Handreichung Berufschule

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Hessisches Ministerium für Kultus, Bildung und Chancen Handreichung Berufsschule MECHATRONIKERIN ODER MECHATRONIKER

Impressum Herausgeber: Hessisches Ministerium für Kultus, Bildung und Chancen (HMKB) Luisenplatz 10 65185 Wiesbaden Telefon: 0611 368-0 https://kultus.hessen.de Verantwortlich: Christopher Textor Stand: 1. Auflage, Januar 2024 Diese Druckschrift wird im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit der Hessischen Landesregierung herausgegeben. Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerbern oder Wahlhelfern während eines Wahlkampfes zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Dies gilt für Landtags-, Bundestags- und Kommunalwahlen sowie Wahlen zum Europaparlament. Missbräuchlich ist besonders die Verteilung auf Wahlveranstaltungen, an Informationsständen der Parteien sowie das Einlegen, Aufdrucken oder Aufkleben parteipolitischer Informationen oder Werbemittel. Untersagt ist gleichfalls die Weitergabe an Dritte zum Zwecke der Wahlwerbung. Auch ohne zeitlichen Bezug zu einer bevorstehenden Wahl darf die Druckschrift nicht in einer Weise verwendet werden, die als Parteinahme der Landesregierung zugunsten einzelner Gruppen verstanden werden könnte. Die genannten Beschränkungen gelten unabhängig davon, wann, auf welchem Wege und in welcher Anzahl die Druckschrift dem Empfänger zugegangen ist. Den Parteien ist jedoch gestattet, die Druckschrift zur Unterrichtung ihrer Mitglieder zu verwenden.

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker Inhaltsverzeichnis 1 Inhalt und Intentionen der Handreichung ............................................................................................... 3 2 Kompetenzkonzept der Lernfeldergänzung ........................................................................................... 3 3 Grundkonzept eines kompetenzorientierten Unterrichts ........................................................................ 6 3.1 Zielorientierung ............................................................................................................................. 7 3.2 Kontextualisierung ........................................................................................................................ 7 3.3 Aktivierung.................................................................................................................................... 8 3.4 Handlungssystematisches Lernen ................................................................................................ 8 3.5 Fachsystematisches Lernen ......................................................................................................... 8 3.6 Alternierendes Lernen .................................................................................................................. 8 3.7 Reflexion und Kontrolle ................................................................................................................ 8 3.8 Fazit ............................................................................................................................................. 9 4 Lernfelder (LF)..................................................................................................................................... 10 4.1 Lernfeld 1: Analysieren von Funktionszusammenhängen in mechatronischen Systemen (40 Stunden) ............................................................................................................................... 10 4.2 Lernfeld 2: Herstellen mechanischer Teilsysteme (80 Stunden) ................................................. 12 4.3 Lernfeld 3: Installieren elektrischer Betriebsmittel unter Beachtung sicherheitstechnischer Aspekte (100 Stunden) ............................................................................................................... 14 4.4 Lernfeld 4: Untersuchen der Energie- und Informationsflüsse in elektrischen und hydraulischen Baugruppen (60 Stunden) .......................................................................................................... 18 4.5 Lernfeld 5: Kommunizieren mithilfe von Datenverarbeitungssystemen (40 Stunden) .................. 21 4.6 Lernfeld 6: Planen und Organisieren von Arbeitsabläufen (40 Stunden) ..................................... 23 4.7 Lernfeld 7: Realisieren mechatronischer Teilsysteme (100 Stunde) ........................................... 25 4.8 Lernfeld 8: Design und Erstellen mechatronischer Systeme (140 Stunden) ................................ 28 4.9 Lernfeld 9: Untersuchen des Informationsflusses in komplexen mechatronischen Systemen (80 Stunden) ............................................................................................................................... 32 4.10 Lernfeld 10: Planen der Montage und Demontage (40 Stunden) ................................................ 34 4.11 Lernfeld 11: Inbetriebnahme, Fehlersuche und Instandsetzung (160 Stunden) .......................... 35 4.12 Lernfeld 12: Vorbeugende Instandhaltung (80 Stunden) ............................................................. 37 4.13 Lernfeld 13: Übergabe von mechatronischen Systemen an Kunden (60 Stunden) ..................... 38 5 Unterrichtsbeispiele ............................................................................................................................. 39 5.1 Unterrichtsbeispiel 1 ................................................................................................................... 39 5.1.1 Festlegung des zu unterrichtenden Lernfeldes ........................................................................ 39 5.1.2 Problemstellung und schulisch-betrieblicher Kontext ............................................................... 40 5.1.3 Reduktion der curricularen Matrix ............................................................................................ 41 5.1.4 Planungsmatrix ....................................................................................................................... 44 5.1.5 Katalog der Teilaufgaben (T) ................................................................................................... 47 5.1.6 Hinweise zur Lernortkooperation ............................................................................................. 47 5.2 Unterrichtsbeispiel 2 ................................................................................................................... 48 5.2.1 Festlegung des zu unterrichtenden Lernfeldes ........................................................................ 48 Seite 1 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.2.2 Problemstellung und schulisch-betrieblicher Kontext ............................................................... 49 5.2.3 Reduktion der curricularen Matrix ............................................................................................ 50 5.2.4 Planungsmatrix ....................................................................................................................... 53 5.2.5 Katalog der Teilaufgaben (T) ................................................................................................... 55 5.2.6 Hinweise zur Lernortkooperation ............................................................................................. 55 6 Literatur ............................................................................................................................................... 56 Seite 2 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 1 Inhalt und Intentionen der Handreichung Im Zentrum der Rahmenlehrpläne der Kultusministerkonferenz (KMK) für die dualen Ausbildungsberufe steht die Bildungsperspektive einer beruflichen Handlungskompetenz und damit einhergehend die Forderung nach kompetenzorientiertem Unterricht. Dies stellt im Vergleich zum ehemals wissensorientierten Unterricht deutlich höhere Ansprüche an die Lehrkräfte bei der Unterrichtsplanung, - konzeption und auch -umsetzung, da zusätzlich zu der weiterhin bestehenden Notwendigkeit, einschlägiges und aktuelles Fachwissen zu vermitteln, die Anforderung hinzukommt, den Wissenserwerb auch auf die Entwicklung beruflicher Handlungsfähigkeit(en) auszurichten. Um den Kompetenzanspruch curricular zu verankern, wurden Lernfeldlehrpläne implementiert. Statt der ehemals sehr konkreten, kleinschrittigen und weitgehend kognitiven Lernziele werden nun Ziele genannt, die nicht das im Unterricht zu vermittelnde Wissen vorgeben, sondern festlegen, welche berufsbezogenen Handlungen im Lernprozess vollzogen werden sollen. Ohne direkten Bezug zu diesen Zielen führen die Lernfeldlehrpläne Inhalte an, die exemplarisch beziehungsweise optional aufgeführt werden, also ohne Verbindlichkeit genannt werden. Das heißt, dass Lehrkräfte bei ihrer Unterrichtskonzeption dazu aufgefordert werden, ohne curriculare Vorgaben Kompetenzen zu vermitteln. Dies führt nicht nur zu einem deutlich erhöhten Arbeitsaufwand für sie, sondern zieht auch enorme Varianzen in den Unterrichtskonzeptionen nach sich. Jede Lehrperson ist gefordert, erstens individuell ein Kompetenzverständnis zu entwickeln beziehungsweise zu implizieren und zweitens auf dessen Basis den Lehrplan zur Ableitung konkreter Lernziele zu transformieren, um schließlich drittens ein adäquates methodisches Konzept zu generieren. Je nach individuellem Kompetenzverständnis und Transformationsansatz lassen sich dabei für dasselbe Lernfeld sehr unterschiedliche Lernziele (Kompetenzen) ableiten. Zur Unterstützung beim Umgang mit der curricularen Offenheit und bei der unterrichtsbezogenen Konkretisierung des kognitiven Aspekts sowie zur Reduzierung des Planungs- und Konzeptionsaufwands auf ein handhabbares Maß bietet diese Handreichung Lehrkräften eine Ergänzung des Rahmenlehrplans der KMK. 2 Kompetenzkonzept der Lernfeldergänzung Eine im deutschsprachigen Raum anerkannte Grunddefinition von Kompetenz beruft sich auf den US-amerikanischen Sprachwissenschaftler NOAM CHOMSKY, der diese als Disposition zu einem eigenständigen variablen Handeln beschreibt (CHOMSKY 1962). Das Kompetenzmodell von JOHN ERPENBECK und LUTZ VON ROSENSTIEL präzisiert dieses Basiskonzept, indem es sozial-kommunikative, personale und fachlich-methodische Kompetenzen unterscheidet (ERPENBECK, ROSENSTIEL, GROTE UND SAUTER 2017, XXI fortfolgende). Sozial-kommunikative Kompetenzen Sozial-kommunikative Kompetenzen sind Dispositionen, kommunikativ und kooperativ selbstorganisiert zu handeln, sich also mit anderen kreativ auseinander- und zusammenzusetzen, sich gruppen- und beziehungsorientiert zu verhalten und neue Pläne, Aufgaben und Ziele zu entwickeln. Diese Kompetenzen werden im Kontext beruflichen Handelns nach EULER UND REEMTSMA-THEIS (1999) konkretisiert und differenziert in einen (a) agentiven Schwerpunkt, einen (b) reflexiven Schwerpunkt und (c) die Integration der beiden. Zu (a): Die agentive Kompetenz besteht in der Fähigkeit zur Artikulation und Interpretation verbaler und nonverbaler Äußerungen auf der Sach-, Beziehungs-, Selbstkundgabe- und Absichtsebene sowie der Seite 3 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker Fähigkeit zur Artikulation und Interpretation verbaler und nonverbaler Äußerungen im Rahmen einer Metakommunikation auf der Sach-, Beziehungs-, Selbstkundgabe- und Absichtsebene. Zu (b): Die reflexive Kompetenz besteht in der Fähigkeit zur Klärung der Bedeutung und Ausprägung der