech­ni­scher Sach­ver­hal­te,
  • sys­te­ma­ti­sier­tes Aus­wer­ten von Er­geb­nis­sen,
  • fach­ge­rech­tes Wie­der­ge­ben von kom­ple­xe­ren tech­ni­schen Pro­blem­stel­lun­gen, deren Ana­ly­se und der Dar­stel­lung der kom­ple­xen Zu­sam­men­hän­ge,
  • Lö­sung der tech­ni­schen Pro­blem­stel­lung durch Aus­wäh­len und Ver­knüp­fen von Daten, Fak­ten und Me­tho­den eines ab­ge­grenz­ten Ge­biets,
  • pro­blem­be­zo­ge­nes Ein­ord­nen und Nut­zen von Wis­sen aus ver­schie­de­nen tech­ni­schen Wis­sens­be­rei­chen,
  • krea­ti­ve ei­gen­stän­di­ge Lö­sung tech­ni­scher Pro­blem­stel­lun­gen,
  • Be­ur­tei­lung der Wirk­sam­keit der Lö­sungs­va­ri­an­ten,
  • Er­klä­ren kom­ple­xer tech­ni­scher Lö­sun­gen,
  • Ent­wi­ckeln al­ter­na­ti­ver Lö­sungs­we­ge, wenn die­ses in der Auf­ga­ben­stel­lung ge­for­dert wird.

Zur Me­tho­den­kom­pe­tenz ge­hört z. B.:
  • Er­kennt­nis­me­tho­den der Tech­nik be­schrei­ben und si­tua­ti­ons­ge­recht nut­zen,
  • mit tech­ni­schen Ge­rä­ten, Ma­schi­nen und An­la­gen zur Durch­füh­rung tech­ni­scher Ex­pe­ri­men­te sowie ex­pe­ri­men­tel­les Er­mit­teln der Funk­tio­nen kon­kre­ter tech­ni­scher Sys­te­me um­ge­hen,
  • In­for­ma­tio­nen selbst­stän­dig unter Nut­zung zeit­ge­mä­ßer in­for­ma­ti­ons­tech­ni­scher Mög­lich­kei­ten be­schaf­fen, ver­ar­bei­ten und prä­sen­tie­ren sowie den Gül­tig­keits­be­reich von mo­dell­be­zo­ge­nen Aus­sa­gen kri­tisch ab­wä­gen und deren Ak­tua­li­tät be­ur­tei­len,
  • fach­be­zo­ge­ne Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­ni­ken an­wen­den und tech­ni­sche Kom­po­nen­ten pla­nen und kon­stru­ie­ren,
  • ty­pi­sche Lö­sungs­ver­fah­ren er­fas­sen, aus­wäh­len, an­wen­den und be­wer­ten.

Me­tho­den­kom­pe­tenz kann z. B. nach­ge­wie­sen wer­den durch:
  • Ent­neh­men von In­for­ma­tio­nen aus ein­fa­chen Tex­ten,
  • sach­ge­rech­tes Nut­zen ein­fa­cher Soft­ware,
  • Vi­sua­li­sie­rung von tech­ni­schen Sach­ver­hal­ten in ver­schie­de­nen Dar­stel­lungs­for­men (z. B. Ta­bel­le, Graph, Skiz­ze, Text, Bild, Dia­gramm, Mind­map, For­mel),
  • schrift­li­ches oder münd­li­ches Prä­sen­tie­ren ein­fa­cher Sach­ver­hal­te,
  • Ent­neh­men von In­for­ma­tio­nen aus kom­ple­xen Tex­ten,
  • Struk­tu­rie­ren und schrift­li­ches oder münd­li­ches Prä­sen­tie­ren kom­ple­xer Sach­ver­hal­te,
  • Füh­ren eines Fach­ge­sprä­ches auf an­ge­mes­se­nem Ni­veau zu einem Sach­ver­halt,
  • Ex­zer­pie­ren von In­for­ma­tio­nen aus kom­ple­xen Tex­ten,
  • Er­he­ben von Daten zur Über­prü­fung von Hy­po­the­sen–Dar­stel­len eines ei­gen­stän­di­gen be­ar­bei­te­ten kom­ple­xen Sach­ver­halts für ein Fach­pu­bli­kum (z. B. in einer Fach­ar­beit).

Die An­bah­nung und Aus­bil­dung von fach­li­chen und per­so­na­len Kom­pe­ten­zen er­folgt im Elek­tro- und In­for­ma­ti­ons­tech­nik­un­ter­richt ganz­heit­lich an kon­kre­ten In­hal­ten. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wer­den schritt­wei­se an in­ge­nieur­wis­sen­schaft­li­che Ar­beits­me­tho­den her­an­ge­führt und wen­den diese an. Dazu ana­ly­sie­ren sie Pro­blem­stel­lun­gen, er­stel­len Mo­del­le, ent­wer­fen Lö­sungs­stra­te­gi­en und füh­ren diese durch. Sie über­prü­fen Er­geb­nis­se ex­pe­ri­men­tell. Gren­zen von Mo­dell­vor­stel­lun­gen wer­den be­schrie­ben und be­wer­tet. Da mo­der­ne in­for­ma­ti­ons­tech­ni­sche Sys­tem eine hohe Kom­ple­xi­tät auf­wei­sen, wer­den Teil­sys­te­me ent­wor­fen und ver­netzt. Sorg­fäl­ti­ges Pla­nen und Do­ku­men­tie­ren wird beim Ar­bei­ten mit die­sen Sys­te­men sowie beim Ent­wi­ckeln von Pro­gram­men ein­ge­übt. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen fach­be­zo­gen zu kom­mu­ni­zie­ren, um kom­ple­xe Sys­te­me ko­ope­ra­tiv zu ent­wer­fen. Ar­beits­er­geb­nis­se kön­nen sie an­ge­mes­sen dar­stel­len und be­wer­ten.

