Transcript Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht

Aufgaben im
naturwissenschaftlichen
Unterricht
Dr. Lutz Stäudel, Leipzig
Was Sie heute erwartet
Heute vormittag
• Vorstellung – Ihre Lieblingsaufgabe?
• Ein Input über die Bedeutung von Aufgaben
• Aufgabenvielfalt
• Arbeitsphase:
eine Aufgabe mit einem Methodenwerkzeug gestalten
• Austausch
Heute nachmittag
• Was „gute Aufgaben“ ausmacht
• Aufgaben variieren – Lieblingsaufgabe einmal anders
• Arbeitsphase: weiteres Thema gestalten
• Austausch
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Aufgaben für verändertes Lernen
1.
Aufgaben für eine
veränderte Unterrichtsgestaltung
2.
Aufgaben zur Förderung
3.
(anspruchsvolle) Aufgaben für die
kognitive Aktivierung
der Schülerinnen und Schüler
4.
Aufgaben zur gezielten Unterstützung des
Kompetenzaufbaus
selbstständigen Lernens
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1. Aufgaben für eine
veränderte Unterrichtsgestaltung
Josef Leisen:Qualitätssteigerung des Physikunterrichts durch Weiterentwicklung der
Aufgabenkultur. In: MNU 54/7 2001, S. 401 – 405
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1. Aufgaben für eine
veränderte Unterrichtsgestaltung
• Stichwort: Methodenvielfalt
• Stichwort: Alle Schüler erreichen
(Konstruktivistische Sicht
aufs Lernen)
• Stichwort: Selbstdifferenzierende
Lernumgebungen
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2. Aufgaben...
zur Förderung selbstständigen Lernens
• Überantwortung von Teilen des Lernund Erkenntnisprozesses
• Nutzung kooperativer Lernformen
• Nutzung von Peer-Group-Effekten
• Unterstützung der „Selbstwirksamkeitserwartung“ („Ich kann das …“)
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Zum Stichwort „Peer-Group“
LEV VYGOTSKI (1896-1934)
Zone der proximalen
Entwicklung
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2. Aufgaben...
zur Förderung selbstständigen Lernens
Dabei ….
• Schüler dort abholen, wo sie sich momentan
befinden
(lebensweltliche Erfahrungen, Vorwissen, …)
• Anforderungen nicht an einem angenommen
Durchschnitt orientieren
(Differenzierung als Prinzip)
• keine leistungshomogenen Gruppen forcieren,
sondern mit Heterogenität arbeiten
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2. Aufgaben...
zur Förderung selbstständigen Lernens
Heterogenität
in allen Klassen
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What works (empirische Befunde)
John Hattie (2009)
d = Maß für die Effektstärke

d < 0:
negativer Effekt

0 < d < .20:
kein bzw. zu vernachlässigender Effekt

.20 < d < .40:
kleiner Effekt

.40 < d < .60:
moderater Effekt

d >. 60:
großer Effekt
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Was hilft nicht und schadet nicht?
(0 < d < 0.2)

Offener Unterricht
d = .01

Leistungsgruppierung
d = .12

Interne Differenzierung
d = .16

Web-basiertes Lernen
d = .18

Team Teaching
d = .19
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Was hilft ein wenig?
(0.2 < d < 0.4)

Reduzierung der Klassengröße
d = .21

Individualisiertes Lernen
d = .22

Teaching to the Test
d = .22

Finanzielle Ausstattung
d = .23

Summer Schools
d = .23

Integration/Inklusion
d = .28

Hausaufgaben
d = .29
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Was hilft ein wenig?
(0.2 < d < 0.4)

Externe Differenzierung für Leistungsstarke
d = .30

Entdeckendes Lernen
d = .31

Induktives Unterrichten
d = .33

Regelmäßige Tests/Leistungskontrollen
d = .34

Störungsprävention
d = .34

Schulleitung
d = .36

Lehrerfortbildung
d = .37

Time on task
d = .38

Zusatzangebote für Leistungsstarke
d = .39
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Was hilft schon mehr?
(0.4 < d < 0.6)

Angstreduktion
d = .40

Kooperatives Lernen
d = .41

Ein hohes Selbstvertrauen der Schüler
d = .43

Kleingruppenlernen
d = .49

Classroom Management
d = .52

Peer Tutoring
d = .55

Herausfordernde Ziele setzen
d = .56

Concept Mapping
d = .57

Arbeit mit Lösungsbeispielen
d = .57

Direkte Instruktion
d = .59
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Was hilft richtig?
(0.6 < d )

