Schwerpunkt Technik Naturwissenschaften
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Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Schwerpunkt Technik Naturwissenschaften Schwerpunktfächer Physik Chemie-Biologie-Ökologie 1 Lektionendotation berufsbegleitender Lehrgang 1. Semester 2. Semester 3. Semester 4. Semester 4 4 4 4 Zusätzlich 2 Projekttage pro Jahr Vollzeitlehrgang 1. Semester 2. Semester 8.8 8.8 Gesamtzahl der Lektionen: 352 Am Vollzeitlehrgang finden keine Projekttage statt. Die Lektionen dauern jeweils 50 Minuten. Die Fächer werden in Halbtagsblöcken zu jeweils 4 Lektionen unterrichtet. Die angegebene Lektionenzahl bezieht sich auf Lektionen von 45 Minuten. 81 Lehrplan BMS 2 Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Bedeutung des Schwerpunkts / Allgemeine Hinweise Der Schwerpunkt Technik verknüpft die naturwissenschaftlichen Disziplinen Physik, Chemie, Biologie und Ökologie in der Weise, dass die Studierenden ein naturwissenschaftliches Grundverständnis erhalten, welches von der mathematischen Beschreibung der Naturgesetze über den Aufbau der Atome bis hin zu aktuellen globalökologischen Problemen reicht. Das Schwerpunktfach Ökologie gliedert sich in die Fachbereiche Chemie, Biologie sowie Humanökologie und Umweltkunde. In Chemie befassen sich die Studierenden mit dem Aufbau der Materie und den verschiedenen Möglichkeiten chemischer Bindungen und Reaktionen. Diese bilden die Grundlage molekularbiologischer Themen wie beispielsweise der Gentechnologie, wodurch ein fliessender Übergang zu Biologie erreicht wird, die sich mit dem Phänomen Leben befasst. Hier beschäftigen sich die Studierenden mit der Entstehung und Entwicklung des Lebens und lernen die grundlegenden Funktions- und Bauprinzipien der Lebewesen kennen. Kernbereiche sind die Evolutionslehre und die damit verbundene Gentechnologie. Die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den Lebewesen und ihrer Umwelt ist der Inhalt der Ökologie im engeren Sinne. Die Studierenden lernen das Ökosystem Erde vor allem aus dem Blickwinkel der menschlichen Inwertsetzung des Planeten kennen. Die Inhalte beginnen mit der Entstehung des Planeten und seiner Atmosphäre und enden mit vom Menschen verursachten Umweltproblemen der Gegenwart. Ebenfalls von besonderer Bedeutung sind die Technologien der Energieumwandlung und ihre ökologischen Auswirkungen. Das Schwerpunktfach Physik untersucht die grundlegenden Phänomene in der Natur mit Hilfe von Beobachtungen und gezielten Experimenten und versucht Modelle zu entwickeln, die diese Phänomene möglichst exakt beschreiben und damit Voraussagen ermöglichen. Diese theoretischen Modelle der Physik werden in der Sprache der Mathematik formuliert und haben in der Regel nur einen eingeschränkten Gültigkeitsbereich und werden auf Grund neuer Erkenntnisse oder genauerer Experimente im Laufe der Zeit weiter entwickelt. Die Erkenntnisse entstehen dabei in einem Wechselspiel zwischen Beobachtung, Beschreibung, Experiment, Verifikation bzw. Falsifikation von Hypothesen, Modell und Theorie. Viele weitere naturwissenschaftliche Fachrichtungen wie auch Ingenieur- und Sozialwissenschaften nutzen intensiv die Erkenntnisse und Modelle sowie die Arbeitsmethoden der Physik. 82 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Die Erkenntnisse der Physik fliessen direkt ein in die Entwicklung von technischen Geräten und Systemen und beeinflussen damit die Entwicklung der Gesellschaft in grossem Masse. Mit der Untersuchung der Frage, was die Welt im Kleinsten und Grössten zusammenhält, hat die Physik auch einen direkten Einfluss auf die Entwicklung eines eigenen Weltbildes und sucht Antworten auf die Stellung des Menschen im Universum. 