2 Kompetenzbereiche, Inhaltsfelder und Kompetenzerwartungen

Die in den allgemeinen Aufgaben und Zielen des Faches beschriebene übergreifende fachliche Kompetenz wird ausdifferenziert, indem fachspezifische Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder identifiziert und ausgewiesen werden. Dieses analytische Vorgehen erfolgt, um die Strukturierung der fachrelevanten Prozesse einerseits sowie der Gegenstände andererseits transparent zu machen. In den Kompetenzerwartungen werden beide Seiten miteinander verknüpft. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der gleichzeitige Einsatz von Können und Wissen bei der Bewältigung von Anforderungssituationen eine zentrale Rolle spielt.

Kompetenzbereiche repräsentieren die Grunddimensionen des fachlichen Handelns. Sie dienen dazu, die einzelnen Teiloperationen entlang der fachlichen Kerne zu strukturieren und den Zugriff für die am Lehr-Lernprozess Beteiligten zu verdeutlichen.

Inhaltsfeldersystematisieren mit ihren jeweiligen inhaltlichen Schwerpunkten die im Unterricht der gymnasialen Oberstufe verbindlichen und unverzichtbaren Gegenstände und liefern Hinweise für die inhaltliche Ausrichtung des Lehrens und Lernens.

Kompetenzerwartungen führen Prozesse und Gegenstände zusammen und beschreiben die fachlichen Anforderungen und intendierten Lernergebnisse, die auf zwei Stufen bis zum Ende der Sekundarstufe II erreicht werden sollen.

Kompetenzerwartungen

• beziehen sich auf beobachtbare Handlungen und sind auf die Bewältigung von Anforderungssituationen ausgerichtet,
• stellen im Sinne von Regelstandards die erwarteten Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten auf einem mittleren Abstraktionsgrad dar,
• ermöglichen die Darstellung einer Progression vom Anfang bis zum Ende der Sekundarstufe II und zielen auf kumulatives, systematisch vernetztes Lernen,
• können in Aufgabenstellungen umgesetzt und überprüft werden.
• Insgesamt ist der Unterricht in der Sekundarstufe II nicht allein auf das Erreichen der aufgeführten Kompetenzerwartungen beschränkt, sondern soll es Schülerinnen und Schülern ermöglichen, diese weiter auszubauen und darüber hinausgehende Kompetenzen zu erwerben.

2.1 Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder des Faches

Die Schülerinnen und Schüler erwerben im Fach Technik technische Bildung.

Kompetenzbereiche

Technische Bildung umfasst als übergreifende fachliche Kompetenz eine Reihe spezieller und untereinander vernetzter Kompetenzen, die den Kompetenzbereichen Sach-, Methoden-, Urteils- sowie Handlungskompetenz zugeordnet werden können.

• Sachkompetenz

Die Sachkompetenz bezeichnet die Bereitschaft und Fähigkeit, Sachverhalte fachlich richtig benennen, beschreiben und darstellen zu können. Sie beinhaltet darüber hinaus, dass fachspezifische Sachverhalte und Begriffe unterschieden, geordnet und systematisiert werden können. Sachkompetenz im Bereich der Technik bedeutet somit die Fähigkeit zur Aneignung von und zum Umgang mit grundlegenden technischen Kenntnissen.

• Methodenkompetenz

Zur Methodenkompetenz gehören Wege der Erkenntnisgewinnung – wie Informationsbeschaffung, die Ermittlung technikorientierter Sachverhalte und ihre Strukturierung, Analyse und Interpretation – sowie die Darstellung und Präsentation von Informationen und Arbeitsergebnissen. Erkenntnisgewinnung von Schülerinnen und Schülernerfolgt insbesondere durch Experimente sowie durch reale Begegnung mit technischen Systemen im schulischen oder außerschulischen Kontext. Die Darstellung von Erkenntnissen und Arbeitsergebnissen geschieht unter kommunikativen Aspekten vor allem unter Verwendung der entsprechenden Fachsprache sowie mittels eines reflektierten Einsatzes von Medien.

• Urteilskompetenz

Urteilskompetenz basiert auf den erworbenen Sach- und Methodenkompetenzen. In diesem Zusammenhang geht es um ein selbständiges, begründetes, auf Kriterien gestütztes, reflektiertes Bewerten, Entscheiden und Beurteilen. Urteilskompetenz ermöglicht es, einen eigenen begründeten Standpunkt bezüglich der ingenieurwissenschaftlichen, ökologischen, sozialen, humanen, wirtschaftlichen und historischen Perspektiven von Technik zu finden und diesen im Rahmen einer verantwortungsvollen Mitgestaltung gegenwärtiger und zukünftiger Lebenssituationen einzubringen.

