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H ERZLICH WILLKOMMEN

Neue Kernlehrpläne für die Gymnasiale Oberstufe Kernlehrplan Technik

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Agenda

I. Informationen zum Konzept und zur Gestaltung von kompetenzorientierten Kernlehrplänen

 Orientierungswechsel – von der Stoff- zur Ergebnisorientierung  Kompetenzorientierung  Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

II. Schulinterne Lehrpläne und Unterstützungsangebote III. Fachspezifische Erläuterungen zum neuen KLP Technik

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I. Informationen zum Konzept und zur Gestaltung von kompetenzorientierten Kernlehrplänen

Orientierungswechsel

Von der

Input Steuerung und „Stofforientierung“

Was soll am Ende dieses Bildungsabschnitts

durchgenommen

und behandelt worden sein?

zur

Ergebnis bzw. „Output-Steuerung“ und Kompetenzorientierung

Was sollen Schülerinnen und Schüler am Ende eines Bildungsabschnitts

können

?

Steuerungsverständnis alter Lehrpläne Unterrichtsgestaltung und Arbeitsprozesse durchzunehmender Stoff als unterrichtliches Angebot Fokus

Orientierungswechsel

Nutzung des unterricht lichen Angebots Kompetenzen Fokus Steuerungsverständnis neuer Kernlehrpläne

Kompetenzorientierung

Kompetenzbegriff

der Kernlehrpläne: Kompetenzen spiegeln die grundlegenden Handlungsanforderungen, denen Schülerinnen und Schüler in einem Lernbereich (Fach, „Domäne“) ausgesetzt sind. Nach Weinert (2001, S. 27f.) versteht man Kompetenzen als „ die bei Individuen verfügbaren oder durch sie erlernbaren kognitiven Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lösen , sowie die damit verbundenen motivationalen, volitionalen und sozialen Bereitschaften und Fähigkeiten , um die Problemlösungen in variablen Situationen erfolgreich und verantwortungsvoll nutzen zu können“.

Eine Kompetenz ist eine Disposition, die dazu befähigt, variable Anforderungssituationen in einem bestimmten Lern- oder Handlungsbereich erfolgreich und verantwortlich zu bewältigen.

Kompetenzorientierung

Kompetenzen

• benennen individuelle fachspezifische Fähigkeiten und Fertigkeiten einer Person (keine reinen Unterrichtsinhalte) • werden in einem längeren Entwicklungsprozess erworben (sind nicht identisch mit Stundenzielen) • sind Grundlage für das selbstständige Lösen von Problemen und für das Hervorbringen von Neuem • sind

stärken

orientiert (nicht defizitorientiert)

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Kompetenzorientierung

Kompetenz(erwartungen) als Ausgangspunkt für die Planung

Welche Kompetenzen

sollen bis zum Ende des Bildungs abschnitts entwickelt werden (KLP-Vorgabe, schulinterner Lehrplan)? Worauf konzentrieren wir uns zunächst?

Welcher Inhalt / welche Sache ist geeignet

, um dieses Können (diese Kompetenzen) zu entwickeln? + In welchen

Anwendungs- und Handlungssituationen

sind die Kompetenzen relevant? • Wie muss auf dieser Grundlage die

Erwerbs- bzw. Lernsituation

gestaltet sein?

„Nach ___Stunden zum Thema ____ erwarte ich, dass die Schülerinnen und Schüler …, …., …. und … können.“

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Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

Kernlehrplan-Generationen

• • • •

Lehrpläne (vor 2004):

Inputsteuerung, Stofforientierung (LP GOSt 1999)

Kernlehrpläne der „ersten Generation“ (2004):

ergebnisorientierte Steuerung, z.T. ausschließlich über Kompetenzbereiche; Inhalte eher implizit (z.B. Deutsch Sekundarstufe I)