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 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. Die für das je­wei­li­ge Fach re­le­van­ten Ope­ra­to­ren sowie deren fach­spe­zi­fi­sche Be­deu­tung sind 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 fä­cher­spe­zi­fi­schen Be­son­der­hei­ten und 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 gleich­wer­ti­ge Fest­stel­lung von Schü­ler­leis­tun­gen (GFS), Nach­be­spre­chung zu Leis­tungs­fest­stel­lun­gen sowie Feed­back-Ge­sprä­che um­fas­sen.
Die Zeit­richt­wer­te in Klam­mern geben den An­teil der Stun­den in Grup­pen­tei­lung an.

Ein­gangs­klas­se

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

60

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt
z. B.
Übun­gen
An­wen­den
Wie­der­ho­len
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Fer­ti­gung und In­be­trieb­nah­me einer Ent­wick­lungs­um­ge­bung für Mi­kro­con­trol­ler
Pla­nung und Durch­füh­rung einer Ex­kur­si­on (z. B. Kraft­werk, Re­chen­zen­trum)
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten unter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 1

Tech­ni­sche In­for­ma­tik I

36 (21)
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen die Grund­be­grif­fe und Grund­schal­tun­gen der Di­gi­tal­tech­nik ken­nen. Sie er­fah­ren, wie sich kom­ple­xe­re Schal­tun­gen aus ein­fa­chen Grund­ele­men­ten zu­sam­men­bau­en las­sen.

BPE 1.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wer­fen ein­fa­che arith­me­ti­sche und lo­gi­sche Grund­schal­tun­gen, die die Grund­la­ge di­gi­ta­ler Schalt­net­ze und Re­chen­schal­tun­gen bil­den.
Zah­len­sys­te­me

  • he­xa­de­zi­mal, dual, de­zi­mal
  • um­wan­deln, ad­die­ren und sub­tra­hie­ren, ne­ga­ti­ve Zah­len

Code: BCD

Ana­log-Di­gi­tal
Bi­nä­re In­for­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung

Di­gi­tal­tech­nik, lo­gi­sche Grund­funk­tio­nen
UND, ODER, NICHT

Schalt­net­ze, De‑/Mul­ti­ple­xer
Code­wand­ler, Wahr­heits­ta­bel­le, Funk­ti­ons­glei­chung
Re­chen­schal­tun­gen, Voll- und Halb­ad­die­rer, Zwei­er-Kom­ple­ment
Mehr­bit-Ad­die­rer

BPE 1.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wer­fen ein­fa­che di­gi­ta­le Schal­tun­gen, die die Grund­la­ge des Mi­kro­con­trol­lers bil­den. Sie ent­wi­ckeln ein­fa­che steue­rungs­tech­ni­sche Lö­sun­gen und do­ku­men­tie­ren ihre Er­geb­nis­se.
Spei­cher­ele­men­te
D-Flip­flop, RS-Flip­flop, Im­puls­dia­gramm
po­si­ti­ve bzw. ne­ga­ti­ve Takt­flan­ken­trig­ge­rung
Schalt­wer­ke

Zu­stands­co­die­rung
Zu­stands­fol­ge­ta­bel­le
Zu­sam­men­fas­sung von Zu­stands­co­die­rung und Zu­stands­über­gän­ge
Zu­stands­dia­gramm

Syn­chro­ne Zäh­ler
Block­dia­gramm, ein­fa­che Schal­tun­gen
Schalt­plan

BPE 2

Elek­tri­sche En­er­gie­ver­sor­gung

34 (34)
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben elek­tro­tech­ni­sche Zu­sam­men­hän­ge im Sys­tem En­er­gie­er­zeu­gung-En­er­gie­ver­tei­lung. Sie er­hal­ten Ein­blick in die tech­ni­schen Her­aus­for­de­run­gen bei der En­er­gie­wand­lung und be­ur­tei­len ihre Ef­fi­zi­enz. 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.

BPE 2.1

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 2.2

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
  • Po­ten­tia­le

  • 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 3

Elek­tro­mo­bi­li­tät I

24 (16)
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren am Bei­spiel eines ein­fa­chen Elek­tro­fahr­zeugs die Be­reit­stel­lung von elek­tri­scher En­er­gie durch Ak­ku­mu­la­to­ren und deren Um­set­zung in Be­we­gungs­en­er­gie durch die ver­lust­ar­me Steue­rung von Gleich­stromma­schi­nen. Sie be­ur­tei­len den En­er­gie­ein­satz und die Ef­fi­zi­enz an­hand re­le­van­ter Pa­ra­me­ter und Kenn­li­ni­en.