• Handlungskompetenz

Handlungskompetenz ist eine integrative Kompetenz, welche die Beeinflussung und Gestaltung der Umwelt ermöglicht. Technische Handlungskompetenz entwickelt sich auf unterschiedlichen Ebenen, zu denen das Konstruieren, Herstellen undNutzentechnischer Systeme auf der Grundlage zielgerichteter Planung sowie simulatives und reales Handeln in allen Lebensbereichen gehören. Handlungskompetenz erlaubt es in Verbindung mit Kompetenzen aus den anderen Kompetenzbereichen, unterschiedliche Anforderungen sachgerecht und effizient zu bewältigen.

Inhaltsfelder

Kompetenzen sind nicht nur an Kompetenzbereiche, sondern immer auch an fachliche Inhalte gebunden. Technische Bildung soll deshalb mit Blick auf die nachfolgenden Inhaltsfelder entwickelt werden, von denen Inhaltsfeld 1 der Einführungsphase vorbehalten ist, während die Inhaltsfelder 2 bis 5 in der Qualifikationsphase verortet sind:

Inhaltsfeld 1: Soziotechnische Systeme

Im Zentrum dieses Inhaltsfeldes stehensoziotechnische Systeme. Technische Systeme setzen Energie, Information und Stoff um, wobei deren Hauptfunktion immer auf eine dieser Kategorien bezogen ist. Technische Systeme werden realisiert in Form von Gegenständen, Geräten und Anlagen, die zur Umwandlung, zum Transport oder zur Speicherung dienen. Die Auseinandersetzung mit technischen Systemen in soziotechnischen Zusammenhängenerlaubt den Schülerinnen und Schülern ein vertieftes Verständnis naturaler, humaner und sozialer Aspekteder zunehmend technisierten Lebenswelt.

Inhaltsfeld 2: Technische Innovation

Die Beschäftigung mit technischer Innovation in unterschiedlichen Zusammenhängen versetzt die Schülerinnen und Schüler in die Lage, sich mit entsprechenden Konzepten und Produkten auseinander zu setzen. Ursachen für technische Innovation sind veränderte Bedürfnisse des Menschen oder Erfindungen und Entwicklungen, welche die Lebens- und Arbeitswelt des Menschen beeinflussen. Technische Innovationen werden auch durch politische Vorgaben, staatliche Förderung und ggf. Sanktionen beeinflusst.Kenntnisse über technische Innovation und ihre Evolution sind die Grundlage dafür,dass Schülerinnen und Schüler historische und aktuelle Entwicklungen aus verschiedenen Perspektiven kritisch betrachten und Zukunftsperspektiven einschätzen können.

Inhaltsfeld 3: Automatisierungstechnik

In diesem Inhaltsfeld erfolgt eine Auseinandersetzung mit Systemen zur Erfassung von Parametern und deren Integration in elektronischen Schaltungen. Darüber hinaus geht es um den Austausch und die Visualisierung elektronischer Daten. Zur zielgerichteten Automatisierung von technischen Vorgängen wird die Verarbeitung dieser Daten mit Steuerungsschaltungen in Digitaltechnik und speicherprogrammierbaren Systemenvorgenommen. Kenntnisse der Automatisierungstechnik befähigen die Schülerinnen und Schüler, mit Hilfe von technischen Systemen menschliche Handlungsfunktionen zu ersetzen und zu erweitern.

Inhaltsfeld 4: Versorgung mit elektrischer Energie

Die Beschäftigung mit diesem Inhaltsfeld ermöglicht die Auseinandersetzung mit unterschiedlichen Systemen und Verfahren zur Erzeugung, Verteilung und Speicherung elektrischer Energie. Hierzu gehören die Kraftwerke mit ihrer Struktur von Teilsystemen sowie die Stromerzeugung aus regenerativen Quellen,z.B. aus Sonne, Wind und Wasser, mit ihren Energieumwandlungsketten und Wirkungsgraden. Ihr Einsatz wird bestimmt von soziotechnischen Faktoren wie Energiebedarf, ökonomische Vertretbarkeit und ökologische Verträglichkeit. Kenntnisse zur Versorgung mit elektrischer Energie ermöglichen Schülerinnen und Schülern eine technisch fundierte Auseinandersetzung mit aktuellen und künftigen Problemen der Energiebereitstellung.

Inhaltsfeld 5: Entwicklungsfelder neuer Technologien

In diesem Inhaltsfeld geht es um Forschungsgebiete der Technik, welche mit ihren Produkten eine immer stärkere Bedeutung für die Zukunft des Menschen gewinnen. Die Bereiche Bionik, Elektromobilität und Verkehr, Robotik sowie Informations- und Kommunikationstechnologie unterliegen ständigen Innovationsprozessen. Sie weisen komplexe technische Systemstrukturen auf und verfügen mit ihrer technischen Entwicklung sowie ihren Auswirkungen auf Lebens- und Arbeitswelt über vielfältige soziotechnische Verflechtungen. Kenntnisse über diese Entwicklungsfelder befähigen die Schülerinnen und Schüler zu einem reflektierten Umgang mit zukünftigen technischen Entwicklungen und der Abschätzung ihrer Chancen und Risiken.