3 Ziele 3.1 Schwerpunktfach “Ökologie“ 3.1.1 Lernbereich “Chemische Grundlagen“ 3.1.1.1 Richtziele Die Studierenden erkennen die Chemie als eine Naturwissenschaft, deren zentrales Anliegen es ist, makroskopische Stoffeigenschaften und Stoffumwandlungen anhand von Modellvorstellungen über den Aufbau der Materie zu erklären. Sie verstehen die prinzipiellen Prozesse des Phänomens. 3.1.1.2 Grobziele und Lerninhalte Lerninhalte Grobziele Chemische Grundbegriffe o Verschiedene Stoffeigenschaften unterscheiden o Eine Auswahl grundlegender Stofftrennungsverfahren durchführen o Grundbegriffe zum Verständnis chemischer Reaktionen definieren Schmelzpunkt, Siedepunkt, Aggregatzustände, Löslichkeit, Dichte Dekantieren, Filtrieren, Destillieren, Eindampfen Analyse, Synthese, Elemente, Verbindungen, endotherm, exotherm, Reaktionsgleichungen, Reaktionsgeschwindigkeit Atome und das PSE o Das Bohr’sche Atommodell beschreiben o Struktur und Ordnung des Perioden- Elektronenhülle, Kern, Elektronen, Protonen, Neutronen, Elektronen-schalen, Orbitale, Isotope 83 Lehrplan BMS o o Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften systems der Elemente (PSE) basierend auf dem Bohr’schen Atommodell erklären Massenangaben definieren Stöchiometrische Rechenaufgaben lösen Chemische Reaktionen o Die Begriffe Säure und Base definieren o Neutralisationsreaktionen beschreiben und Titrationsversuche durchführen o Eigenschaften ausgewählter Säuren sowie Basen beschreiben und begründen o Grundlagen der Elektrochemie beschreiben o Ausgewählte elektrochemische Reaktionen beschreiben Ordnungszahl, Massenzahl, Atomdurchmesser, Perioden und Gruppen, Metalle, Nichtmetalle, Halbmetalle Atommasse, Molekülmasse, Mol PH-Wert, Hydroxidionen, Hydroniumionen Säure-Base-Reaktionen Schwefelsäure, Salzsäure, Kohlensäure Reduktion, Oxidation, Fällungsreihe der Metalle Zn-Cu-Zelle, Zn-Kohle-Batterie, Akkumulator, Elektrolyse, Galvanisation Chemische Bindungen o Entstehung und Eigenschaften der Ionischen Bindung erklären o Entstehung und Eigenschaften der Molekularbindung erklären o Entstehung und Eigenschaften der metallischen Bindung erklären o Die Elektronegativität (EN) definieren und deren Bedeutung für die verschiedenen Bindungsarten erklären o Zwischenmolekulare Kräfte beschreiben und auf die Natur der jeweiligen Molekularbindung zurückführen o Moleküle in der Valenzelektronenschreibweise darstellen Metall-Nichtmetall-Bindung, EN-Differenz, Salze, Ionen, Leitfähigkeit, Löslichkeit, Sprödigkeit Nichtmetall-Nichtmetall-Bindung, ENDifferenz, polare und unpolare Bindungen Metall-Metall-Bindung, Elektronengas, Leitfähigkeit, Duktilität Van-der-Waals, Dipol-Dipol, Wasserstoffbrücken, Eigenschaften des Wassers (Anomalie, Löslichkeit von Gasen, Löslichkeit von polaren Stoffen) Valenzelektronenschreibweise 84 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Einblick in die Chemie des Kohlenstoffs o Eigenschaften und Bedeutung des Kohlenstoffs erläutern o Reihe der Alkane und deren Eigenschaften beschreiben o Eine Auswahl verschiedener Kohlenwasserstoffe nennen und charakterisieren o Die Grundlagen der Kunststoffchemie beschreiben o Die Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus Erdöl erklären o Die Brennstoffzelle als Alternative zum herkömmlichen