Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik
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GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Maschinenbau, Elektrotechnik, Technische Informatik Gewerblich-technische Schulen der Stadt Offenbach Fach Std/W Alle Schwerpunkte E1 TEKO 3 TECH 3 TEWI 4 Fach Std/W E2 TEWI (LK) TEKO (GK) TECH (GK) Q1 TEWI (LK) TEWI (GK) TECH (GK) Q2 TEWI (LK) TEWI (GK) TECH (GK) Q3 TEWI (LK) TEWI (GK) TECH (GK) Q4 TEWI (LK) TEWI (GK) TECH (GK) Technikgrundlagen I Fertigungstechnik – Prüfmittel – Kräfte und Momente - Technische Kommunikation I Grundlagen Elektrotechnik I Messtechnische Untersuchung von Zweipolen I und Technische Kommunikation I Programmieren I Maschinenbau Elektrotechnik Techn. Informatik Technikgrundlagen II Elektrisches und magnetisches Feld Programmieren II 2/3 Techn.-Kommunikation II Grundlagen E-Technik II IT- Systeme 2/3 Grundtechniken maschin. Werkstoffbearbeitung Messt. Untersuchung von Zweipolen II Analogtechnik Dimensionierung von Bauteilen / Werkstoffe Wechselstromtechnik 2/3 Werkstoffe Gleichstromnetzwerke (verbindlicher eGK,3h) (verbindlicher eGK,3h) 2/3 Energie- und Antriebstechnik Messtechnik Funktionseinheiten zur Energieübertragung Wechselstromnetze CAD-3D Digitale Informationsverarbeitung (verbindlicher eGK, 3h) 4 5 5 2/3 (CAD-2D: Autocad) (Solid Edge) Objektorientierte Softwareentwicklung Dynamische Webinhalte in der Technischen Informatik Digitaltechnische Grundlagen Digitale Steuerungstechnik Vernetzte Systeme 3 Konstruktionselemente des Maschinenbaus Analogtechnik Programmieren III 5 Automatisierungstechnik Digitaltechnik Prozessautomatisierung 2 Steuerungstechnik Bearbeitungsverfahren Qualitätsmanagement Operationsverstärker Projektmanagement 5 Konstruktiver Maschinenbau Antriebstechnik Datenbanken 2 Analyse von Baueinheiten Prakt. Schaltungstechnik CNC-Technik Elektrotechnische Anwendungen 2/3 2/3 (fakultativ Mikroprozessoren) (Metall/Elektro- Werkstatt) Betriebswirtschaftslehre (E.- Werkstatt) Anwendungen in der Technischen Informatik Die Kurse in E1 sind schwerpunktübergreifend und für alle Schüler verpflichtend. Am Ende des ersten Halbjahres findet eine verbindliche Schwerpunktwahl statt. Die Kursfolgen und deren Inhalte orientieren sich an den gültigen Lehrplänen für das Berufliche Gymnasium in Hessen und berücksichtigen die Inhalte des Industriemechanikers / Elektronikers für Geräte und Systeme / ITFachinformatikers. Die fettgedruckten Kurse beinhalten die verbindlichen Themen für die zentrale schriftliche Abiturprüfung. Abkürzungen: LK: Leistungskurs, GK Grundkurs, eGK: ergänzender Grundkurs, TEWI: Technikwissenschaften, TECH: Technologie, TEKO Technische Kommunikation. (Stand 23.05.2016) GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Alle Schwerpunkte E1 Maschinenbau Technikgrundlagen I ( Fertigungstechnik – Prüfmittel – Kräfte und Momente Technische Kommunikation I ): Fertigungsverfahren, Kräfte und Momente, Prüfmittel mit Praxisübungen, Toleranzberechnungen, Umrechnung von Längen-, Flächen- und Volumeneinheiten, Einführung ins manuelle technische Zeichnen Elektrotechnik Grundlagen der Elektrotechnik I (messtechnische Untersuchung von Zweipolen I und technische Kommunikation): Grundgrößen der Elektrizität: Ladung, Kräfte, elektrisches Feld, Potential, Spannung, Strom, Gleich-, Wechsel-, Mischstrom, Widerstand, Leitwert, Ohmsches Gesetz, Gleichstromkreis mit Spannungs- und Strommesser, Kennlinien, Reihen-, Parallel-, Gruppenschaltung, zu ausgewählten theoretischen Inhalten sind im Labor messtechnische Untersuchungen an den Zweipolen vorzunehmen, Schaltpläne benennen, skizzieren, Funktionen zu beschreiben inkl. Analyse und Auswertung auch mit EDV- Unterstützung. Technische Informatik: Programmieren I Themenfeld 1: Basiskonzepte (16 Stunden) Grundbegriffe: Problemanalyse, Algorithmus, Programm, Software Überblick zu den Programmiersprachen: Maschinensprachen, Assemblersprachen, Höhere Programmiersprachen Übersetzungsprogramme und -vorgang: Interpreter, Compiler, zweistufige Übersetzung Werkzeuge: Entwicklungsumgebungen, Debugger, Standardbibliotheken Variablen und Konstanten: Elementare Datentypen, Deklaration und Initialisierung : arithmetische, relationale und logische Operatoren, Zuweisungsoperatoren, Prioritäten, implizite und explizite Typkonvertierung Tastatureingabe und Bildschirmausgabe Themenfeld 2: Kontrollstrukturen (16 Stunden) Grafische Darstellung von Algorithmen: Flussdiagramme, Struktogramme Verzweigungen: Einfachverzweigungen, Mehrstufige Verzweigungen, Mehrfachverzweigungen (Fallauswahl) Schleifen: abweisende Schleife, annehmende Schleife, zählergesteuerte Schleife Themenfeld 3: Eindimensionale Felder (16 Stunden) Eindimensionale Felder: Deklaration, automatische und explizite Feldinitialisierung, Zugriff auf einzelne Elemente, Eigenschaften von Referenzvariablen Themenfeld 4 (optional): Zweidimensionale Felder (16 Stunden) Zweidimensionale Felder: Deklaration, automatische und explizite Feldinitialisierung, Zugriff auf einzelne Elemente Themenfeld 5 (optional): Einfache Such- und Sortieralgorithmen (16 Stunden) Suchverfahren: Sequentielle Suche So (Insertion Sort-Algorithmus), Effizienz der Sortierverfahren Seite 2 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Schwerpunkt Maschinenbau E2 Technikgrundlagen II (TEWI-LK) Energie-, stoff- und informationsumsetzende Systeme und Funktionseinheiten EVA- Prinzip; Maschinen und Geräte als Technische Systeme (Blockdiagramm); Hauptfunktionen: Umwandeln, Umformen, Transportieren, Speichern; Teilfunktionen und Teilfunktionsstrukturen Maschinelle Fertigungsverfahren Drehen: historische Entwicklung, Bauarten, Funktionseinheiten der Drehmaschine; Schneidstoffe, Bestimmung der Schnittgeschwindigkeit; Fräsen: Aufbau der Fräsmaschine, Gleichlauf-, Gegenlauf- und Stirnfräsen Maschinentechnische Berechnungen: Potentielle und kinetische Energie; Leistung und Wirkungsgrad; Sankey- Diagramm; Berechnung der Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit; Kräfte beim Zerspanen; Schnittmoment; Zeitspanungsvolumen und Zerspanleistung Schiefe Ebene und Reibung Technische Kommunikation II (TEKO-GK) Grundfunktionen eines zweidimensionalen CAD-Systems (Autocad) Darstellung prismatischer Körper in drei Ansichten, Schnittdarstellung, Zylinderschnitte, Gewindedarstellung, Bemaßung nach DIN mit Angaben von Form- und Lagetoleranzen sowie Oberflächenzeichen, Einzelteil- und Detailzeichnungen, Zusammenbauzeichnungen und Zeichnungslesen; Stücklistenverwaltung Grundtechniken maschineller Werkstoffbearbeitung (TECH-GK) Erstellen einer Baueinheit mit Hilfe manueller und maschineller Fertigungsverfahren. Q1 Dimensionierung von Bauteilen (TEWI-LK) Statik: N w ’ x Kä z und rechnerischer Verfahren, Auflagerkräfte und Einspannreaktionen, Freimachen von Bauteilen, Zentrales Kräftesystem, 3-Kräfte-V C ’ G F w K C R ’ Schnittverfahren, Kippmoment und Standsicherheit Reibungsarten und Reibmoment Schwerpunktberechnung: Flächenschwerpunkt und Linienschwerpunkt Festigk H ’ G z -Modul und Gleitmodul); Formänderungsarbeit; Wärmedehnung; Dauerfestigkeit (Wöhler- und Smith-Diagramm); Beanspruchungs- und Belastungsarten; Spannungsberechnungen: Zug, Druck, Flächenpressung, Abscherung, Torsion, Biegung und Knickung; Flächenträgheitsmomente und Widerstandsmomente (Satz von Steiner) Seite 3 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Werkstoffe (TEWI-eGK, verbindlicher GK) Werkstoffeinteilung und Werkstoffeigenschaften: Stahl, Guss, NE-Metalle, Hartmetall, Keramik, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe; Innerer Aufbau der Metalle Hochofenprozess und Stahlerzeugung Wärmebehandlung und Werkstoffprüfung: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm; Glühen; Härteverfahren; Werkstoffprüfung; Korrosion- und Korrosionsschutz Energie- und Antriebstechnik (TECH-GK) Elektromotoren: Elektrische Leistung; Funktionsprinzip der Gleichstrom-, Synchron- und Asynchronmotoren; Leistung von Wechsel- und Drehstrommotoren, Antriebe der Automobiltechnik: Vergleichende Behandlung von konventionellen und alternativen Antrieben im Automobilbau Alternative Energien: Brennstoffzellen, Windkraftanlagen, Solaranlagen, Blockheizkraftwerke und Erdwärme Q2 Funktionseinheiten zur Energieübertragung (TEWI-LK): Wellen und Achsen: Innere Kräfte und Momente; Kräfte und Momente am Biegebalken Getriebe: Zahnradberechnungen: Evolventenverzahnung, Kegelrad, Schnecke; Getriebearten: Zahnradgetriebe, Riementriebe, Kettentriebe; Festigkeitsnachweis bei zusammengesetzten Beanspruchungen mit Vergleichsspannung und Vergleichsmoment Kupplungen und Bremsen: Bauformen; Funktionsweise und Wirkung; Berechnung der wirkenden Momente CAD – 3D (TEWI-GK): Modellieren von dreidimensionalen Bauteilen mit Solid Edge. Ableiten dreidimensionaler Werkstücke in zweidimensionale Zeichnungen nach DIN mit normgerechter Bemaßung. Erstellen von Zusammenbauzeichnungen in der Assembly-Umgebung. Konstruktionselemente des Maschinenbaus (TECH-GK): Welle-Nabe-Verbindungen: Bauarten; Berechnung der Verbindungen: z.B.: Ringfeder-Spannelemente, Passfeder, Pressverband Lagerungen: Wälzlager, Gleitlager, Lebensdauergleichung Schmierung und Dichtung Fügetechnik: Fügearten, Stifte, Schrauben Q3 Automatisierungstechnik (TEWI-LK): Analoge, binäre und digitale Signale sowie logische Verknüpfungen Sensoren: Seite 4 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Analoge Sensoren für Weg, Winkel, Abstände, Geschwindigkeit, Dehnung und Kräfte; Binäre Sensoren: induktiv, kapazitiv, magnetisch und optisch; Digitale Sensoren: inkrementale Wegsensoren, Codemaßstäbe und Winkelcodierer Neue Aktorprinzipien: Piezoaktor, Formgedächtnislegierungen; Pneumatische Aktoren Steuerungs- und Regelungstechnik Unterscheidung: Steuern und Regeln; Steuerkette und Steuerungsarten; Elemente eines Regelkreises (Blockschaltbild); Regelungsarten: Festwertregelung, Folgeregelung, Kaskadenregelung, Verhältnisregelung; Stetige und unstetige Regler SPS: Aufbau und Funktionsweise einer SPS; Programmierung mit Siemens S7: UND-, ODER-, NICHT-Verknüpfungen, Speicherschaltungen, Zeitfunktionen, Zähler, Merker, Flankenoperation und Wischimpuls, Schrittkette, Ablaufsteuerung; Simulation der Programme an einer SPS-Anlage; Darstellung der Funktionsabläufe mit GRAFCET Robotik: Aufbau und Funktion von Robotern Steuerungstechnik (TEWI-GK): Pneumatische Steuerungen: Bauteile, Schaltpläne, Weg-Schritt-Diagramme, Aufbau von Steuerungen Steuerungstechnische Berechnungen: Druckberechnungen und Kolbenkräfte; Volumenstrom; Hydraulische Steuerungen; Hydraulische Presse Qualitätsmanagement (TECH-GK): Begriffe: Qualitätsmanagement, Qualitätssicherung, Qualitätsregelkreis, Fehlerverursachung, Fehlerkosten und Fehlervermeidung, Philosophien und Denkweisen: TQM; Deming-Zyklus; KAIZEN Methoden: Brainstorming; Taguchi-Diagramm; Ishikawa-Diagramm; Pareto-Diagramm; Strichliste und Qualitätsregelkarte; Statistische Prozesskontrolle (SPC) mit Maschinenund Prozessfähigkeit; Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) Zertifizierung von QM-Systemen (ISO 9001:2000, u.a.) Produkthaftungsgesetz Q4 Konstruktiver Maschinenbau (TEWI-LK): Methoden des Konstruktionsprozesses: Morphologischer Kasten; Lasten- und Pflichtenheft; Literatur- und Patenrechtrecherche Funktionsgerechtes Konstruieren und fertigungsgerechtes Gestalten: Projektorientiertes Konstruieren; Dokumentation durch Zeichnungen und Stückliste; Festlegung möglicher Fertigungsverfahren; Montageanweisungen; Durchführung des Festigkeitsnachweises; Beurteilung in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit Analyse von Baueinheiten (TEWI-GK): Funktionszusammenhänge von Baueinheiten: z.B.: Gelenkwelle, Kompressor, Schlauchpumpe, Rührwerk, Streckrollentrieb, Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe, Schneckentrieb Seite 5 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Maschinentechnische Berechnungen und Präsentation der Baueinheiten CNC-Technik (TECH-GK): Grundlagen der CNC-Technik: Aufbau einer CNC-Maschine; Nullpunktverschiebungen; Werkzeuge Programmierung und Fertigung: Programmieren mit SymPlus (Fräsen und Drehen); Programmsimulation am PC; CAD/CAM Schwerpunkt ELEKTROTECHNIK E2 Elektrisches und magnetisches Feld (TEWI-LK) Elektrisches Feld: Influenz, Grundgleichungen der Elektrostatik, Feldkonstante, Dielektrikum, Permittivität, Kräfte, Kapazität, Kondensatoren, Bauformen, Lade- und Entladefunktionen, Energieinhalt, elektrostatisches Messprinzip des Oszilloskop, Magnetisches Feld: Kräfte zwischen bewegten Ladungen, Feldlinienbilder von Dauermagneten, Leiter, Spulen, Grundgrößen, Durchflutungssatz, Para-, Dia-, Ferromagnetismus, Permeabilität, Magnetisierungskennlinien. Anwendung: Relais, Motorprinzip. Grundlagen der Elektrotechnik II (TEKO-GK) Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad, Gefahren der Elektrizität, Sicherheitsmaßnahmen, belasteter Spannungsteiler, Ersatzschaltbilder von Energiequellen, Spannungs-, Strom-, Leistungsanpassung, graphische Lösungen für Spannungs- und Stromteilung bei nichtlinearen Kennlinien, elektrische Strömung: Driftgeschwindigkeit, Ausbreitungsgeschwindigkeit der Energie, Anwendung von Standard- und Simulationssoftware, Projekte z.B. Installationsschaltungen, Leitungswahl, Absicherung. Berechnung von nicht linearen Bauteilen. Messtechnische Untersuchung von Zweipolen II (TECH-GK) Ergänzung zu Grundlagen der ET I und II (Laborübungen): Statischer und differentieller Widerstand, lineare Kennlinien, nichtlineare Kennlinien von VDR, LDR, NTC, PTC, Dioden; Ergänzung zu elektr. und magn. Feld: Einführung Messungen mit dem Oszilloskop: Spannung, Strom, Zeit, Frequenz, Lade- und Entladefunktionen von RC/RLSchaltungen Q1 Wechselstromtechnik (TEWI-LK) Induktion, Generatorprinzip, Transformator, Selbstinduktion, Induktivität von Spulen, Induktivität als Energiespeicher, Strom und Spannung an der Induktivität, Ein- und Ausschaltvorgänge an Spulen und Kondensatoren, RL- und RC- Kombinationen, Erzeugung von Wechselspannungen, Kennwerte: Momentanwert, Scheitelwert, Mittelwert, Effektivwert, Gleichrichtwert, Periode, Frequenz, Kreisfrequenz sinusförmiger Größen, Liniendiagramme, Zeigerdiagramme, Betriebsverhalten des Transformators Seite 6 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik (ideal, real), Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an R, L, C mit Linienund Zeigerbilder, Wirk-, Blind-, Scheinleistung. Fakultativ: z.B.: Ströme und Spannungen mit Hilfe der Infinitesimalrechnung bestimmen, arithmetischer Mittelwert/Effektivwert einer nichtsinusförmigen Größe bestimmen. Grundlagen der komplexen Berechnung. Gleichstromnetzwerke (TEWI-eGK, verbindlicher GK) Entflechtung von Netzwerken: Stern- Dreieck bzw. Dreieck- Stern- Transformation; Gleichungssysteme für Netzwerke, EDV- Lösungen, Kreisstromverfahren, Netzwerke auf eine