situativen Bedingungen, insbesondere der zeitlichen und räumlichen Rahmenbedingungen der Kommunikation, der „Nachwirkungen“ vorangegangener Ereignisse, der sozialen Erwartungen an die Gesprächspartnerinnen und -partner, der Wirkungen aus der Gruppenzusammensetzung (jeweils im Hinblick auf die eigene Person sowie die Kommunikationspartnerinnen und -partner), der Fähigkeit zur Klärung der Bedeutung und Ausprägung der personalen Bedingungen, insbesondere der emotionalen Befindlichkeit (Gefühle), der normativen Ausrichtung (Werte), der Handlungsprioritäten (Ziele), der fachlichen Grundlagen (Wissen) und des Selbstkonzepts („Bild“ von der Person – jeweils im Hinblick auf die eigene Person und die Kommunikationspartnerinnen und -partner) sowie der Fähigkeit zur Klärung der Übereinstimmung zwischen den äußeren Erwartungen an ein situationsgerechtes Handeln und den inneren Ansprüchen an ein authentisches Handeln. Zu (c): Die Integration der agentiven und der reflexiven Kompetenz besteht in der Fähigkeit und Sensibilität, Kommunikationsstörungen zu identifizieren, und der Bereitschaft, sich mit ihnen (auch reflexiv) auseinanderzusetzen. Darüber hinaus zeichnet sie sich durch die Fähigkeit aus, reflexiv gewonnene Einsichten und Vorhaben in die Kommunikationsgestaltung einzubringen und (gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Strategien der Handlungskontrolle) umzusetzen. Personale Kompetenzen Personale Kompetenzen sind Fähigkeiten, sich selbst einzuschätzen, produktive Einstellungen, Werthaltungen, Motive und Selbstbilder zu entwickeln, eigene Begabungen, Motivationen und Leistungsvorsätze zu entfalten sowie sich im Rahmen der Arbeit und außerhalb kreativ zu entwickeln und dabei zu lernen. LERCH (2013) bezeichnet personale Kompetenzen in Orientierung an aktuellen bildungswissenschaftlichen Konzepten auch als Selbstkompetenzen und unterscheidet dabei zwischen motivational-affektiven Komponenten wie Selbstmotivation, Lern- und Leistungsbereitschaft, Sorgfalt, Flexibilität, Entscheidungsfähigkeit, Eigeninitiative, Verantwortungsfähigkeit, Zielstrebigkeit, Selbstvertrauen, Selbstständigkeit, Hilfsbereitschaft, Selbstkontrolle und Anstrengungsbereitschaft sowie strategisch-organisatorischen Komponenten wie Selbstmanagement, Selbstorganisation, Zeitmanagement und Reflexionsfähigkeit. Hier sind auch sogenannte Lernkompetenzen (MANDL UND FRIEDRICH 2005) als jene personalen Kompetenzen einzuordnen, die auf die eigenständige Organisation und Regulation des Lernens ausgerichtet sind. Fachlich-methodische Kompetenzen Fachlich-methodische Kompetenzen sind Dispositionen einer Person, bei der Lösung sachlich- gegenständlicher Probleme geistig und physisch selbstorganisiert zu handeln, das heißt, mit fachlichen und instrumentellen Kenntnissen, Fertigkeiten und Fähigkeiten kreativ Probleme zu lösen sowie Wissen sinnorientiert einzuordnen und zu bewerten. Dies schließt Dispositionen ein, Tätigkeiten, Aufgaben und Lösungen methodisch selbstorganisiert zu gestalten und die Methoden darüber hinaus selbst kreativ weiterzuentwickeln. Fachlich-methodische Kompetenzen sind – im Sinne von ERPENBECK, ROSENSTIEL, GROTE UND SAUTER (2017, XXI fortfolgende) – durch die Korrespondenz von konkreten Handlungen und spezifischem Wissen beschreibbar. Wenn bekannt ist, was ein Mensch als Folge eines Lernprozesses können soll und auf welche Wissensbasis sich dieses Können abstützen soll, um ein eigenständiges und variables Handeln zu ermöglichen, kann sehr gezielt ein Unterricht geplant und gestaltet werden, der solche Kompetenzen integrativ vermittelt und eine Diagnostik zu deren Überprüfung entwickelt. Für die ersten beiden Kompetenzklassen (sozial-kommunikative und personale Kompetenzen) sieht der Lehrplan keine weitere Detaillierung vor, da die Entwicklung überfachlicher Kompetenzen deutlich anderen Seite 4 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker Gesetzmäßigkeiten unterliegt als die der fachlichen, insbesondere durch deren enge Verschränkung mit der persönlichen Entwicklung des Individuums. Eine Anregung und Unterstützung in der Entwicklung überfachlicher Kompetenzen durch den Berufsschulunterricht kann daher auch nicht entlang einer jahresplanmäßigen Umsetzung einzelner, thematisch determinierter Lernstrecken erfolgen, sondern muss vielmehr fortlaufend produktiv und dabei auch reflexiv in die Vermittlung fachlich-methodischer Kompetenzen eingebettet werden. In der vorliegenden Handreichung werden somit fachlich-methodische Kompetenzen als geschlossene Sinneinheiten aus Können und Wissen konkretisiert. Das Können wird dabei in Form einer beruflichen Handlung beschrieben, während das Wissen in drei eigenständige Kategorien aufgegliedert wird: (a) Sachwissen, (b) Prozesswissen und (c) Reflexionswissen. Zu (a): Sachwissen umfasst ein anwendungs- und umsetzungsunabhängiges Wissen über Dinge, Gegenstände, Geräte, Abläufe, Systeme et cetera. Es ist Teil fachlicher Systematiken und daher sachlogisch-hierarchisch strukturiert, wird durch assoziierendes Wahrnehmen, Verstehen und Merken erworben und ist damit die gegenständliche Voraussetzung für ein eigenständiges, selbstreguliertes Handeln. Zu (b): Prozesswissen umfasst ein anwendungs- und umsetzungsabhängiges Wissen über berufliche Handlungssequenzen. Prozesse können auf drei verschiedenen Ebenen stattfinden. Daher hat Prozesswissen entweder eine Produktdimension (Handhabung von Werkzeug, Material et cetera), eine Aufgabendimension (Aufgabentypus, -abfolgen et cetera) oder eine Organisationsdimension (Geschäftsprozesse, Kreisläufe et cetera). Prozesswissen ist immer Teil handlungsbezogener Systematiken und daher prozesslogisch-multizyklisch strukturiert. Es wird in einem zielgerichteten und durch Feedback gesteuerten Tun erworben und ist damit die funktionale Voraussetzung für ein eigenständiges, selbstreguliertes Handeln. Zu (c): Reflexionswissen umfasst ein anwendungs- und umsetzungsunabhängiges Wissen, das hinter dem zugeordneten Sach- und Prozesswissen steht. Als konzeptuelles Wissen bildet es die theoretische Basis für das Sach- und das Prozesswissen, die vorgeordnet sind, und steht damit diesen gegenüber auf einer Metaebene. Mit dem Reflexionswissen steht und fällt der Anspruch einer Kompetenz (und deren Erwerb). Seine Bestimmung erfolgt im Hinblick auf a) das unmittelbare Verständnis des Sach- und Prozesswissens (Erklärungsfunktion), b) die breitere wissenschaftliche Abstützung des Sach- und Prozesswissens (Fundierungsfunktion) sowie c) die Relativierung des Sach- und Prozesswissens im Hinblick auf dessen berufliche Flexibilisierung und Dynamisierung (Transferfunktion). Umfang und Tiefe des Reflexionswissens werden ausschließlich so bestimmt, dass diesen drei Funktionen Rechnung getragen wird. In der Trias der drei Wissenskategorien besteht ein bedeutsamer Zusammenhang: Das Sachwissen muss an das Prozesswissen anschließen und umgekehrt; das Reflexionswissen muss sich auf die Hintergründe des Sach- und Prozesswissens eingrenzen. So sind die hier anzuführenden Wissensbestandteile nur dann kompetenzrelevant, wenn sie innerhalb des eingrenzenden Handlungsrahmens liegen. Eine Teilkompetenz ist daher das Aggregat aus einer beruflichen Handlung und dem damit korrespondierenden Wissen: Teilkompetenz Berufliche Handlung Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen Innerhalb der einzelnen Lernfelder sind die einbezogenen Teilkompetenzen nicht zufällig angeordnet, sondern folgen einem generativen Ansatz. Das bedeutet, dass jede Teilkompetenz den Erwerb der vorausgehenden voraussetzt. Somit gelten innerhalb eines Lernfeldes alle Wissensaspekte, die in den vorausgehenden Teilkompetenzen konkretisiert wurden. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass Kompetenzen in einer sachlogischen Abfolge aufgebaut werden, jedoch vermieden, dass innerhalb der Wissenszuordnungen der Teilkompetenzen nach unten zunehmend Redundanzen dargestellt werden. Seite 5 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker Bislang mussten Lehrkräfte, die einen kompetenzorientierten Unterricht konsequent umsetzen wollten, die vorausgehend dargestellte didaktische Transformation selbst vollziehen. Eine Differenzierung in unterschiedliche Wissensarten war dabei vermutlich eine Ausnahme, sodass sich in der Praxis aktuell unter anderem folgende Schwierigkeiten in der Umsetzung und Ausschöpfung des Kompetenzanspruchs feststellen lassen:  Bei genereller Unterrepräsentation von Wissensaspekten beziehungsweise einer überwiegenden Ausrichtung auf Prozesswissen entsteht ein aktionistischer Unterricht, in dem viel gehandelt, aber wenig verstanden wird. Anstelle von Kompetenz werden hier spezifische Handlungsfähigkeiten vermittelt.  Eine Überrepräsentation von Sach- und Reflexionswissen entspricht einem Festhalten am beziehungsweise einer Rückkehr zum ehemaligen Fachunterricht. Anstelle von Kompetenz wird hier (träges) Wissen vermittelt. Von einem kompetenzorientierten Unterricht kann somit nur ausgegangen werden, wenn Sach-, Prozess- und Reflexionswissen integrativ vermittelt werden. Um diesbezüglich die Vorgaben der KMK anzureichern, haben erfahrene Lehrpersonen die Lernfelder ausgehend von den in den Rahmenlehrplänen festgeschriebenen Zielen in die drei Wissensarten eingeteilt und diese expliziert. Damit sind für eine Umsetzung kompetenzorientierten Unterrichts die maßgeblichen curricularen Kernaspekte definiert. Lernziele im Sinne von komplexen Teilkompetenzen können so der Handreichung unmittelbar entnommen und in die weiteren Schritte der Unterrichtskonzeption übertragen werden. 3 Grundkonzept eines kompetenzorientierten Unterrichts Ausgehend von Teilkompetenzen, in denen Handlungs- und Wissensanspruch zusammenhängend expliziert sind, muss ein Unterricht entwickelt werden, der von beruflichen Teilhandlungen ausgeht (Spalte 1 der Lernfelder), dazu jeweils Handlungsräume für den Erwerb des Prozesswissens eröffnet (Spalte 3) und adäquate Zugänge und Verständnisräume für Sach- und Reflexionswissen (Spalten 2 und 4) bereithält. Somit gilt es, ausgehend von der betrieblich-beruflichen Realität komplexe Lernsituationen zu generieren, in denen ein Aggregat mehrerer beruflicher Teilhandlungen so umgesetzt werden kann, dass sich eine aufgabenbezogene Sinneinheit ergibt, die möglichst viele der jeweils adressierten Aspekte aus den drei Wissensfacetten integriert. Je nach Größe eines Lernfeldes ergibt sich eine Aufgliederung in mehrere Lernsituationen. Für deren Generierung und Gestaltung gelten die nachfolgend dargestellten Prinzipien (Abbildung 1). Seite 6 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker Abbildung 1: Prinzipien für einen kompetenzorientierten Unterricht 3.1 Zielorientierung Mit dem vollständigen Curriculum nach ROBINSOHN kam die Zielorientierung in das (Berufs-)Bildungssystem in Deutschland. Im Hinblick auf ein Curriculum, das Kompetenzen als Lernziele intendiert, aber Handlungen formuliert, wird dem Aspekt der Zielorientierung nur eingeschränkt Rechnung getragen, denn nicht die Handlung ist das Lernziel, sondern das, was den Einzelnen zur Handlung befähigt. Im vorliegenden Ansatz sind dies die den Zielhandlungen zugeordneten Wissensaspekte. Ein Lernziel muss sich somit auf das Aggregat aus einem Lehrplanziel und dem diesem zugeordneten Wissen beziehen. Es sollte möglichst so formuliert werden, dass sein Erreichen feststellbar und bewertbar ist. 3.2 Kontextualisierung Der Erwerb beruflicher Kompetenzen erfordert eine Antizipation, eventuell eine Fiktionalisierung und ebenso eine (bedingte) Realisierung beruflicher Handlungen sowie damit einhergehend authentische Handlungskontexte. Dies meint zum einen die konkrete Lernumgebung (räumlich, maschinell, infrastrukturell, kommunikativ und so weiter) und zum anderen deren Prozesse und Aufgabenstellungen. Beruflicher Unterricht ist in dem Maße kontextualisiert, in dem die Lernenden ein betriebliches Szenario wahrnehmen und sich darauf einlassen. Kontextualisierung entsteht somit nicht durch das Betrachten betrieblicher Gegenstände oder die Nutzung audiovisueller Medien, aber umgekehrt auch nicht durch den Versuch, betriebliche Abläufe und Prozesse (beispielsweise Geschäftsabschlüsse mit Kunden) unmittelbar in der Unterrichtspraxis nachzustellen, sondern wird durch eine anspruchsvolle Lernsituation aufgebaut, in der berufliches Handeln unter schulischen Bedingungen nachvollzogen wird. Hierbei können lernortkooperative Szenarien förderlich sein, wenn schulischer und betrieblicher Lernraum im Rahmen komplexer Projekte korrespondieren und einen Gesamtkontext bilden. Seite 7 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 3.3 Aktivierung Als konstruktiver Prozess erfordert Lernen in jedem Fall Eigenaktivität der Lernenden. Die Wirksamkeit des kompetenzorientierten Unterrichts hängt unmittelbar davon ab, wie gut es gelingt, ein selbstorganisiertes und -reguliertes Lernen zu inszenieren. Dies bedingt medial und instruktiv gut vorbereitete Lernumgebungen, die für individuelle Entwicklungsstände anschlussfähig sind, unterschiedliche Lernwege erlauben und die unmittelbare Wahrnehmung und Handhabung von Lernhemmnissen beziehungsweise - problemen ermöglichen. 