Verbrennungsmotor erklären 85 Vierbindigkeit, Diamant, Graphit, Doppeltund Dreifachbindungen Schmelzpunkte, Siedepunkte, zwischenmolekulare Kräfte, Isomerie Halogenalkane, Alkene, Alkine, Aromaten, Alkohole, organische Säuren Polymerisation, Polykondensation, Polyester, PVC, PS, PTFE Erdöl-Entstehung, Erdöl-Destillation, Cracking Bedeutung und Funktionsweise der Brennstoffzelle Lehrplan BMS 3.1.2 Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Lernbereich “Das Phänomen Leben“ 3.1.2.1 Richtziele Die Studierenden kennen Entstehung, Aufbau und Funktion der Lebewesen als komplexe chemische Systeme und wissen, wie sich in der Evolutionsgeschichte aus ersten Biomolekülen Einzeller und schliesslich komplizierte Vielzeller wie der Mensch entwickelten. Sie kennen am Beispiel des menschlichen Körpers die Organisations- und Funktionsprinzipien eines hochkomplexen Vielzellers. Die Studierenden sind sich der untrennbaren Verbindung von Chemie und Biologie bewusst. 3.1.2.2 Grobziele und Lerninhalte Lerninhalte Grobziele Die Moleküle des Lebens o Struktur, Funktion und Zusammensetzung der Kohlenhydrate, Lipide, Proteine und Nukleinsäuren beschreiben Kohlenhydrate als Energieträger Lipide als Baustoffe und Energiespeicher Proteine als Baustoffe und Enzyme Nukleinsäuren als Träger der Erbinformation, Replikation der DNA Was ist Leben? o Merkmale des Lebendigen nennen o Den Bau der Zellen beschreiben o Die Vorgänge der Zellteilung beschreiben o Den Ablauf und die Bedeutung der Proteinsynthese beschreiben o Unterschiede zwischen Pflanzen und Tieren aufzeigen o Die Prinzipien der Evolution erklären Autoreproduktion, Stoffwechsel, Zelle als Funktionseinheit, Reizbarkeit Eukaryoten, Prokaryoten, Zellkern, Zellplasma, Zellhaut, Zellwand, Zellorganelle, Chloroplasten, Mitochondrien Phasen der Mitose und der Meiose, Chromosomen Photosynthese und Atmung, Autotrophie und Heterotrophie, Produzenten und Konsumenten Darwinismus 86 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Evolution o Die fünf Reiche des Lebens charakterisieren und unterscheiden o Die Sonderstellung der Viren an der Grenze des Lebens begründen o Verschiede Stadien der frühen Evolution beschreiben o Belege der Evolution aufzeigen o Verschiedene Evolutionsfaktoren beschreiben Pflanzen, Pilze, Tiere, Protisten, Prokaryoten Infektiöse Wirkung, Vermehrung der Viren in Wirtszellen Chemische Evolution, Endosymbiontentheorie, Entwicklung vom Einzeller zum Vielzeller Homologe, analoge und rudimentäre Organe, Atavismen, Verhaltensmerkmale, vergleichende Embryologie, Parasitologie, Paläontologie, biochemische und molekularbiologische Indizien Mutation, Selektion, Isolation, Prädaption, adaptive Radiation, Gendrift Biologie des Menschen o Die hierarchische Organisation des Organismus Mensch beschreiben o Für das Funktionieren eines Vielzellers ausgewählte repräsentative Organsysteme und deren Funktionsweise beschreiben Zelle, Gewebe, Organe, Organsystem Verdauungssystem, Atmung und Blutkreislauf, Immunsystem, Ausscheidungssystem (Nieren), Sinnesorgane Die Entwicklung des Menschen o Die Evolution des Menschen in die Evolutionsgeschichte einordnen Systematik der Wirbeltiere inkl. Säugetiere und Primaten Übergang zum Bodenleben, aufrechter Gang, Sprache, Verlängerung der Jugendund Altersphase, Haarlosigkeit, kulturelle Evolution Prähominide, Euhominide, Australopithecus, Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens, Verwandtschaftsbeziehung von Homo sapiens sapiens und