Schwerpunkt Technik Naturwissenschaften

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.
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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
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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,
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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.
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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
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