3.4 Handlungssystematisches Lernen Folgt ein Lernprozess einer beruflichen Aufgabe oder einer beruflichen Tätigkeit, liegt diesem eine sogenannte Handlungssystematik zugrunde. Das heißt, dass alles, was hier gelernt wird, in Zusammenhang mit dem Handlungsvollzug steht, sich somit also spezifisch und funktional darstellt. Unabhängig von den Bezugsräumen und Qualitäten des dabei erworbenen Wissens wird dieses in einer Zusammenhangslogik erworben, die zum einen unmittelbar sinnstiftend (und damit motivierend) wirkt und zum anderen eine nachfolgende Reproduktion der Handlung ermöglicht. 3.5 Fachsystematisches Lernen Ist ein Lernprozess in die Systematik eines spezifischen Fach- oder Wissenschaftsbereichs eingebettet, liegt diesem eine sogenannte Fachsystematik zugrunde. Dies bedeutet, dass alles, was hier gelernt wird, in einen fachlichen Gesamtzusammenhang eingeordnet ist, sich somit allgemein und objektiv darstellt. Unabhängig von den potenziellen Anwendungsräumen wird Wissen dabei also in einer Zusammenhangslogik erworben, die Anschlüsse an explizite Vorwissensbestände ermöglicht und eine übergreifende Systematisierung der theoretischen Kenntnisse vermittelt. 3.6 Alternierendes Lernen Kompetenzerwerb erfolgt nicht durch reines Handlungslernen (im Sinne des handlungssystematischen Lernens) und ebenso wenig durch reinen Wissenserwerb (im Sinne des fachsystematischen Lernens). Beides ist erforderlich und stellt so beruflichen Unterricht vor die Herausforderung einer sinnvollen und gleichermaßen praktikablen Integration. Um ein handlungsbezogenes Verstehen oder ein wissensbasiertes Handeln beziehungsweise kognitiv reflektierte Problemlösungen zu ermöglichen, ist ein Alternieren zwischen zwei unterschiedlichen Lernprozessen erforderlich. Der eine folgt einer Handlungs-, der andere einer Fachsystematik. Diese beiden Paradigmen ergänzen sich und führen erst in einem sinnvollen Wechsel zu einem kompetenzorientierten Unterricht. Je nach Thema, Entwicklungsstand der Lernenden und Gesamtkontext ergeben sich dabei Sequenzen, die für die Lernenden eine Integration von Denken und Tun gewährleisten. Es erscheint wenig zielführend, sehr kurze oder überlange Lernstrecken ausschließlich in einem Lernparadigma zu absolvieren. 3.7 Reflexion und Kontrolle Kompetenzerwerb erfordert vielfältige adäquate Rückmeldungen. Von daher muss ein kompetenzorientierter Unterricht Reflexionen sowohl über die Lernhandlungen als auch über den Wissenserwerb beinhalten. Handlungsrückmeldungen sind funktional; sie zeigen den Lernenden, ob ein Teilschritt oder eine Gesamtaufgabe richtig umgesetzt wurde beziehungsweise was dabei (noch) falsch gemacht wurde, und geben Informationen über Folgen und mögliche Verbesserungen. Daher sind sie unmittelbar in die Lernhandlungsprozesse einzuplanen. Wissensrückmeldungen sind analytisch; sie zeigen den Lernenden, ob sie einen Sachzusammenhang verstanden haben, und verdeutlichen ihnen darüber Seite 8 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker hinaus, ob sie beispielsweise dessen fachtechnische Hintergründe oder mathematische Bezüge erfasst haben. Sie informieren darüber, was richtig und was falsch ist und was noch zu klären wäre, um die Wissensziele zu erreichen. Daher sind sie generell am Ende einer sachlogischen Sequenz einzuplanen. Kontrollen ersetzen keinesfalls Reflexionen, sondern geben diesen einen normativen Bezug im Hinblick auf eine leistungsorientierte Berufs- und Arbeitswelt. Sie sollten also nicht mit Reflexionen vertauscht oder verwechselt werden. Sie finden seltener im Sinne bewerteter Reflexionen statt, mit der Intention, den Lernenden im Hinblick auf eine äußere Norm zu vermitteln, wo sie fachlich stehen. Sie erfordern eine faire Diagnostik und müssen generell in Bezug zu den vorgeschriebenen Prüfungen stehen. 3.8 Fazit Neben den skizzierten Aspekten ließen sich hier noch weitere Erfolgsfaktoren für einen kompetenzorientierten Unterricht anführen. Ebenso wäre es möglich, die dargestellten Orientierungspunkte ausführlicher zu begründen und erläutern. Dies würde jedoch den gesetzten Rahmen überschreiten und möglicherweise auch auf Kosten didaktisch-methodischer Freiräume gehen, die innerhalb der hier gesetzten Eckpunkte erhalten bleiben. Kompetenzorientierter Unterricht ist letztlich nicht mehr, aber auch nicht weniger als ein beruflicher Unterricht, der Handeln und Verstehen so integriert, dass die Lernenden Dispositionen entwickeln, die sie zu flexiblen und selbstständigen Expertinnen und Experten machen. Um dies zu erreichen, müssen Kompetenzen als Lernziele gesetzt werden, in denen Handlungs- und Wissensaspekte korrespondieren (3.1). Der Unterricht ist in einen möglichst authentischen Berufskontext einzubetten (3.2). Über eine die Lernenden aktivierende Gesamtplanung (3.3) müssen handlungssystematische (3.4) und fachsystematische Lernwege (3.5) so zusammengestellt werden, dass sie von den Lernenden alternierend (3.6) erschlossen werden können. Schließlich sind alle Lernwege so auszustatten, dass die Lernenden möglichst gut wahrnehmen können, was sie erreicht haben und was nicht (3.7). Welche einzelnen Methoden, Medien und Materialien dabei eingesetzt werden, ist ebenso offen gehalten wie die möglichen Sozial- oder Interaktionsformen. An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass hier – wie für jeden realen Unterricht – eine Annäherung an die gesetzten Prämissen gilt, ein Optimum aber nie erreicht werden kann. Umgekehrt ist jedoch auch festzustellen, dass ein beruflicher Unterricht, der einen der festgelegten Orientierungspunkte völlig ausspart, absehbar kaum kompetenzorientiert wirken kann. Seite 9 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4 Lernfelder (LF) 4.1 Lernfeld 1: Analysieren von Funktionszusammenhängen in mechatronischen Systemen (40 Stunden) ANALYSIEREN VON FUNKTIONSZUSAMMENHÄNGEN IN MECHATRONISCHEN SYSTEMEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … führen Gespräche über technische Funktionseinheiten Durchführung von Fachgesprächen im Teamarbeit Realisierungsmöglichkeiten von  Antriebseinheiten (zum Beispiel Betrieb Auftragsausschreibungen im öffentlichen mechatronischen Systemen im Team. Motoren) Erschließung von Teil- und Raum  Energieübertragungseinheiten (zum Gesamtfunktionen mechatronischer Anlagen Rechtsgrundlagen der zu erbringenden Beispiel Getriebe) im Betrieb Leistungen  Stützeinheiten (zum Beispiel Lager)  Arbeitseinheiten (zum Beispiel Spannvorrichtung)  Steuer- und Regelungseinheiten (zum Beispiel Schalter)  Versorgungseinheiten (zum Beispiel elektrische Leitungen) Gesamtsystem und Teilsysteme Hauptfunktionen und Teilfunktionen Lastenheft Pflichtenheft … fertigen Blockschaltpläne an. Energiefluss (zum Beispiel elektrische Planung einfacher Montage- und Energie) Instandsetzungsarbeiten Stofffluss (zum Beispiel Werkstück) Informationsfluss (zum Beispiel Speicherprogrammierbare-Steuerung(SPS)- Programm, Schaltsignale) Blockdarstellung dieser Größen als Ein- und Ausgangsgrößen eines Systems oder Teilsystems Seite 10 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker ANALYSIEREN VON FUNKTIONSZUSAMMENHÄNGEN IN MECHATRONISCHEN SYSTEMEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … bewerten ökonomische und ökologische Umweltschutz Auswahl von Komponenten Ökologische Aspekte Aspekte. Ressourcenschonung Energieschonende Bedienung von Anlagen Physische und psychische Unversehrtheit Energieeffizienz und Maschinen Recycling Durchführung fachgerechter Entsorgung Entsorgung von Stoffen Maschinenschutz Arbeitssicherheit Personenschutz Sichere Ausformung der Anlage Sicherheitsbewusstes Verhalten Seite 11 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.2 Lernfeld 2: Herstellen mechanischer Teilsysteme (80 Stunden) HERSTELLEN MECHANISCHER TEILSYSTEME Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … beschaffen Material für die Fertigung. Werkstoffarten Auswertung von Stücklisten Funktionelle, ökologische und ökonomische  Eisenmetalle Auswertung von Zeichnungen Auswahl von Werkstoffen  Nichteisenmetalle Nutzung von Norm-/Tabellenbüchern  Natürliche Werkstoffe  Künstliche Werkstoffe  Verwendungszwecke Werkstoffnormung Werkstoffeigenschaften Halbzeuge und Halbzeugnormung … erstellen Konstruktionszeichnungen. Zeichnungen/Skizzen Auswertung von Gesamtzeichnungen Technische Kommunikation  Einzel- und Baugruppenzeichnungen Anwendung von Zeichenregeln und Normen  Zusammenbauzeichnungen Fertigung von Computer-Aided-Design(CAD)-Zeichnungen  Funktionszeichnungen mittels branchenüblicher Software  Explosionszeichnungen Stücklisten  Baugruppenstückliste  Einzelteil-Komplettstückliste … prüfen mechanische Teilsysteme. Toleranzen Überprüfung von Form- und Lagetoleranzen Qualitätssicherung Form- und Lagetoleranzen Unterscheidung zwischen Teilsystemen der Internationale Normen und Standards Passungen und Passungssysteme Kategorien Gut, Ausschuss und Nachbearbeitung Prüfverfahren Auswahl von Prüfmitteln Prüfmittel  Maßstab  Messschieber  Messschraube  Messuhr  Winkelmesser Messfehler/-abweichungen Seite 12 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker HERSTELLEN MECHANISCHER TEILSYSTEME Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen  Zufällig  Systematisch … stellen einfache Bauelemente her. Trennen Handhabung von Werkzeugen und Auswirkung des Verfahrens auf die  Feilen Werkzeugmaschinen Bauteilgenauigkeit Auswahl von Fertigungsverfahren  Sägen  Bohren  Drehen  Fräsen Biegen … montieren einfache Baugruppen. Montagepläne Auswertung von Zeichnungen Internationale Normen und Standards Arten von Verbindungen Anfertigung von Montageplänen Reibung  Lösbar Herstellung von Schweißverbindungen Festigkeit  Unlösbar Anfertigung von Schraubsicherungen bei Oberflächenhaftung  Kraftschlüssig schwingungsbelasteten Baugruppen Momente und Kräfte  Formschlüssig  Materialschlüssig Schraubverbindungen  Einteilungen  Schraubenarten  Mutternarten  Schraubensicherungen Stiftverbindungen Nietverbindungen Bolzenverbindungen Kleben Schweißen Seite 13 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.3 Lernfeld 3: Installieren elektrischer Betriebsmittel unter Beachtung sicherheitstechnischer Aspekte (100 Stunden) INSTALLIEREN ELEKTRISCHER BETRIEBSMITTEL UNTER BEACHTUNG SICHERHEITSTECHNISCHER ASPEKTE Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … installieren einfache elektrische Gleichstrom-/Wechselstromgrößen Berechnung notwendiger Anforderungen an Prinzip des Ladungsausgleichs Stromkreise.  