Homo sapiens neandertaliensis Ursprung in der alten Welt, quartäre Eiszeiten und Besiedelung der Neuen Welt, Rassenbildung, gegensätzliche Theorien (Out of Africa versus multiregionaler Ursprung) 87 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Gentechnologie o Gentechnologie & Reproduktionsbiologie der natürlichen Evolution gegenüberstellen Zucht, Klonen, Stammzellenentnahme und -manipulation, Biotechnologie und Manipulation von Bakterien, Eingriffe in die Keimbahn 3.1.3 Lernbereich “Der Planet des Menschen“ 3.1.3.1 Richtziele Die Studierenden kennen die Prinzipien der Wechselwirkung von Lebewesen untereinander und mit ihrer unbelebten Umwelt. Sie kennen die Inhalte der Ökologie und die globalen Umweltprobleme unserer zivilisierten Welt. 3.1.3.2 Grobziele und Lerninhalte Grobziele Lerninhalte Grundbegriffe der Ökologie o Eine Auswahl ökologischer Grundbegriffe definieren Biotop, Biozönose, Ökosystem, Autoökologie, Synökologie, Parabiose, Symbiose, Parasitismus Die Biosphäre o Grundlegende Eigenschaften des weltweiten marinen Ökosystems beschreiben und begründen o Den Energiefluss im Ökosystem kennen o Ausgewählte Stoffkreisläufe beschreiben Plankton, Nahrungskette, Abhängigkeit vom Licht, Nährstoffverteilung, Bedeutung von Wassertemperatur und Meeresströmen, küstennahe Biotope im Vergleich zum offenen Ozean „Einbahnstrasse“ des Energieflusses im Ökosystem Kohlenstoff-Sauerstoff Kreislauf, Stickstoffkreislauf 88 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Global Change o Ursachen natürlicher Veränderungen des Lebensraumes Erde in der erdgeschichtlichen Vergangenheit kennen o Wandel von der Agrar- zur Industrie- & Dienstleistungsgesellschaft als Grundlage globaler Umweltveränderung erkennen. o Ursachen und Folgen anthropogener Umweltveränderungen beurteilen und anhand einiger Beispiele dokumentieren 3.2 Langfristige Umweltveränderungen (Aussterbewelle am Ende des Erdaltertums, katastrophale Ereignisse, Aussterben der Saurier am Ende des Erdmittelalters), Ursachen natürlicher Klimaänderungen im Quartär Demographische Transformation, Ozonloch, Desertifikation, Biodiversitätsverlust, Klimaerwärmung Schwerpunktfach “Physik“ 3.2.1 Richtziele Die Studierenden kennen elementare Sachverhalte, wichtige Prozesse und technische Anwendungen, können sie mit Hilfe geeigneter Fachbegriffe beschreiben und erkennen, dass die physikalischen Grundlagen und die technischen Entwicklungen in einer gegenseitigen Beziehung stehen. Die Studierenden können in Alltagsphänomenen das Wirken physikalischer Gesetze erkennen. Die Studierenden kennen die Arbeitsweise der Physiker mit Beobachtung, Beschreibung, Experiment, Hypothese, Modell und Theorie. Die Studierenden kennen Messmethoden und Messgeräte, können selbstständig oder im Team Experimente aufbauen, durchführen, den Sachverhalt auf die wesentlichen Grössen reduzieren, geeignete Skizzen erstellen, Fehler abschätzen, die Ergebnisse interpretieren, graphisch darstellen und mit einer vernünftigen Anzahl von signifikanten Stellen ausdrücken. Die Studierenden können bei physikalischen Berechnungen die Mathematik korrekt anwenden, die Einheiten konsequent und korrekt verwenden, die Resultate auf Plausibilität prüfen. Die Studierenden können den funktionalen Zusammenhang zwischen physikalischen Größen erkennen, verbal beschreiben, graphisch darstellen sowie Tabellen und Diagramme interpretieren. Die Studierenden kennen die Definitionen der wichtigsten physikalischen Grössen, ihre SI Einheiten und können zwischen verschiedenen Einheiten umrechnen. 