Kernlehrpläne der „zweiten Generation“ (2007):

ergebnisorientierte Steuerung, Zwei Säulen-Struktur mit Kompetenzbereichen und Inhalts feldern; eher abstrakte, keine konkretisierenden Kompetenzerwartungen (z.B. Geschichte Gymnasium)

Kernlehrpläne der „dritten Generation“ (2010ff.):

ergebnisorientierte Steuerung, Zwei Säulen-Struktur, Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder zusammengeführt in konkretisierten Kompetenzerwartungen (z.B. Arbeitslehre Gesamtschule/Sekundarstufe I)

Struktur

Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

Übergreifende fachliche Kompetenz Kompetenzbereiche (Prozesse) Inhaltsfelder (Gegenstände) Kompetenzerwartungen Die SuS beurteilen die Wechselwirkungen zwischen technischen Systemen und ihren Systemumgebungen.

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Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

• •

Zentrale Begriffe und Ebenen im Kernlehrplan (I) Kompetenzbereiche:

Systematisieren die kognitiven Prozesse Sach-, Methoden-, Urteils- und Handlungskompetenz –

Inhaltsfelder:

Systematisieren die Gegenstände, sind nicht mit Unterrichtsvorhaben gleichzusetzen – Beispiele: 1. Soziotechnische Systeme 4. Versorgung mit elektrischer Energie

Inhaltliche Schwerpunkte:

Untergliederungselemente der Inhaltsfelder – Beispiele zu Inhaltsfeld 4 im LK:     Regenerative und nichtregenerative Energieträger Energiewirtschaft und Kraftwerkseinsatz Systemanalyse und Effizienz von Kraftwerken Stromverteilungsnetze 12

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Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

Zentrale Begriffe und Ebenen im Kernlehrplan (II) Übergeordnete Kompetenzerwartungen

Inhaltsfeldübergreifende Kompetenzerwartungen aus allen Kompetenzbereichen, mit Progression : •

Konkretisierte Kompetenzerwartungen

: Inhaltsfeldbezogene Kompetenzerwartungen als heruntergebrochene Zusammenführung von Prozessen und Gegenständen (Sach- und Urteilskompetenzen)

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Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

Kompetenzerwartungen

Sachkompetenz Übergeordnete Kompetenzerwartung:

Die Schülerinnen und Schüler - analysieren Elemente und Strukturen technischer Systeme (SK 2 – GK).

Konkretisierte Kompetenzerwartung:

Die Schülerinnen und Schüler erläutern anhand von Blockschaltbildern die Funktionsweise unterschiedlicher Kraftwerkstypen (IF 4 - GK).

Urteilskompetenz Übergeordnete Kompetenzerwartung:

Die Schülerinnen und Schüler erörtern die Chancen und Risiken von Technik unter Beachtung humaner, sozialer, ökonomischer und ökologischer Aspekte (UK 3 – LK).

Konkretisierte Kompetenzerwartung:

Die Schülerinnen und Schüler beurteilen das Konzept für ein technisches Produkt im Hinblick auf Realisierbarkeit, Chancen und Nachhaltigkeit (IF 2 – LK).

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Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

Progression einer übergeordneten Methodenkompeten

z Die Schülerinnen und Schüler  ermitteln die Funktionsweise

einfacher

technischer Systeme durch

vorgegebene

techniktypische Verfahren (MK 3 - EPh).

 ermitteln die Funktionsweise

komplexerer

technischer Systeme durch

selbst gewählte

techniktypische Verfahren (MK 3 – QPh/LK)

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Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

Kapitel Gliederungspunkt

Vorbemerkungen 1 2 2.1

2.2

2.3

2.3.1

Aufgaben und Ziele des Faches Kompetenzbereiche, Inhaltsfelder und Kompetenzerwartungen

Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder des Faches Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Einführungsphase Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Qualifikationsphase Grundkurs 2.3.2

3 4 Leistungskurs

Lernerfolgsüberprüfung und Leistungsbewertung Abiturprüfung

Anhang

Kompetenzorientierte Kernlehrpläne

Merkmale

standardorientiert:

Kernlehrpläne greifen die Bildungsstandards vollstän dig auf bzw. definieren Standards (zu erreichende Ziele).

kompetenzorientiert:

Kernlehrpläne bestehen aus fachbezogenen Kompe tenzerwartungen.

outputorientiert:

Kernlehrpläne beschreiben die erwarteten Lernergeb nisse.

verbindlich:

Kernlehrpläne beschreiben eine landesweit verbindliche Obligatorik; sie formulieren klare Ergebniserwartungen und keine Wahl möglichkeiten.