Ersatzspannungs- oder Ersatzstromquelle zurückführen, Lösungsstrategien beim Zusammenwirken von linearen und nichtlinearen Bauelementen/ohmschen Widerständen und Kapazitäten, Anpassungsfälle, Fakultativ: Superposition, Knotenpotentialverfahren, vollständiger Baum, Softwareanwendungen. Messtechnik (TECH-GK) Multifunktionsgeräte: Direkte und indirekte Messverfahren: U, I, R, P, absoluter und relativer Messfehler, Innenwiderstand von Messgeräten, Oszilloskop: Aufbau, Tastkopf, Spannungs-, Zeit-, Frequenzmessung, XY- Betrieb, Kennlinienaufnahme, Frequenzzähler: Blockschaltbild, Torzeit, Fakultativ: Fehlerrechnung mit Fehlerfortpflanzung, Normalverteilung, Standardabweichung; Speicheroszilloskop: Aufbau und Anwendung; computerunterstützte Messerfassung: Multifunktionskarten, Messwertumformer, Sensorik, Software Q2: Wechselstromnetze (TEWI-LK) Wechselstromschaltungen: Gauß´sche -, trigonometrische-, Euler´sche Schreibweise, Rechengesetze, komplexe Größen in Zeigerdiagrammen darstellen, Leistungsbetrachtung, Kompensation, Z-, Y-, U-, I- Ortskurven von RC-, RL- und RCLSchaltungen entwickeln/darstellen, Reihen- und Parallelschwingkreise, Übertragungsverhalten, Resonanz, Dämpfung, Bandbreite, Kreisgüte, Dreiphasensystem, Stern-, Dreieckschaltung, symmetrische und unsymmetrische Belastung komplex berechnen, Zeigerdiagramme, Kompensationsarten, Netzwerke mit mehreren Spannungs- und Stromquellen, Wien-Robinson-Brücke, EDV- unterstützte Berechnungen; Fakultativ: Frequenzgänge von Hoch-, Tief-, Bandpass und Bandsperre berechnen und messtechnisch untersuchen. Digitale Informationsverarbeitung (TEWI-GK) Analoge und digitale Signale, Pegel, logische Verknüpfungen, Zahlensysteme und Codes, Wahrheitstabellen, Signal- Zeit- Diagramme, Schaltnetze aufbauen, analysieren, Schaltalgebra, disjunktive und konjunktive Normalformen, KV- Diagramme, optimierte digitale Schaltungen entwerfen und aufbauen, Arbeiten mit Datenblättern (auch in Englisch). Analogtechnik (TECH-GK) Halbleiterphysik, Dioden, Gleichrichterschaltungen, Spannungsstabilisierung/begrenzung, bipolare Transistoren, Aufbau, Wirkungsweise, Kennlinien, Kennwerte, Grenzwerte, Grundschaltungen von Transistoren, Transistorverstärker in Emitterschaltung, Transistor als Schalter, Laborübungen; Fakultativ: Einfluss von Seite 7 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Glättungskondensatoren, Grundschaltungen mit Transistoren z. B.: mono- und bistabile Kippstufen, Schmitt- Trigger. Q3: Digitaltechnik (TEWI-LK) Voraussetzung sind die Inhalte aus 12.2 Digitale Informationsverarbeitung. Entwurf von Schaltnetzen: Komparator, Multiplexer, Demultiplexer, Kippglieder (RS, T, D, JK), Zähler, Teiler, Schieberegister, Signal- Zeit- Diagramme; Fakultativ: Halbaddierer, Volladdierer, Rechenwerke (+,-), ALU, RAM, ROM, Steuerungsaufgaben z. B. Verkehrsampel, Aufbau eines Mikroprozessors, Mikrocomputer- Architektur, Bussysteme, Programme z. B. Ampel, Schrittmotor Ansteuerung, A/D- und D/AUmsetzer Bearbeitungsverfahren (TEWI-GK, Metall/Elektro-Werkstatt) Grundfertigkeiten der mechanischen Werkstoffbearbeitung: Feilen, Sägen, Bohren, Gewindeschneiden, biegen, Löten, technische Zeichnungen lesen und anfertigen. Operationsverstärker (TECH-GK) Wirkungsweise des Differenzverstärkers, Kenn- und Grenzwerte des Operationsverstärkers, Betriebswerte real und ideal, Grundschaltungen des OPV: invertierend, nicht invertierend, Konstantstromverhalten, Addierer, Subtrahierer, Integrator, Differentiator, Komparator, Schwellwertschalter. Laborübungen, Referate, Präsentationen. Q4 Antriebstechnik (TEWI-LK) Aufbau und Unterscheidungsmerkmale drehender elektrischer Maschinen, einphasigeund mehrphasige Wechselstrommaschinen: Drehfelderzeugung, Aufbau, Wirkungsweise, Betriebsverhalten von Asynchron- und Synchronmaschinen, Steuerungsmöglichkeiten, Ersatzschaltungen, Ortskurven, Kreisdiagramm; Gleichstrommaschinen: Aufbau, Wirkungsweise, Betriebseigenschaften, Steuerungsmöglichkeiten Praktische Schaltungstechnik (TEWI-GK, Elektro-Werkstatt) Fachpraktische Grundfertigkeiten zum Schaltungsaufbau, Platinen entwickeln, bestücken, löten, testen. Elektrotechnische Anwendungen (TECH) Projekte aus den Kursinhalten der vorherigen Kurse. Übung komplexer Aufgabenstellungen, mit Bezug zur Abiturprüfung des Fachs Technikwissenschaft und/oder Einführung in die Automatisierungstechnik (SPS- Programmierung). Seite 8 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Schwerpunkt Technische Informatik E2 Programmieren II (TEWI) Themenfeld 1: Prozeduren und Methoden (16 Stunden) z z R w , , Globale und Lokale Variablen, Überladen Rekursive Methoden: indirekte und direkte Rekursion Themenfeld 2: Zeichenketten (Strings) (16 Stunden) Zeichenketten: Deklaration, Verkettung, Operationen, Vergleich von StringReferenzen und String-Inhalten Themenfeld 3 (16 Stunden) Basiskonzept: Objekte, Klassen, Attribute, Methoden, Kapselung und Sichtbarkeit, Konstruktoren, statische Methoden und