gültig ab Schuljahr 2018/19
Lernbereiche sind in Pflicht- und Wahlmodule aufgeteilt. Wahlmodule sind mit „optional“ gekennzeichnet. In Jahrgangsstufe 12 müssen neben den Pflichtmodulen noch zwei weitere Module gewählt werden.
Fachlehrplan Naturwissenschaften 12 (W, IW) Fachoberschule, Naturwissenschaften , Jahrgangsstufe 12
NT12 Lernbereich 1: Physikalische Grundlagen
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- erläutern mittels Experimenten die Abhängigkeit der Geschwindigkeit von Weg und Zeit bei gleichförmig bewegten Körpern und reflektieren die Genauigkeit der Messwerte.
- beschreiben die Gesetzmäßigkeit von Bewegungen mit konstanter Geschwindigkeit und führen damit selbständig einfache physikalische Berechnungen fachgerecht durch.
- schließen mithilfe der Gewichtskraft auf die Existenz von Gegenkräften bei ruhenden Körpern.
- untersuchen anhand einfacher Experimente, z. B. zum freien Fall oder einer Kreisbewegung, den Zusammenhang zwischen Kraft und Geschwindigkeitsänderung von Körpern, schließen auf den Begriff der Beschleunigung und führen damit einfache Berechnungen durch.
- beschreiben Kräfte als vektorielle Größe und führen mithilfe von Kraftvektoren zeichnerisch und rechnerisch Kräfteadditionen und Kräftezerlegungen auch mit mehreren Kräften durch.
- erläutern anhand der geneigten Ebene das Funktionsprinzip des mechanischen Kraftwandlers, schließen auf die mechanische Arbeit und führen damit einfache Berechnungen fachgerecht in alltagsrelevanten, technischen Systemen durch.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Zusammenhang zwischen Weg und Zeit, Messgenauigkeit
- gleichförmige Bewegung
- Gewichtskraft, Masse, Ortsfaktor, Kräftegleichgewicht
- Kraftwirkungen
- Kraft als gerichtete Größe, Kräfteaddition bzw. Kräftezerlegung, z. B. geneigte Ebene, Luftwiderstand
- mechanische Arbeit, einfache Kraftwandler, z. B. Flaschenzug, ein- bzw. zweiseitiger Hebel, Wellrad
NT12 Lernbereich 2: Chemische Grundlagen
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- analysieren mithilfe des Bohr’schen Atommodells den Aufbau der Elektronenschalen und des Kerns von chemischen Hauptgruppenelementen und gruppieren sie damit im Periodensystem der Elemente.
- untersuchen die Atombindung als Verbindung zwischen Nichtmetallen und leiten daraus die Summen- und Valenzstrichformeln einfacher Moleküle her.
- leiten aus der Reaktion zwischen Metallen mit Nichtmetallen und unter Berücksichtigung der Oktettregel einfache Reaktionsgleichungen und die Natur der Ionenbindung ab.
- recherchieren aus geeigneten Quellen die besonderen Eigenschaften der Metalle und leiten diese aus der Metallbindung ab.
- unterscheiden z. B. durch Auswertung von Versuchen exotherme und endotherme Reaktionen und leiten dazu mithilfe der Aktivierungsenergie die Bedeutung von Katalysatoren in der Chemie ab.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Protonen, Neutronen, Elektronen; Hauptgruppenbezeichnungen, Gruppen (z. B. Metalle, Halb- und Nichtmetalle, Edelgase); Valenzelektronen
- Oktettregel, Einfach- und Mehrfachbindung, einfache Reaktionsgleichungen, Bau und Nomenklatur (z. B. von Wasser, Ammoniak, einfache kettenförmige Kohlenwasserstoffe), Elektronegativität, Dipole
- Bildung von Ionen, Ionengitter
- Metallgitter und Elektronengas, Eigenschaften von Metallen, z. B. elektrische Leitfähigkeit, Verformbarkeit
- Energieschema, z. B. Verbrennungsvorgang
NT12 Lernbereich 3: Werkstoffe und Werkstoffeigenschaften (optional)
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- untersuchen anhand ihrer Alltagserfahrungen verschiedene Möglichkeiten der Gruppierung von Werkstoffen in Metalle, Halbleiter, Keramiken, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe und erläutern deren physikalische, chemische und technologische Eigenschaften.