Spannung (U) elektrische Schaltkreise Ohmsches Gesetz  Strom (I) Dimensionierung von einfachen Energieerhaltungssatz Schaltkreisen  Widerstand (R) Zusammenhang von Leistung und Arbeit Bemessung von Energiewandlern  Leistung (P)/Arbeit (W)  Frequenz (f)  Blindleistung (Q)  Wirkungsgrad … untersuchen die Wirkungsweise von Schaltplanarten Messung von Spannung und Strom Global verständliche Kommunikation Grundschaltungen, auch virtuell.  Übersichtsplan Erstellung von elektrischen Schaltplänen mit Kirchhoffsche Gesetze CAD-Software  Installationsplan Simulation von elektrischen Schaltungen mit  Stromlaufpläne branchenspezifischer Simulationssoftware  Symbole Grundschaltungen von Widerständen  Reihenschaltung  Parallelschaltung  Belasteter Spannungsteiler  Brückenschaltung Technische/physikalische Stromrichtung Seite 14 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker INSTALLIEREN ELEKTRISCHER BETRIEBSMITTEL UNTER BEACHTUNG SICHERHEITSTECHNISCHER ASPEKTE Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … wählen grundlegende elektrische Elektrischer Widerstand Dimensionierung von elektrischen Elektrisches Verhalten von Werkstoffen Betriebsmittel anwendungsbezogen aus.  Temperatur Widerständen Energiewandlung Leuchtmittel Nutzung von Tabellen für Farbringcodierung und International-Electrotechnical-  Glühlampe Comission(IEC)-Reihen  Leuchtdiode Auswahl von Glühlampen für Spannungsquellen Installationsschaltungen  Verhalten Auswahl und Einbau von Dioden für  Reihen-/Parallelschaltung einfache und integrierte Schaltkreise positiv-negativ(pn)-Diode … verlegen elektrische Leitungen in Gleich- Leitermaterialien Dimensionierung von elektrischen Leitungen Spannungsfall und Wechselstromnetzen. Leitungsarten mithilfe von Tabellen und Berechnungen Leitungsschutz Leiterquerschnitte Brandschutz Temperaturverhalten Strombelastbarkeit … arbeiten mit Wechselstrom. Strangspannung Untersuchung von Betriebswerten zum Energiewandlung Phasenverschiebung Anschließen einer mechatronischen Anlage Generatorprinzip an einen Schaltschrank  Spannung und Strom Alternating-Current(AC)-Verbraucher und Anschluss an einen Schaltschrank Direct-Current(DC)-Verbraucher  Scheinleistung Gleichrichterschaltungen  Zweipuls-Brückenschaltung … wählen Kondensatoren und Spulen Elektrisches Feld Dimensionierung von Kondensatoren in Kapazität fachgerecht für Gleich- und Elektromagnetische Induktion Wechselstromnetzwerken Induktionsgesetz Wechselstromnetzwerke aus. Schaltvorgänge Dimensionierung von Spulen in Wirtschaftliche Gründe der Kompensation Wechselstromnetzwerken Strom-/Spannungskurven Transformatorprinzip Auswahl eines Netzteils Verhalten Installation eines Schaltkastens Blindleistungskompensation Schwingkreis Transformator Seite 15 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker INSTALLIEREN ELEKTRISCHER BETRIEBSMITTEL UNTER BEACHTUNG SICHERHEITSTECHNISCHER ASPEKTE Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … schließen Verbraucher an unterschiedliche Terre-Neutre(TN)-Netze Anschluss von Anlagen an das Ortsnetz Fehlerschleifen Netzformen an.  Terre-Neutre-Combiné (TN-C) Realisierung der Erdung von Anlagen Erdungsverhältnisse  Terre-Neutre-Séparé (TN-S) Ausfallsicherheit  Terre-Neutre-Combiné Séparé (TN-CS) Terre-Terre(TT)-Netz Isolé-Terre(IT)-Netz Protective-Earth(PE)-Leiter … wenden die Schutzmaßnahmen beim Körperwiderstand Bestimmung von sicherheitstechnischen Brandschutz Arbeiten an Anlagen an. Stromwege durch den Körper Parametern mithilfe von Kennwerten aus Anfälligkeit von mechatronischen Systemen Stromstärken und Einwirkungsdauer Tabellen für DC/AC für Umweltbedingungen Montage einer Unterverteilung Spannungsbereiche Montage einer mechatronischen Anlage Gefährdungsbereiche bei Gleichstrom und Wechselstrom Fehlerarten Fehlerstrom 5 Sicherheitsregeln Erste Hilfe am Arbeitsplatz Schutzpotenzialausgleich und Erder Leitungsschutz Personenschutz Seite 16 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker INSTALLIEREN ELEKTRISCHER BETRIEBSMITTEL UNTER BEACHTUNG SICHERHEITSTECHNISCHER ASPEKTE Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … messen mit Prüf- und Messgeräten. Grundlagen eines digitalen Multimeters Besichtigung und Erstprüfung einer Rechtsgrundlagen der Anlagensicherheit  Messbereiche Installation Durchführung einer  Vorgehensweise Verband-Der-Elektrotechnik(VDE)-Prüfung  Unterschiede Volt-/Amperemeter mit geeignetem Mess- und Prüfgerät Prüfungsarten Durchführung von Besichtigung Instandsetzungsmaßnahmen Messen Protokollierung von Prüfergebnissen, auch  Grenzwerte nach Deutschem Institut für digital Normung (DIN) VDE  Schutzleiter und Schutzpotenzialausgleichsleiter  Niederohmmessung  Isolationswiderstand  Schleifenimpedanz  Netzinnenwiderstand  Prüfung der Fehlerstromschutzeinrichtungen  Prüfung der Drehrichtung  Funktionsprüfung  Prüfbericht Seite 17 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.4 Lernfeld 4: Untersuchen der Energie- und Informationsflüsse in elektrischen und hydraulischen Baugruppen (60 Stunden) UNTERSUCHEN DER ENERGIE- UND INFORMATIONSFLÜSSE IN ELEKTRISCHEN UND HYDRAULISCHEN BAUGRUPPEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … installieren elektropneumatische und Arbeitsglieder Führung eines Fachgesprächs im Handhaben verschiedener hydraulische Teilsysteme.  Zylinderarten Projektteam Bewegungsabläufe Erstellung von Materiallisten Störanfälligkeit  Lineareinheiten Interpretation von Schaltplänen  Schwenkantriebe  Vakuumsauger  Greifer Stellglieder  Magnetventile  Proportionalventile  Servopneumatik Versorgungsglieder  Drucklufterzeugung  Hydraulikaggregat  Leitungen Relais Betätigungselemente Grenztaster Reed-Kontakt … fertigen pneumatische und Energie-, Stoff- und Informationsfluss Anfertigung von Skizzen und elektrischen Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe(EVA)- elektropneumatische Schaltpläne an. Systemschaltplan sowie pneumatischen Schaltplänen mittels Prinzip Pneumatikplan branchenspezifischer Simulationssoftware Internationale Normung Korrektur von Schaltplänen mittels Software Stromlaufplan Schaltsymbole Normgerechte Kennzeichnungen von Bauelementen Seite 18 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker UNTERSUCHEN DER ENERGIE- UND INFORMATIONSFLÜSSE IN ELEKTRISCHEN UND HYDRAULISCHEN BAUGRUPPEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … programmieren elektropneumatische und Verknüpfungssteuerungen Programmierung elektropneumatischer und Grafische Planung und Dokumentation hydraulische Teilsysteme.  Wegabhängig hydraulischer Teilsysteme Normgerechte Definition von Montage von steuerungstechnischen Ablaufbeschreibungen  Zeitabhängig Betriebsmitteln und Baugruppen  Druckabhängig Umbau einzelner Betriebseinheiten an Ablaufsteuerungen steuerungstechnischen Anlagen  Wegabhängig Entwicklung von Systemschaltplänen mittels  Zeitabhängig Simulation oder cyber-physischer Systeme  Druckabhängig Simulation von Grundschaltungen der Schaltungslogik Elektropneumatik und Hydraulik mittels  Logikplan cyber-physischer Systeme  Elektropneumatische Umsetzung  Wahrheitstabellen  Symbole Grundlagen Graphe Fonctionnel de Commande Etapes/Transitions (GRAFCET) Einfache Ablaufdiagramme nach GRAFCET … legen Hilfsenergieerzeuger aus. Energiebedarf Dimensionierung der Erfüllung der Steuerungsaufgabe Energieeffizienz fluidtechnischer Systeme Energiebeanspruchung von Kohlenstoffdioxid(CO )-Bilanz 2 steuerungstechnischen Systemen Pneumatische Hilfsenergie  zum Beispiel externe Druckluft Elektrische Hilfsenergie  zum Beispiel leistungsstarke Energienetze Hydraulische Hilfsenergie  zum Beispiel Hydrauliköl Seite 19 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.5 Lernfeld 5: Kommunizieren mithilfe von Datenverarbeitungssystemen (40 Stunden) KOMMUNIZIEREN MITHILFE VON DATENVERARBEITUNGSSYSTEMEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … erstellen ein Datenverarbeitungssystem. Anwendungsbereiche Konfiguration eines Computers Digitale Arbeitswelt  Office-Arbeiten Installation eines Betriebssystems Ergonomie am Arbeitsplatz  Datenbankenverwaltung Installation spezifischer Software/Apps  CAD, Einrichtung eines Arbeitsplatzes mit Computer-Aided-Manufacturing (CAM), Computer Computerized-Numerical- Control (CNC), SPS  Simulation  Kommunikation  Datenaustausch EVA-Prinzip Interne Baugruppen  Netzteil  Motherboard und Central Processing Unit (CPU)  Speicherbausteine (Random-Access-Memory (RAM))  Hardwareschnittstellen (zum Beispiel Universal-Serial-Bus (USB), FireWire, Wireless-Local-Area-Network (WLAN), Bluetooth)  Softwareschnittstellen  Universal Extensible Firmware Interface (UEFI)  Festplatten (Hard-Disk-Drive (HDD), Solid-State-Disk (SSD))  Speichermedien (optisch, chipbasiert) Externe Baugruppen  Eingabe- und Ausgabegeräte Treiber Seite 21 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker KOMMUNIZIEREN MITHILFE VON DATENVERARBEITUNGSSYSTEMEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen Betriebssysteme (Windows, Android, Apple) … vernetzen Systeme. Netzwerksysteme Einbindung eines Computers in ein Ausfallsicherheit  Local Area Network (LAN), Wide Area Firmennetzwerk Globale Infrastruktur Network (WAN), Generative Adversarial Einbindung eines Druckers in ein Informationstechnische Schutzziele Networks (GAN) Firmennetzwerk Verfügbarkeit, Integrität, Vertraulichkeit, Netzwerktopologien Auswahl geeigneter Netzwerkstrukturen Authentizität  Bus, Ring, Stern, Baum, vermascht, Bestimmung von Zugriffsrechten im Netzwerk gemischt Einrichtung von Maßnahmen zur Netzwerkkomponenten Datensicherheit  Switch, Hub, Gateway, Bridge, Repeater Netzwerkprotokolle  Header/Data  Transmission Control Protocol (TCP)/ Internetprotokoll (IP), Open Platform Communications (OPC), User Datagram Protocol (UDP) Ethernet Datensicherheit  Virenschutz, Back-up-Systeme, Redundant-Array-Of-Independent- Discs(RAID)-Systeme Datenschutz  Firewall, Verschlüsselungen, Kennwortsicherheit … nutzen branchenübliche Software zur Anwendungssoftware Aufbereitung von Informationen am Zeiteffizienz Archivierung.  Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Personal Computer(PC)/Tablet Nachverfolgbarkeit Präsentieren, E-Mail-Programm, Analyse und Dokumentieren von Daten Sicherheit der Cloud Webbrowser Suchen von Informationen und Datenblättern Cloud Computing im Internet und im Netzwerk Seite 22 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.6 Lernfeld 6: Planen und Organisieren von Arbeitsabläufen (40 Stunden) PLANEN UND ORGANISIEREN VON ARBEITSABLÄUFEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … teilen Material, Zeit und Kosten ein. Materialdisposition und Kalkulation Analyse eines Arbeitsauftrags Effizienz  Sinn und Zweck der Disponierung Vorbereitung eines Projekts mittels Ökonomie interdisziplinärer Teamarbeit  Risiko, Produktionsausfall, Lieferfähigkeit, Beschaffungskosten Beschaffung von Informationen und Material  Make-or-buy-Entscheidungen  Optimale Losgröße  Bedarfsprognosen  Produktions- und Bestellzeitpunkte Einfache Zeit- und Kostenkalkulation  Grundlagen Kostenrechnung  Divisionskalkulation  Zuschlagskalkulation Produktionsplan … kontrollieren die Qualität von Analyse von Arbeitsabläufen Kontrolle der Maschinenfähigkeit Qualitätssicherung Arbeitsabläufen.  