Variablen Themenfeld 4 (optional): Vererbung (16 Stunden) Vererbung: Generalisierung versus Spezialisierung, Vererbungsregeln und Klassenhierarchie, Zugriffsrechte, Verhalten von Konstruktoren, abstrakte Klassen Themenfeld 5 (optional): Abstrakte Methoden und Schnittstellen (16 Stunden) Abstrakte Methoden und Schnittstellen: Abstrakte Methoden, Schnittstelle / Interface, Markierungsschnittstelle, leere Implementierung, Schnittstellen und Vererbung, Konstanten in Schnittstellen Analogtechnik (Technologie) Themenfeld 1: Dioden (16 Stunden) Dioden:, LED: Wirkungsweise, Grenzwerte, Kennlinien, Kenngrößen, Datenblätter Analysieren eines Netzgerätes: z.B. Gleichrichterschaltungen Themenfeld 2: Bipolare Transistoren (16 Stunden) Bipolarer Transistor: Aufbau, Wirkungsweise, Kennlinien, Kennwerte und Grenzwerte bipolarer Transistoren, Datenblätter Transistor als Schalter Themenfeld 3: Operationsverstärker (OPV) (16 Stunden) OPV: Schaltungssymbol, Kennwerte, Grenzwerte, Betriebswerte (realer und idealer OPV) Grundschaltungen des OPV: invertierend, nicht invertierend, Komparator, Schwellwertschalter, Verstärker Messtechnische Erfassung der Ein- und Ausgangssignale Themenfeld 4 (optional): Verstärkerschaltungen (16 Stunden) Funktion des Transistorverstärkers in Emitterschaltung Auslegung von Widerständen in Verstärkerschaltungen Themenfeld 5 (optional): Anwendungsschaltungen mit OPV (16 Stunden) Addierer-, Integrierer- und Differenziererschaltung aus OPV Informationsverarbeitung in IT- Systemen (Technische Kommunikation) Themenfeld 1: Hardwarekomponenten in IT-Systemen (8 Stunden) EVA-Prinzip Seite 9 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Zentrale Hardwarekomponenten und ihre Schnittstellen: Mainboard, Prozessoren, Chipsatz, Arbeitsspeicher, Cache-Speicher, Bussysteme, Grafikkarte, gängige interne und externe Schnittstellen ä G Themenfeld 2: System- und Anwendungssoftware (8 Stunden) Systemsoftware: Aufgaben und Arten von Betriebssystemen, BIOS und BootProzess, Installation eines Betriebssystems, Treiber Arten von Anwendungssoftware Urheberrecht: Gesetzliche Regelungen, Konsequenzen bei Verstößen Themenfeld 3: Datensicherheit und Datenschutz (8 Stunden) Datensicherheit: Computerviren, Würmer, Trojaner, Spyware, Phishing, Schutzmöglichkeiten, Datensicherung Datenschutz: Datenschutzgesetz, Rechte am eigenen Bild Themenfeld 4 (optional): Speichermedien (8 Stunden) Gängige Laufwerke und gängige Speichermedien: Aufbau und Eigenschaften Formatierung, Partitionierung, Dateisysteme Themenfeld 5 (optional): Ausgewählte Computerperipherie (8 Stunden) Gängige Monitore und gängige Drucker: Aufbau und Eigenschaften Q1 Objektorientierte Softwareentwicklung (TEWI-LK) verbindlich: Themenfelder 1 und 2 sowie ein weiteres aus den Themenfeldern 3-5, durch Erlass festgelegt Themenfeld 1: Objektmodellierung (20 Stunden) Grundkonzepte: Phasen des Softwarelebenszyklus (Analyse, Entwurf, Implementierung, Test, Wartung), Modellierung mit UML UML-Anwendungsfalldiagramm: Akteure, Anwendungsfälle, include- und extendBeziehung, Generalisierung / Spezialisierung UML-Klassendiagramm: (abstrakte) Klassen, (statische) Attribute und Methoden, Sichtbarkeit, Beziehungen zwischen Klassen (Vererbung, einfache Assoziation, Aggregation, Komposition), Multiplizitäten, Navigierbarkeit UML-Objektdiagramm: Objekte, aktuelle Attributwerte, Beziehungen zwischen Objekten UML-Sequenzdiagramm: Lebenslinien, Operationsaufruf / Nachrichten, Erzeugen eines neuen Objektes, Alternativen und Schleifen Themenfeld 2: Implementierung von Klassen und ihren Beziehungen (20 Stunden) Lebensdauer und Zugriffsrechte: Konstruktor, Destruktor, Sichtbarkeit, Kapselung, Set- und Get- Operationen Vererbung und Polymorphie: Vererbungsregeln, Zugriffsrechte, Verhalten von Konstruktoren, abstrakte Klassen, Polymorphie Abbildung von Assoziationen: Einfache Assoziation, Aggregation, Komposition, Feldlisten, Container- Klassen Themenfeld 3: Such- und Sortieralgorithmen (20 Stunden) Suchverfahren: Sequentielle Suche, Binäre Suche, Effizienz der Suchverfahren Sortierverfahren: Bubblesort, Shellsort, Quicksort, Effizienz der Sortierverfahren Themenfeld 4: Datenstrukturen zum Verwalten von Objekten (20 Stunden) Datenstrukturen: Verkettete Liste, Stapel, Schlange, Komplexität der Datenstrukturen Seite 10 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Themenfeld 5: Persistenz und Datenhaltung in Dateien (20 Stunden) Datenhaltung in Dateien: Dateien, ein- und ausgehende Datenströme, Dateien sequentiell lesen und schreiben, indexbasierte Dateiorganisation Dynamische Webinhalte in der Technischen Informatik (TeWi) Themenfeld 1: Grundzüge einer Dokumenten-Beschreibungs-Sprache und Bedeutung von Webservices Benutzerfreundlichkeit am Beispiel border-layouttable Anwendungen: webmail, cloud, ecommerce, ebanking, cms, netzwerkdrucker Analyse einer url (zB https://www.where.com/dir/file.ext) webserver und webclientclient Mehrschicht-Architektur: Benutzersicht, Programmebene und Datenhaltung 8h Themenfeld 2: Einbinden und Formatieren von Inhalt und Bildern Finden und Lesen der doku zu tags (zB <suchmaschine>: selfhtml) Verwenden folgender tags: head body bgcolor title br p hr h1..h6 ol ul li div span img href css: Zweck, einbinden, einstellen von fonts: size, color und face Bildformate (png, jpg, gif und bmp) Beschneiden, skalieren, Helligkeit, Sättigung und Kontrast einstellen 8h Themenfeld 3: Dynamische Webseiten mit php erstellen, hochladen, testen, debuggen einfacher php-Seiten auf kostenfreien Servern Variablen und Kontrollstrukturen (if, else, for, while, function und return) Eingaben und Ausgaben (get und post) Remote Lösen einfacher mathematischer Probleme 8h Themenfeld 4: (optional) Lokale Dynamische Webseiten mit javascript Unterschiede zu java (keine Datentypen (aber Typumwandlung), keine Objektorientierung, keine Kapselung, kein kompilieren) Anbindung der Funktionen an grafische Elemente Verarbeitung (Typumwandlung, Komma-nach-Punkt-Wandlung bei Zahlen) Variablen und kontrollstrukturen (if, else, for, while, function und return) Ausgabe in span 8h Themenfeld 5: (optional) Dynamische Webseiten mit SQL Bibliotheken zur Verarbeitung (zB Math, mysql, ...) Erzeugen von Tabellen Abfragen der Tabelle mit verschiedenen einfachen Bedingungen Importieren und Abfragen einer Datenbasis aus verknüpften Tabellen populäre Methoden der SQL-Injektion Digitaltechnische Grundlagen (Technologie) Themenfeld 1: Signale und logische Grundfunktionen (8-12 Stunden) Signale: analoge, digitale und binäre Signale, analoge versus digitale Systeme Pegel Seite 11 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik V (AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, Äquivalenz): Schaltzeichen, Wahrheitstabellen, Funktionsgleichungen, Signal-Zeit-Diagramme Themenfeld 2: Schaltungssynthese (8-12 Stunden) Synthese statischer Schaltnetze: disjunktive und konjunktive Normalform, Schaltalgebra, KV - Diagramm Funktionsweise von Komparatoren, Multiplexern und Demultiplexern Themenfeld 3: Zahlensysteme und Codes (8-12 Stunden) Zahlensysteme und Codes: Duales, dezimales und hexadezimales Zahlensystem, BCD-Code, Umwandlung zwischen den Zahlensystemen und Codes Synthese von Codeumsetzern Themenfeld 4: Flipflops und sequentielle Logikschaltungen (8-12 Stunden) Flipflops: z.B. R-S-, D-, J-K- oder T-Flipflop Sequentielle Logikschaltungen: z.B. Zähler, Frequenzteiler oder Schieberegister Themenfeld 5: Rechenschaltungen (8-12 Stunden) Rechenschaltungen: Halbaddierer, Volladdierer, Addier-Subtrahier-Werk, ALU Q2 Digitale Steuerungstechnik (TEWI-LK) verbindlich: Themenfelder 1 und 2 sowie ein weiteres aus den Themenfeldern 3-5, durch Erlass festgelegt Themenfeld 1: Synthese statischer und sequentieller Logikschaltungen (20 Stunden) Statische Schaltnetze: Wahrheitstabellen, Funktionsgleichungen, disjunktive und konjunktive Normalform, Schaltalgebra, KV-Diagramm, Logische Grundglieder, NAND- und NOR-Gatter als Universalglieder, Funktionsschaltplan, Verdrahtungsplan R-S-, D-, J-K- und T-Flipflops: Schaltzeichen, Wahrheitstabellen, charakteristische Gleichungen und Signal-Zeit-Diagramme von Speicherflipflops, taktzustandsgesteuerten und einflankengesteuerten Flipflops, Master-Slave-Flipflops sowie Flipflops mit zusätzlichen statischen Setz- und R etzeingängen Schieberegister: Aufbau, Schaltzeichen und Signal-Zeit-Diagramme von Schieberegistern mit paralleler und / oder serieller Eingabe sowie mit paralleler und / oder serieller Ausgabe ä G F Themenfeld 2: Mikrocontroller (20 Stunden) Aufbau und Funktion eines Mikrocontrollers: Steuer- und Rechenwerk, Speichertypen, Bussysteme, Prozess der Befehlsverarbeitung, Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten von Mikrocontrollern Entwurf von Mikrocontroller-Programmen mit Hilfe von Struktogrammen Programmierung eines Mikrocontrollers in Assembler: Ein/OPorts, logische und arithmetische Operationen, Sprungbefehle, Verzweigungen, Unterprogramme (Aufruf und R ) Arbeiten mit der Befehlsliste des Mikrocontrollers Themenfeld 3: Synchrone Zähler, Frequenzteiler und Schaltkreisfamilien (20 Stunden) Synchrone Zähler: Aufbau, Berechnung und Signal-Zeit-Diagramme von synchronen Dual- und - - ä w V wä R ckwärtszähler Synchrone Frequenzteiler: Aufbau, Berechnung und Signal-Zeit-Diagramme von synchronen Frequenzteilern mit geradzahligen und ungeradzahligen Teilerverhältnissen Seite 12 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik C z , Arbeitsweise und Eigenschaften (u.a. Schaltzeiten, Leistungsaufnahme, Störsicherheit) Themenfeld 4: Erweiterte Mikrocontrollerprogrammierung und Speichertypen (20 Stunden) Erweiterte Programmierung eines Mikrocontrollers in Assembler: Schleifen (bedingte Schleifen, ä V z Zeigerregister R R R R z , Arbeitsweise und Eigenschaften Themenfeld 5: FPGAs und VHDL (20 Stunden) FPGAs: Eigenschaften und Vorteile (z.B. im Vergleich zu Application-Specific-ICs) Prozess