„entdidaktisiert“:

Kernlehrpläne beschränken sich auf die Formulierung der zu erreichenden Ergebnisse und treffen keine Aussagen zu Wegen und Verfahren der Zielerreichung. Didaktische Entscheidungen werden in den Schulen – u.a. bei der Erstellung des schulinternen Lehrplans – getroffen.

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II. Schulinterne Lehrpläne: Konstrukt, Struktur und zentrale Elemente (Unterstützungsmaterialien zur Kernlehrplanimplementation, das Lehrplaninformationssystem „Lehrplannavigator“)

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Schulinterne Lehrpläne

Aufgabe schulinterner Lehrpläne:

die verbindlichen Vorgaben der Kernlehrpläne auf die Situation der Schule bezogen konkretisieren und Freiräume ausgestalten Rechtliche Grundlagen SchulG § 29 - Unterrichtsvorgaben

(1) Das

Ministerium

erlässt in der Regel schulformspezifische Vorgaben für den Unterricht (Richtlinien, Rahmenvorgaben, Lehrpläne). Diese legen insbesondere die Ziele und Inhalte für die Bildungsgänge, Unterrichtsfächer und Lernbereiche fest und bestimmen die

erwarteten Lernergebnisse

(Bildungsstandards).

(2) Die

Schulen

bestimmen auf der Grundlage der Unterrichtsvorgaben nach Absatz 1 in Verbindung mit ihrem Schulprogramm

schuleigene Unterrichtsvorgaben.

(3) Unterrichtsvorgaben nach den Absätzen 1 und 2 sind so zu fassen, dass für die Lehrerinnen und Lehrer ein

pädagogischer Gestaltungsspielraum

bleibt

.

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Schulinterne Lehrpläne

Aufgabe schulinterner Lehrpläne:

die verbindlichen Vorgaben der Kernlehrpläne auf die Situation der Schule bezogen konkretisieren und Freiräume ausgestalten Rechtliche Grundlagen SchulG

§

70 - Fachkonferenz, Bildungskonferenz

(3) Die

Fachkonferenz berät

über alle das Fach oder die Fachrichtung betreffenden Angelegenheiten einschließlich der Zusammenarbeit mit anderen Fächern. Sie trägt Verantwortung für die schulinterne Qualitätssicherung und –entwicklung der fachlichen Arbeit und berät über Ziele, Arbeitspläne, Evaluationsmaßnahmen und –ergebnisse und Rechenschaftslegung.

(4) Die

Fachkonferenz entscheidet

in ihrem Fach insbesondere über 1.

Grundsätze zur fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit 2.

Grundsätze zur Leistungsbewertung 3.

Vorschläge an die Lehrerkonferenz zur Einführung von Lernmitteln.

Schulinterne Lehrpläne

• •

Anforderungen an die Schulen angesichts kompetenzorientierter Kernlehrpläne

• KLP: Vorgabe zu erreichender Kompetenzen … Beschränkung auf den Kernbereich fachlicher Anforderungen … Formulierung von Kompetenzerwartungen und inhaltlichen Schwerpunkten zu einem bestimmten Zeitpunkt eines Bildungsganges … Schule: • … didaktisch-pädagogische Prozesse in der Verantwortung der Schule • … Gestaltungsräume der Schulen • … Konkretisierung in unterrichtlichen Kontexten und Umsetzung in aufeinander abgestimmte Unterrichtsvorhaben (Progression, Kumulativität)