Aufbau und Ablauforganisation Erstellung von Statistiken im Wettbewerbsfähigkeit  Materialdurchlauf in einer Fabrik Qualitätsmanagement(QM)-Bereich Wirtschaftlichkeit Beschaffung von Informationen aus dem  Multimomentstudien QM-Handbuch Qualitätsmanagement Erkennung von Abweichung vor Fehlereintritt  Fehlerarten  Qualitäts(Q)-Normen und Q-Grundsätze  Qualitätsregelkarte  QM-Handbuch  Maschinenfähigkeitsuntersuchung  Bewertung der Maschinenfähigkeit  Bewertung der Prozessfähigkeit  Wahrscheinlichkeitsnetz Seite 23 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker PLANEN UND ORGANISIEREN VON ARBEITSABLÄUFEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen  Histogramm  Statistische Prozessregelung  Kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP) … organisieren notwendige Steuerungs- und Organigramm Erfassung von Prozessdaten mittels Prozessanalyse Organisationsschritte.  Darstellungsverfahren von branchenüblicher Software Organisationsabläufe Arbeitsabläufen Entdeckung von Fehlern zum Fehlerminimierung frühestmöglichen Zeitpunkt  Produktdurchlauf  Arbeitsschritte Dokumentation im QM-System  Unternehmensebene, Teilbereiche und Einzeltätigkeiten … berücksichtigen den Gesundheits- und Gesundheitsschutz Gestaltung eines rückenschonenden Auswirkungen auf den Sozialstaat Arbeitsschutz.  Ergonomie: Sitzen, Stehen, Heben Arbeitsplatzes Berufsgenossenschaftliche Verordnungen Verwendung von Werkzeugen als Hilfsmittel  Bildschirmarbeit  Arbeitsplatzgestaltung  Werkzeuge  Bedeutung von Arbeitsschutz und Arbeitsschutzmaßnahmen Seite 24 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.7 Lernfeld 7: Realisieren mechatronischer Teilsysteme (100 Stunde) REALISIEREN MECHATRONISCHER TEILSYSTEME Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … wählen Steuerungen und Regelungen Technologieschema Digitale Visualisierung von mechatronischen Offener und geschlossener Wirkungsweg anwendungsbezogen aus. Steuerkette und Regelkreis Systemen Energetisches Zeitverhalten  Blockschaltbild Kommunikation im Team über steuer- und regelungstechnische Fragestellungen  Signalflussplan Kenngrößen von Steuerungen und Regelungen  Führungsgröße (Sollwert)  Regelgröße (Ist-Wert)  Regeldifferenz  Stellgröße  Störgröße Unstetiges Regeln … stellen Sensoren ein. Erfassung von Prozessgrößen Auswahl und Installation von Sensoren an Wandlung von Größen  Positionen einer Anlage Prozessinformationen  Mechanische Größen Parametrierung von analogen Sensoren an Grenzen und Totzeiten einer Anlage  Thermische Größen Smart Factory Suchen von Signalfehlern an einer Anlage  Durchfluss Beschreiben und Lesen eines Radio-  Weg und Winkel Frequency-Identification(RFID)-Systems  Füllstand  Optische Informationen RFID-Technologie Digitale und analoge Signale  A/D- und D/A-Wandlung Wirkungsweise von Sensoren  Linearität  Auflösung  Hysterese Seite 25 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker REALISIEREN MECHATRONISCHER TEILSYSTEME Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … bereiten die Programmierung einer SPS Funktions-/Arbeitsweise einer SPS Vorbereitung der Inbetriebnahme von Vor- und Nachteile digitaler Steuerungen vor.  Verbindungsprogrammierte automatisierten Fertigungsanlagen Aspekte unterschiedlicher Steuerung (VPS)/SPS Konfiguration einer SPS Programmiersprachen  Zyklus und Zykluszeit Programmierung einer einfachen Lineare und strukturierte Programmierung Schrittkette  Prozessabbild von Eingängen (PAE)/ Prozessabbild von Ausgängen (PAA) Hardwarekonfiguration  Spannungsversorgung  Zentraleinheit  Signalmodule  Interner BUS Programmbausteine  Operationsbausteine  Funktionen  Funktionsbausteine  Datenbausteine Programmiersprachen  Funktionsbausteinsprache (FBS)  Kontaktplan (KOP)  Anweisungsliste (AWL)  Ablaufsprache (AS)  Strukturierter Text (ST) … prüfen und korrigieren die Funktion von Messen von Signalen Erfassung digitaler und analoger Komponenten.  Pegel Messsignale Heranziehen technischer Datenblätter  Binäre Signale Justierung von Sensoren  Analoge Signale Seite 27 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.8 Lernfeld 8: Design und Erstellen mechatronischer Systeme (140 Stunden) DESIGN UND ERSTELLEN MECHATRONISCHER SYSTEME Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … berücksichtigen den Einfluss Kraft im Magnetfeld Aufnahme von Betriebskennlinien bei Lorentzkraft wechselnder Betriebsbedingungen auf Drehfeld unterschiedlichen Belastungsarten Magnetische Flussdichte (B) Antriebe. Polpaarzahl und Drehzahl Rechte-/Linke-Hand-Regel Drehrichtungsänderung Wirkleistungsfaktor Leistung und Drehmoment Belastungskennlinien Betriebsarten … arbeiten mit Dreiphasenwechselstrom. Leiterspannung Untersuchung von Betriebswerten eines Wirkleistungsfaktor Verkettung elektrischen Antriebs Anlaufströme Phasenverschiebung Anschluss an einen Schaltschrank mit Alternative Frequenzumrichter Dreiphasenwechselstrom Spannungen und Ströme Stern-Dreieck-Schaltung … wählen Antriebseinheiten aus. Leistungsschild Entnahme von Informationen aus dem Wirkungsgrad Elektrische Maschinen Leistungsschild Magnetischer Fluss  Asynchronmotor Auswahl von Arbeitsmaschinen Schlupf  Kondensatormotor Bestimmung der Betriebsparameter Kommutator Kühlung, Bauform, Betriebsart  Synchronmotor Ankerwiderstände Bemessung von Betriebskondensatoren  Gleichstrommotor Blindleistung Bedienen von Arbeitsmaschinen Grundlagen Sondermotoren  Universal-, Spaltpol-, Linear-, Servo-, Schrittmotor Seite 28 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker DESIGN UND ERSTELLEN MECHATRONISCHER SYSTEME Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … wenden Kopplungsvarianten zwischen Kupplungen Realisierung von Drehrichtungsänderung Energieübertragung Antriebseinheiten und Arbeitsmaschinen an.  Starre, drehstarre, elastische, Auslegung von Kinematik schaltbare, Sicherheits-Getriebe Drehzahl-/Drehmomentänderung  Riemen, Zahnrad, Kette Herstellung von Wellenverbindungen … ermitteln Ursachen und Auswirkungen von Mechanische Überlastung Überprüfung des Laufs der Kupplung Ausfallzeiten Überlastungssituationen.  Drehmoment Kontrollieren des festen Sitzes der Qualitätssicherung Kupplungshälften  Reibung Kontrollieren des Ölstands Elektrische Überlastung Überprüfung der Verzahnung und der Lager  Anschlussfehler Sichtprüfung der elektrischen Anschlüsse  Außenleiterausfall Prüfung des Drehfeldes mittels geeignetem  Mangelnde Kühlung Prüfgerät  Falsche Betriebsart  Unterdimensionierter Antrieb Körperschluss Wicklungsschluss Überhitzung Automatische Abschaltung … verwenden Schutzeinrichtungen. Schmelzsicherungen Dimensionierung von Schutzeinrichtungen Anlagensicherheit Leitungsschutzschalter nach Anwendungszweck Direkter/indirekter Schutz Auswahl und Einstellung Auswahl des Einbauortes und Einstellung eines Motorschutzrelais  Motorschutzrelais  Motorschutzschalter  Motorvollschutz Elektronische Motorschutzgeräte Seite 29 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker DESIGN UND ERSTELLEN MECHATRONISCHER SYSTEME Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … schließen Antriebseinheiten an. Motorklemmbrett Anschließen verschiedener Motoren an das Anschlussbedingungen Grundschaltungen von Antrieben Verbrauchernetz Verkettungsfaktor  Selbsthalteschaltung/Tippbetrieb Dimensionierung eines allstromsensitiven Sternpunkt/Neutralleiter Residual-Current-Device (RCD)  Folgeschaltung Auslegung eines Kondensators zur  Wendeschützschaltung Kompensation  Stern-Dreieck-Schaltung Verschalten von Motoren mit Anlassverfahren unterschiedlichen Anlassverfahren  Stern-Dreieck  Sanftanlaufgerät  Vorwiderstände  Anlasstransformator  Frequenzumrichter … steuern und regeln Antriebe. Steuerkette Untersuchung von Regelstrecken Automatisierung der Produktion  Regelstrecken Parametrierung eines Regelkreises Störeinflüsse  Ausgleich Auswahl eines geeigneten Reglers für eine Antriebsaufgabe  Ordnungszahl  Totzeit Regelkreisverhalten Stetige Regler  Proportionalregler (P), Intergralregler (I), Differenzialregler (D), PI, PD, PID Digitale Regler Fuzzy-Regelung Seite 30 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker DESIGN UND ERSTELLEN MECHATRONISCHER SYSTEME Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … korrigieren Fehler an Schnittstellen durch Positionsbestimmung Ermittlung von Messergebnissen, auch Pulsweitenmodulation Signaluntersuchungen.  Inkremental durch Computersimulationen Drehzahlsteuerung und -regelung  Absolut Dokumentation von Messergebnissen, auch Signaldarstellung in Oszilloskopen digital Messwerterfassung Erfassung von Messwerten mittels  Tachogenerator Frequenzumrichter  Dehnungsmessstreifen Visualisierung des zeitlichen Verlaufs von  Stromwandler Messwerten  Messprotokoll Anpassung der Prozessparameter eines Datenblätter Antriebs  Schnittstellenbelegung  Parameter von Umrichtern … ergreifen Maßnahmen zum Arbeits- und Maschinenrichtlinie Herstellung der Maschinensicherheit Conformité-Européenne(CE)- Gesundheitsschutz.  Konstruktive Maßnahmen Benutzerinformationen, auch in englischer Kennzeichnung Sprache  Technische Maßnahmen  Benutzerinformationen Risikobeurteilung … programmieren CNC-Maschinen und CNC-Technik Programmierung von Bewegungsabläufen, Effizienz Roboter.  CNC-Maschinentechnik auch virtuell Flexible Produktion  Programmierung von Dreh- und Simulation von Fertigungsprozessen Digitalisierung der Arbeitswelt Fräsmaschinen Auswahl von Werkzeugen und Maschinen Robotik  Teilsysteme  Einsatzgebiete  Bauarten  Programmierung  Sicherheitseinrichtungen Seite 31 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.9 Lernfeld 9: Untersuchen des Informationsflusses in komplexen mechatronischen Systemen (80 Stunden) UNTERSUCHEN DES INFORMATIONSFLUSSES IN KOMPLEXEN MECHATRONISCHEN SYSTEMEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … wählen Bussysteme aus. Parallelverdrahtung Hardwarekonfiguration der dezentralen Einhaltung internationaler Normen Busverdrahtung Peripherie Aspekte der Buszugriffsverfahren Kommunikationsebenen Prüfung der Anforderungen der unter- Anforderungen der einzelnen  Leit- und Planungs-, Zell-, Feldebene schiedlichen Datenübertragungsmedien Kommunikationsebenen Auswahl eines anwendungsbezogenen Buszugriffsverfahren Buszugriffsverfahrens  Master-Slave-Verfahren Auswahl eines Bussystems entsprechend der  Token-Ring Kommunikationsebene  Carrier-Sense-Multiple-Access (CSMA) Datenübertragung  Übertragungsmedien - Leitungsgebunden - Leitungsungebunden … vernetzen Teilsysteme. Vernetzung zwischen Teilsystemen Nutzung von audiovisuellen und virtuellen Hierarchie vernetzter Systeme Topologien Hilfsmitteln Merkmale der Bussysteme Bussysteme Verbindung mechatronischer Systeme durch unterschiedliche Bussysteme  Actuator-Sensor(AS)-Interface Installation der Schnittstellen  Profibus  Industrial Ethernet  Profinet Seite 32 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker UNTERSUCHEN DES INFORMATIONSFLUSSES IN KOMPLEXEN MECHATRONISCHEN SYSTEMEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … beseitigen Signalübertragungsfehler. Übertragungsstandards Messwerterfassung an Schnittstellen Ausfallsicherheit  Datenleitungslänge Datenerfassung, -analyse und -verarbeitung Qualitätssicherung  Schnittstellen Beurteilung von Signalverläufen unter Datensicherheit Anwendung von Datenverarbeitungssystemen  Symmetrische/unsymmetrische Datensignale Prozessvisualisierung, -simulation, -optimierung an Signalschnittstellen zwischen  Busabschluss Systemkomponenten  Signalpegel Informationstechnische Schutzziele  Verfügbarkeit  Integrität  Vertraulichkeit  Authentizität Protokolle  International-Organization-For- Standardization(ISO)/Open-Systems- Interconnection(OSI)-Referenzmodell  TCP/IP, Ethernet Strategien zur Fehlererkennung  Paritätsbit  Blocksicherung  Cyclic-Redundancy-Check(CRC)- Verfahren Seite 33 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.10 Lernfeld 10: Planen der Montage und Demontage (40 Stunden) PLANEN DER MONTAGE UND DEMONTAGE Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … bereiten die Montage und Demontage Technische Kommunikation Auswertung von Stücklisten und Internationale Normung vor.  