Lehrplan. Fachoberschule (FOS) Fachbereich Ingenieurwesen Fachrichtung Technik. Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft

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1 Lehrplan Klassenstufe 11: Klassenstufe 12: Technologie Technologie/Technische Mathematik Fachoberschule (FOS) Fachbereich Ingenieurwesen Fachrichtung Technik Ministerium für Bildung, Kultur und Wissenschaft Hohenzollernstraße 60, Saarbrücken Postfach , Saarbrücken Saarbrücken 2005 Hinweis: Der Lehrplan ist online verfügbar unter LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 1/13

2 Einleitende Hinweise Der vorliegende Lehrplan Technologie/Technische Mathematik der Fachoberschule, Fachbereich Ingenieurwesen, Fachrichtung Technik basiert auf der Verordnung - Schulordnung - über die Ausbildung an Fachoberschulen im Saarland vom 24.Juni 1986 (Amtsbl. S. 605) in der Fassung vom 28. Juli 2004 (Amtsbl. S [1636]) sowie der Verordnung Prüfungsordnung - über die staatliche Abschlussprüfung an den Fachoberschulen im Saarland (APO-FOS) vom 3. Juli 1981 (Amtsbl. S. 455) in der Fassung vom 31. März 2004 (Amtsbl. S [1042]). Er erfüllt die Vorgaben der aktuellen KMK-Rahmenvereinbarung über die Fachoberschule vom und beachtet die Standards der KMK-Vereinbarung über den Erwerb der Fachhochschulreife in beruflichen Bildungsgängen vom i.d.f. vom Der Lehrplan verfolgt das Ziel, die für ein Studium an einer Fachhochschule notwendige Studierfähigkeit zu erwerben. Durch die Integration der Fachrichtungen Bau-, Elektro- und Metalltechnik werden Kompetenzen erworben und ein technisches Basiswissen begründet. Das Durchdringen komplexer Zusammenhänge wird ermöglicht sowie studienrelevante Fähigkeiten und Einstellungen gefördert. Ziel des Lehrplans ist somit nicht die ausschließlich fachsystematische Vermittlung von Wissen in einem einzigen Fachbereich, sondern vielmehr ein Prozess des Aneignens von Kompetenzen im Sinne eines umfassenden Technikverständnisses. Insbesondere sollen die Schülerinnen und Schüler für den Ingenieurberuf typische Kompetenzen erwerben: Fachkompetenz - Aufgaben und Probleme der Technik auf der Grundlage von Gesetzmäßigkeiten der Naturwissenschaften lösen - grundlegende Arbeits- und Denkweisen der Technik anwenden - die Fachsprache und Symbolik beherrschen sowie technische Sachverhalte formulieren Methodenkompetenz - Methoden für eine folgerichtige Gedankenführung und ein systematisches Vorgehen beherrschen - Problemlösungsstrategien anwenden, die ingenieurgerechtem Arbeiten entsprechen - Informationen beschaffen, strukturieren und auswerten - Projekte im Team durchführen - Methoden der Qualitätssicherung anwenden - Dokumentationen anfertigen und Ergebnisse präsentieren Personal- und Sozialkompetenz - Selbstständigkeit - Verantwortlichkeit - Zielstrebigkeit - Ausdrucksfähigkeit - Teamfähigkeit LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 2/13

3 Insbesondere in der Klassenstufe 12 soll handlungsorientiert unterrichtet werden. In diesem Unterricht wird mindestens ein integratives Projekt durchgeführt. Die Leistungen, die in der Projektarbeit erbracht werden, gehen in die Vornote ein und sind auch als Gegenstand für die mündliche Abschlussprüfung geeignet. Lernen in der Fachoberschule berücksichtigt konkretes berufliches Handeln sowie dessen gedankliches Nachvollziehen. Bei der Gestaltung handlungsorientierten Unterrichts sind folgende Orientierungspunkte von Bedeutung: Handlungen müssen von den Lernenden möglichst selbständig geplant, durchgeführt, überprüft, ggf. korrigiert und anschließend bewertet werden. Handlungen sollen ein ganzheitliches Erfassen der beruflichen Wirklichkeit fördern, z.b. technische, sicherheitstechnische, ökonomische, ökologische und soziale Aspekte einbeziehen. 1 Auf nachstehende formale Vorgaben wird verwiesen: - Die Lernziele sind mit Blick auf den begrenzten Umfang des Lehrplans als Groblernziele ausgewiesen. - Die Zeitrichtwerte sind als vorgeschlagene zeitliche Empfehlung zu verstehen. Sie sind stets als Jahresstunden ausgewiesen, um Vergleiche mit Schulformen anderer Bundesländer zu ermöglichen. - Nicht ausgewiesen sind die Stundenanteile für Wiederholungen, Leistungsüberprüfungen, Unterrichtsausfall usw. Die Lehrplankommission hat diese Anteile bei der Zuweisung der Zeitrichtwerte berücksichtigt. Saarbrücken, April Vgl. Handreichungen der KMK zur Erstellung von Rahmenlehrplänen, Bonn, 2001 LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 3/13