Schulinterne Lehrpläne

Anforderungen an die Schulen angesichts kompetenzorientierter Kernlehrpläne

• • KLP: Festlegung des Umfangs von Kompetenzerwartungen und damit verbundener Fachkenntnisse … Aussagen zur Leistungserfassung und -bewertung … Schule: • … lerngruppen-adäquate Umsetzung und Konkretisierung • … Vereinbarungen und Absprachen über Kriterien • Verpflichtung der Schulen schuleigene Curricula (Lehrpläne/ Arbeitspläne) zu erstellen laut Schulgesetz

Struktur eines schulinternen Lehrplans – Gliederung

Kapitel 1 2

2.1

2.1.1

2.1.2

Gliederungspunkt Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit Entscheidungen zum Unterricht

Unterrichtsvorhaben

Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

2.2

2.3

2.4

3 4

Grundsätze der fachmethodische und fachdidaktischen Arbeit Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung Lehr- und Lernmittel

Entscheidungen zu fach und unterrichtsübergreifenden Fragen Qualitätssicherung und Evaluation

Beispiel: Übersichtsraster für die Sekundarstufe II

EPH Unterrichtsvorhaben I:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte

Q1, GK Unterrichtsvorhaben I:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte

Q1, LK Unterrichtsvorhaben I:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte

Unterrichtsvorhaben II:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte …

Unterrichtsvorhaben II:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte …

Unterrichtsvorhaben II:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte …

Q2, GK Unterrichtsvorhaben I:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte

Unterrichtsvorhaben II:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte …

Q2, LK Unterrichtsvorhaben I:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte

Unterrichtsvorhaben II:

Thema, Kompetenzen, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte …

Schulinterner Lehrplan (der Einführungsphase) Gliederung in Unterrichtsvorhaben I, II, III, IV und V Zeitbedarf: insgesamt 90 WS Ausweisen der Methodenkompetenzen und Handlungskompetenzen Konkretisierung einzelner Vorhaben

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Unterrichtsvorhaben IV:

Thema

:

Tropfen für Tropfen – wie präzisiere ich Flüssigkeitsdosierungen mit einem Schrittmotor in der Medizintechnik?

Kompetenzen

:  ermitteln die Funktionsweise einfacher technischer Systeme durch vorgegebene techniktypische Verfahren (MK 3),  analysieren und interpretieren einfache diskontinuierliche Texte wie Grafiken, Statistiken, Schaltpläne, Schaubilder sowie Bilder und Filme (MK 6),  entwickeln Lösungen und Lösungswege für einfache technische Probleme (HK 2),

Inhaltsfelder

: IF1 (Soziotechnische Systeme)

Inhaltliche Schwerpunkte

:  Strukturen und Funktionen soziotechnischer Systeme  Planung, Entwicklung und Fertigung  Distribution, Betrieb, Nutzung

Zeitbedarf

: 21 Std.

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Unterrichtssequenzen

1. Tropfenweise mechanisch angetrieben werden?

- Mechanischer Aufbau - Getriebe - Motorintegration

– wie kann eine Dosierspritze 2. Step by step – wie arbeitet ein Schrittmotor?

- Aufbau von unipolaren und bipolaren Schrittmotoren - unipolarer Vollschritt- und Halbschrittbetrieb - Darstellung in Wahrheitstabellen - Digitale Ausgabe Eingabe, Verarbeitung und - Leistungstreiber L293 - Handbetrieb mit Tastenkombinationen

Zu entwickelnde Kompetenzen

konkretisierte SK  analysieren technische Aufgabenstellungen und Lösungen unter den Aspekten Zweckbestimmung, Übertragbarkeit. ihrer Zielsetzung, Funktionalität und MK:  erheben selbstständig Daten durch Beobachtung, Erkundung, Simulation und den Einsatz von Messverfahren (MK 2 zusätzlich), konkretisierte SK  beschreiben Aufbau und Struktur eines technischen Systems aus Subsystemen und Systemelementen, MK:  ermitteln die Funktionsweise einfacher technischer Systeme durch vorgegebene techniktypische Verfahren (MK 3),