BPE 3.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren den Ein­satz von Gleich­strom­ma­schi­nen am Bei­spiel ein­fa­cher Elek­tro­fahr­zeu­ge. Sie be­schrei­ben eine Mög­lich­keit zur ver­lust­leis­tungs­ar­men Leis­tungs­teue­rung und be­ur­tei­len den En­er­gie­ein­satz und die Reich­wei­te sol­cher Sys­te­me.
Be­reit­stel­lung von En­er­gie

  • Ak­ku­mu­la­tor

  • En­er­gie­dich­te und La­dungs­men­ge

Gleich­strom­mo­tor

  • Funk­ti­ons­prin­zip
Mo­tor­glei­chun­gen
Dreh­zahl­steue­rung von Gleich­strom­mo­to­ren

  • Puls­wei­ten­steue­rung (PWS)

  • Tast­grad

  • H-Brü­cke

Reich­wei­te von Elek­tro­fahr­zeu­gen

  • Wir­kungs­grad eines An­triebs­sys­tems

  • Be­rech­nung von Reich­wei­ten
Kenn­li­ni­en P(v) und M(v)

BPE 4

In­for­ma­tio­nen di­gi­ta­li­sie­ren

16 (9)
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren, wie mul­ti­me­dia­le In­for­ma­tio­nen in einem di­gi­ta­len Sys­tem binär re­prä­sen­tiert wer­den. Sie er­hal­ten Ein­blick in die tech­ni­sche Rea­li­sie­rung von Ver­fah­ren zur A/D- und D/A-Um­set­zung.

BPE 4.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Ver­fah­ren zur Ko­die­rung mul­ti­me­dia­ler In­hal­te und be­rech­nen deren Spei­cher­platz­be­darf. Sie stel­len den Vor­gang der Di­gi­ta­li­sie­rung ana­lo­ger Si­gna­le dar und ver­glei­chen dabei ver­schie­de­ne Um­set­zungs­ver­fah­ren.
Ko­die­rung di­gi­ta­ler In­for­ma­tio­nen

  • Spei­che­r­ein­hei­ten
Bit, Byte, Bi­när­prä­fi­xe
  • bi­nä­re Dar­stel­lung mul­ti­me­dia­ler In­hal­te
vgl. BPE 1, Dual­code
ASCII, Bild­auf­lö­sung, Farb­tie­fe, Bild­fre­quenz
  • Spei­cher­platz­be­darf

  • Kom­pres­si­on
z. B. MP3
Di­gi­ta­li­sie­rung ana­lo­ger Si­gna­le

  • A/D-Um­set­zer
Auf­lö­sung, Ab­tas­tung, Quan­ti­sie­rung, Par­al­lel­um­set­zer, Zähl­ver­fah­ren
  • D/A-Um­set­zer

BPE 5

Elek­tri­sche und me­tall­tech­ni­sche Kom­po­nen­ten fer­ti­gen

40 (40)
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler set­zen Pro­jek­te mit elek­tro- und in­for­ma­ti­ons­tech­ni­schen Pro­fil­fachinhal­ten in die Pra­xis um. Durch den pro­jekt­haf­ten An­satz wer­den Hand­lungs- und Ent­schei­dungs­spiel­räu­me er­mög­licht, in­ner­halb derer die Schü­le­rin­nen und Schü­ler pra­xis­ge­rech­te und zeit­ge­mä­ße Tech­ni­ken, Ver­fah­ren und Lö­sungs­stra­te­gi­en der Me­tall- und Elek­tro­tech­nik ein­schließ­lich der ma­nu­el­len Fer­tig­kei­ten an­wen­den.

BPE 5.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren ein Pro­jekt zu elek­tro- und in­for­ma­ti­ons­tech­ni­schen Pro­fil­fach­in­hal­ten unter An­wen­dung von Grund­fer­tig­kei­ten der Me­tall- und Elek­tro­tech­nik durch. Sie do­ku­men­tie­ren ihre Er­geb­nis­se par­al­lel zum Fort­gang der Pro­jekt­ar­bei­ten. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren und be­wer­ten mög­li­che Lö­sungs­al­ter­na­ti­ven und be­grün­den ihre Ent­schei­dun­gen. Sie füh­ren die In­be­trieb­nah­me und ge­ge­be­nen­falls eine sys­te­ma­ti­sche Feh­ler­su­che durch.
Fer­ti­gungs­tech­nik Me­tall

  • Prü­fen
Mess­ge­rä­te, To­le­ran­zen, Tech­ni­sche Zeich­nung
  • Tren­nen
Sägen, Fei­len, Dre­hen, Frä­sen, Schnei­den
  • Um­for­men
Bie­gen
  • Fügen
Schraub­ver­bin­dung
  • 3D-Druck

Fer­ti­gungs­tech­nik Elek­tro

  • Lei­ter­plat­ten­ent­wurf
Schalt­plan, Ent­flech­tung
  • Lei­ter­plat­ten­be­stü­ckung
Be­stü­ckungs­plan, Löten, Ent­lö­ten, Bau­tei­le­prü­fung
  • In­be­trieb­nah­me
Sys­tem­test, sys­te­ma­ti­sche Feh­ler­su­che

Zeit für die Leis­tungs­fest­stel­lung

30

210 (120)

240 (120)

Jahr­gangs­stu­fe 1

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

60

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt
z. B.
Übun­gen
An­wen­den
Wie­der­ho­len
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 Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 6

Tech­ni­sche In­for­ma­tik III

45 (24)
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen Mi­kro­con­trol­ler als ele­men­ta­re Sys­te­me der hard­ware­na­hen Infor­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung.
Hin­weis: Es exis­tiert keine BPE „Tech­ni­sche In­for­ma­tik II“. Der Name wurde zwecks Ver­gleich­bar­keit mit dem Bil­dungs­plan „In­for­ma­ti­ons­tech­nik“ über­nom­men.