89 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Die Studierenden kennen die wichtigsten Konzepte der Physik wie Kausalitätsprinzip, Energieerhaltung, Impulserhaltung, Trägheitsprinzip, Feldkonzept, Konzept von Raum und Zeit usw. Die Studierenden können an Beispielen darlegen, dass die physikalischen Modelle einen eingeschränkten Gültigkeitsbereich haben und sich in einer fortwährenden Entwicklung befinden. Die Studierenden erhalten auch einen Einblick in die Physik des 20. Jahrhunderts und erkennen, dass die heutigen Modelle der Physik nicht alle Beobachtungen zu erklären vermögen (z.B. Dunkle Energie, Dunkle Masse), je nach Situation andere Modelle angewendet werden (Licht als Strahl, Welle oder Teilchen), Messungen nicht beliebig genau sein können (Heisenberg’sche Unschärferelation) und das Verhalten eines Systems nicht immer vorausgesagt werden kann (Chaostheorie, Quantenmechanik). 90 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften 3.2.2 Grobziele und Lerninhalte 3.2.2.1 Lernbereich “Physik allgemein“ Grobziele Lerninhalte o Physikalische Grössen zur Beschreibung von Phänomenen einsetzen können. Zahlenwert und Einheit einer physikalischen Grösse, Skalare und vektorielle Grössen, Basisgrösse und Basiseinheiten, Dimension. o Fehlerabschätzung bei Messungen durchführen können. absoluter, relativer, systematischer, zufälliger Fehler, Mittelwert, Standardabweichung, Fehlerfortpflanzung. o Wichtige Prinzipien der Physik kennen. Kausalitätsprinzip, Energieerhaltung, Impulserhaltung, Trägheitsprinzip, Feldkonzept, Konzept von Raum und Zeit. 3.2.2.2 Lernbereich “Mechanik“ Lerninhalte Grobziele o Gleichförmige und beschleunigte Bewegungen beschreiben, grafisch darstellen und berechnen. momentane und mittlere Geschwindigkeit und Beschleunigung, Geschwindigkeit-Zeit Diagramm, Weg-Zeit Diagramm, Freier Fall, Vertikaler, Waagrechter und Schräger Wurf. o Kräfte- und Drehmomentgleichgewicht als Grundbedingung für das Verharren im Ruhezustand beschreiben. Gewichtskraft und Masse, Kraft als vektorielle Grösse, Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften, Drehmoment, Schwerpunkt, Standfestigkeit, Hebel, Rollen, Flaschenzüge, Geneigte Ebene, Keil, Schraube, Hooke‘sches Gesetz. o Kraft als Ursache für Geschwindigkeitsänderungen beschreiben. Newton‘sche Axiome, Gewichtskraft, Federkraft, Reibungskraft, Trägheitskraft. 91 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften o Energie und Impuls als Erhaltungsgrössen erkennen. Arbeit, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Kinetische und potentielle Energie, Energieerhaltung , Perpetuum mobile erster Art, Impuls, Kraftstoss, Impulserhaltung, Stösse (elastisch, unelastisch, teilelastisch). o Kreisbewegungen als beschleunigte Bewegungen beschreiben. Kreisbewegung, Zentripetalkraft und Zentripetalbeschleunigung, Bahn- und Winkelgeschwindigkeit, Bahn- und Winkelbeschleunigung, Trägheitsmoment, Dynamisches Grundgesetz der Rotation, Drehimpuls, Drehimpulserhaltungssatz, Kreisel. o Die Anziehungskraft zwischen zwei beliebigen Massen beschreiben. Gravitationsgesetz, Gravitationsfeld, Gravitationspotential, Kosmische Geschwindigkeiten, Kepler'sche Gesetze, Sonnensystem, Ebbe/Flut, Sommer/Winter, Sonnen- und Mondfinsternis. o Einblick in Kräfte zwischen Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen gewinnen. Elastizität fester Körper (Dehnung, Kompression, Scherung, Torsion), Härte, Kolbendruck