Vorhabenbezogene einbarungen Absprachen / Ver-

Links:  http://de.wikipedia.org/ (Dosiersysteme in der Medizintechnik) Didaktisch-methodischer Zugang:  Nutzung von Simulationssoftware z.B. Online-Workshop Schrittmotorsteuerung www.tuf-ev.de Experimentiermaterial:  Schrittmotoren  Netzteile  Tasten  Leistungstreiber L293  LED-Anzeigen Literatur:  Datenblätter  Arbeitsblätter des TUF zur 27

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III. Fachspezifische Erläuterungen zum neuen KLP Technik

A.

B. C. Vom Lehrplan (1999) zum Kernlehrplan (2013) – Kontinuitäten und die wichtigsten Neuerungen Der neue Kernlehrplan Technik im Überblick Lernerfolgsüberprüfung, Leistungsbewertung und Abiturprüfung

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Vom Lehrplan (1999) zum Kernlehrplan (2013) – Kontinuitäten und die wichtigsten Neuerungen

Die wichtigsten Kontinuitäten im Lehrplan

Einführungsphase :

nur

Inhaltsfeld 1: Soziotechnische Systeme Systeme mit Energie-, Informations- und Stoffumsatz Realisierung: Gegenstände, Geräte, Verfahren und Anlagen zur Umwandlung, zum Transport oder zur Speicherung Vertieftes Verständnis naturaler, humaner und sozialer Aspekte der zunehmend technisierten Lebenswelt 31

Die wichtigsten Kontinuitäten im Lehrplan

In

Grundkursen

: Erwerb einer verlässlichen technischen Bildung Arbeits- und Fachmethoden, Darstellungsformen des Faches Heranführung an ingenieurwissenschaftliches Denken und Handeln Darstellung des Zusammenhang von Technik, Natur und Gesellschaft Alltagsbedeutung der Technik (lebensweltlichen Bezüge) Berufswahl, Studien In

Leistungskursen

: vertiefte technische Bildung gleiche Inhaltsfelder wie im Grundkurs mit weiteren inhaltlichen Schwerpunkten erweiterten Kompetenzerwartungen Einbeziehung zusätzlicher Anwendungsfelder 32

Die wichtigsten Kontinuitäten im Lehrplan Beibehaltung zentraler Inhaltsfelder - Automatisierungstechnik - Versorgung mit elektrischer Energie weiterhin Vorgaben für das Zentralabitur

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Die wichtigsten Neuerungen - Anpassung fachlicher Anforderungen (Aktualisierung der Inhaltsfelder) Durchgängige Kompetenzorientierung - Entdidaktisierung des Lehrplans - Verbindlichkeit aller Inhaltsfelder, inhaltlichen Schwerpunkte und Kompetenzbereiche - KLP mit Progressionstabelle -

Lehrplannavigator mit Beispielsequenzen

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Die wichtigsten Neuerungen Inhaltsfeld 5: Entwicklungsfelder neuer Technologien Inhaltliche Schwerpunkte: Kurse auf grundlegendem Niveau Bionik Elektromobilität und Verkehr Kurse auf erhöhtem Niveau Bionik Elektromobilität und Verkehr Robotik Informations- und Kommunikationstechnologie

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Der neue Kernlehrplan Technik im Überblick

Der neue Kernlehrplan Technik im Überblick Aufgaben und Ziele des Faches Technik

Technik zielt auf die Gestaltung der Lebensbedingungen des Menschen • Technik steht in Wechselwirkung mit natürlichen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Gegebenheiten • Technik wird in Form von technischen Produkten und Verfahren realisiert • Technik macht Stoffe, Energien und Informationen durch Wandlung, Transport und Speicherung nutzbar • Technik nutzt Methoden der Ingenieur-, der Natur- und der Gesellschaftswissenschaften • Technik befindet sich in einem ständigen Prozess der Innovation 37