BPE 6.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln Mi­kro­con­trol­ler­pro­gram­me, mit denen Mi­kro­con­trol­ler auf ex­ter­ne Ein-/Aus­ga­ben re­agie­ren kön­nen, in Hoch­spra­che C bzw. C++ unter Ver­wen­dung pro­fes­sio­nel­ler Werk­zeu­ge. Sie do­ku­men­tie­ren ihre Lö­sun­gen.
Pro­gramm­ent­wick­lung in Hoch­spra­che C/C++

Ports: In­itia­li­sie­rung, Ein­ga­be, Aus­ga­be

Pol­ling
An­wen­dung ver­schie­de­ner Arten der Er­eig­nis­be­hand­lung, Nen­nung von Vor- und Nach­tei­len
Ex­ter­ne In­ter­rupts

  • Frei­ga­be
  • In­itia­li­sie­rung
  • ISR

Dar­stel­lung von Pro­gramm­ab­läu­fen in UML-Zu­stands­dia­gram­men

BPE 6.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln Mi­kro­con­trol­ler­pro­gram­me, mit denen Mi­kro­con­trol­ler auf in­ter­ne Er­eig­nis­se re­agie­ren kön­nen, in Hoch­spra­che C bzw. C++ unter Ver­wen­dung pro­fes­sio­nel­ler Werk­zeu­ge. Sie do­ku­men­tie­ren ihre Lö­sun­gen.
Pro­gramm­ent­wick­lung in Hoch­spra­che C/C++

In­ter­ne In­ter­rupts/Timer
für Zeit- und Fre­quenz­mes­sung, zy­kli­sche In­ter­rupts
  • Frei­ga­be

  • Über­lauf

  • Re­load

  • Pre­sca­ler

  • In­itia­li­sie­rung

  • ISR
Dar­stel­lung in UML-Zu­stands­dia­gram­men

BPE 6.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Ar­chi­tek­tur eines Mi­kro­con­trol­lers und er­klä­ren das Zu­sam­men­wir­ken der Funk­ti­ons­blö­cke.
Ar­chi­tek­tu­ren
Ar­chi­tek­tur eines mo­der­nen Mi­kro­con­trol­lers
Re­gis­ter, Flags

ALU

Steue­rung

Spei­cher, Adres­se

Spei­cher­mo­del­le

Bus­sys­te­me im Con­trol­ler: Da­ten­bus, Adress­bus, Steu­er­bus

BPE 7

Tech­ni­sche In­for­ma­tik IV

30 (16)
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nut­zen den Mi­kro­con­trol­ler für hard­ware­na­he An­wen­dun­gen. Ziel­ge­rich­tet set­zen sie Pe­ri­phe­rie­bau­grup­pen zur Er­wei­te­rung des Mi­kro­con­trol­lers ein und steu­ern diese über gän­gi­ge Schnitt­stel­len an. Sie do­ku­men­tie­ren ihre Lö­sun­gen und nut­zen Ent­wurfs­werk­zeu­ge.

BPE 7.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln Lö­sun­gen für kom­ple­xe Auf­ga­ben mit­hil­fe der Hoch­spra­chen „C“ bzw. „C++“ in einem kon­kre­ten Ent­wick­lungs­sys­tem und be­ur­tei­len die Vor­tei­le die­ser Pro­blem­lö­sung.
Pro­gramm­ent­wurf in Hoch­spra­che C/C++

Zeit­mul­ti­plex­ver­fah­ren
mehr­stel­li­ge Sie­bens­eg­ment­an­zei­ge
PWM
Servo
Sen­so­ren, Ak­to­ren, Ein­ga­be- und Aus­ga­be­ein­hei­ten, AD‑, DA-Um­set­zer
Ma­trix­tas­ta­tur, Schritt­mo­tor
Schnitt­stel­len auf ab­stra­hier­ter Ebene
An­wen­dung gän­gi­ger Schnitt­stel­len, z. B. SPI, I2C, UART, Blue­tooth

BPE 8

En­er­gie­ver­sor­gung mit Gleich­strom

15
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 8.1

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 8.2

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

Schalt­netz­teil

  • Tran­sis­tor als Schal­ter
Spule
  • Tief­setz­stel­ler

  • Hoch­setz­stel­ler

  • Puls­wei­ten­steue­rung, Tast­grad
vgl. BPE 7

BPE 9

Da­ten­bank­sys­te­me

30
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln und im­ple­men­tie­ren re­la­tio­na­le Da­ten­ban­ken ent­spre­chend ge­for­derter Rand­be­din­gun­gen. Daten aus re­la­tio­na­len Da­ten­ban­ken fra­gen sie mit SQL ab.

BPE 9.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nen­nen und be­schrei­ben Auf­ga­ben und An­for­de­run­gen an Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­te­me. Sie er­klä­ren ver­schie­de­ne Da­ten­bank­mo­del­le.
Da­ten­bank­sys­te­me

  • Da­ten­bank­ma­nage­ment­sys­te­me

  • Da­ten­bank­mo­del­le: hier­ar­chisch, re­la­tio­nal, ob­jekt­ori­en­tiert, ver­netzt, ob­jekt-re­la­tio­nal, NoSQL

BPE 9.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln re­la­tio­na­le Da­ten­ban­ken mit­hil­fe des ER-Mo­dells. Hier­zu ana­ly­sie­ren sie Texte mit Kun­den­wün­schen zur Da­ten­bank. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len Ta­bel­len in der Re­la­tio­nen­schreib­wei­se dar.
En­t­i­ty Re­la­ti­ons­hip Mo­dell

