2.1 Erkenntnisgewinnung und Forschen

Informationsquellen gezielt nutzen und deren Aussagekraft und Zuverlässigkeit bewerten Bestimmungshilfen, Datenblätter, thematische Karten und Tabellen nutzen Informationen systematisieren, zusammenfassen und darstellen Experimente entwickeln, planen, durchführen, auswerten und bewerten Messdaten mathematisch auswerten, beschreiben und interpretieren große Datenmengen auch computergestützt erfassen, verarbeiten und visualisieren Messverfahren oder ‑instrumente begründet auswählen und anpassen Modelle zur Beschreibung und Erklärung von Sachverhalten nutzen zu naturwissenschaftlichen und technischen Vorgängen Modelle entwickeln Grenzen von Modellen erkennen aus Problemstellungen Recherche- und Forschungsfragen ableiten Hypothesen entwickeln und in Untersuchungen überprüfen Lösungsansätze für naturwissenschaftliche beziehungsweise technische Problemstellungen entwickeln naturwissenschaftliche und technische Zusammenhänge mathematisch beschreiben und nutzen computergestützte Simulationen zur Erkenntnisgewinnung nutzen

2.2 Entwicklung und Konstruktion

typische Problemlösungen und Lösungsmethoden aus verschiedenen Technikbereichen beschreiben ein Problem analysieren und auf lösbare Teilprobleme zurückführen die Lösung eines technischen Problems durch Auswählen, Anpassen, Dimensionieren und Kombinieren von Teillösungen entwickeln, darstellen und bewerten Schwierigkeiten bei der Planung und Herstellung eines Produkts überwinden (Durchhaltevermögen und Beharrlichkeit) Werkstoffe fachgerecht bearbeiten Werkzeuge und Maschinen fachgerecht auswählen und verwenden die Funktionsweise technischer Systeme analysieren technische Optimierungsansätze entwickeln ein selbst konstruiertes Produkt optimieren

2.3 Kommunikation und Organisation

Fachbegriffe der Naturwissenschaften und der Technik verstehen und nutzen sowie Alltagsbegriffe in Fachsprache übertragen gleich lautende Fachbegriffe verschiedener naturwissenschaftlicher oder technischer Disziplinen gegeneinander abgrenzen Sachverhalte auf das Wesentliche reduziert darstellen zeichnerische, symbolische und normorientierte Darstellungen analysieren, nutzen und erstellen verschiedene Darstellungsweisen zur Erstellung von Dokumentationen geeignet kombinieren ein Vorhaben strukturieren, planen und durchführen einen Projektverlauf dokumentieren, Projektzwischenstände beschreiben und auf Planabweichungen nachsteuernd reagieren das abgeschlossene Projekt reflektieren und Optimierungsansätze entwickeln beim Arbeiten im Team Verantwortung übernehmen typische Phasen der Arbeit in Gruppen erkennen und für den Arbeitsprozess nutzen

2.4 Bedeutung und Bewertung

Lösungsansätze für fachübergreifende Problemstellungen entwickeln das Zusammenwirken naturwissenschaftlicher Erkenntnisse und technischer Innovationen erläutern den Zusammenhang zwischen Bedürfnissen des Menschen und naturwissenschaftlichen und technischen Entwicklungen erläutern naturwissenschaftlich - technische Problemstellungen vor dem Hintergrund gesellschaftlicher und ökologischer Wechselwirkungen analysieren die Folgen der Wechselwirkungen eines technischen Systems mit Gesellschaft und Umwelt an einfachen Beispielen abschätzen und bewerten Material und Energie verantwortungsbewusst verwenden Qualität von Untersuchungsergebnissen und Produkten begründet einschätzen Risiken beim praktischen Arbeiten erkennen und durch Sicherheitsvorkehrungen Gefährdungen vermeiden Arbeitsfelder regionaler Firmen in Forschung, Entwicklung und Produktion erkunden und Berufe und Ausbildungsgänge zu Arbeitsgebieten der angewandten Naturwissenschaften und der Technik beschreiben ausgewählte aktuelle Forschungsziele und Entwicklungen beschreiben und deren Bedeutung für die Gesellschaft erläutern