Der neue Kernlehrplan Technik im Überblick Aufgaben und Ziele des Faches Technik

Der Technikunterricht soll die Schülerinnen und Schüler in die Lage versetzen, technische Produkte und Verfahren - zu analysieren - zu konzipieren - zu bewerten. In diesem Zusammenhang sollen sie diese Produkte und Verfahren in Modellen oder realen technischen Systemen umsetzen und handhaben. Dabei ist der Bedeutung einer nachhaltigen und sozialverträglichen Technikgestaltung und -nutzung Rechnung zu tragen. 38

Der neue Kernlehrplan Technik im Überblick Kompetenzbereiche: Inhaltsfelder: 1. Sachkompetenz 2. Methodenkompetenz 3. Urteilskompetenz 4. Handlungskompetenz

1.

Soziotechnische Systeme 2. Technische Innovation 3. Automatisierungstechnik 4. Versorgung mit elektrischer Energie 5. Entwicklungsfelder neuer Technologien

39

40 Kompetenzbereiche (Prozesse) Inhaltsfelder (Gegenstände) Kompetenzerwartungen Die SuS beurteilen die Wechselwirkungen zwischen technischen Systemen und ihren Systemumgebungen.

Beispiele für übergeordnete Kompetenzerwartungen (EF):

Die Schülerinnen und Schüler stellen technische Sachverhalte und Problemstellungen mithilfe zentraler Fachbegriffe dar (SK 1), erheben angeleitet Daten durch Beobachtung, Erkundung, Simulation und den Einsatz von Messverfahren (MK 2), erörtern die Chancen und Risiken einfacher technischer Systeme unter Beachtung ökonomischer und ökologischer Aspekte (UK 3), erstellen (Medien-) Produkte zu technischen Sachverhalten und präsentieren diese (HK 5).

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Beispiele für konkretisierte Kompetenzerwartungen (EF)

: Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Aufbau und Struktur eines technischen Systems aus Subsystemen und Systemelementen, (SK) beurteilen die Wechselwirkungen zwischen technischen Systemen und ihren Systemumgebungen auch unter soziotechnischen Aspekten, (UK) 42

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Lernerfolgsüberprüfung, Leistungsbewertung und Abiturprüfung

Lernerfolgsüberprüfung und Leistungsbewertung Überprüfungsform:

- Dokumentationsaufgaben - Entscheidungsaufgaben - Konstruktionsaufgaben - Parameteraufgaben - Optimierungsaufgaben 44

Abiturprüfung - Steuerung durch Vorgaben überarbeitete Operatorenliste - Angleichung der Vorgaben 2017 an die Vorgaben 2016 - weiterhin keine Aufgabenauswahl

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Der neue Kernlehrplan Technik Zur Rolle von Inhaltsfeld 2

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Inhaltsfeld 2

Technische Innovation

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Technische Innovation

• Inhaltliche Schwerpunkte des IF2 nennen keine technische Systeme oder Bauteile • Ganz im Gegensatz hierzu: IF5 • Kompetenzerwartungen von IF2 müssen im Unterricht noch auf (nicht vorgegebene) Sachzusammenhänge bezogen werden • IF2 beinhaltet verschiedene Aspekte der allgemeinen Technologie 48

Möglichkeiten der Anwendung I IF2 in Kombination mit einem weiteren Inhaltsfeld

Kompetenz erwartungen von IF2 Inhaltsfeld 3 Inhaltsfeld 4 Inhaltsfeld 5

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Möglichkeiten der Anwendung II IF2 vertreten in mehreren Inhaltsfeldern

lnhaltsfeld 3 lnhaltsfeld 3 Kompetenz erwartungen von IF2 lnhaltsfeld 4 I

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lnhaltsfeld 4 II

Beispiel – Leistungskurs Q2

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Möglichkeiten der Anwendung III IF2 als eigenständiges Inhaltsfeld

Kompetenzen des IF2 in Bezug auf einen selbst gewählten Schwerpunkt.