- analysieren unter Benutzung von Fachinformationen Aufbau, Funktion und Auswertung von Werkstoffprüfverfahren und leiten daraus Werkstoffeigenschaften ab.
- ordnen die ihnen bekannten chemischen Bindungsarten einzelnen Werkstoffgruppen zu und stellen damit Zusammenhänge zwischen der Bindungsart und den besonderen Eigenschaften eines Werkstoffs her.
- vergleichen die Struktur und das Gefüge verschiedener Werkstoffgruppen und nutzen dazu Modelle, um den Aufbau von z. B. Metallen oder Kunststoffen zu erklären.
- definieren (z. B. mithilfe des Internets), den Begriff der Nachhaltigkeit, um den Einfluss der Werkstoffauswahl auf die Umweltverträglichkeit und Ökonomie zu verdeutlichen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Werkstoffeinteilung und Werkstoffeigenschaften
- Werkstoffprüfverfahren, z. B. Härteprüfung, elektr. Leitfähigkeit, Zugversuch
- Atom-, Ionen- und metallische Bindung und Werkstoffeigenschaften
- Gittertypen bzw. Gittermodelle, Gefüge (amorph, kristallin)
- Umweltverträglichkeit, Recyclingfähigkeit und Wirtschaftlichkeit von Werkstoffen, Obsoleszenz
NT12 Lernbereich 4: Allgemeine Energietechnik (optional)
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- unterscheiden verschiedene Energieformen und analysieren damit Energieumwandlungen im Alltag, indem sie diese mithilfe von Energiewandlungsketten beschreiben.
- analysieren mittels Recherche Energieversorgungssysteme in Hinblick auf die Fachbegriffe Primär- und Sekundärenergie, Nutzenergie, Endenergie, Energietransport; sie stellen damit deren Energieumwandlungsschritte in Energieflussdiagrammen dar und bewerten die Energieeffizienz.
- unterscheiden die physikalischen Größen Arbeit, Energie und Leistung, um energetische Zusammenhänge aus dem Alltag fachsprachlich richtig zu beschreiben, und wenden diese Größen in Berechnungen zu technischen Aufgaben- und Problemstellungen fachgerecht an.
- analysieren einfache technische Systeme in Bezug auf Energieerhaltung, leiten den Wirkungsgrad ab und wenden ihre Kenntnisse in einfachen Wirkungsgradberechnungen an.
- führen mit ihren Kenntnissen über Energiewandlungsketten und ‑flussdiagrammen Energie-, Leistungs- und Wirkungsgradberechnungen komplexer technischer Systeme durch, um deren Energieeffizienz zu bewerten, und diskutieren Folgen von Optimierungen unter ökonomischen und ökologischen Aspekten.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Energie, z. B. kinetische und potenzielle Energie, chemische Energie, elektrische Energie, Wärmeenergie, Kernenergie
- Primär- und Sekundärenergieträger, Nutzenergie, Endenergie, Energietransport, Energieflussdiagramm
- Arbeit, Energie, Leistung
- Energieerhaltungssatz, Energieverlust und Wirkungsgrad
- komplexe technische Systeme, z. B. Kraftwerke, Antriebssysteme
NT12 Lernbereich 5: Erneuerbare Energien (optional)
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- analysieren die Bedeutung unterschiedlicher fossiler Energieträger für die Energieversorgung unter technologischen, ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten und beurteilen weltweit auftretende Probleme.
- untersuchen verschiedene Arten zur Nutzung der regenerativen Energien und vergleichen diese bzgl. verfügbarer Ressourcen, Kosten, Aufwand und Umweltverträglichkeit.
- untersuchen die energetische Umwandlung in verschiedenen Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien und vergleichen damit technische Parameter.
- erörtern technische, politische, gesetzliche und geographische Fragen zur Standortwahl von Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien und beurteilen deren Folgen auf die Umwelt.
- vergleichen erneuerbare Energieträger nach definierten technischen Kriterien und überprüfen Konzepte für die regionale elektrische Energieversorgung.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Kohlendioxidproblem und anthropogener Treibhauseffekt, Ziele der Bundesregierung zur Energieversorgung, Dekarbonisierung der Weltwirtschaft
- regenerative Energien, z. B. Sonnenenergie, Biomasse als Abwandlung der Sonnenenergie
- Energieumwandlungsketten, Parameter, z. B. zeitliche Nutzbarkeit, Energiebilanz, Gesamtwirkungsgrade, energetische Amortisation
- Rahmenbedingungen für die Nutzung erneuerbarer Energien, Aspekte der Ökobilanz
- Versorgungssicherheit im Stromnetz; Grund-, Mittel-, Spitzenlast
NT12 Lernbereich 6: Umwelttechnik (optional)
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- analysieren aktuelle Umweltbelastungen nach Ursache und Wirkung, um die Notwendigkeit einer intakten Natur zu erkennen, und diskutieren technische und politische Maßnahmen zu deren Erhalt.