und Schweredruck bei Flüssigkeiten und Gasen, Luftdruck, Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen, Kohäsion und Adhäsion, Oberflächenspannung, Kapillarität, Diffusion, Osmose. o Verschiedene Arten von Strömungen unterscheiden können. Reibungsfreie Strömung, dynamischer Druck, Gesetz von Bernoulli, Pitot, Prandtl, Venturi Rohr, Laminare Strömung, Dynamische Viskosität, Turbulente Strömung, Strömungswiderstand, Reynold'sches Ähnlichkeitsgesetz 92 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften 3.2.2.3 Lernbereich “Schwingungen und Wellen“ Grobziele Lerninhalte o Schwingungen als periodische Ungedämpfte und gedämpfte harmonische Schwingung, Elongation, Amplitude, Frequenz, Phase, Eigenfrequenz, Dämpfung, Lineare Federschwingung, Pendel, Erzwungene Schwingung, Resonanz, Überlagerung von Schwingungen. Vorgänge erfassen, beschreiben und berechnen. o Welle als zeitlich und räumlich periodische Vorgänge erfassen. Aus Huygenschem Prinzip Konsequenzen ableiten und experimentell nachweisen. Wellenausbreitung als Energietransport beschreiben. Entstehung und Ausbreitung von Wellen, Transversal- und Longitudinalwellen, Wellenstrahl, Wellenfront, Huygens Prinzip, Überlagerung, Interferenz, Beugung, Reflexion, Brechung, Phasensprung, Stehende Wellen, Wellenknoten, Wellenbauch, Energiedichte, Energiestrom. 3.2.2.4 Lernbereich “Akustik“ Grobziele Lerninhalte o Schallquellen und Schallausbreitung Longitudinalwelle, Saiten und Luftsäulen, Tonleiter, Schallgeschwindigkeit in Festkörpern, Flüssigkeiten, Gasen, Luft, Doppler Effekt, Überlagerung von Schallwellen, Schwebung, Ultraschall. beschreiben. o Das Ohr als akustischen Sensor Schallfeldgrössen, Schallpegel, Dezibel, Hörfläche, Lautstärkepegel, Phon. beschreiben. 93 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften 3.2.2.5 Lernbereich “Optik“ Lerninhalte Grobziele o Verhalten von Licht im Zusammenhang mit verschiedenen Materialien beschreiben. Optische Geräte erklären. Geradlinigkeit der Ausbreitung, Lichtgeschwindigkeit, Reflexion, Reflexionsgesetz, ebener-, Hohl- und Wölbspiegel, Brechung, Brechungsgesetz, Totalreflexion, Strahlengang an planparallelen Platten, Prisma, Linsen, Abbildungsgleichung, Abbildungsmassstab, Konstruktion und Berechnung des Bildes, Optische Geräte, Lichtquellen, Lichtzerlegung, Spektralfarben, Komplementärfarben, Farbmischung, Emissions- und Absorptionsspektrum, Dispersion. o Wellenmodell für Licht anwenden. Wellenlänge, Frequenz, Lichtgeschwindigkeit, Überlagerung, Laser, Interferenz an dünnen Schichten, Beugung an Spalt und Gitter, Polarisation. o Das Auge als optisches System beschreiben. Strahlungsphysikalische Grössen Spektraler Hellempfindlichkeitsgrad Lichttechnische Grössen, Lumen, Lux, Candela 3.2.2.6 Lernbereich “Wärme“ Grobziele Lerninhalte o Die Gesetzmässigkeiten der Wär- Temperatur, Temperaturabhängigkeit des Volumens von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen, meausdehnung verschiedener Stoffe darstellen. 