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53

Das Besondere am IF2

• Die KE von IF2 hinsichtlich der Entwicklung neuer Technologien sind nicht an bestimmte technische Systeme gebunden • Kein anderes Fach hat ein solches Inhaltsfeld, das seine Evolution und Dynamik beschreibt

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Unterrichtsvorhaben zum Inhaltsfeld 5

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Unterrichtsreihe 1 : Brücken und Türme - sind Baupläne der Natur übertragbar?

Unterrichtsreihe 2 : Vorsicht frei laufende Roboter ! – Fortbewegung nach natürlichen Vorbildern.

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Unterrichtssequenzen

-

1. Geschichte des Bauens von Brücken und Türmen – was blieb gleich, was veränderte sich?

Bauweisen der Antike Leonardo da Vinci, ein genialer Baumeister?

Moderne Brücken und Hochbauten

MK:

analysieren und interpretieren komplexere diskontinuierliche Texte wie Grafiken, Statistiken, Schaltpläne, Schaubilder Diagramme sowie Bilder, Karikaturen und Filme (MK 6)

57 -

2. Einführung in die Statik und Mechanik – wann sind Bauwerke stabil?

Wann ist etwas stabil?

Was sind Kräfte? Wie wirken Kräfte?

Zerlegung von Kräften rechnerisch und zeichnerisch (evtl. unter Verwendung von Vektorrechnung) Freischnitt Kraftverläufe in Stäben Berechnung einfacher Stabwerke -Technische Kommunikation (Zeichnen, CAD Design)

MK:

identifizieren die unter einer Fragestellung relevanten Informationen innerhalb einer Zusammenstellung verschiedener Materialien, gliedern diese und ordnen sie in thematische Zusammenhänge ein (MK 4),

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3. Baumaterialien und Bauweisen – wie macht es die Natur vor?

Endo- vs. Exoskelett Mikroskopieren von Proben Stabilität durch Knicke und Falten Bienenwabe und Wespennest (optimale Räume und stabile Strukturen) -Sandwichstrukturen

konkretisierte SK:

erläutern Funktionsanalogien in Natur und Technik MK: stellen fachspezifische Sachverhalte unter Verwendung geeigneter sprachlicher Mittel und Fachbegriffe adressatenbezogen sowie problemorientiert dar und präsentieren diese anschaulich (MK 9).

59 -

4. Werkstoffkunde – welche Eigenschaften von Baumaterialien sind wichtig?

Was trägt wie?

Was ist wofür einsetzbar?

-Welche Eigenschaften haben verschiedene Baumaterialien?

konkretisierte SK:

stellen für technische Problemlösungen relevante Funktionsprinzipien biologischer Systeme dar,

konkretisierte UK:

erörtern Möglichkeiten und Grenzen des Prinzipientransfers von biologischen auf technische Systeme,

HK:

entwickeln auch in kommunikativen Zusammenhängen Lösungen und Lösungswege für komplexere fachbezogene Probleme und setzen diese ggf. um (HK 3).

60 -

5. Bionik meets Technik

– wie konstruiere und fertige ich ein eigenes Bauwerk?

Türme und Brücken in der Natur Wie sind die Knotenpunkte aufgebaut?

Fasern und Faserrichtungen Arten von Brücken -Entwurf, Konstruktion, Berechnung und Fertigung einer Brücke Bau von Brücken (virtuell mit Bridgebuilder, mittels Statikbaukasten oder als Funktionsmodell) Testen von Brücken

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konkretisierte SK:

vergleichen die Ausprägungsgrade technischer und biologischer Merkmale anhand einer Brückenkonstruktion,

konkretisierte UK:

bewerten Chancen und Risiken der Bionik unter ökonomischen, ökologischen und sozialen Aspekten,

MK:

entwickeln Kriterien und Indikatoren zur Beschreibung, Erklärung und Überprüfung komplexerer technischer Sachverhalte (MK 8).