Zusammenbauzeichnungen Zusammenbauzeichnungen Planung von Arbeitsabläufen Anfertigung von Montageplänen  Arbeits-/Montageplan Auswahl von Werkzeugen und Hilfsmitteln Arbeitssicherheit und Unfallschutz Analyse der Montagebedingungen am Montagetätigkeiten Aufstellungsort Hebezeuge Vorrichtungen Werkzeuge … montieren und demontieren Öle, Fette, Reiniger Montage von Maschinenelementen und Ursache und Wirkung in technischen mechatronische Systeme. Fügen Teilsystemen Systemen  Schrauben Prüfung von Montagevorgängen Arbeitssicherheit Beachtung des Umwelt- und Festigkeitsberechnungen, Drehmomente,  Stifte Gesundheitsschutzes (Öle, Fette, Reiniger) Passungen  Achsen und Bolzen Berechnung von Verbindungen Stütz- und Trageinheiten  Führungen  Lager Energieübertragungseinheiten  Wellen  Welle-Nabe-Verbindungen Axiale Sicherungselemente Dichtungen Seite 34 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.11 Lernfeld 11: Inbetriebnahme, Fehlersuche und Instandsetzung (160 Stunden) INBETRIEBNAHME, FEHLERSUCHE UND INSTANDSETZUNG Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … bereiten die Inbetriebnahme vor. EVA-Prinzip Darstellung der Teil- und Gesamtfunktion Komplexität reduzieren Darstellungen eines Systems Risiken kalkulieren  Schaltpläne elektrisch/pneumatisch Überprüfung der Schnittstellen Inhalte und Grenzwerte eines Entnahme von Informationen aus Inbetriebnahme(IBN)-Protokolls nach VDE  Montage-/Lagepläne technischen Unterlagen  SPS-Anschlussplan Analyse möglicher Fehlerquellen  Netzwerkstrukturen Erstellung eines Inbetriebnahmeprotokolls Mängelliste Wartungsplan Inbetriebnahmeprotokoll Prüfprotokoll … programmieren komplexe Steuerungen. Daten-/Variablentypen Parametrierung mechatronischer Anlagen Nachvollziehbarkeit durch Kommentierung Strukturiertes Programmieren Programmierung mechatronischer Anlagen Vollständige Dokumentation Absolute/symbolische Adressierung Gestaltung einer Benutzeroberfläche mittels Maschinenrichtlinien und Normung International-Electrotechnical- Human-Machine-Interface (HMI) Commission(IEC)-Zeiten und -Zähler Verarbeitung analoger Größen Ablaufsteuerung in FBS und AS Vernetzung von Teilsystemen  Betriebsartenteil Steuern von Antriebseinheiten mittels Frequenzumrichter  Schrittkette  Befehlsausgabe  Not-Aus/Not-Halt Bausteinbibliotheken Analogwertverarbeitung  Abtastung  Quantisierung  Codierung  Normierung Prozessvisualisierung mit HMI-Panel BUS-Parametrierung Seite 35 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker INBETRIEBNAHME, FEHLERSUCHE UND INSTANDSETZUNG Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … nehmen ein mechatronisches Sichtprüfung Durchführung von erforderlichen Gesamtsystem in Betrieb. Teilsysteme Messungen nach Inbetriebnahmeprotokoll  Mechanisch Justage von Sensoren/Aktoren Überprüfung der Wirksamkeit von  Elektrisch Schutzmaßnahmen  Pneumatisch Parametrierung der Netzwerkkomponenten  Hydraulisch Überprüfung der Gesamtfunktion des  Steuerung Systems Betriebsarten  Tippbetrieb  Einzelschritt  Automatik Funktionstest/Probelauf  Teilbereiche  Gesamtanlage … beseitigen Fehler. Diagnosemöglichkeiten Analyse von Störungsursachen, auch mittels Fehlerdokumentation  Sichtprüfung Debugging Typische Fehlerursachen  Analysewerkzeuge der Systematische Eingrenzung von Fehlern Strategien der Fehlersuche Entwicklungsumgebung Erstellung eines Instandsetzungsprotokolls  Ferndiagnose  Analoge Messungen Behebung von Programmfehlern Verfahren zur Fehlersuche Elektromagnetische Verträglichkeit Seite 36 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.12 Lernfeld 12: Vorbeugende Instandhaltung (80 Stunden) VORBEUGENDE INSTANDHALTUNG Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … planen die vorbeugende Instandhaltung. Zusammenhang, Ausfallwahrscheinlichkeit Berechnung der Verfügbarkeit Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit Erstellung von Wartungsplänen Ökonomische Aspekte Verfügbarkeit Anpassung von Wartungsplänen Abnutzungsvorrat Instandhaltungskosten Instandhaltungsstrategien Wartungspläne … bewerten Einflüsse auf die Verschmutzung Analyse technischer Systeme hinsichtlich Umwelt- und Gesundheitsschutz Betriebssicherheit. Verbrauch der Betriebssicherheit Verschleiß/Reibung Aufbereitung der Ergebnisse von Fehleranalysen Korrosion Auswahl von Hilfsmitteln zur Instandhaltung Ermüdung Beachtung des Umwelt- und Entsorgung und Handhabung von Hilfsmitteln Gesundheitsschutzes … führen Instandhaltungsarbeiten durch. Wartung Herstellung der Sicherheit bei Besondere Gefährdung des Inspektion Instandhaltungsarbeiten Instandhaltungspersonals Instandsetzung Inspektion von Bauteilen Verbesserung Instandsetzung und Verbesserung von technischen Systemen Prüf- und Justierverfahren Erstellung von Übergabeprotokollen Arbeitssicherheitsvorschriften bei Instandhaltungen  Sicherheitseinrichtungen  Rangfolge der Maschinensicherheit bei Instandhaltung Seite 37 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 4.13 Lernfeld 13: Übergabe von mechatronischen Systemen an Kunden (60 Stunden) ÜBERGABE VON MECHATRONISCHEN SYSTEMEN AN KUNDEN Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen … erstellen technische Dokumentationen. Formulieren von Fachtexten Nutzung von technischen Informationen, Interdisziplinarität  Fachbegriffe, auch in englischer auch in digitaler Form Lastenheft/Pflichtenheft Sprache Heranziehung der Informationsstruktur im Betrieb (Abteilungen)  Fachsprache Aufbereitung von Informationen zu einer Datenblätter, Datenaufbereitung mechatronischen Anlage Bedienungshinweise  Prozessregelkarte  Innerbetriebliche Kommunikation  Verantwortlichkeiten  Anlagensicherheit Bedienungsanleitung … bereiten die Übergabe vor. Präsentationstechniken Nutzung von audiovisuellen und klassischen Gegenüberstellung unterschiedlicher  Freie Rede Präsentationshilfsmitteln Präsentationstechniken Einbettung von erarbeiteten Informationen in  Flipchart eine Präsentationsstruktur  Präsentationssoftware Grundlagen der Erstellung einer Präsentation  Logischer Aufbau  Verständlichkeit  Layout  Rechtschreibung … übergeben mechatronische Systeme an Präsentationstechniken Präsentation vor Publikum, auch in Umgangsformen Kundinnen und Kunden.  Verbale Kommunikation englischer Sprache Marketing und Kundenakquise  Nonverbale Kommunikation Führung von Fachgesprächen Internationaler Kundenkontakt Darstellung von Produktionsabläufen Anlagenkenntnis Einweisung von Bedienungspersonal Moderation Schulungstechniken Strategien zur Kundenbindung Seite 38 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5 Unterrichtsbeispiele 5.1 Unterrichtsbeispiel 1 5.1.1 Festlegung des zu unterrichtenden Lernfeldes Seite 39 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.1.2 Problemstellung und schulisch-betrieblicher Kontext Elektrische Betriebsmittel können einzelne elektrische Bauelemente sein, aber auch ganze Baugruppen oder Geräte. Um funktionieren zu können, müssen diese Betriebsmittel mit elektrischer Energie versorgt werden. Eine in der Elektrotechnik zentrale Baugruppe zur Energieversorgung ist das Netzteil. Es wandelt die eingangsseitig zur Verfügung stehende Spannung um, indem es sie transformiert, gegebenenfalls gleichrichtet, glättet und regelt. Auf diese Weise können elektrische Verbraucher ausgangsseitig mit exakt der Spannung beziehungsweise dem Strom versorgt werden, den sie für den Nennbetrieb benötigen. Automatisierte Anlagen sind komplexe Einrichtungen, die spezialisierte Aufgaben im Bereich der Produktion übernehmen und deren Energieversorgung genau kalkuliert und sichergestellt sein muss. Soll eine solche Anlage mit elektrischer Energie versorgt werden, muss ein entsprechendes Netzteil für den Energiebedarf der Anlage ausgewählt werden. Hierzu müssen zunächst Kenntnisse über elektrische Grundgrößen erworben werden, ebenso muss das Betriebsverhalten elektrischer Verbraucher in verschiedenen Schaltungsvarianten erarbeitet werden. Dazu werden elektrische Schaltungen messtechnisch untersucht und simuliert, Betriebsmittel ausgewählt und dimensioniert sowie Schutzmaßnahmen beim Arbeiten mit elektrischen Anlagen berücksichtigt und angewendet. Dem Lernfeld 3 kommt eine hohe Bedeutung zu, weil es die Grundlage aller elektrotechnischen Kompetenzen der weiteren Ausbildungsinhalte bildet. Hinzukommend können viele Betriebe aufgrund der hohen Komplexität und oft nur in ihrer Gesamtheit zu betrachtenden elektrischen Anlagen ihre Auszubildenden nur äußerst schwer mit der notwendigen Detailtiefe in die Grundlagen der Betriebsmittel und in die elektrotechnisch-physikalischen Gesetze einführen. Die Berufsschule hat an dieser Stelle den Auftrag, diese Komplexität didaktisch aufzubereiten und einzuordnen. Beispielsweise kann ein Unterrichtsprojekt die auf den erlangten Kompetenzen aufbauende Auswahl des Netzteils für die automatisierte Anlage beinhalten. Die Anfertigung einer Dokumentation und Bearbeitung einzelner Teilaufträge und Aufgaben können eigenverantwortlich in Gruppen oder in Einzelarbeit durchgeführt werden, Informationen zu Aufträgen und Aufgaben können im Plenum mit der Lehrkraft oder mithilfe unterschiedlicher Medien (Internet, Fachkundebücher, Tabellenbücher et cetera) beschafft werden. Im Folgenden sind in der curricularen Matrix des jeweiligen Lernfeldes die für das vorliegende Unterrichtsbeispiel relevanten beruflichen Handlungen und Inhalte gelb markiert. Seite 40 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.1.3 Reduktion der curricularen Matrix INSTALLIEREN ELEKTRISCHER BETRIEBSMITTEL UNTER BEACHTUNG SICHERHEITSTECHNISCHER ASPEKTE Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen …installieren einfache elektrische Stromkreise. Gleichstrom-/Wechselstromgrößen: Berechnung notwendiger Anforderungen an Prinzip des Ladungsausgleichs  Spannung (U) elektrische Schaltkreise Ohmsches Gesetz  Strom (I) Dimensionierung von einfachen Schaltkreisen Energieerhaltungssatz  Widerstand (R) Bemessung von Energiewandlern Zusammenhang von Leistung und  Leistung (P)/Arbeit (W) Arbeit  Frequenz (f)  Blindleistung (Q)  Wirkungsgrad …untersuchen die Wirkungsweise von Schaltplanarten Messung von Spannung und Strom Global verständliche Kommunikation Grundschaltungen, auch virtuell.  