  • En­ti­tät
  • Ta­bel­le
  • Pri­mär­schlüs­sel
  • Fremd­schlüs­sel
  • Be­zie­hun­gen: 1:1, 1:n, n:m
  • n:m Be­zie­hung auf­lö­sen

Re­la­tio­nen­schreib­wei­se

  • Dar­stel­lung von Schlüs­selat­t­ri­bu­ten
  • Dar­stel­lung von At­tri­bu­ten
  • Kom­pa­ti­bi­li­tät zu ER-Mo­dell

BPE 9.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­lern ent­wer­fen Da­ten­bank­ab­fra­gen mit SQL.
Da­ten­bank­ab­fra­gen mit SQL

  • Daten aus einer Ta­bel­le

  • Daten aus einer Ta­bel­le mit Se­lek­ti­on

  • Daten aus meh­re­ren Ta­bel­len mit Na­tu­ral Join

  • Alias

  • Ag­gre­gat­funk­tio­nen

BPE 9.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren Da­ten­bank­ab­fra­gen durch.
Da­ten­bank­trei­ber
Ope­ra­tio­nen zum Da­ten­bank­zu­griff
Ob­jekt­re­la­tio­na­les Map­ping

BPE 10

Daten auf­be­rei­ten und über­tra­gen

30
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler skiz­zie­ren Kom­mu­ni­ka­ti­ons­mo­del­le, die aus ein­zel­nen Funk­ti­ons­blö­cken be­ste­hen. Dabei wird die Struk­tur eines di­gi­ta­len Kom­mu­ni­ka­ti­ons­sys­tems vom Sen­der bis zum Emp­fän­ger dar­ge­stellt.

BPE 10.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren und skiz­zie­ren we­sent­li­che Funk­ti­ons­blö­cke eines di­gi­ta­len Über­tra­gungs­sys­tems vom Sen­der zum Emp­fän­ger.
Di­gi­ta­les Über­tra­gungs­sys­tem

  • A/D-Um­set­zer
vgl. BPE 4
  • Quel­len­ko­die­rung
vgl. BPE 4, Kom­pres­si­on
  • Ka­nal­ko­die­rung
Feh­ler­er­ken­nung, Feh­ler­kor­rek­tur
  • Lei­tungs­ko­die­rung
NRZ, AMI, Man­ches­ter, Sym­bol­ra­te (Baud)
  • Mul­ti­plex­prin­zip
z. B. Zeit­mul­ti­plex, Fre­quenz­mul­ti­plex
  • Über­tra­gungs­ka­nä­le
Er­satz­schalt­bild, Tief­pass­ver­hal­ten, Ver­zer­run­gen, Kanal-Band­brei­te, Über­tra­gungs­ra­te, Re­fle­xi­on
  • Stö­run­gen
Fil­ter, EMV
  • Si­gnal­auf­be­rei­tung
Ver­stär­kung, Fil­ter
  • Si­gnal­ana­ly­se
Zeit­be­reich, Fre­quenz­be­reich, Fou­rier-Ana­ly­se
Se­ri­el­le Da­ten­über­tra­gung

  • Da­ten­aus­tausch über ein­fa­che Bus­sys­te­me
z. B. UART, CAN, I2C
Pro­to­kol­le: Prio­ri­tät, Kol­li­si­on, Feh­ler­er­ken­nung, Adres­sie­rung

Zeit für die Leis­tungs­fest­stel­lung

30

210 (40)

240 (40)

Jahr­gangs­stu­fe 2

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

48

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt
z. B.
Übun­gen
An­wen­den
Wie­der­ho­len
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Pla­nung und Durch­füh­rung von Ex­kur­sio­nen (z. B. Wind­park, HGÜ)
Pro­jek­tie­ren eines Elek­tro­fahr­zeugs
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten unter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 11

Ver­netz­te Sys­te­me

40
Die Schü­ler und Schü­le­rin­nen be­grei­fen die tech­ni­schen Grund­la­gen der Ver­net­zung. Sie ana­ly­sie­ren, kon­fi­gu­rie­ren und er­stel­len Netz­wer­ke.

BPE 11.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren und er­klä­ren die Kon­fi­gu­ra­ti­on sowie die Er­wei­te­rung von Netz­wer­ken.
OSI-Schich­ten­mo­dell

Über­tra­gungs­me­di­en
Kup­fer, Glas­fa­ser, WLAN
Netz­werk­kom­po­nen­ten: Switch, Rou­ter, VLAN
Rah­men
  • Quell- und Ziel-Mac-Adres­se, ARP, CSMA/CD, CSMA/CA
z. B. ver­bin­dungs­lo­se Kom­mu­ni­ka­ti­on, Adres­sie­rung, STP/LACP
Pro­to­kol­le

  • Ether­net
  • Ver­mitt­lung, IPV4, IPV6
  • Trans­port­pro­to­kol­le, TCP, UDP

Sub­net­ting
z. B. Net­work Ad­dress Trans­la­ti­on (NAT)
Rou­ting, Rou­ting­ta­bel­len, De­fault Gate­way

Netz­werk­diens­te

Si­cher­heit
z. B. DMZ, Port­fil­ter
Fire­wall

BPE 11.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler füh­ren die Kon­fi­gu­ra­ti­on sowie die Er­wei­te­rung von Netz­wer­ken durch.
Auf­bau und Kon­fi­gu­ra­ti­on eines klei­nen Netz­werks
Ver­tie­fung der In­hal­te aus BPE 11.1 durch prak­ti­sche Um­set­zung mit­hil­fe klei­ner Übungs­net­ze
Ein­rich­tung grund­le­gen­der Netz­werk­diens­te

Er­wei­te­rung und Ab­si­che­rung von Netz­wer­ken

BPE 12

In­ter­net der Dinge (IoT)

20
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­net­zen Dinge des all­täg­li­chen Le­bens.