- unterscheiden verschiedene anthropogene Schadstoffe bezüglich ihrer Entstehung und Zusammensetzung, recherchieren deren Nachweismethoden und beurteilen deren Wirkung auf Mensch und Umwelt.
- untersuchen Aufbau und Funktionsweisen technischer Maßnahmen zur Luftreinhaltung und bewerten ordnungspolitische Maßnahmen zur Luftreinhaltung im Hinblick auf deren Wirksamkeit bei der Verbesserung der Luftqualität.
- analysieren technische sowie ordnungspolitische Maßnahmen zur Wasserreinhaltung sowie zur Wasseraufbereitung und bewerten diese bzgl. der Effizienz bei der Sicherung und Sanierung der Wasserqualität in unterschiedlichen Bereichen, wie z. B. im Grundwasser oder in stehenden und fließenden Oberflächengewässern.
- untersuchen Methoden und Techniken der heutigen Abfallwirtschaft in Bezug auf Effizienz und Umweltverträglichkeit und leiten daraus Verbesserungsvorschläge ab.
- untersuchen technische Systeme und Produkte bzgl. ihrer umweltverträglichen Konstruktions- und Produktionsweise sowie Entsorgung und beurteilen dabei mögliche Auswirkungen auf Mensch, Gesellschaft und Umwelt.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Umweltprobleme (z. B. Klimaerwärmung, Waldsterben, Ozonloch), technische oder politische Maßnahmen, z. B. FCKW-Verbot, Kohlenstoffdioxid-Reduktion
- Schadstoffe (z. B. Kohlendioxid, Ozon, Feinstaub, Dioxine), Nachweismethoden, Auswirkungen
- Abgasreinigungsanlagen (z. B. in Kohlekraftwerken, Partikelfilter, 3-Wege-Katalysatoren), ordnungspolitische Maßnahmen (z. B. Umweltzonen), Herstellernormen, z. B. Abgasnormen für PKW und LKW
- Maßnahmen der Abwasserbehandlung (z. B. Kläranlagen), Maßnahmen der Trinkwasseraufbereitung (z. B. Entsalzungsanlagen), ordnungspolitische Maßnahmen, z. B. Düngeverordnung
- Kreislaufwirtschaft, Abfallarten und Abfallentsorgung
- Rohstoffproblematik (z. B. seltene Erden), umweltverträgliche Konstruktionen sowie Produktionsprozesse, Recycling und Entsorgung, z. B. Elektroschrott
NT12 Lernbereich 7: Elektrotechnik-Anwendung (optional)
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- analysieren mithilfe von Experimenten fachgerecht den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Spannung anhand einfacher Stromkreise (z. B. Elektroherd, Taschenlampe).
- untersuchen quantitativ Reihen- und Parallelschaltungen von Widerständen, um damit elektrotechnische Berechnungen in einfachen elektrischen Schaltkreisen durchzuführen.
- analysieren experimentell die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter und schließen damit auf das Funktionsprinzip eines Elektromotors.
- erläutern mithilfe der Induktion die Erzeugung von Wechselspannung bei einem Generator sowie das Funktionsprinzip eines Transformators und beschreiben damit mögliche Anwendungsbereiche.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Stromstärke, Spannung, elektrischer Widerstand und Ohm'sches Gesetz, Schutzmaßnahmen im Umgang mit dem elektrischen Strom
- Gesamtwiderstand in Reihen- und Parallelschaltungen, Schaltpläne und Schaltsymbole
- UVW-Regel, Motorprinzip, Elektromotor
- Induktion, Generatorprinzip, Transformatorprinzip
NT12 Lernbereich 8: Systeme und Prozesse (optional)
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- analysieren, mithilfe der Merkmale und Eigenschaften von Systemen, reale Objekte aus den Bereichen Technik, Natur und Gesellschaft, um zu prüfen, ob diese ein System bilden.