94 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Zustandsgleichung des idealen Gases, Gasgesetze. o Wärme als eine spezielle Energieform beschreiben. Wärme(energie), Wärmeinhalt, Wärmekapazität, Spezifische Wärmekapazität, Wärmemischung, Wärmequellen, Innere Energie, Volumenänderungsarbeit, Erster Hauptsatz. o Aggregatzustandsänderungen beschreiben können. Schmelzen und Erstarren, Verdampfen und Kondensieren, Sublimieren und Resublimieren, Verdunsten, Dämpfe, Tripelpunkt, Luftfeuchtigkeit, Reale Gase, Kritischer Punkt. o Thermodynamische Prozesse mit Hilfe von Prozess- und Zustandsgrössen beschreiben können. Isochore / Isobare / Isotherme / Isen- o Makroskopische Grössen auf Eigenschaften der Molekülbewegung zurückführen. Maxwell Geschwindigkeit Verteilung Wahrscheinlichste / Mittlere quadratische / Mittelwert der Geschwindigkeit, Energie der Moleküle, Gleichverteilungssatz, Mittlere Stosszahl, Mittlere freie Weglänge. o Verschiedene Arten des Wärmetransports beschreiben können. Wärmeströmung (Konvektion), Wärmeleitung, Wärmeübertragung, Wärmedurchgang, k-Wert, Wärmedämmung, Temperaturstrahlung, Absorption, Emission, Strahlungsgesetz von Stefan und Boltzmann, Strahlungsgesetz von Planck, Verschiebungsgesetz von Wien. trope / Polytrope Zustandsänderung, Kreisprozesse, Carnot'scher Kreisprozess, Thermischer Wirkungsgrad, Zweiter Hauptsatz, Reversible und irreversible Prozesse, Entropie. 95 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften 3.2.2.7 Lernbereich “Elektrizitätslehre“ Grobziele Lerninhalte o Elektrischen Strom als bewegte La- Elektrische Stromstärke, Ampere, Elektrische Ladung, Coulomb, Elementarladung. dung beschreiben. o Einfache elektrische Schaltkreise Elektrische Spannung (Quellenspannung, Klemmenspannung), Volt, Spannungsabfall, Elektrischer Widerstand, Ohm'sches Gesetz, Strom-Spannungs Kennlinie, Spezifischer elektrischer Widerstand und dessen Temperaturabhängigkeit, Elektrischer Stromkreis, Stromverzweigung, Kirchhoff'scher Maschen- und Knotenpunktsatz, Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen, Spannungsteiler, Wheatstone'sche Messbrücke, Strommesser, Spannungsmesser, Elektrische Arbeit und Leistung. aufbauen und berechnen. o Die Existenz des elektrischen Feldes Elektrische Ladung, Feldlinien, Influenz, Elektrometer, Elektrische Feldstärke, Elektrisches Potenzial, Elektrische Flussdichte, Flächenladungsdichte, elektrische Feldkonstante, Dielektrikum, Permittivität, Permittivitätszahl, Feldstärke an Kugeloberflächen. auf elektrische Ladungen zurückführen. o Die Wechselwirkung zwischen Ladungen und zwischen Ladung und elektrischem Feld bestimmen. Kapazität, Kondensator, Parallelschaltung und Reihenschaltung von Kondensatoren, Coulombkraft, Energie des Feldes, Energiedichte, Bewegung in homogenen Feldern Millikan, Auf- und Entladung eines Kondensators, Zeitkonstante. o Verschiedene Arten von Magnetfeldern kennen. Den Zusammenhang zwischen Stromfluss und Magnetfeld Dauermagnetismus, Stabmagnet, Magnetfeld der Erde, Elektromagnetismus, Magnetische Feldstärke, Durchflutungsgesetz, 96 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften erkennen. Magnetische Spannung, Magnetische Flussdichte, Magnetische Feldkonstante, Permeabilität, Permeabilitätszahl, Magnetischer Fluss, Stoff im magnetischen Feld, diamagnetisch / paramagnetisch / ferromagnetische Stoffe, Hysterese, Remanenz, Koerzitivfeldstärke. o Den Zusammenhang zwischen Änderung des magnetischen Flusses und dem elektrischen (Wirbel)Feld erkennen. Elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz von Faraday, Lenz'sche Regel, Induktion im bewegten Leiter, Selbstinduktion, Schaltung von Induktivitäten, Ein- und Ausschalten von Stromkreisen mit Induktivität, Elektromotor, Generator, Transformator, Massenspektrograph, Fernseher. o Bewegung von Ladungen in magnetischen Feldern aufzeigen. Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter, Lorentzkraft, Energie des Feldes, Energiedichte. o Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen elektrischem und magnetischem Feld aufzeigen Elektrische und magnetische Feldgrössen. 