der Entwicklung einer integrierten Digitalschaltung mit FPGAs (u.a. Simulation / Testbench, Logiksynthese) Hardwarebeschreibungssprache VHDL: Entity und Ports, Architecture, Prozesse und Anweisungen sowie deren Nebenläufigkeit, Sensitivitätsliste, Signale und Variablen, arithmetische, relationale und logische Operatoren, if-Verzweigungen, Attribut event Hardwareentwurf einfacher statischer und sequentieller Logikschaltungen (z.B. Komparator, Multiplexer, Codeumsetzer, Schieberegister, etc.) mit VHDL Vernetzte IT-Systeme (TEWI-GK, verbindlicher GK) Themenfeld 1: Aufbau und Funktionsweise von Netzwerken (8-12 Stunden) Rechnernetze: u.a. (W)LAN, MAN, WAN, GAN passive und aktive Netzkomponenten: u.a. koaxiale und symmetrische Kupferkabel, Glasfaserkabel, Hub, Switch und Router Netzarchitekturen: Client-Server-Modell, Peer-to-Peer-Modell Topologie: Punkt- zu-Punkt- und Punkt- zu Mehrpunkt-Kommunikation, Eigenschaften sowie Vor- und Nachteile von Stern-, Ring- , Bus- und Maschennetzen Themenfeld 2: Prinzip der Netzwerkkommunikation (8-12 Stunden) ISO-/OSI-Referenzmodell: Schichten, Dienste, Schnittstellen, Protokolle, Kopplungselemente, vertikale und horizontale Kommunikation in Netzwerken Themenfeld 3: Kommunikationsprozesse im Internet (8-12 Stunden) TCP-/IP-Referenzmodell: Schichten und deren Funktionen, Vergleich mit ISO/OSIReferenzmodell, Netzwerkadressierung (u.a. IP-Adresse und –Versionen, Netzmaske / Präfixlänge, DNS), Protokolle der Transport und Anwendungsschicht (u.a. TCP, HTTP(S), FTP) Themenfeld 4 (optional): Datensicherheit in Netzwerken (8-12 Stunden) Möglichkeiten eines unbefugten Zugriffs und Konsequenzen V , Tunneling, Firewall, VPN Themenfeld 5 (optional): Datenschutz und Urheberrechte im Internet (8-12 Stunden) Datenschutz: u.a. Webtracking, Geschäftsmodelle sozialer Netzwerke Urheberrechte: u.a. Tauschbörsen Programmieren III (Technologie) Themenfeld 1: Exceptions (8-12 Stunden) Exceptions: Klassenhierarchie, eigene Exception-Klassen Seite 13 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Ausnahmebehandlung: Auffangen und Behandeln von Exceptions, Weiterreichen von Exceptions Themenfeld 2: Grafische Benutzeroberflächen (8-12 Stunden) Elemente, ihre Klassen und Methoden: Fenster, Textfeld, Ein- und Ausgabefeld, Schaltfläche, Gestaltung: Fensteraufbau, Farbauswahl, Strukturierung, Layout Themenfeld 3: Ereignisverarbeitung (8-12 Stunden) Ereignisverarbeitung: Eventdefinition, Eventklassen, Ereignisbehandlung Themenfeld 4 (optional): Qualitätssicherung (8-12 Stunden) Quellcodedokumentation: Kommentare, standardisierte Dokumentationsverfahren Grundbegriffe: Testfall, Testdaten, Testdokumentation Entwicklungsbegleitende Testverfahren: u.a. funktionale Testverfahren, Strukturtestverfahren Automatisierung von Tests durch Stapelverarbeitungsprogramme Themenfeld 5 (optional): Nebenläufigkeit von Prozessen (8-12 Stunden) Nebenläufigkeit: Definition und Realisierung, Techniken zur Thread-Erzeugung, Schnittstellen und Methoden, Synchronisation von Threads Q3 Prozessautomatisierung (TEWI-LK) verbindlich: Themenfelder 1 und 2 sowie ein weiteres aus den Themenfeldern 3-5, durch Erlass festgelegt Themenfeld 1 z (20 Stunden) Definition des technischen Prozesses EVA-Prinzip Steuerkette in Abgrenzung zur Regelung Komponenten eines Automatisierungssystems mit seinen Ein- und Ausgängen: analog input (AI), digital input (DI), analog output (AO), digital output (DO) Sensoren mit digitalem Ausgang im Überblick: u.a. kapazitiver Sensor und InfrarotSensor (Funktionsprinzip) Digitale Aktoren im Überblick: u.a. Gleichst relevantes Funktionsprinzip und Ansteuerung) Nutzung deutsch- und englischsprachiger Datenblätter Planung einfacher Steuerungsprozesse und Implementierung in Assembler (Verzögerungsschleifen sind nicht Bestandteil dieses K w z V ) Themenfeld 2: Server-Client-Kommunikation (20 Stunden) Grundbegriffe: Server, Client, Socket, Server-Socket, Server-Client-Konzept, Dienst, Nebenläufigkeit Sequenzdiagramm zur Darstell z zwischen einem Client und einem Server C Datenkommunikation in einer Hochsprache mit Exceptionhandling Themenfeld 3: Signalwandler und weitere Sensoren (20 Stunden) N C N z ä AD-Wandler: Sägezahnverfahren und Kompensationsverfahren Auswertung der Widerstandsänderung mit Seite 14 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Assembler zur Verarbeitung der digitalisierten Messwerte Themenfeld 4: Aktoren und deren Ansteuerung (20 Stunden) Aktoren: Servomotor mit Pulsweitenmodulation (Theorie und Implementierung), unipolarer Schrittmotor, Magnetventile Assembler zur Implementierung der Aktoren Themenfeld 5 (20 Stunden) : Prinzip, Leitungen, Signalfolge Übertragungsprotokoll: ETX-ACK, Darstellung im Signal-Zeit-Diagramm, im Sequenzdiagramm und Implementierung des Protokolls Bustechnik am Beispiel des CAN-Bus: Buslänge, Teilnehmerzahl, Aufbau einer CAN-Nachricht und Frame-Aufbau, Übertragungsgeschwindigkeit, Topologie Projektmanagement (Technologie) Themenfeld 1: Dokumentationsgrundlagen (8-12 Stunden) Pflichten- und Lastenheft Projektstrukturplan (PSP) Projektablaufplan (PAP) Themenfeld 2: Prototypenentwicklung (8-12 Stunden) Erstellung eines Prototyps (Teilprodukt mit festgelegten Teilfunktionen) Testen des Prototyps Fehlererkennung und -behebung Themenfeld 3: Produktinbetriebnahme (8-12 Stunden) Erstellung des Gesamtprodukts mit allen Funktionalitäten Testen des Produkts Fehlererkennung und -behebung Themenfeld 4 (optional): Projektdokumentation (8-12 Stunden) Projektstatusbericht Meetingprotokoll Abschlussbericht Projektdokumentation Themenfeld 5 (optional): Präsentationstechnik (8-12 Stunden) Präsentationsregeln: Powerpoint bzw. Prezi, Auftreten, Aussprache Betriebswirtschaftslehre (TEWI-GK) Themenfeld 1: Historische Entwicklung der BWL, Wirtschaftliches Handeln, Anspruchsgruppen, Unternehmensziele (6 – 8 Std.) Themenfeld 2: Betriebliche Produktionsfaktoren, Betriebliche Funktionsbereiche, Organisation der Unternehmung, Unternehmensführung, Informationssysteme im Unternehmen (6 – 8 Std.) Themenfeld 3: Rechtsformen der Unternehmen, Haftung, Gesetzliche Grundlagen (BGB, HGB), Standortfragen, Gründung der Unternehmung, Finanzierungsarten, (8 – 10 Stunden) Themenfeld 4: (optional) Betriebliches Rechnungswesen, Kosten- und Leistungsrechnung, Planungsrechnung, Steuern der Unternehmen Seite 15 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Q4 Datenbanken (TEWI-LK) verbindlich: Themenfelder 1 und 2 sowie ein weiteres aus den Themenfeldern 3-5, durch Erlass festgelegt Themenfeld 1: Grundlagen und ER-Modell Grundkonzepte: Architektur von Datenbanken, Dreischichten-Modell, Datenbankarten (hierarchisches-, Netzwerk-, relationales-, objektorientiertes Modell) ER-Modell: Entität, Attribut, Beziehung, Kardinalität, Optionalität R , Umsetzung in Relationen, Datenbanktabellen Normalisierung: Abhängigkeiten zwischen Attributen, Semantische Integrität, Normalformen und Normalisierungsprozess (1. bis 3. Normalform) Themenfeld 2 Relationale Datenbank: Datenfeld, Datensatz, Tabelle, Schl Grundlegende Select-Abfragen: Projektion, Selektion, Aggregatfunktionen, Join, Sortierung, Gruppierung Themenfeld 3: Anbindung an das Fachkonzept Wahlweise Gestaltung einer dynamischen Webseite mit SQL und PHP: Entwicklungsumgebung, Webserver, Kompo Anweisungen, Skriptsprache PHP oder Datenbankanbindung mittels höherer Programmiersprache: Schnittstellen, Befehle, Data-Access-Object-Muster (einfache und komplexe Muster) Themenfeld 4: SQL-Erweiterung Beziehungen Weitere SQL-Sprachbereiche: Datenbearbeitung mit der DML, Datendefinition mit der DDL, Datenberechtigungen mit der DCL Operatoren: kartesisches Produkt, Selektion, Projektion, Join Terme: Konstruktion geschachtelter Terme, Angabe einfacher Terme mit Bedingungen, Konstruktion geschachtelter Terme, Bestimmung der Ergebnismenge eines Abfrageterms, Entwicklung eines Problemstellung, Abbildung eines Terms in SQL Operatoren: Vereinigung, Schnitt, Differenz, Umbenennung Themenfeld 5: Datenschutz und Datensicherheit Datenschutz: Recht auf informationelle Selbstbestimmung, Datenschutzprinzipien, Datenschutzgesetze V ä V gbarkeit, Datensicherheitsgebote (u.a. Zutrittskontrolle, Zugangskontrolle, Zugriffskontrolle), Sicherheit bei der Internetnutzung, Benutzerverwaltung und Zugriffsberechtigungen Anwendungen in der Technischen Informatik (Technologie) Themenfeld 1: Wandel der Arbeitswelt (8-12 Stunden) Technische Trends und Entwicklungen: z.B. Industrie 4.0, autonome Roboter Digitalisierung und Globalisierung: Änderung der Anforderungen am Arbeitsplatz, Menge der Arbeitsplätze, Konsequenzen durch Veränderung der Tätigkeiten, Entwicklung der Konzerne, Standortfaktoren und regionale Zukunftschancen Seite 16 von 17 GTS Berufliches Gymnasium - Lehrplan Technik Themenfeld 2: Nutzung weiterer Sensoren und / oder Aktoren in Automatisierungssystemen (8-12 Stunden) Theorie zur Funktionsweise ausgewählter Sensoren und / oder Aktoren Entwicklung und Implementierung der Software zur Nutzung der Sensoren und / oder Aktoren Testen des Produkts Fehlererkennung und -behebung Themenfeld 3: Vertiefung der objektorientierten Softwareentwicklung (8-12 Stunden) Projekt zur Verknüpfung von Datenbanken, Oberflächen und Fachkonzept Themenfeld 4 (optional): Dynamische Webseiten (8-12 Stunden) Zugriff auf einzelne Datensätze des Ergebnisses einer Abfrage (SQL), Darstellung der Ergebnismenge einer Abfrage (PHP) in einem HTML-Dokument Themenfeld 5 (optional): Projektkalkulation (8-12 Stunden) Kostenarten: Fixe und variable Kosten Materialkostenrechnung Personalkostenrechnung: Gehälter, Lohnnebenkosten Steuern (als Unternehmer und / oder Arbeitnehmer) Zusammengestellt nach den Lehrplänen für Berufliche Gymnasien, Fachrichtung Technik des Hessischen Kultusministeriums, 2005 und dem Kerncurriculum Fachrichtung Technik Schwerpunkt Technische Informatik, Entwurfsfassung September 2015 Seite 17 von 17