2.2 Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Einführungsphase

Der Unterricht soll es den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, dass sie – aufbauend auf einer ggf. heterogenen Kompetenzentwicklung in der Sekundarstufe I – am Ende der Einführungsphase über die im Folgenden genannten Kompetenzen verfügen. Dabei werden zunächst übergeordnete Kompetenzerwartungen zu allen Kompetenzbereichen aufgeführt. Während die Methoden- und Handlungskompetenz ausschließlich inhaltsfeldübergreifend angelegt sind, werden die Sachkompetenz sowie die Urteilskompetenz im Anschluss zusätzlich inhaltsfeldbezogen konkretisiert. Die in Klammern beigefügten Kürzel dienen dabei zur Verdeutlichung der Progression der übergeordneten Kompetenzerwartungen über die einzelnen Stufen hinweg (vgl. Anhang).

• Sachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• stellen technische Sachverhalte und Problemstellungen mithilfe zentraler Fachbegriffe dar (SK 1),
• beschreiben Elemente und Strukturen einfacher technischer Systeme (SK 2),
• erläutern Wirkungszusammenhänge in einfachen technischen Prozessen (SK 3),
• ordnen einfache technische Sachverhalte in übergreifende Zusammenhänge ein (SK 4).

• Methodenkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

Verfahren der Informationsbeschaffung und -entnahme

• entnehmen einfachen technischen Systemen Strukturierungsmerkmale und entwickeln einfache modellhafte Vorstellungen zu technischen Sachverhalten (MK 1),
• erheben angeleitet Daten durch Beobachtung, Erkundung, Simulation und den Einsatz von Messverfahren (MK 2),
• ermitteln die Funktionsweise einfacher technischer Systeme durch vorgegebene techniktypische Verfahren (MK 3),
• identifizieren die unter einer vorstrukturierten Fragestellung relevanten Informationen innerhalb einer Zusammenstellung verschiedener Materialien und gliedern diese (MK 4),

Verfahren der Aufbereitung, Strukturierung, Analyse und Interpretation

• analysieren einfache kontinuierliche Texte (MK 5),
• analysieren und interpretieren einfache diskontinuierliche Texte wie Grafiken, Statistiken, Schaltpläne, Schaubilder sowie Bilder und Filme (MK 6),
• entwickeln Hypothesen zu vorgegebenen Fragestellungen und überprüfen diese mithilfe ausgewählter, geeigneter quantitativer und qualitativer Verfahren, u.a. durch Experimente und Simulationen (MK 7),
• entwickeln Kriterien und Indikatoren zur Beschreibung, Erklärung und Überprüfung einfacher technischer Sachverhalte (MK 8),
• Verfahren der Darstellung und Präsentation
• stellen technische Sachverhalte unter Verwendung geeigneter sprachlicher Mittel und zentraler Fachbegriffe adressatenbezogen dar und präsentieren diese anschaulich (MK 9),
• erstellen, auch unter Nutzung elektronischer Datenverarbeitungssysteme, Skizzen, Diagramme und Schaltpläne, um einfache technische Zusammenhänge und Probleme graphisch darzustellen (MK 10).

• Urteilskompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• beurteilen einfache technische Sachverhalte und Systeme vor dem Hintergrund relevanter Kriterien (UK 1),
• bewerten einfache technische Verfahren im Hinblick auf ihre Zielerreichung (UK 2),
• erörtern die Chancen und Risiken einfacher technischer Systeme unter Beachtung ökonomischer und ökologischer Aspekte (UK 3),
• entscheiden sich in einfachen, technisch geprägten Situationen begründet für Handlungsoptionen und beurteilen mögliche Konsequenzen (UK 4).

• Handlungskompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• bedienen unter Beachtung der Sicherheitsbestimmungen einfache technische Geräte (HK 1),
• entwickeln Lösungen und Lösungswege für einfache technische Probleme (HK 2),
• konstruieren und fertigenein einfaches technisches System (HK 3),
• führen Experimente nach vorgegebener Versuchsanleitung durch und werten diese aus (HK 4),
• erstellen (Medien-) Produkte zu technischen Sachverhalten und präsentieren diese (HK 5).
• planen und realisieren ein technikbezogenes Projekt und werten dieses aus (HK 6).

Die Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Behandlung des nachfolgenden, für die Einführungsphase obligatorischenInhaltsfeldesentwickelt werden:

1.) Soziotechnische Systeme

Bezieht man die übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen.

• Inhaltsfeld 1: Soziotechnische Systeme

Inhaltliche Schwerpunkte: Strukturen und Funktionensoziotechnischer Systeme Planung, Entwicklung und Fertigung Distribution, Betrieb und Nutzung Entsorgung und Recycling

Sachkompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• benennen Systemgrenzen sowie Ein- und Ausgangsgrößen eines technischen Systems,
• beschreiben Aufbau und Struktur eines technischen Systems aus Subsystemen und Systemelementen,
• ordnentechnische Systeme in die Kategorien Stoff-, Energie- und Informationsumsatz und ihre Funktionsbereiche Transport, Wandlung und Speicherung ein,
• erläutern die Phasen der Entstehung eines technischen Produkts,
• analysieren technische Aufgabenstellungen und Lösungen unter den Aspekten ihrer Zielsetzung, Zweckbestimmung, Funktionalität und Übertragbarkeit.

Urteilskompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• beurteilen die Wechselwirkungen zwischen technischen Systemen und ihren Systemumgebungenauch unter soziotechnischen Aspekten,
• erörtern unterschiedliche Distributionswege für technische Produkte,
• beurteilen den Betrieb und die Nutzung eines technischen Systems im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Nutzwert, Nachhaltigkeitund Sicherheit,
• erörtern Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes recyclebarer Materialien und ressourcenschonender Produktionsmethoden bei der Herstellung technischer Systeme,
• bewerten technische Produkte hinsichtlich der Möglichkeit zu einer nachhaltigen Entsorgung.

2.3 Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Qualifikationsphase

Der Unterricht soll es den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, dass sie – aufbauend auf der Kompetenzentwicklung in der Einführungsphase – am Ende der Sekundarstufe II über die im Folgenden genannten Kompetenzen verfügen. Dabei werden – jeweils getrennt für den Grund- und Leistungskurs – zunächst übergeordnete Kompetenzerwartungen zu allen Kompetenzbereichen aufgeführt. Während die Methoden- und Handlungskompetenz ausschließlich inhaltsfeldübergreifend angelegt sind, werden die Sachkompetenz sowie die Urteilskompetenz im Anschluss zusätzlich inhaltsfeldbezogen konkretisiert. Die in Klammern beigefügten Kürzel dienen dabei zur Verdeutlichung der Progression der übergeordneten Kompetenzerwartungen über die einzelnen Stufen hinweg (vgl. Anhang).

2.3.1 Grundkurs

Die nachfolgenden übergeordneten Kompetenzerwartungen sind im Grundkurs anzustreben:

• Sachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• erläutern technische Sachverhalte und Problemstellungen mithilfe angemessener Fachbegriffe (SK 1),
• analysieren Elemente und Strukturen technischer Systeme (SK 2),
• analysieren Wirkungszusammenhänge in technischen Prozessen (SK 3),
• systematisieren technische Sachverhalte mithilfe vorgegebener Kategorien (SK 4).

• Methodenkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

Verfahren der Informationsbeschaffung und -entnahme

• entnehmen technischen Systemen Strukturierungsmerkmale und entwickeln geeignete modellhafte Vorstellungen zu technischen Sachverhalten (MK 1),
• erheben selbstständig Daten durch Beobachtung, Erkundung, Simulation und den Einsatz von Messverfahren (MK 2),
• ermitteln die Funktionsweise technischer Systeme durch techniktypische Verfahren (MK 3),
• identifizieren die unter einer Fragestellung relevanten Informationen innerhalb einer Zusammenstellung verschiedener Materialien, gliedern diese und ordnen sie in thematische Zusammenhänge ein (MK 4),

Verfahren der Aufbereitung, Strukturierung, Analyse und Interpretation

• analysieren kontinuierliche Texte (MK 5),
• analysieren und interpretieren diskontinuierliche Texte wie Grafiken, Statistiken, Schaltpläne, Verfahrensfließbilder, Schaubilder, Diagramme sowie Bilder und Filme (MK 6),
• formulieren Fragestellungen, entwickeln Hypothesen und überprüfen diese mithilfe selbst ausgewählter, geeigneter quantitativer und qualitativer Verfahren, u.a. durch Experimente und Simulationen (MK 7),
• entwickeln Kriterien und Indikatoren zur Beschreibung, Erklärung und Überprüfung technischer Sachverhalte (MK 8),

Verfahren der Darstellung und Präsentation

• stellen technische Sachverhalte unter Verwendung geeigneter sprachlicher Mittel und angemessener Fachbegriffe adressatenbezogen sowie problemorientiert dar und präsentieren diese anschaulich (MK 9),
• erstellen, auch unter Nutzung elektronischer Datenverarbeitungssysteme, Skizzen, Diagramme und Schaltpläne, um technische Zusammenhänge und Probleme graphisch darzustellen (MK 10).

• Urteilskompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• beurteilen technische Sachverhalte und Systeme vor dem Hintergrund relevanter Kriterien (UK 1),
• bewerten technische Verfahren im Hinblick auf ihre Zielerreichung (UK 2),
• erörtern die Chancen und Risiken technischer Systeme und Verfahren unter Beachtung humaner, sozialer, ökonomischer und ökologischer Aspekte (UK 3),
• entscheiden sich in technisch geprägten Situationen begründet für Handlungsoptionen, wägen Alternativen ab und beurteilen mögliche Konsequenzen (UK 4).

• Handlungskompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• bedienen unter Beachtung der Sicherheitsbestimmungen technische Geräte (HK 1),
• entwickeln Lösungen und Lösungswege für technische Probleme (HK 2),
• konstruieren ein technisches System (HK 3),
• planen und realisieren Experimente und werten diese aus (HK 4),
• erstellen (Medien-) Produkte zu komplexeren technischen Sachverhalten und präsentieren diese (HK 5).
• planen und realisieren ein umfassenderes technikbezogenes Projekt und werten dieses aus (HK 6).

Die Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden, für die Qualifikationsphase obligatorischenInhaltsfelder entwickelt werden:

2.) Technische Innovation

3.) Automatisierungstechnik

4.) Versorgung mit elektrischer Energie

5.) Entwicklungsfelder neuer Technologien

Bezieht man die übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen:

• Inhaltsfeld 2: Technische Innovation

Inhaltliche Schwerpunkte: Konzepte innovativer Technologien Einfluss von Grundlagenforschung auf die Produkt- und Anwendungsentwicklung Auswirkungen von Innovation auf Gesellschaft und Wirtschaft

Sachkompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erläutern Ursachen und Prinzipien technischer Innovation,
• benennen Einsatzmöglichkeiten von Erkenntnissen der Grundlagenforschung in der Produkt- und Anwendungsentwicklung,
• beschreiben messbare Größen der Innovation unter technischen (u.a. Miniaturisierung, Funktionsumfang) und ökonomischen Gesichtspunkten (u.a. Produktionskosten, Verbreitungsgrad),
• beschreiben gesellschaftliche Veränderungen in Beruf und Alltag durch technische Produkte und Anwendungen,
• erläutern Auswirkungen staatlicher Maßnahmen (Förderung und rechtliche Regulierung) auf technische Innovationen.

Urteilskompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• bewerten den Ertrag des Einsatzes innovativer Technologien in technischen Systemen im Hinblick auf die Steigerung der Effizienz,
• beurteilen das Konzept für ein technisches Produkt im Hinblick auf Realisierbarkeit, Chancen und Nachhaltigkeit,
• erörtern die Veränderung der Erschwinglichkeit technischer Produkte durch technische Innovation,
• erörtern Chancen und Risiken technischer Innovationen.

Inhaltsfeld 3: Automatisierungstechnik

Inhaltliche Schwerpunkte: Digitale Sensoren und Aktoren Logik-Bausteine, Speicher und Zähler Optimierungsmöglichkeiten digitaler Schaltungen Speicherprogrammierbare Systeme

Sachkompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erläutern die Funktionsweise digitaler Sensoren,
• erklären verschiedene Logikgatter,
• beschreiben ein logisches Problem durch eine Wahrheitstabelle und die Oder-Normalform,
• stellen eine Wahrheitstabelle in Form eines KV-Diagrammsdar,
• analysieren die Funktionsweise verschiedener Flipflops,
• beschreiben Einsatzmöglichkeiten und Parameter der Grund- und Sonderfunktionen eines speicherprogrammierbaren Systems,
• erläutern die Programmierung eines speicherprogrammierbaren Systemszur Lösung eines Automatisierungsproblems.

Urteilskompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erörtern die Funktion undden Einsatz verschiedener Ausgabeelemente,
• beurteilen eine vorgegebene Schaltung im Hinblick auf die Signalverarbeitung,
• bewerten Optimierungsmöglichkeiten digitaler Schaltungen,
• erörtern den Einsatz unterschiedlicher Flipflop-Typen zur Lösung einer Speicher- oder Zähleraufgabe,
• beurteilen die Einsatzmöglichkeiten verschiedener handelsüblicher integrierter Schaltkreise zur Realisation einer digitalen Schaltung,
• bewerten die Vor- und Nachteile eines speicherprogrammierbaren Systems.

• Inhaltsfeld 4: Versorgung mit elektrischer Energie

Inhaltliche Schwerpunkte: Regenerative und nichtregenerative Energieträger Energiewirtschaft und Kraftwerkseinsatz Systemanalyse und Effizienz von Kraftwerken

Sachkompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• benennen regenerative und nichtregenerative Energieträger sowiederen Einsatzbereiche,
• analysieren den Bedarf an elektrischer Energie mithilfe von strukturierten Verbrauchsdaten,
• erläutern anhand von Blockschaltbildern die Funktionsweise unterschiedlicher Kraftwerkstypen,
• beschreiben Energieflussketten, Sankey-Diagramm und Wirkungsgradketten von Kraftwerken,
• analysieren technische Daten eines Kraftwerks zur Berechnung des Gesamtwirkungsgrades,
• vergleichen verschiedenartige Ausführungen funktionsgleicher Subsysteme in Kraftwerken,
• erläutern Aufbau, Funktionsweise und Verschaltung energieumwandelnder Systeme,
• stellen elektrische Kenngrößen energieumwandelnder Systemein Kennlinien dar.

Urteilskompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erörtern die Einsatzmöglichkeiten unterschiedlicher Kraftwerkstypen zur Deckung verschiedener Lastbereiche,
• beurteilen datengestützt unterschiedliche Möglichkeiten der Dimensionierung und Ausführung eines technischen Systems bzw. seiner Subsysteme im Hinblick auf die Erfüllung der Anforderungen,
• beurteilen Optimierungsmöglichkeiten von Kraftwerksprozessen,
• bewertendie Umweltverträglichkeit von Kraftwerken,
• beurteilen die maximale Leistungsabgabe energieumwandelnder Systemebeiunterschiedlichen Bedingungen,
• bewerten dieEinsatzmöglichkeiten energieumwandelnder Systemein verschiedenen technischen Anwendungen.

• Inhaltsfeld 5: Entwicklungsfelder neuer Technologien

Inhaltliche Schwerpunkte: Bionik Elektromobilität und Verkehr

Sachkompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erläutern Funktionsanalogien in Natur und Technik,
• stellen für technische Problemlösungen relevante Funktionsprinzipien biologischer Systeme dar,
• erläutern die Ausprägungsgrade biologischer Merkmale bei Werkstoffen anhand eines Bionik-Fallbeispiels,
• stellen Infrastrukturen von Verkehrssystemen dar,
• erläutern aktuelle Konzepte zur Elektromobilität,
• erläutern den Einsatz innovativer Teilsysteme in einem Elektrofahrzeug im Hinblick auf Reichweite, Ressourcenverbrauch und Handhabung,
• vergleichen verschiedene Möglichkeiten der Speicherung von Energie.

Urteilskompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erörtern Möglichkeiten und Grenzen des Prinzipientransfers von biologischen auf technische Systeme
• bewerten Chancen und Risiken der Bionik unter ökonomischen, ökologischen und sozialen Aspekten,
• erörtern Möglichkeiten und Grenzen des Individualverkehrs,
• beurteilen den Wirkungsgrad eines Elektrofahrzeugs,
• bewerten Kosten und Kapazität von Akkumulatoren im Hinblick auf die Marktchancen von Elektrofahrzeugen,
• bewerten die Einsatzmöglichkeiten von Energiewandlern und -speichern in verschiedenen technischen Anwendungen.

2.3.2 Leistungskurs

Die nachfolgenden übergeordneten Kompetenzerwartungen sind im Leistungskurs anzustreben:

• Sachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• erläutern komplexe technische Sachverhalte und Problemstellungen umfassend mithilfe spezifischer Fachbegriffe (SK 1),
• analysieren Elemente und Strukturen komplexer technischer Systeme (SK 2),
• analysieren Wirkungszusammenhänge in komplexeren technischen Prozessen (SK 3),
• systematisieren komplexere technische Sachverhalte mithilfe selbstständig definierter Kategorien (SK 4).

• Methodenkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

Verfahren der Informationsbeschaffung und -entnahme

• entnehmen komplexeren technischen Systemen Strukturierungsmerkmale und entwickeln geeignete modellhafte Vorstellungen zu technischen Sachverhalten (MK 1),
• erheben selbstständig Daten durch Beobachtung, Erkundung, Simulation und den Einsatz von Messverfahren (MK 2),
• ermitteln die Funktionsweise komplexerer technischer Systeme durch selbst gewählte techniktypische Verfahren (MK 3),
• identifizieren die unter einer Fragestellung relevanten Informationen innerhalb einer Zusammenstellung verschiedener Materialien, gliedern diese und ordnen sie in thematische Zusammenhänge ein (MK 4),

Verfahren der Aufbereitung, Strukturierung, Analyse und Interpretation

• analysieren komplexere kontinuierliche Texte (MK 5),
• analysieren und interpretieren komplexere diskontinuierliche Texte wie Grafiken, Statistiken, Schaltpläne, Verfahrensfließbilder, Schaubilder, Diagramme sowie Bilder und Filme (MK 6),
• formulieren Fragestellungen, entwickeln Hypothesen und überprüfen diese mithilfe selbst ausgewählter, geeigneter quantitativer und qualitativer Verfahren, u.a. durch Experimente und Simulationen (MK 7),
• entwickeln Kriterien und Indikatoren zur Beschreibung, Erklärung und Überprüfung komplexerer technischer Sachverhalte (MK 8),

Verfahren der Darstellung und Präsentation

• stellen technische Sachverhalte unter Verwendung geeigneter sprachlicher Mittel und spezifischer Fachbegriffe adressatenbezogen sowie problemorientiert dar und präsentieren diese anschaulich (MK 9),
• erstellen, auch unter Nutzung elektronischer Datenverarbeitungssysteme, Skizzen, Diagramme und Schaltpläne, um komplexere technische Zusammenhänge und Probleme graphisch darzustellen (MK 10).

• Urteilskompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• beurteilen komplexere technische Sachverhalte und Systeme vor dem Hintergrund relevanter Kriterien (UK 1),
• bewerten komplexere technische Verfahren im Hinblick auf ihre Zielerreichung (UK 2),
• erörtern die Chancen und Risiken von Technik unter Beachtung humaner, sozialer, ökonomischer und ökologischer Aspekte (UK 3),
• entscheiden sich in komplexeren, technisch geprägten Situationen begründet für Handlungsoptionen, wägen Alternativen ab und beurteilen mögliche Konsequenzen (UK 4).

• Handlungskompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

• bedienen unter Beachtung der Sicherheitsbestimmungen komplexere technische Geräte (HK 1),
• entwickeln Lösungen und Lösungswege für komplexere technische Probleme (HK 2),
• konstruieren ein komplexeres technisches System (HK 3),
• planen und realisieren komplexere Experimente und werten diese aus (HK 4),
• erstellen (Medien-) Produkte zu komplexeren technischen Sachverhalten und präsentieren diese (HK 5).
• planen und realisieren ein umfassenderes technikbezogenes Projekt und werten dieses aus (HK 6).

Die Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden, für die Qualifikationsphase obligatorischenInhaltsfelder entwickelt werden:

2) Technische Innovation

3) Automatisierungstechnik

4) Versorgung mit elektrischer Energie

5) Entwicklungsfelder neuer Technologien

Bezieht man die übergeordneten Kompetenzerwartungen sowie die unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte aufeinander, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen:

• Inhaltsfeld 2: Technische Innovation

Inhaltliche Schwerpunkte: Konzepte innovativer Technologien Einfluss von Grundlagenforschung auf die Produkt- und Anwendungsentwicklung Auswirkungen von Innovation auf Gesellschaft und Wirtschaft

Sachkompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erläutern Ursachen und Prinzipien technischer Innovation,
• benennen Einsatzmöglichkeiten von Erkenntnissen der Grundlagenforschung in der Produkt- und Anwendungsentwicklung,
• beschreiben messbare Größen der Innovation unter technischen (u.a. Miniaturisierung, Funktionsumfang) und ökonomischen Gesichtspunkten (u.a. Produktionskosten, Verbreitungsgrad),
• beschreiben gesellschaftliche Veränderungen in Beruf und Alltag durch technische Produkte und Anwendungen,
• erläutern Auswirkungen staatlicher Maßnahmen (Förderung und rechtliche Regulierung) auf technische Innovationen,
• stellen den Einfluss technischer Innovation auf die Vermarktung eines Produktes dar,
• erläutern verschiedene Arten von Obsoleszenz durch technische Innovation.

Urteilskompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• bewerten den Ertrag des Einsatzes innovativer Technologien in technischen Systemen im Hinblick auf die Steigerung der Effizienz,
• beurteilen das Konzept für ein technisches Produkt im Hinblick auf Realisierbarkeit, Chancen und Nachhaltigkeit,
• erörtern die Veränderung der Erschwinglichkeit technischer Produkte durch technische Innovation,
• beurteilen den Einfluss technischer Innovation auf die Lebensdauer von technischen Geräten.
• erörtern Chancen und Risiken technischer Innovationen.

• Inhaltsfeld 3: Automatisierungstechnik

Inhaltliche Schwerpunkte: Analoge Sensoren Digitale Sensoren und Aktoren Logik-Bausteine, Komparatoren, Speicher und Zähler Optimierungsmöglichkeiten digitaler Schaltungen Speicherprogrammierbare Systeme

Sachkompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erläutern die Funktionsweise analoger und digitaler Sensoren,
• erläutern die Anpassung analoger Sensoren über Messbrücken,
• erklären verschiedene Logikgatter,
• beschreiben ein logisches Problem durch eine Wahrheitstabelle und die Oder-Normalform,
• stellen eine Wahrheitstabelle in Form eines KV-Diagramms dar,
• erläutern den Aufbau von Komparatoren zum Vergleich digitaler Signale,
• analysieren die Funktionsweise verschiedener Flipflops,
• beschreiben Einsatzmöglichkeiten und Parameter der Grund- und Sonderfunktionen eines speicherprogrammierbaren Systems,
• erläutern die Programmierung eines speicherprogrammierbaren Systems zur Lösung eines Automatisierungsproblems.

Urteilskompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erörtern die Funktion und den Einsatz verschiedener Aktoren,
• bewerten analoge Messwerte im Hinblick aufeine weitere Verarbeitung in digitalen Schaltungen,
• beurteilen eine vorgegebene Schaltung im Hinblick auf die Signalverarbeitung,
• bewerten Optimierungsmöglichkeiten digitaler Schaltungen mithilfe der De Morganschen Gesetze,
• erörtern den Einsatz unterschiedlicher Flipflop-Typen zur Lösung einer Speicher- oder Zähleraufgabe,
• beurteilen die Einsatzmöglichkeiten verschiedener handelsüblicher integrierter Schaltkreise zur Realisation einer digitalen Schaltung,
• bewerten die Vor- und Nachteile eines speicherprogrammierbaren Systems.