Übersichtsplan Erstellung von elektrischen Schaltplänen mit Kirchhoffsche Gesetze CAD-Software  Installationsplan Simulation von elektrischen Schaltungen mit  Stromlaufpläne branchenspezifischer Simulations-Software  Symbole Grundschaltungen von Widerständen  Reihenschaltung  Parallelschaltung Belasteter Spannungsteiler  Brückenschaltung Technische/physikalische Stromrichtung …wählen grundlegende elektrische Elektrischer Widerstand Dimensionierung von elektrischen Widerständen Elektrisches Verhalten von Betriebsmittel anwendungsbezogen aus.  Temperatur Nutzung von Tabellen für Farbringcodierung und IEC- Werkstoffen Leuchtmittel Reihen Energiewandlung Auswahl von Glühlampen für Installationsschaltungen  Glühlampe Auswahl und Einbau von Dioden für einfache und  Leuchtdiode integrierte Schaltkreise Spannungsquellen  Verhalten  Reihen-/Parallelschaltung pn-Diode Seite 41 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker INSTALLIEREN ELEKTRISCHER BETRIEBSMITTEL UNTER BEACHTUNG SICHERHEITSTECHNISCHER ASPEKTE Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen …verlegen elektrische Leitungen in Gleich- und Leitermaterialien Dimensionierung von elektrischen Leitungen mithilfe Spannungsfall Wechselstromnetzen. Leitungsarten von Tabellen und Berechnungen Leitungsschutz Leiterquerschnitte Brandschutz Temperaturverhalten Strombelastbarkeit …arbeiten mit Wechselstrom. Strangspannung Untersuchung von Betriebswerten zum Anschließen Energiewandlung Phasenverschiebung einer mechatronischen Anlage an einen Generatorprinzip Schaltschrank  Spannung und Strom AC- und DC-Verbraucher Anschluss an einen Schaltschrank  Scheinleistung Gleichrichterschaltungen  Zweipuls-Brückenschaltung …wählen Kondensatoren und Spulen Elektrisches Feld Dimensionierung von Kondensatoren in Kapazität fachgerecht für Gleich- und Elektromagnetische Induktion Wechselstromnetzwerken Induktionsgesetz Wechselstromnetzwerke aus. Schaltvorgänge Dimensionierung von Spulen in Wirtschaftliche Gründe der Strom-/Spannungskurven Wechselstromnetzwerken Kompensation Verhalten Auswahl eines Netzteils Transformatorprinzip Installation eines Schaltkastens Blindleistungskompensation Schwingkreis Transformator …schließen Verbraucher an unterschiedliche TN-Netze Anschluss von Anlagen an das Ortsnetz Fehlerschleifen Netzformen an.  TN-C Realisierung der Erdung von Anlagen Erdungsverhältnisse  TN-S Ausfallsicherheit  TN-C-S TT-Netz IT-Netz PE-Leiter …wenden die Schutzmaßnahmen beim Körperwiderstand Bestimmung von sicherheitstechnischen Parametern Brandschutz Arbeiten an Anlagen an. Stromwege durch den Körper mit Hilfe von Kennwerten aus Tabellen für DC/AC Anfälligkeit von mechatronischen Stromstärken und Einwirkungsdauer Montage einer Unterverteilung Systemen für Umweltbedingungen Seite 42 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker INSTALLIEREN ELEKTRISCHER BETRIEBSMITTEL UNTER BEACHTUNG SICHERHEITSTECHNISCHER ASPEKTE Die Auszubildenden … Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen Spannungsbereiche Montage einer mechatronischen Anlage Gefährdungsbereiche bei Gleichstrom und Wechselstrom Fehlerarten Fehlerstrom 5-Sicherheitsregeln Erste Hilfe am Arbeitsplatz Schutzpotenzialausgleich und Erder Leitungsschutz Personenschutz …messen mit Prüf- und Messgeräten. Grundlagen eines digitalen Multimeters Besichtigung und Erstprüfung einer Installation Rechtsgrundlagen der  Messbereiche Durchführung einer VDE-Prüfung mit geeignetem Anlagensicherheit Mess- und Prüfgerät  Vorgehensweise Durchführung von Instandsetzungsmaßnahmen  Unterschiede Volt-/Amperemeter Protokollierung von Prüfergebnissen, auch digital Prüfungsarten Besichtigung Messen  Grenzwerte nach DIN-VDE  Schutzleiter und Schutzpotenzialausgleichsleiter  Niederohmmessung  Isolationswiderstand  Schleifenimpedanz  Netzinnenwiderstand  Prüfung der Fehlerstromschutzeinrichtungen  Prüfung der Drehrichtung  Funktionsprüfung  Prüfbericht Seite 43 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.1.4 Planungsmatrix Schritt Intention Adressiertes Wissen Berufliche Aufgaben (BA) Lernaktivitäten und Medien/Materialien (M)/ Reflexions- und Lernprodukte Teilaufgaben (T) Kontrollelemente 1 Vorstellung und Initiation des Analyse des Systems M1: Arbeits-/Projektauftrag In einem Lehrer-Schüler- Projekts, Systemanalyse anhand des Auftrags M2: Skizze der Anlage Gespräch reflektieren die gemeinsam mit der Lernenden den Projektauftrag M3: Blockschaltbild Lehrkraft, Bildung der und die Materialien. Sie klären M4: Energietechnische Kennwerte der Projektgruppen Fragestellungen und legen die Anlage Vorgehensweise für sich und ihre Gruppe fest. 2 Elektrische Stromkreise Sachwissen (SW): Installieren einfacher M5: Rechercheaufträge zu den Lehrperson motiviert für die analysieren und Gleichstrom- und elektrischer Stromkreise, Grundgrößen Themen, Vorwissen wird Gesetzmäßigkeiten feststellen, Wechselstromgrößen Messen mit Prüf- und M6: Labor-/Messübungen zu den aktiviert, die Lernenden durch Messtechnik und Spannung (U), Strom (I), Messgeräten elektrischen Grundgrößen protokollieren ihre Laborübungen diese Widerstand (R), Messergebnisse. M7: Tafelbilder/Präsentationen der Erkenntnisse praktisch festigen Leistung (P)/Arbeit (W), Lehrkraft Wirkungsgrad, M8: Rechenbuch, Tabellenbuch technische/physikalische T1: Lehrerzentrierte Inputs, Stromrichtung, Grundlagen Rechercheaufträge und Rechenübungen eines digitalen Multimeters: Messbereiche, T2: Messübungen zu den Grundgrößen Vorgehensweise, Unterschiede festigen diese praktisch. Volt-/Amperemeter Prozesswissen (PW): Berechnung notwendiger Anforderungen an elektrische Schaltkreise, Protokollierung von Prüfergebnissen, auch digital Reflexionswissen (RW): Prinzip des Ladungsausgleichs, Ohmsches Gesetz, Zusammenhang von Leistung und Arbeit Seite 44 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker Schritt Intention Adressiertes Wissen Berufliche Aufgaben (BA) Lernaktivitäten und Medien/Materialien (M)/ Reflexions- und Lernprodukte Teilaufgaben (T) Kontrollelemente 3 Schaltungen analysieren und SW: Grundschaltungen von Untersuchen der M9: Leittext zu Messübungen, analog Fragend-entwickelnder dimensionieren und mithilfe von Widerständen: Wirkungsweise von und digital Unterricht leitet in das Thema auch virtuell durchgeführten Reihenschaltung, Grundschaltungen, auch M10: Steckboards Grundschaltungen ein, die Labor- und Messübungen die Parallelschaltung, belasteter virtuell; Messen mit Prüf- Lernenden gleichen M11: Bedienungsanleitung Digital Theorie in die Praxis Spannungsteiler, und Messgeräten selbstständig erhobene Multimeter DMM überführen, dazu eine adäquate Brückenschaltung Messergebnisse mit simulierten M12: DMM Arbeitsplanung durchführen PW: Messung von Spannung Messgrößen ab. M13: Simulationssoftware und Strom, Simulation von T3: Durchführen realer Messübungen an elektrischen Schaltungen mit selbst gebauten Schaltungen im Wechsel branchenspezifischer mit Simulations-Software T4: Messübungen an virtuell simulierten RW: Kirchhoffsche Gesetze Schaltungen 4 Betriebsmittel und SW: Elektrischer Widerstand; Anwendungsbezogenes M14: Arbeitsauftrag zu Präsentationen Die Lernenden besprechen ihre Innenwiderstände von Leuchtmittel: Glühlampe, Auswählen grundlegender M15: Kurzpräsentationen Lösungen im Plenum, nach den Spannungsquellen/Netzteilen Leuchtdiode; elektrischer Betriebsmittel Kurzpräsentationen sind Fragen M16: Handouts dimensionieren und auswählen, Spannungsquellen: Verhalten, der anderen Lernenden möglich, T5: Kurzpräsentationen mit Handouts zu dazu Kostenrechnungen Reihen- und Parallelschaltung Gelegenheiten zu einzelnen Betriebsmitteln und deren durchführen PW: Dimensionierung von Plenumsdiskussionen sind Dimensionierung sowie Erstellung von elektrischen Widerständen, vielfältig wahrnehmbar. Auswahlkriterien durch die Lernenden Auswahl von Glühlampen für T6: Anschließende Plenumsdiskussion Installationsschaltungen, zu den Präsentationsinhalten Auswahl und Einbau von Dioden für einfache und integrierte Schaltkreise RW: Elektrisches Verhalten von Werkstoffen, Energiewandlung Seite 45 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker Schritt Intention Adressiertes Wissen Berufliche Aufgaben (BA) Lernaktivitäten und Medien/Materialien (M)/ Reflexions- und Lernprodukte Teilaufgaben (T) Kontrollelemente 5 Risikobeurteilung durchführen SW: Körperwiderstand, Anwenden von M17: Rechercheaufträge und Auftrag zur Lehrperson stellt in Präsentation und Sicherheit prüfen Stromwege durch den Körper, Schutzmaßnahmen beim Quiz-Erstellung grundlegende Parameter der Stromstärken und Arbeiten an elektrischen M18: Folien zu Sicherheitsparametern Sicherheitstechnik vor, im Einwirkungsdauer, und mechatronischen offenen Gespräch können T7: Ergänzung der Dokumentationen mit Spannungsbereiche, Anlagen Unklarheiten reflektiert und eigenständig recherchierten Diagrammen Fehlerstrom, geklärt werden. Die Quiz und Bildern zu den Schutzmaßnahmen 5 Sicherheitsregeln, Erste Hilfe ermöglichen durch ihren T8: Gruppen erstellen kurze Quiz, um im am Arbeitsplatz, spielerischen Charakter eine Plenum die erweiterten Kompetenzen Schutzpotenzialausgleich und stress- und zwangsfreie spielerisch zu festigen. Erder Kontrolle des eigenen Wissens. PW: Bestimmung von sicherheitstechnischen Parametern mithilfe von Kennwerten aus Tabellen für DC/AC RW: Brandschutz 6 Berechnung und Auswahl des Dokumentation fertigstellen M19: Wiedervorlage des Nach der Auswahl des Netzteils Netzteils sowie Arbeits-/Projektauftrags erfolgt eine ausführliche Projektevaluation M20: Datenblätter zu verschiedenen Plenumsdiskussion mit dem Ziel Netzteilen der gemeinsamen Reflexion des Projektdurchlaufs und der M21: Evaluationsbogen der Lehrkraft Arbeitsergebnisse. M22: Dokumentation Die Lehrkraft evaluiert das T9: Berechnung und finale Auswahl des Projekt. Netzteils zur Anlage T10: Lernende überarbeiten und vervollständigen ihre Dokumentation. Seite 46 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.1.5 Katalog der Teilaufgaben (T) T1: Lehrerzentrierte Inputs, Rechercheaufträge und Rechenübungen T2: Messübungen zu den Grundgrößen T3: Messübungen an selbst gebauten Schaltungen T4: Messübungen an virtuell simulierten Schaltungen T5: Kurzpräsentationen zu einzelnen Betriebsmitteln, deren Dimensionierung sowie Auswahlkriterien T6: Plenumsdiskussion zu den Präsentationsinhalten T7: Ergänzung von Dokumentationen mit Diagrammen und Bildern T8: Gruppenweise erstellte Quiz, zur spielerischen Festigung der Inhalte T9: Berechnung und finale Auswahl des Netzteils zur Anlage T10: Überarbeiten und Vervollständigen der Dokumentationen 5.1.6 Hinweise zur Lernortkooperation Das hier exemplarisch beschriebene Unterrichtsbeispiel bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten der Lernortkooperation. Die Auszubildenden können beispielsweise sowohl konkrete Beispiele elektrotechnischer Betriebsmittel, Baugruppen und Geräte aus ihren Betrieben mit in den Unterricht bringen als auch ihnen aus den Betrieben bekannte automatisierte Anlagen beschreiben und analysieren. Es besteht am Ende des Projektes die Option, Netzteile aus den Betrieben zu analysieren, Typenschilder von Netzteilen zu untersuchen oder diese sogar auseinander zu bauen und sich die Bestandteile genauer anzuschauen. Dem übergeordneten Ziel des handlungsorientierten, praxisnahen und vor allem individualisierten Lernfeldunterrichts kann so in hohem Maße entsprochen werden. Abhängig vom Bearbeitungsschritt des Unterrichtsbeispiels existieren diverse Schnittstellen für Erkundungsaufträge in den Betrieben. So können die Betriebe in Vorbereitung auf die später im Ausbildungsverlauf stattfindende Abschlussprüfung Teil 1 Messungen und Prüfungen nach DIN VDE durchführen. Diese praktischen