3.2.2.1 Energie in Natur und Technik

die Bedeutung der Sonne für das Leben auf der Erde erläutern (zum Beispiel Fotosynthese, Windsysteme, Schiefe der Ekliptik) die Begriffe Energiespeicher und Energieübertragung erläutern (zum Beispiel Körpertemperatur von Tieren, elektrochemischer Energiespeicher, Gebäudeheizung, Atmosphäre) Energieübertragungsketten in Systemen grafisch darstellen und erklären (zum Beispiel Lebewesen, Maschinen) Energiedichten oder Speicherkapazitäten vergleichen (zum Beispiel Brennwert, Latente Wärme) Energieumsätze abschätzen, berechnen und vergleichen aus individuellen oder regionalen Energieumsätzen eigenes und gesellschaftliches Handeln ableiten Wirkungsgrade und Leistungen berechnen und vergleichen ( Wirkungsgrad in Energieübertragungsketten)

3.2.2.2 Energieversorgungssysteme (*)

Grundbegriffe der Energieversorgung beschreiben (zum Beispiel fossile und regenerative Energieträger, Grund- und Spitzenlast) verschiedene Möglichkeiten der Nutzbarmachung von Energie beschreiben (Photovoltaik, Solarthermie, Windenergie, thermische Kraftwerke; höchster theoretischer Wirkungsgrad , zum Beispiel Carnotwirkungsgrad oder Betz'sche Leistungsentnahme) Möglichkeiten der Energieversorgung hinsichtlich ökologischer und wirtschaftlicher Kriterien vergleichen und bewerten ein Funktionsmodell eines energietechnischen Systems entwickeln, konstruieren, fertigen und die Energieumsetzung quantitativ auswerten (zum Beispiel Windkraftanlage, Photovoltaik, Anlage mit Brennstoffzelle, elektrochemischer Energiespeicher) Eignungsfaktoren eines Standorts für ein Energieversorgungssystem analysieren (zum Beispiel naturräumliche, technische, gesellschaftliche, ökologische, wirtschaftliche Faktoren)

3.2.2.3 Bewegung und Fortbewegung

Bewegungen in Natur und Technik vergleichen (zum Beispiel aktive und passive Bewegungen) Antriebsmöglichkeiten für Bewegungsabläufe beschreiben (zum Beispiel Muskel, Elektromotor) Rückstoß, Auftrieb oder Reibung als Ursache für die Fortbewegung in Natur und Technik beschreiben (zum Beispiel Rakete, Heißluftballon) Hebelwirkung, Drehmomente und Drehzahlen bestimmen (zum Beispiel Zusammenwirken von Muskulatur-Knochen-Gelenk, Motor-Welle-Lager) Systeme zur Wandlung von Dreh- und Längsbewegungen erläutern Übersetzungen dimensionieren und Getriebe konstruieren ( Drehrichtung, Drehzahl, Drehmoment ) ein Objekt mit Antrieb entwickeln, konstruieren, fertigen und optimieren

3.2.3.1 Eigenschaften von Stoffen

Eigenschaften von Stoffen bestimmen (zum Beispiel Löslichkeit, Leitfähigkeit, Brennbarkeit, Zugfestigkeit, Härte, Wasserspeicherfähigkeit) die Eignung von Stoffen für einen bestimmten Zweck erläutern Stoffeigenschaften mit einfachen Modellen auf Teilchen- oder mikroskopischer Ebene erläutern

3.2.3.2 Statische Prinzipien in Natur und Technik

den statischen Aufbau von natürlichen und technischen Systemen analysieren (geometrische Konstruktion, Stabilität des Dreiecks, Profile) Zug- und Druckkräfte zweidimensional geometrisch oder rechnerisch bestimmen (zum Beispiel Brücke, Kran, Körperbau)

3.2.3.3 Produktentwicklung

ein Produkt mit definierter Funktion und bestimmter Eigenschaft entwickeln, konstruieren und normorientiert darstellen (zum Beispiel Windkraftanlage, Messgerät, Maschine) Analogien zwischen technischen Produkten und natürlichen Systemen erläutern (zum Beispiel Lotuseffekt, Wärmedämmung, Stabilität von Konstruktionen) Roh- und Werkstoffe ressourcenschonend auswählen und nutzen (Verschnitt, Ökobilanz) mit Werkzeugen und Maschinen ein Produkt fertigen (Verfahren zum Trennen, Fügen, Umformen, zum Beispiel computergestützte Fertigung) Funktion und Eigenschaften eines Produkts bewerten und Optimierungsansätze entwickeln

3.2.3.4 Stoffströme und Verfahren

natürliche und technische Stoffströme und Stoffkreisläufe erläutern (zum Beispiel Kalk‑, Wasserkreislauf, atmosphärische Zyklen, Entstehung chemischer Elemente) einen verfahrenstechnischen Herstellungsprozess und die darin enthaltenen Grundoperationen erläutern (chemische, thermische oder biochemische Verfahren) in einem chemisch-technischen Verfahren ein Produkt realisieren und den Herstellungsprozess oder das Produkt optimieren (zum Beispiel Sonnencreme, Bioethanol, Zuckerherstellung, Produkt aus Gummi)