BPE 12.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wer­fen IoT-An­wen­dun­gen. Die Rea­li­sie­rung füh­ren sie mit einer hö­he­ren Pro­gram­mier­spra­che in einer Ent­wick­lungs­um­ge­bung für den Mi­kro­con­trol­ler durch. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler über­prü­fen ihre IoT-An­wen­dung durch Si­mu­la­ti­on und Ana­ly­se der Daten.
In­tel­li­gen­te Sen­so­ren und Ak­to­ren
Ver­net­zung von IoT-Ge­rä­ten über stan­dar­di­sier­te Pro­to­kol­le
Ver­gleich von IoT-Pro­to­kol­len
MQTT mit Mi­kro­con­trol­ler und Wifi- oder Ether­net-Board, Prak­ti­sche An­wen­dun­gen
Si­mu­la­ti­on und Ana­ly­se von IoT
Pu­blish-Sub­scri­be, Ser­vice-Level, Bro­ker

BPE 13

En­er­gie­ver­sor­gung mit Dreh­strom

30 (16)
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben das Zu­sam­men­wir­ken der Grund­bau­ele­men­te R, L und C im Wech­sel­strom­kreis und er­mit­teln mithilfe gra­fi­scher Ver­fah­ren und mithilfe der kom­ple­xen Rech­nung Kenn­grö­ßen en­er­gie­tech­ni­scher Schal­tun­gen. Sie über­tra­gen die ge­won­ne­nen Er­kennt­nis­se auf mehr­pha­si­ge En­er­gie­net­ze und lei­ten dar­aus Prin­zi­pi­en zur effizi­en­ten En­er­gie­ver­sor­gung ab.

BPE 13.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­mit­teln mit­hil­fe der kom­ple­xen Wech­sel­strom­rech­nung grund­le­gen­de Schal­tun­gen in der ein­pha­si­gen Wech­sel­strom­tech­nik. Sie er­läu­tern den Zu­sam­men­hang zwi­schen Zei­ger­dia­gram­men und deren Dar­stel­lung in der kom­ple­xen Zah­le­nebe­ne. Sie be­schrei­ben und ver­glei­chen das Wech­sel­strom­ver­hal­ten idea­ler und rea­ler Bau­ele­men­te mit­hil­fe eines gra­fi­schen Ver­fah­rens und der kom­ple­xen Rech­nung. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wi­ckeln und be­wer­ten Schal­tun­gen zur Blind­leis­tungs­kom­pen­sa­ti­on.
Kom­ple­xe Be­trach­tung von ein­fa­chen Schal­tun­gen an Wech­sel­span­nung

  • idea­le und reale Spule

  • idea­ler und rea­ler Kon­den­sa­tor

  • Wirk‑, Blind, und Schein­wi­der­stand
Zei­ger­dia­gram­me
  • Schal­tun­gen mir R, L und C
Pha­sen­schie­ber, Wech­sel­strom­mo­tor, Leucht­stoff­lam­pen­schal­tung
Leis­tun­gen im Wech­sel­strom­sys­tem

  • Wirk‑, Blind- und Schein­leis­tung

  • Par­al­lel­kom­pen­sa­ti­on
Leis­tungs­fak­tor, Leis­tungs­drei­eck

BPE 13.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Er­zeu­gung von Drei­pha­sen­wech­sel­strom. Sie be­ur­tei­len die Ei­gen­schaf­ten von Ver­brau­chern in Stern- und Drei­eck­schal­tung und be­rech­nen mit­hil­fe der kom­ple­xen Rech­nung die elek­tri­schen Grö­ßen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen sym­me­tri­sche und un­sym­me­tri­sche Be­las­tun­gen in einem Dreh­strom­sys­tem.
Kom­ple­xe Be­trach­tung mehr­pha­si­ger Wech­sel­span­nungs­sys­te­me

  • Er­zeu­gung einer drei­pha­si­gen Wech­sel­span­nung

  • Ver­ket­tung und Ver­ket­tungs­fak­tor
Her­lei­tung des Ver­ket­tungs­fak­tors
En­er­gie­ver­tei­lung in Deutsch­land

  • Span­nungs­ebe­nen
HGÜ
  • Schutz­maß­nah­men
LS, RCD, PE
  • Netz­for­men
TNCS, La­de­säu­le
Ver­brau­cher im Dreh­strom­sys­tem

  • Span­nun­gen und Strö­me bei Stern- und Drei­eck­schal­tung in sym­me­tri­scher und un­sym­me­tri­scher Be­las­tung

  • un­sym­me­tri­sche, un­gleich­ar­ti­ge Be­las­tun­gen in Dreh­strom­sys­te­men
gra­fi­sche und kom­ple­xe Lö­sun­gen
  • Kom­pen­sa­ti­on in Dreh­strom­sys­te­men

  • Stern­punkt­ver­schie­bung
Stern­punkt­ver­schie­bungs­span­nung
  • Neu­tral­lei­ter­über­las­tung

BPE 14

Elek­tro­mo­bi­li­tät II

30 (16)
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler über­tra­gen das elek­tro­ma­gne­ti­sche Prin­zip vom Gleich­strom­mo­tor auf die Dreh­feld­ma­schi­nen. Dabei ent­wer­fen sie Stra­te­gi­en zur en­er­gie­ef­fi­zi­en­ten Steue­rung der Dreh­zahl. Sie be­ur­tei­len elek­tri­sche An­trie­be hin­sicht­lich ihres Ein­sat­zes in Elek­tro­fahr­zeu­gen und stel­len die En­er­gieflüs­se dar.