• Inhaltsfeld 4: Versorgung mit elektrischer Energie

Inhaltliche Schwerpunkte: Regenerative und nichtregenerative Energieträger Energiewirtschaft und Kraftwerkseinsatz Systemanalyse und Effizienz von Kraftwerken Stromverteilungsnetze

Sachkompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• benennen regenerative und nichtregenerative Energieträger sowie deren Einsatzbereiche,
• analysieren den Bedarf an elektrischer Energie mithilfe von strukturierten Verbrauchsdaten,
• erläutern anhand von Blockschaltbildern die Funktionsweise unterschiedlicher Kraftwerkstypen,
• beschreiben Energieflussketten, Sankey-Diagramm und Wirkungsgradketten von Kraftwerken,
• analysieren technische Daten eines Kraftwerks zur Berechnung des Gesamtwirkungsgrades,
• vergleichen verschiedenartige Ausführungen funktionsgleicher Subsysteme in Kraftwerken,
• erläutern Aufbau, Funktionsweise und Verschaltung energieumwandelnder Systeme,
• stellen elektrische Kenngrößen energieumwandelnder Systemenin Kennlinien dar,
• beschreiben den Einfluss der Topologie, der Übertragungsbedingungen und Lastverteilungen auf die Wirkungsweise elektrischer Versorgungsnetze,
• erläuternkonkrete Phasenkompensationen im unverzweigten Wechselstromkreis.

Urteilskompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erörtern die Einsatzmöglichkeiten unterschiedlicher Kraftwerkstypen zur Deckung verschiedener Lastbereiche,
• beurteilen datengestützt unterschiedliche Möglichkeiten der Dimensionierung und Ausführung eines technischen Systems bzw. seiner Subsysteme im Hinblick auf die Erfüllung der Anforderungen,
• beurteilen Optimierungsmöglichkeiten von Kraftwerksprozessen,
• bewerten die Umweltverträglichkeit von Kraftwerken,
• beurteilen die maximale Leistungsabgabe von Solarzellen bei unterschiedlichen Bedingungen,
• bewerten die Einsatzmöglichkeiten von Solarzellen in verschiedenen technischen Anwendungen,
• beurteilen verschiedene Netzformen hinsichtlich der Spannungsfälle,
• erörtern die Vor- und Nachteile von Dreh- und Wechselstromnetzen.

• Inhaltsfeld 5: Entwicklungsfelder neuer Technologien

Inhaltliche Schwerpunkte: Bionik Elektromobilität und Verkehr Robotik Informations- und Kommunikationstechnologie

Sachkompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erläutern Funktionsanalogien in Natur und Technik,
• stellen für technische Problemlösungen relevante Funktionsprinzipien biologischer Systeme dar,
• erläutern die Ausprägungsgrade biologischer Merkmale bei Werkstoffen anhand eines Bionik-Fallbeispiels,
• stellen Infrastrukturen von Verkehrssystemen dar,
• erläutern aktuelle Konzepte zur Elektromobilität,
• erläutern den Einsatz innovativer Teilsysteme in einem Elektrofahrzeug im Hinblick auf Reichweite, Ressourcenverbrauch und Handhabung,
• vergleichen verschiedene Möglichkeiten der Speicherung von Energie,
• analysieren die Funktionsweisen von Sensoren und Aktoren in Robotersystemen,
• stellen eine Möglichkeit zur Realisierung einer Robotersteuerung dar,
• beschreiben die Grundprinzipien innovativer technischer Systeme des Informationsaustausches,
• analysieren Auswirkungen der Verwendung von Kommunikations- und Informationstechnologien auf die Arbeits- und Lebenswelt,

Urteilskompetenz:

Die Schülerinnen und Schüler

• erörtern Möglichkeiten und Grenzen des Prinzipientransfers von biologischen auf technische Systeme,
• bewerten Chancen und Risiken der Bionik unter ökonomischen, ökologischen und sozialen Aspekten,
• erörtern Möglichkeiten und Grenzen des Individualverkehrs,
• beurteilen den Wirkungsgrad eines Elektrofahrzeugs,
• bewerten Kosten und Kapazität von Akkumulatoren im Hinblick auf die Marktchancen von Elektrofahrzeugen,
• bewerten die Einsatzmöglichkeiten von Energiewandlern und -speichern in verschiedenen technischen Anwendungen,
• erörtern Einsatzmöglichkeiten von Akkumulatoren und Ladereglern hinsichtlich einer Optimierung des Solar- und Brennstoffzelleneinsatzes,
• bewerten die Qualität der Produkte robotergestützter Fertigung,
• erörtern robotergestützte und manuelle Fertigungsverfahren im Hinblick auf ihre Auswirkungen auf die Arbeitswelt,
• erörtern unterschiedliche Wege zur Lösung eines informations- oder kommunikationstechnischen Problems,
• beurteilen Innovationen in informations- oder kommunikationstechnischen Systemen im Hinblick auf die Erhöhung der Geschwindigkeit des Datenumsatzes.