4 LERNGEBIETSÜBERSICHT Lfd. Nr. Lerngebiet Zeitrichtwert* Stunden Klassenstufe 11 Technologie Einführung in die Fachrichtung Technik Grundlagen der Prüf- und Messtechnik Grundlagen der Werkstofftechnik Grundlagen elektrotechnischer Gesetzmäßigkeiten Summe 80 Klassenstufe 12 Technologie/Technische Mathematik Eigenschaften und Strukturen von Werkstoffen Statik Energie- und Informationstechnik Projekt Summe 240 *Zeitrichtwert i. S. eines Vorschlags LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 4/13

5 Lerngebiet 1: Einführung in die Fachrichtung Technik Zeitrichtwert: 4 Stunden 1.1 Aufgabenbereich der Technik beschreiben Abgrenzung, Ziele, Beispiele und Zuordnung Definition Technik, Technikverständnis Internet: Homepage der Fachhochschulen, AGV Saar Lerngebiet 2: Grundlagen der Prüf- und Messtechnik Zeitrichtwert: 18 Stunden 2.1 Begriffe des Prüfens definieren Messen, Prüfen, Lehren, Messgröße, physikalische Größen und Einheiten, Messgenauigkeit, Nennmaß, Sollmaß, Istmaß, Mindestmaß, Höchstmaß, Toleranz interaktive Lernprogramme (CBT) siehe LP FOS Physik Messverfahren beschreiben 2.3 Aufbau und Funktion der Messgeräte erläutern 2.4 Messungen und Messergebnisse bewerten Direktes und indirektes Messen, analoge und digitale Messgeräte Gliedermaßstab, Bandmaß, Lot, Winkelspiegel, Nivelliergerät, Theodolit, Laser-Messgeräte, Strichmaßstab, Messschieber, Winkelmesser, Strom-, Spannungsmessgerät Messfehler Mittelwert Einmessen eines Bauwerkes, Prüfen von Werkstücken, Messen elektrischer Größen LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 5/13

6 Lerngebiet 3: Grundlagen der Werkstofftechnik Zeitrichtwert: 32 Stunden 3.1 Metalle, Nichtmetalle, Naturwerkstoffe, Verbundwerkstoffe, keramische Werkstoffe und Kunststoffe systematisieren Stahl, Gusseisen, Aluminium, Kupfer, Sinterwerkstoffe, Holz, Natursteine, künstliche Steine, Holzhalbfertigfabrikate, Glas, Porzellan, Beton, Plastomere, Elastomere, Duromere 3.2 Mechanische, physikalische, chemische und technologische Werkstoffeigenschaften erklären 3.3 Aufbau der Werkstoffe beschreiben 3.4 Vorgänge beschreiben, die Werkstoffeigenschaften verändern Dichte, Schmelzpunkt, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, Härte, Elastizität, Plastizität, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Umformbarkeit, Frostbeständigkeit metallisch, anorganisch, organisch, kristallin, amorph Umformung Legierung Umlagerung Werkstoffe aus 3.1 Mauerziegel, Kalksandsteine, Porenbetonsteine Standardbeton: Normalzement, Gesteinskörnungen Kaltumformen, Warmumformen, Legierungsarten, Härten, Umwandlungsgesteine, Kriechen und Schwinden von Beton LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 6/13