Erfahrungen können wiederum aus sicherheitstechnischer Sicht in den lernsituativen Unterricht einfließen, auch kann das Dokumentieren und Protokollieren von Messwerten auf diese Weise lernkooperativ geübt werden. Seite 47 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.2 Unterrichtsbeispiel 2 5.2.1 Festlegung des zu unterrichtenden Lernfeldes Seite 48 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.2.2 Problemstellung und schulisch-betrieblicher Kontext Das Beschreiben von Strukturen mechatronischer Systeme und die Programmierung von Steuerungen inklusive der Analyse von Sensorik und Aktorik ist ein zentrales Aufgabengebiet von Fachkräften für Mechatronik. Die Lernenden bekommen den Auftrag, für eine Kundin oder einen Kunden eine Biegemaschine zu entwickeln, um Bleche zu biegen. Die Pneumatik-Anlage wurde bereits von einem Unternehmen für Maschinenbautechnik errichtet. Die Aufgabe ist die Programmierung der Anlage und die Projektdokumentation in Form eines Lernportfolios. Später soll die Anlage noch um weitere Funktionalitäten und Betriebsarten erweitert werden. Die Herausforderung besteht für die Lernenden im Kontext praxisnaher beruflicher Handlung darin, sich mit einem umfassenden komplexen System zunächst vertraut machen zu müssen, also systemisch zu analysieren und ganzheitlich zu denken. Auszubildende aus großen Betrieben haben in der Regel nur geringen Kontakt mit ganzheitlichen Systemen. Die umfassende Herangehensweise an solch ein automatisiertes System, die dieses Projekt erfordert, und die Entwicklung von Schaltplänen sowie Ablaufplänen nach GRAFCET ist für Auszubildende im zweiten Ausbildungsjahr überwiegend etwas Neues. Bis zu diesem Zeitpunkt haben die Auszubildenden in ihrer Mehrheit nur einzelne Schritte eines Prozesses kennengelernt, die Kompetenzen zum Überblicken eines mechatronischen Systems sind nur rudimentär ausgeprägt. Die Portfolioarbeit ermöglicht es den Auszubildenden, sich in ihrem Lernprozess selbst zu begleiten, ihre Lernfortschritte fortschreitend zu dokumentieren und ihren Kompetenzzuwachs mitzuerleben. Hinzukommend können so alle Bereiche eines mechatronischen Systems übersichtlich und nachhaltig dokumentiert werden. Im Folgenden sind in der curricularen Matrix des jeweiligen Lernfeldes die für das vorliegende Unterrichtsbeispiel relevanten beruflichen Handlungen und Inhalte gelb markiert. Seite 49 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.2.3 Reduktion der curricularen Matrix REALISIEREN MECHATRONISCHER TEILSYSTEME Die Auszubildenden… Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen …wählen Steuerungen und Regelungen Technologieschema Digitale Visualisierung von mechatronischen Offener und geschlossener anwendungsbezogen aus. Steuerkette und Regelkreis Systemen Wirkungsweg  Blockschaltbild Kommunikation im Team über steuer- und Energetisches Zeitverhalten regelungstechnische Fragestellung  Signalflussplan Kenngrößen von Steuerungen und Regelungen  Führungsgröße (Sollwert)  Regelgröße (Istwert)  Regeldifferenz  Stellgröße  Störgröße Unstetiges Regeln …stellen Sensoren ein. Erfassung von Prozessgrößen Auswahl und Installation von Sensoren an einer Wandlung von Größen  Positionen Anlage Prozessinformationen Parametrierung von analogen Sensoren an einer  Mechanische Größen Grenzen und Totzeiten Anlage  Thermische Größen Suchen von Signalfehlern an einer Anlage Smart Factory  Durchfluss Beschreiben und Lesen eines RFID-Systems  Weg und Winkel  Füllstand  Optische Informationen RFID-Technologie Digitale und analoge Signale  A/D- und D/A-Wandlung Wirkungsweise von Sensoren  Linearität  Auflösung  Hysterese Seite 50 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker REALISIEREN MECHATRONISCHER TEILSYSTEME Die Auszubildenden… Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen  Drift (Offset) Intelligente Sensoren …bemessen Aktoren. Druck und Kraft Auswahl und Installation von Bewegungsaktoren Leistungsgrenzen von Aktoren  Sauger Ursache und Wirkung  Greifer  Lineareinheiten Linearmotor Pneumatischer Motor Hydraulischer Motor Elektrische Ansteuerung …entwerfen Schaltungen, um Weg- und Elektropneumatische Schaltungen Konzeption von Schaltungen durch Automatisierung Bewegungsrichtung zu beeinflussen.  Pneumatikplan branchenübliche Software Normgerechte Darstellung Darstellung von Bewegungsabläufen und  Stromlaufplan Steuerungsfunktionen Schaltungslogik Planung von Ablaufsteuerungen Betriebsarten Funktionsplan nach GRAFCET …bereiten die Programmierung einer SPS vor. Funktions-/Arbeitsweise einer SPS Vorbereitung der Inbetriebnahme von Vor- und Nachteile digitaler  VPS/SPS automatisierten Fertigungsanlagen Steuerungen  Zyklus/-zeit Konfiguration einer SPS Aspekte unterschiedlicher Programmierung einer einfachen Schrittkette Programmiersprachen  PAE/PAA Hardwarekonfiguration Lineare und strukturierte  Spannungsversorgung Programmierung  Zentraleinheit  Signalmodule  Interner BUS Programmbausteine  Operationsbausteine  Funktionen  Funktionsbausteine Seite 51 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker REALISIEREN MECHATRONISCHER TEILSYSTEME Die Auszubildenden… Sachwissen Prozesswissen Reflexionswissen  Datenbausteine Programmiersprachen  FBS  KOP  AWL  AS  ST …prüfen und korrigieren die Funktion von Messen von Signalen Erfassung digitaler und analoger Messsignale Komponenten.  Pegel Heranziehen technischer Datenblätter  Binäre Signale Justierung von Sensoren  Analoge Signale Seite 52 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.2.4 Planungsmatrix Schritt Intention Adressiertes Wissen Berufliche Aufgaben (BA) Lernaktivitäten und Medien/Materialien (M)/ Reflexions- und Lernprodukte Teilaufgaben (T) Kontrollelemente 1 Vorstellung und Initiation SW: Technologieschema, Anwendungsbezogenes M1: Problemstellung In einem Lehrer-Schüler des Projekts, Blockschaltbild, Auswählen von M2: Arbeitsauftrag Gespräch wird das Projekt Systemanalyse Betriebsarten Steuerungen und anhand des Auftrags vorgestellt M3: Technologieschema PW: Kommunikation im Regelungen, Entwerfen und das System gemeinsam M4: Ablaufbeschreibung Team über steuer- und von Schaltungen, um mit den Lernenden analysiert. T1: Die Lernenden machen sich mit regelungstechnische Weg- und der Problemstellung vertraut. Fragestellung Bewegungsrichtung zu beeinflussen RW: Automatisierung 2 Auswahl und Installation von SW: Erfassen der Einstellen von Sensoren M5: Arbeitsauftrag Das Präsentieren und Sensoren an einer Anlage Prozessgrößen Position, M6: Fachbücher Diskutieren im Klassenverbund mechanische Größen, Weg über die Sensorik hilft den M7: Internet und Winkel; Lernenden bei der Reflexion M8: Präsentationsmedien Bewegungsaktoren des eigenen Kenntnisstands T2: Die Lernenden erarbeiten PW: Auswahl und und der selbstorganisiert Referate zur Installation von Sensoren Präsentationskompetenzen. Sensorik und präsentieren die an einer Anlage Ergebnisse. RW: Wandlung von Größen, Prozessinformationen 3 Zeichnung von SW: Elektropneumatische Entwerfen von M9: Arbeitsaufträge Die Lernenden führen Schaltplänen, Schaltungen: Schaltungen, um Weg- M10: Zeichenmaterial oder Software Fachgespräche und erweitern Funktionsablauf festlegen Pneumatikplan, und Bewegungsrichtung ihr Portfolio. M11: Tabellenbuch Stromlaufplan, zu beeinflussen M12: Fachbuch Funktionsplan nach T3: Die Lernenden entwickeln GRAFCET Schaltpläne und Ablaufpläne nach PW: Konzeption von GRAFCET. Schaltungen durch branchenübliche Software, Planung von Ablaufsteuerungen RW: Normgerechte Darstellung Seite 53 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 5.2.5 Katalog der Teilaufgaben (T) T1: Vertraut machen mit der Problemstellung T2: Erarbeitung selbstorganisierter Referate zur Sensorik und Präsentieren der Ergebnisse T3: Entwickeln von Schaltplänen und Ablaufplänen nach GRAFCET T4: Selbstständiges Bearbeiten der Aufträge mithilfe unterschiedlicher Medien, Erstellen eines SPS-Programms T5: Überarbeiten und Vervollständigen des Portfolios 5.2.6 Hinweise zur Lernortkooperation Dem Lernfeld 7 kommt insofern eine hohe Bedeutung in der Ausbildung zu, als dass es den Übergang von verbindungsprogrammierten Steuerungen zur Programmierung und Analyse komplexer automatisierter mechatronischer Anlagen bildet, die im Lernfeld 11 fokussiert werden. Im steuerungs- und automatisierungstechnischen Bereich ist die Verzahnung von Theorie und Praxis allein schon wegen der Thematik immanent. Aus diesen Gründen macht eine Kooperation mit der betrieblichen Seite des dualen Ausbildungsgangs in diesem Lernfeld nicht nur Sinn, die Anknüpfungspunkte sind in großer Vielzahl zu finden. Die Auszubildenden können sowohl die Konzepte Technologieschema und Blockschaltbild als auch die zu berücksichtigenden Faktoren beim Einstellen von Sensoren innerbetrieblich vorbereiten oder sich dort erklären und erläutern lassen. Lernkooperative Schnittstellen bestehen zum Beispiel auch beim Entwerfen von pneumatischen und elektrischen Schaltungen. Hier können die Ausbildungsbetriebe mit ihrem fachkundigen Personal die Auszubildenden unterstützen und gemeinsame Fehleranalyse betreiben. Anspruchsvolles Potenzial kann in der Wahl der Lernträger liegen. Nicht jeder Betrieb besitzt SPS-Anlagen und die zu deren Programmierung und Instandhaltung notwendigen digitalen Endgeräte. Hier ist die Lehrkraft gefragt, im Vorfeld des Projekts entweder in Erfahrung zu bringen, welche Möglichkeiten zur Programmierung die Lernenden am Arbeitsplatz besitzen und eine Software zu wählen, mit der alle Auszubildenden gut arbeiten können, oder die Anschaffung von sogenannten Schülerlizenzen in Betracht zu ziehen. Auch muss berücksichtigt werden, dass abhängig vom konkreten Gewerbe, in dem die Betriebe tätig sind, der Wissensstand der Auszubildenden bezüglich der allgemeinen Grundlagen zur SPS-Hardware und Programmier-Software sehr heterogen sein kann, schon bevor die Unterrichtseinheit startet. Dem übergeordneten Ziel des handlungsorientierten, praxisnahen und vor allem individualisierten Lernfeldunterrichts kann bei Berücksichtigung der hier dargelegten Umstände in hohem Maße entsprochen werden. Seite 55 von 56

HMKB Handreichungen Berufsschule Mechatronikerin oder Mechatroniker 6 Literatur Bader, R.: Lernfelder gestalten. bwp@ Spezial. (2004) 1. Chomsky, N.: Explanatory Models in Linguistics. In: Nagel, E.; Suppes, P.; Tarski, A. (Herausgebende): Logic, Methodology, and Philosophy of Science. Stanford 1962. Seite 528-550. Erpenbeck, J.; Rosenstiel, L.; Grote, S.; Sauter, W.: Handbuch Kompetenzmessung: Erkennen, Verstehen und Bewerten von Kompetenzen in der betrieblichen, pädagogischen und psychologischen Praxis. Stuttgart 2017. Euler, D.; Reemtsma-Theis, M.: Sozialkompetenzen? Über die Klärung einer didaktischen Zielkategorie. In: Zeitschrift für Berufs- und Wirtschaftspädagogik. 95 (1999) 2. Seite 168-198. Klafki, W.: Didaktische Analyse als Kern der Unterrichtsvorbereitung. In: Roth, H.; Blumenthal, A. (Herausgebende): Grundlegende Aufsätze aus der Zeitschrift Die Deutsche Schule. Hannover 1964. Seite 5-34. Lerch, S.: Selbstkompetenz – eine neue Kategorie zur eigens gesollten Optimierung? Theoretische Analyse und empirische Befunde. In: REPORT. 36 (2013) 1. Seite 25-34. Mandl, H.; Friedrich H. F. (Herausgebende): Handbuch Lernstrategien. Göttingen 2005. Tenberg, R.: Vermittlung fachlicher und überfachlicher Kompetenzen in technischen Berufen. Theorie und Praxis der Technikdidaktik. Stuttgart 2011. Seite 56 von 56

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