3.2.4.1 Informationsaufnahme durch Sinne und Sensoren

die Verwendungsmöglichkeiten von Sensoren beschreiben (zum Beispiel Blutdruckmessgerät, Hygrometer, Anemometer) Bau und Funktionsweise eines Sinnesorgans mit einem entsprechenden technischen Sensor vergleichen (zum Beispiel Auge mit Digitalkamera, Ohr mit Mikrofon) die Gefährdung von Auge oder Ohr durch Überlastung beschreiben und persönliches Handeln von gesundheitlichen Grenzwerten ableiten die Gesetzmäßigkeit zwischen subjektivem Erleben und Intensität des physikalischen Reizes erläutern (zum Beispiel Lichtintensität, Lautstärke, Schwereempfinden) die Erweiterung menschlicher Sinnesleistungen durch Sensoren erläutern (zum Beispiel IR-Sensor, Hörgerät, Wärmebildkamera, Barometer)

3.2.4.2 Gewinnung und Auswertung von Daten

Bedingungen für zuverlässige Messungen erläutern und Messverfahren optimieren ( systematische und zufällige Messfehler , Standardabweichung , Randbedingungen oder Einflussgrößen , Kontrollmessungen oder Reproduzierbarkeit) an einem ausgewählten Beispiel direkte und indirekte Messverfahren vergleichen Messdaten mithilfe von Software auswerten und darstellen ( Standardabweichung , Tabellenkalkulation) ein optisches oder akustisches Spektrum darstellen und auswerten (zum Beispiel Sonnenspektrum, Leuchtmittel aus dem Haushalt, Ton und Klang) raumbezogene Daten darstellen und nutzen (zum Beispiel thematische Karten zur Sonneneinstrahlung oder Windstärke, Wetterkarten, Geoinformationssysteme) Verfahren zur räumlichen Orientierung beschreiben (zum Beispiel astronomische Orientierung, satellitengestützte Navigation)

3.2.4.3 Informationsverarbeitung

Beispiele der analogen oder digitalen Informationscodierung aus Natur und Technik beschreiben (zum Beispiel digitale Dateiformate, maschinenlesbare Code-Systeme, DNA ) die Funktionsweise gesteuerter oder geregelter Systeme analysieren und dazu Energie‑, Stoff- und Informationsströme untersuchen (zum Beispiel effiziente Energienutzung, Entwicklung eines Objekts mit Antrieb, Herstellung eines Produkts in einem chemisch-technischen Verfahren, physiologischer Regelkreis) das Prinzip der Steuerung darstellen und erklären (zum Beispiel Robotik) das Prinzip der Regelung auch unter Verwendung der Begriffe Sollwert , Istwert, Regelgröße und Störgröße darstellen und an Beispielen aus der Natur und der Technik erklären (zum Beispiel Körpertemperatur des Menschen, chemisches Gleichgewicht, Klimawandel: Mittlere Oberflächentemperatur der Erde, Oberflächentemperatur von Himmelskörpern) Elemente einer Programmiersprache beschreiben (zum Beispiel Bedingung, Verzweigung, Schleife, Zähler, Zeitglied, Unterprogramm, Programmbausteine) Algorithmen für zeit- und sensorgesteuerte Prozesse in einer Programmiersprache darstellen und damit Steuerungsabläufe realisieren (zum Beispiel Ampelsteuerung, Robotik) Algorithmen für zeit- und sensorgesteuerte Prozesse entwickeln, beschreiben und darstellen Chancen und Risiken der Informationstechnik für Individuum und Gesellschaft erläutern (zum Beispiel Simulation, Datenschutz, Internet of Things, Geoinformationssysteme, autonomes Fahren)

3.2.4.4 Elektronische Schaltungen

die Funktion von Bauteilen elektrischer oder elektronischer Schaltungen beschreiben ( Schalter, Widerstand, Leuchtdiode, Transistor ) Schaltungen entwickeln, Bauteile dimensionieren und auswählen (Schaltplan, Datenblatt, Vorwiderstand, Spannungsteiler ) elektrische oder elektronische Schaltpläne analysieren und in einfachen Fällen entwickeln elektrische oder elektronische Schaltungen realisieren und ihre Funktionsfähigkeit untersuchen