3.2.2.8 Lernbereich “Moderne Physik“ Grobziele Lerninhalte o Darlegen, dass Erscheinungen in Planck‘sches Wirkungsquantum, Unschärferelation, Welle-Teilchen-Dualismus, Photon, Atommodelle, Wasserstoffatom, Quantenzahlen, Quantenmechanik. kleinsten Dimensionen nicht mit den Gesetzen der klassischen Mechanik beschrieben werden können. o Einsicht in das Standardmodell der Teilchen- und Kernphysik nehmen. starke und schwache Wechselwirkung, Elementarteilchen, Leptonen, Quarks, Teilchenbeschleuniger, Atomkerne, Kernspaltung, Kernfusion, Radioaktivität, 97 Lehrplan BMS Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Radioaktive Strahlung, Dosimetrie. o Geschichte des Universums, Urknall, Hubble Diagramm, Galaxien, Schwarze Löcher, Sterne, Sternentwicklung. Grundzüge der Kosmologie und Astrophysik kennen. 98 Lehrplan BMS 4 Schwerpunkt Technik und Naturwissenschaften Vernetzung mit anderen Fächern Der interdisziplinäre Charakter des Schwerpunktfaches Ökologie, nämlich die integrative Position von der Chemie über die Biologie bis hin zu Humanökologie, macht dieses Fach zu einem geeigneten Feld fächerübergreifender Betrachtung, und zwar nicht nur mit Physik, dem anderen Schwerpunktfach des Schwerpunktes Technik. Voraussetzung für gewisse Aspekte des Lernbereichs Chemische Grundlagen sind einige Kenntnisse aus der Physik. Auch gewisse mathematische Fertigkeiten erleichtern den Umgang mit Themen aus der Chemie. Hier wäre etwa die Verbindung der Logarithmusfunktion mit dem pH-Wert zu nennen. Starken interdisziplinären Charakter weist schliesslich der dritte Lernbereich “Der Planet des Menschen“ auf, befindet sich doch die Humanökologie an der Schnittstelle zwischen Natur-, Kultur- und Sozialwissenschaften. Hintergrundwissen über die Grundlagen der Volkswirtschaft und die wesentlichen Züge der Menschheitsgeschichte, kombiniert mit dem bereits erarbeiteten naturwissenschaftlichen Weltbild, erleichtert den Studierenden die Einordnung und Beurteilung gegenwärtiger anthropogener Umweltprobleme. Diese Auflistung zeigt nur einige ausgewählte Verknüpfungspunkte zu den genannten Wissenschaften bzw. zu den Grundlagen- und Schwerpunktfächern der Berufsmittelschule. Im Spannungsfeld zwischen den Lerninhalten des Schwerpunktfaches Ökologie und den Lerninhalten der Grundlagenfächer sollen die Studierenden neue Kenntnisse und Fertigkeiten in bereits vorhandenes Wissen eingliedern. Dabei gilt es, das eigene Weltbild weiterzuentwickeln, zu verfeinern, vorhandene Kenntnisse neu zu strukturieren, zu vernetzen und v.a. die persönliche Handlungskompetenz zu erweitern. Die Mathematik ist die Sprache der Physik und spielt deshalb im Physikunterricht eine wichtige Rolle. Kenntnisse sind insbesondere in folgenden Bereichen wichtig: Vektoren (inklusive Vektorprodukt), Trigonometrie und Winkelfunktionen, Quadratische Gleichungen, das Differenzieren und Integrieren sowie der Einsatz des Taschenrechners und von Computersimulationen. Die Physik bietet im Schwerpunkt Technik noch weitere fachübergreifende Themen: Ökologie Biologie: Auge, Mikroskop, Ohr, Bionik, Osmose, Kapillarität Chemie: Aufbau der Materie, Atommodelle, Coulombkraft Umwelt: Kernphysik und Radioaktivität, Lärm Sonnenstrahlung, Erdatmosphäre, Corioliskraft, Wetter Fernrohr, Planetenbewegungen Geschichte Weltbilder in verschiedenen Kulturkreisen, Geschichte der Physik und der Technik 99