7 Lerngebiet 4: Grundlagen elektrotechnischer Gesetzmäßigkeiten Zeitrichtwert: 20 Stunden 4.1 Grundgrößen der Elektrotechnik beschreiben und Berechnungen durchführen Bohrsches Atommodell elektrischer Strom als Ursache von physikalischen, chemischen und physiologischen Vorgängen Vorgänge beim Stromfluss in Metallen, Elektrolyten und Halbleitern Stromstärke Q I = t Spannung W U = Q elektrischer Widerstand R spezifischer Widerstand ρ Leitfähigkeit 1 κ = ρ Leiterwiderstand l R = κ * A Leitwert G = 1 R Vergleich zur Fluidtechnik, Volumenstrom, Druck siehe LP FOS Physik Lernziel 7.1 LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 7/13

8 4.2 Ohmsches Gesetz erklären und Berechnungen durchführen 4.3 Begriffe Leistung, Arbeit und Wirkungsgrad erklären und Berechnungen durchführen 4.4 Grundschaltungen der Elektrotechnik und die Kirchhoffschen Regeln erklären und Berechnungen durchführen Ohmsches Gesetz U R = I Widerstand als Steigung von U = f(i) U = R I Leitwert als Steigung von I = f(u) I = G U Zusammenhang der elektrischen Leistung mit dem Ohmschen Gesetz durch den quadratischen Einfluss von Spannung und Strom 2 U 2 P = U * I = = I * R R Wirkungsgrad Pab η = P zu Elektrische Arbeit W = P t W = U I t W = U Q Reihenschaltung Parallelschaltung Gemischte Schaltung siehe LP FOS Physik Lerngebiet 5 Analogie zur mechanischen Arbeit siehe LP FOS Physik Lernziele 5.1, 7.1 W = F s W = F v t Anwendung eines Simulationsprogrammes zur Überprüfung der Funktion und der Berechnungen LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 8/13

9 Lerngebiet 5: Eigenschaften und Strukturen von Werkstoffen Zeitrichtwert: 60 Stunden 5.1 Werkstoffe und deren Eigenschaften nennen physikalische, technologische und chemische Eigenschaften von Metallen, keramischen Stoffen, Holz, Kunststoffen, Beton, Asphalt und Verbundwerkstoffen 5.2 Zusammenhang von Struktur und Eigenschaften der Werkstoffe erläutern 5.3 Änderung von Werkstoffeigenschaften erklären 5.4 Festigkeitsberechnungen durchführen 5.5 Prüfmethoden zur Bestimmung von Werkstoffeigenschaften beschreiben Metalle: Einfluss von Gitterstruktur, Gitterfehler, Gefüge und Verformung Keramische Werkstoffe: Zusammensetzung und chemischer Aufbau von Keramik, Glas und Porzellan Zementzusammensetzung, Erstarren von Normalzement Verbundwerkstoffe: Stahl-, Faser- und Spannbeton Kaltverfestigung, Legieren, Umlagerung von Stoffteilchen z. B. Härten und Vergüten von unlegierten Stählen Martensitbildung Carbonatisierung Verbundwirkung Beton-Stahl Spannungsnachweis für Zug-, Druckund Scherbeanspruchung, Flächenpressung Festigkeitswerte für statische Beanspruchung Zugversuch Druckversuch Kerbschlagbiegeversuch Spannungs-Dehnungs-Diagramm, Hook sches Gesetz Gittermodelle Demonstrationsversuche mit den verschiedenen Werkstoffen, Simulationssoftware elastische und plastische Verformung LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 9/13

10 Lerngebiet 6: Statik Zeitrichtwert: 60 Stunden 6.1 Kräfte im zentralen und allgemeinen Kräftesystem rechnerisch und zeichnerisch zusammensetzen und zerlegen Kraft: Größe, Richtung, Lage Kräftemaßstab, Krafteck Kräfteparallelogramm resultierende Kraft Freimachen von statisch bestimmten Systemen Kräfte in der Ebene Freimachen von Bauteilen und Baugruppen 6.2 Drehmomente berechnen 6.3 Schwerpunkte rechnerisch bestimmen 6.4 Lastenermittlungen für Bauwerke durchführen 6.5 Lagerkraft, Querkraft und Biegemoment rechnerisch und zeichnerisch bestimmen 6.6 Bemessungsgrößen für einachsige Biegung ermitteln und Träger bemessen Kräftepaar, Definition des Drehmoments, Drehmomentensatz, Gleichgewichtsbedingungen Flächen-, Linienschwerpunkt Rechteck, Dreieck, Viertelkreis zusammengesetzte Flächen Einzellasten, gleichmäßig verteilte Belastung, Streckenlasten Eigenlasten, Verkehrslasten Auflagerarten, Wertigkeiten, Lagerkräfte, Träger auf zwei Stützen Träger mit Kragarm Kragträger Widerstandsmoment, axiales Flächenträgheitsmoment, Biegehauptspannung symmetrische Profile von Stahl- und Holzträgern LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 10/13