BPE 14.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler über­tra­gen das elek­tro­ma­gne­ti­sche Prin­zip des Gleich­strom­mo­tors auf die Dreh­feld­ma­schi­nen und er­mit­teln den Zu­sam­men­hang der Kenn­grö­ßen Dreh­mo­ment, Dreh­zahl und Wir­kungs­grad.
Gleich­strom­an­trie­be

  • Er­satz­schalt­bild

  • Kom­mu­tie­rung
BLDC, per­ma­nen­ter­reg­te GM
  • Dreh­zahl­steue­rung/Rich­tungs­um­kehr
vgl. BPE 7, H-Brü­cke
Dreh­stroma­syn­chron­mo­to­ren

  • Ent­ste­hung der Dreh­be­we­gung

  • Dreh­feld, Pol­paar­zahl, Dreh­zahl
Be­mes­sungs­da­ten eines DASM
  • Schlupf

  • Dreh­mo­ment und me­cha­ni­sche Leis­tung

  • Kenn­grö­ßen eines DASM

  • M(n)-Kenn­li­ni­en­feld

  • Wir­kungs­grad

  • Vier-Qua­dran­ten-Be­trieb

An­lauf­ver­fah­ren

  • Stern-Drei­eck­an­lauf

  • Soft­star­ter

BPE 14.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben an­hand der Dreh­zahl­steue­rung mit­tels Fre­quenz­um­rich­ter den en­er­gie­ef­fi­zi­en­ten Ein­satz elek­tri­scher Ma­schi­nen in Fahr­zeu­gen. Sie be­wer­ten Elek­tro­fahr­zeu­ge hin­sicht­lich des Wir­kungs­gra­des, des Res­sour­cen­ein­sat­zes und der Nach­hal­tig­keit.
Dreh­zahl­steue­rung von Dreh­stroma­syn­chron­mo­to­ren

  • Auf­bau und Funk­ti­ons­wei­se von Fre­quenz-um­rich­tern
Block­schalt­bild
  • Puls­wei­ten­mo­du­la­ti­on
vgl. BPE 7
  • Dreh­zahl­steue­rung
M/f-Kenn­li­nie, M=K*U/f*I
  • U/f-Kenn­li­nie
li­ne­ar und qua­dra­tisch (en­er­gie­spa­rend)
  • Boost

Ef­fi­zi­enz von Elek­tro­fahr­zeu­gen
Pe­del­ec, E-Bike, E-Auto, Scoo­ter
  • Ge­samt­wir­kungs­grad

  • Be­trach­tung ver­schie­de­ner Fahr­si­tua­tio­nen
M=f(n)
  • Reich­wei­te von Elek­tro­fahr­zeu­gen
Kenn­li­ni­en P(v), M(v)
  • Öko­bi­lanz
Roh­stof­f­e­in­satz
  • Ent­sor­gung
Bat­te­rie­auf­be­rei­tung

Zeit für die Leis­tungs­fest­stel­lung

24

168 (32)

192 (32)