62

Diagnose von Schülerkonzepten:

· Stabilitätsprüfung verschiedener Brückenmodelle

Leistungsbewertung:

· Schülerreferate zu Brückenarten und –bauweisen · Dokumentation der eigenen Bauwerkskonstruktion · Präsentation des Funktionsmodells

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Unterrichtsreihe1 : Brücken und Türme - sind Baupläne der Natur übertragbar?

Unterrichtsreihe 2 : Vorsicht frei laufende Roboter – Fortbewegung nach natürlichen Vorbildern.

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Unterrichtssequenzen

-

1. Mobilität - wer kommt wie vorwärts?

Landgebundene Fortbewegung in der Natur Das Rad – die Mutter aller Erfindungen?

- Moderne Laufmaschinen

MK:

analysieren und interpretieren komplexere diskontinuierliche Texte wie Grafiken, Statistiken, Schaltpläne, Schaubilder Diagramme sowie Bilder, Karikaturen und Filme (MK 6)

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2. Einführung in die Mechanik, Statik und Kinetik – wann steht man sicher?

- Wann ist etwas stabil?

- Schwerpunktbestimmung Was sind Kräfte? Wie wirken Kräfte?

Zerlegung von Kräften rechnerisch und zeichnerisch - Freischnitt Kraftverläufe in Stäben und Seilen Berechnung einfacher Stabwerke und Getriebe - Technische Kommunikation (Zeichnen, CAD Design)

MK:

identifizieren die unter einer Fragestellung relevanten Informationen innerhalb einer Zusammenstellung verschiedener Materialien, gliedern diese und ordnen sie in thematische Zusammenhänge ein (MK 4),

66 -

3. Werkstoffe und Konstruktionen – wie macht es die Natur vor?

Endo- vs. Exoskelett Muskeln, Sehnen und Gelenke Stabilität durch Knicke und Falten -Bein- und Laufarten

konkretisierte SK:

erläutern Funktionsanalogien in Natur und Technik MK: stellen fachspezifische Sachverhalte unter Verwendung geeigneter sprachlicher Mittel und Fachbegriffe adressatenbezogen sowie problemorientiert dar und präsentieren diese anschaulich (MK 9).

67 -

4. Werkstoffkunde und Konstruktionen in der Technik – welche Eigenschaften sind wichtig?

Was trägt wie?

Was ist wofür einsetzbar?

Welche Eigenschaften haben verschiedene Werkstoffe und Konstruktionen?

konkretisierte SK:

stellen für technische Problemlösungen relevante Funktionsprinzipien biologischer Systeme dar,

konkretisierte UK:

erörtern Möglichkeiten und Grenzen des Prinzipientransfers von biologischen auf technische Systeme,

HK:

entwickeln auch in kommunikativen Zusammenhängen Lösungen und Lösungswege für komplexere fachbezogene Probleme und setzen diese ggf. um (HK 3).

68 -

5. Bionik meets Technik

– wie konstruiere und fertige ich einen lauffähigen Roboter?

Fortbewegungsmuster in der Natur Wie sind die Knotenpunkte/Gelenke aufgebaut?

Schrittfolgen -Rotation in Translation umwandeln -Artikulierte Bewegungen -Betrachtung des Schwerpunktes, ab wann kippt ´ s?

-Sensorik - was braucht mein Laufroboter?

-Signalverarbeitung und Steuerung des Roboters Bau von Laufrobotern(virtuell mit CADoder NXT Simulator, mittels Robotiksystembaukasten oder als Funktionsmodell) Testen von Laufrobotern

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Diagnose von Schülerkonzepten:

· Funktionsprüfung verschiedener Laufroboter

Leistungsbewertung:

· Schülerreferate zu Laufrobotern und deren Bauweisen · Dokumentation der eigenen Roboterkonstruktion · Präsentation des Funktionsmodells

70

H ERZLICHEN D ANK

für

Ihre Aufmerksamkeit