11 Lerngebiet 7: Energie und Informationstechnik Zeitrichtwert: 60 Stunden 7.1 Prinzipiellen Aufbau einer Gleichstrommaschine und ihre Wirkungsweise als Motor und als Generator erklären Motorprinzip Generatorprinzip Gleichstrommaschinen als Beispiel für Motor- und Generatorprinzip 7.2 Magnetische Größen im elektromagnetischen Feld erklären und berechnen 7.3 Induktion der Bewegung in Form des Induktionsgesetzes darstellen 7.4 Erzeugen einer Induktionsspannung durch die Induktion der Ruhe bei zwei magnetisch gekoppelten Spulen erklären 7.5 Induktivität einer Spule als eine von Strom und Spannung unabhängige Größe beschreiben und berechnen 7.6 Induktionswirkung einer Spule auf sich selbst erklären 7.7 Magnetfeld als physikalischen Energiespeicher sowie den physikalischen Zusammenhang zwischen magnetischer Energie und Strom bzw. Induktivität beschreiben und berechnen Durchflutung magnetische Feldstärke magnetische Flussdichte magnetischer Fluss magnetischer Widerstand Induktionsgesetz U=-N dφ/dt Transformatorprinzip Induktivität L = N² / Rm U= -L di/dt Magnetfeld als physikalischer Energiespeicher Magnetische Energie W= ½ L i² Formelanalogie: magnetische, elektrische und mechanische Energieformen siehe LP FOS Physik Wahlpflichtlerngebiet 7 Analogien zum Gleichstromkreis in vergleichender Tabelle Siehe LP FOS Physik Lernziel 7.9 LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 11/13

12 7.8 Informationen in analogen und digitalen Signalen darstellen 7.9 Logische Grundfunktionen beschreiben analoge, digitale und binäre Signale Zahlensysteme als Stellenwertsysteme: Dualsystem, Dezimalsystem, Hexadezimalsystem, Umwandlungen Codierungen : Code UND, ODER, NICHT, verbale Beschreibung, Schaltsymbol, Funktionstabelle, Funktionsgleichung und Signal- Zeit-Plan analoge und digitale Messgeräte 7.10 Gemischte Schaltungen aus den logischen Grundfunktionen analysieren 7.11 Gemischte Schaltungen aus den logischen Grundfunktionen gestalten 7.12 Logische Schaltungen mit KV-Diagramm vereinfachen 7.13 Logische Schaltungen in die Universalfunktionen NAND bzw. NOR umwandeln Funktionsgleichungen aus den Zwischenfunktionen Schaltalgebra: Invertierung und Ausklammern, De Morgan Aufbau der Schaltung aus der Funktionsgleichung disjunktive und konjunktive Normalform Funktionstabelle KV-Diagramm minimierte Schaltung Redundanzen NAND-, NOR-Technik KV-Diagramm mit maximal 4 Eingängen Bauteil- und Kostenminimierung durch Anwendung eines einzigen Bausteintyps LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 12/13

13 Lerngebiet 8: Projekt Zeitrichtwert: 60 Stunden 8.1 Baugruppen aus dem Maschinenbau planen, auslegen und dimensionieren Maschinenelemente: Festigkeit, Biegesteifigkeit, Torsion und Abscherung Werkstoffauswahl Einsatz und Auswahl von Normteilen, Konstruktive Gestaltung von Baugruppen Wellen-Naben-Verbindung Mechanische Kupplung Wellen- und Achsenlagerung 8.2 Steuerungen planen, simulieren und testen 8.3 Zweischalige Außenwand mit einem Stahlbetonunterzug planen Zustandsgraph Eingabe und Simulation Fehlersuche im Programm Auftragsanalyse Kerndämmung Dämmung und Luftschicht Wärmedämmberechnung Schalung Beton nach Eigenschaften Beton nach Zusammensetzung Bewehrungsführung Fertigstürze Folgeschaltung Fußgängerampel LP-Saarland: FOS-ING-TECHNIK - Technologie/Technische Mathematik, 2005 Seite 13/13