Ope­ra­to­ren­lis­te

In den Ziel­for­mu­lie­run­gen der Bil­dungs­plan­ein­hei­ten wer­den Ope­ra­to­ren (= hand­lungs­lei­ten­de Ver­ben) ver­wen­det. Diese Ziel­for­mu­lie­run­gen (Stan­dards) legen fest, wel­che An­for­de­run­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in der Regel er­fül­len. Zu­sam­men mit der Zu­ord­nung zu einem der drei An­for­de­rungs­be­rei­che (AFB) die­nen Ope­ra­to­ren einer Prä­zi­sie­rung. 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
AFB
ab­lei­ten
auf der Grund­la­ge we­sent­li­cher Merk­ma­le sach­ge­rech­te Schlüs­se zie­hen
 II
ab­schät­zen
eine tech­ni­sche Ein­rich­tung nach den Ver­fah­ren der je­wei­li­gen Tech­nik­wis­sen­schaft ent­spre­chend der ge­stell­ten An­for­de­rung grob di­men­sio­nie­ren ohne ge­naue Be­rech­nun­gen durch­zu­füh­ren
 II
ana­ly­sie­ren, un­ter­su­chen
wich­ti­ge Be­stand­tei­le oder Ei­gen­schaf­ten auf eine be­stimm­te Fra­ge­stel­lung hin her­aus­ar­bei­ten. Un­ter­su­chen be­inhal­tet ggf. zu­sätz­lich prak­ti­sche An­tei­le
 II, III
aus­wer­ten
Daten, Ein­zel­er­geb­nis­se oder an­de­re Ele­men­te in einen Zu­sam­men­hang stel­len und ggf. zu einer Ge­samt­aus­sa­ge zu­sam­men­füh­ren
 II
be­grün­den
Sach­ver­hal­te auf Re­geln und Ge­setz­mä­ßig­kei­ten bzw. kau­sa­le Be­zie­hun­gen von Ur­sa­chen und Wir­kung zu­rück­füh­ren
 II
be­rech­nen, be­stim­men
Er­geb­nis­se von einem be­kann­ten An­satz aus­ge­hend durch Re­chen­ope­ra­tio­nen oder gra­fi­sche Lö­sungs­me­tho­den ge­win­nen
 I, II
be­schrei­ben
Sach­ver­hal­te oder Zu­sam­men­hän­ge struk­tu­riert und fach­sprach­lich rich­tig mit ei­ge­nen Wor­ten wie­der­ge­ben
 I
be­ur­tei­len
zu einem Sach­ver­halt ein selbst­stän­di­ges Ur­teil unter Ver­wen­dung von Fach­wis­sen und Fach­me­tho­den for­mu­lie­ren und be­grün­den
 II, III
be­wer­ten, Stel­lung neh­men
eine ei­ge­ne Po­si­ti­on nach aus­ge­wie­se­nen Kri­te­ri­en ver­tre­ten
 II, III
dar­stel­len
Sach­ver­hal­te, Zu­sam­men­hän­ge, Me­tho­den usw. struk­tu­riert und ge­ge­be­nen­falls fach­sprach­lich wie­der­ge­ben
 I, II
di­men­sio­nie­ren
eine tech­ni­sche Ein­rich­tung nach den Ver­fah­ren der je­wei­li­gen Tech­nik­wis­sen­schaft ent­spre­chend der ge­stell­ten An­for­de­rung be­stim­men
 II, III
do­ku­men­tie­ren
ent­schei­den­de Er­klä­run­gen, Her­lei­tun­gen und Skiz­zen dar­stel­len
 III
durch­füh­ren
eine vor­ge­ge­be­ne oder ei­ge­ne An­lei­tung (z. B. für ein Ex­pe­ri­ment oder eine Be­fra­gung) um­set­zen.
 II
ent­wi­ckeln, ent­wer­fen
Lö­sun­gen für kom­ple­xe Pro­ble­me er­ar­bei­ten
 II, III
er­läu­tern, er­klä­ren
einen tech­ni­schen Sach­ver­halt in einen Zu­sam­men­hang ein­ord­nen sowie ihn nach­voll­zieh­bar und ver­ständ­lich ma­chen
 I, II
er­mit­teln
einen Zu­sam­men­hang oder eine Lö­sung fin­den und das Er­geb­nis for­mu­lie­ren
 II
kon­stru­ie­ren
Form und Bau eines tech­ni­schen Ob­jek­tes durch Aus­ar­bei­tung des Ent­wurfs, durch tech­ni­sche Be­rech­nun­gen, Über­le­gun­gen usw. maß­ge­bend ge­stal­ten
 II
nen­nen
Ele­men­te, Sach­ver­hal­te, Be­grif­fe, Daten ohne Er­läu­te­run­gen auf­zäh­len
 I
op­ti­mie­ren
einen ge­ge­be­nen tech­ni­schen Sach­ver­halt oder eine ge­ge­be­ne tech­ni­sche Ein­rich­tung so zu ver­än­dern, dass die ge­for­der­ten Kri­te­ri­en unter einem be­stimm­ten As­pekt er­füllt wer­den
 II
skiz­zie­ren
Sach­ver­hal­te, Struk­tu­ren oder Er­geb­nis­se auf das We­sent­li­che re­du­zie­ren und diese gra­fisch oder als Text über­sicht­lich dar­stel­len
 II
struk­tu­rie­ren, ord­nen
vor­lie­gen­de Ob­jek­te oder Sach­ver­hal­te ka­te­go­ri­sie­ren und hier­ar­chi­sie­ren
 II
über­prü­fen, nach­wei­sen
Sach­ver­hal­te oder Aus­sa­gen an Fak­ten oder in­ne­rer Logik mes­sen und even­tu­el­le Wi­der­sprü­che auf­de­cken
 II, III
über­tra­gen
einen be­kann­ten Sach­ver­halt oder eine be­kann­te Me­tho­de auf etwas Neues be­zie­hen
 II, III
ver­glei­chen
Ge­mein­sam­kei­ten, Ähn­lich­kei­ten und Un­ter­schie­de er­mit­teln
 I, II
zeich­nen
einen tech­ni­schen Sach­ver­halt mit zeich­ne­ri­schen Mit­teln unter Ein­hal­tung der ge­norm­ten Sym­bo­le dar­stel­len
 I, II
vgl. Ein­heit­li­che Prü­fungs­an­for­de­run­gen in der Ab­itur­prü­fung Tech­nik der KMK i. d. F. vom 16.11.2006

Stutt­gart, den 4. April 2021

Bil­dungs­plan für das Be­ruf­li­che Gym­na­si­um – Schul­ver­such;
hier:
Be­ruf­li­ches Gym­na­si­um der sechs- u. dreij. Auf­bau­form
Vom 12. April 2021
44 – 6624.10/177

I.

II.

Für das Be­ruf­li­che Gym­na­si­um gilt der als An­la­ge bei­ge­füg­te Bil­dungs­plan.
Der Bil­dungs­plan – Schul­ver­such – tritt
für die Ein­gangs­klas­se am 1. Au­gust 2021
für die Jahr­gangs­stu­fe 1 am 1. Au­gust 2022
für die Jahr­gangs­stu­fe 2 am 1. Au­gust 2023
in Kraft.
Elek­tro- und In­for­ma­ti­ons­tech­nik – Schul­ver­such
Be­ruf­li­ches Gym­na­si­um der sechs- u. dreij. Auf­bau­form

12.04.2021

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