- beurteilen verschiedene Kriterien zur Grenzziehung zwischen realen Systemen (z. B. Verbrennungsmotor, Wald, gesellschaftliche Gruppierungen) und ihrer Umwelt. Sie analysieren dabei mögliche Wirkbeziehungen zwischen Systemumwelt und System, um durch das (messbare) Systemverhalten auf innere Prozesse zu schließen.
- untersuchen anhand einfacher Beispiele selbständig das Systemverhalten realer Prozesse, identifizieren dies als Änderung des Systemzustands und beurteilen den Einfluss von System- und Umweltparametern.
- analysieren die Zustandsänderungen realer Systeme, erläutern die verwendeten Zustandsgrößen zur eindeutigen Festlegung eines Systemzustands und begründen die Notwendigkeit von Vereinfachungen.
- unterscheiden Prozesse eines Systems nach Gut, Art und Struktur fachgerecht, erläutern mögliche Darstellungsmethoden und beurteilen die Gültigkeit selbständig entwickelter diskreter bzw. kontinuierlicher Prozesse auch mithilfe von Computern.
- untersuchen verschiedene Verhaltensreaktionen eines komplexen Systems bei äußeren bzw. inneren Wirkungen, analysieren die dabei benötigten Reaktionszeiten dieser Prozesse und überprüfen Systemidentität und Systemerhalt.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Merkmale und Eigenschaften eines Systems: Systemzweck, Systemstruktur, Systemintegrität
- Systemgrenzen, Systemverhalten
- Systemzustand, Zustandsänderungen, Systemparameter, Definition eines Prozesses
- Zustandsgrößen eines Systems (z. B. Temperatur, Druck, Volumen), Dimensionalität des Systems (Anzahl der unabhängigen Zustandsgrößen)
- Klassifizierung von Prozessen: Verarbeitungsgut, Verarbeitungsart, Verarbeitungsstruktur; Darstellungsformen: Petri-Netze (nur Stellen-Transitionsnetze), System-Dynamics-Notation
- Systemverhalten (Ursache-Wirkung, Rückkoppelung, Anpassung, Selbstorganisation, Evolution, Leitwertabstimmung); Systemerhaltung, Systemidentität
NT12 Lernbereich 9: Komplexe technische Systeme (optional)
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- analysieren weitgehend selbständig auch unter Verwendung fachbezogener Informationsquellen Aufbau, Funktion, Entwicklungsgeschichte und Innovationskraft komplexer technischer Systeme. Hiermit erläutern sie die Verknüpfung technischer Teilbereiche untereinander und zu anderen Fachgebieten, dokumentieren ihre Ergebnisse fachgerecht und stellen diese mithilfe geeigneter Präsentationstechniken zielgruppenorientiert dar.
- beurteilen verschiedene grafische Darstellungsformen komplexer technischer Zusammenhänge, prüfen den Informationsgehalt von technologischen/physikalischen Größen und Einheiten und analysieren deren Genauigkeit, Vergleichbarkeit und Aussagekraft.
- vergleichen Lösungen technischer Problemstellungen ähnlicher oder gleicher komplexer Systeme (wie z. B. gleiche Produkte verschiedener Hersteller), erläutern die dazu benötigten Fertigungsprozesse und bewerten die jeweiligen Entwicklungsschritte.
- begründen im Rahmen einer Abschlussdiskussion die Vor- und Nachteile von untersuchten komplexen technischen Systemen aus ökonomischer, ökologischer und technischer Sicht, um Entscheidungskriterien für weitere Forschungen zu identifizieren.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Aufbau und Funktionsweise von komplexen technischen Systemen (z. B. Antriebsmotor, Raffinerie, Elektronik, Computer, Automatisierungstechnik), Entwicklungsgeschichte komplexer technischer Systeme
- grafische Darstellung technischer Daten (z. B Kennlinienfeld, Zeigerdiagramm, 3-D-Diagramm, ZTU-Schaubild, Gesamtzeichnung, Blockschaltbild, Flussdiagramm); komplexe technische und physikalische Größen, z. B. Wärmekapazität, Lumen, Entropie, spezifischer Kraftstoffverbrauch
- exemplarischer Vergleich technischer Problemlösungen, moderne Fertigungsprozesse, Produktlebenszyklus
- Ökonomie und Ökologie technischer Systeme, Forschungsgebiete und zukünftige technische Entwicklungen