Regelmäßige Tests mit Feedback
d = .62

Metakognitive Strategien
d = .69

Verteiltes vs. massives Lernen
d = .71

Lehrkraft-Schüler-Verhältnis
d = .72

Feedback
d = .73

Klarheit der Instruktion
d = .75

Micro-Teaching
d = .88

Akzelerationsprogramme
d = .88

Formatives Assessment
d = .90
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3. (anspruchsvolle) Aufgaben für die
kognitive Aktivierung
der Schülerinnen und Schüler
• Konstruktivistische
Hattie: Sicht auf das
„Anspruchsvolle
Lernen
– Lernen als Konstruktion
Ziele setzen“
• Aktive Aneignung statt passive
Rezeption d = .56
• Vermittlung von Erfolgserlebnissen
und Stärkung der Motivation
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4. Aufgaben zur gezielten Unterstützung des
Kompetenzaufbaus
• Mit Aufgaben akzentuieren
(z.B. bereichsspezifische Lesefähigkeit, …)
• Mit Aufgaben differenzieren
(Variation der Bearbeitungstiefe, …)
• Aufgaben zum Üben und Wiederholen
• Aufgaben zum Verknüpfen von
Konzepten und Prozeduren
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Und jetzt zum Praktischen
• Zwei bewährte Methodenwerkzeuge
– Wortgeländer
– Denk- und Sprechblasen
• Zwei wichtige Kompetenzen
– Wechsel der Darstellungsform /
Dekodieren von naturwissenschaftlich-technischen
Informationen
– Produktion von fachbezogenen Texten
• Jeweils zwei Beispiele
– WG: Abbildung an der Linse / Evolution
– DSB: Phasendiagramm / Stoffkreislauf
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Methodenwerkzeuge
Woher sie kommen
Wozu sie dienen
Zusammengestellt und teilweise neu entwickelt von
Lehrkräften im Auslandsschuldienst.
Erstmals veröffentlicht von
Josef Leisen (Studienseminar
Koblenz / Universität Mainz).
(1998)
Adaptiert und weiter entwickelt in den SINUS-Projekten
mehrerer Bundesländer. (ab
1998)
Unterstützend zur Erzeugung
von Methodenvielfalt im
Unterricht.
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Methodenwerkzeuge - Übersicht
Wortliste
Wortgeländer
Sprechblasen
Lückentext
Wortfeld
Text-/Bildpuzzle
Bildsequenz
Filmleiste
Fehlersuche
Lernplakat
Mind-Map
Ideennetz
Blockdiagramm
Satzmuster
Fragemuster
Bildergeschichte
Worträtsel
Strukturdiagramm
Flussdiagramm
Zuordnung
Thesentopf
Dialog
Abgestufte Lernhilfen
Archive
Heißer Stuhl
Domino
Memory
Würfelspiel
Partnerkärtchen
Kettenquiz
Zwei aus Drei
Stille Post
Begriffsnetz
Kartenabfrage
Lehrer-Karussell
Kärtchentisch
Schaufensterbummel
Kugellager
Expertenkongress
Aushandeln
Quelle: Leisen
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Methodenwerkzeuge
zur Unterstützung
fachsprachlich
angemessener
Formulierung
zur Erarbeitung
und
Kommunikation
fachlicher Inhalte
zur Strukturierung
und Hierarchisierung vorhandener
Kenntnisse
zur Wiederholung,
Festigung und
Vertiefung
Wortliste
Kugellager
Mindmap
Lückentext
Wortfeld
Lernplakat
Conzeptmap
Memory
Wortgeländer
Thesentopf
Flussdiagramm
Heißer Stuhl
Textpuzzle
Filmleiste
Begriffsnetz
Ketten-Quiz
Satzmuster
Dialog
Zuordnung
Stille Post
Fragemuster
Archive
Kärtchentisch
Domino
Sprechblasen
Schaufensterbummel
Kartenabfrage
Partner-Kärtchen
Bildergeschichte
Aushandeln
Bildsequenz
Kreuzworträtsel
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Was eine gute Aufgabe ausmacht
günstig: aus einem Kontext heraus entwickelt
(vgl. Chemie / Physik / Biologie im Kontext
sowie die Konstruktion von PISA-Aufgaben)
günstig: eher offen als geschlossen
(kann sich auf Ergebnisse beziehen wie auch auf die
Lösungswege)
günstig: selbstdifferenzierend
(spricht unterschiedliche Fähigkeitsniveaus; kann mit
unterschiedlicher fachlicher Vertiefung gelöst werden)
günstig: unterstützt Kooperation und Kommunikation
(weitgehend unabhängig von der konkreten Aufgabe;
aber eine Frage der Formulierung)
günstig: aktiviert Vorwissen / ist kognitiv herausfordernd
(anspruchsvolle Fragestellungen lösbar wenn Hilfen
angeboten werden)
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Das Programm für heute, 8.3.13
Heute vormittag
• Nachtrag: Medienportal der Siemens Stiftung
• Aufgaben mit gestuften Hilfen – erste Beispiele
• Was sich bei der Konstruktion der Hilfen bewährt hat
• Weitere Beispiele ausprobieren
• Arbeitsphase: eine Aufgabe mit gestuften Hilfen gestalten
Heute nachmittag
• Die erarbeiteten Beispiele ausprobieren
• Ein Instrument zur Beurteilung von Aufgaben
• Arbeitsphase: Aufgaben zum naturwissenschaftlichen
Arbeiten
• Austausch, Terminfindung, Abschluss
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Aufgaben
mit gestuften Hilfen
eingebettet
in Vorwissen
grund
sätzlich
ohne
Hilfen
lösbar
Eine „komplexe“
Problemstellung
aus einem
(lebensweltlichen)
Kontext heraus entwickelt
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unterstützt
durch
Hilfen
inhaltlich
und
lernstrate
gisch
Zum Kennenlernen
Bitte wählen Sie mit Ihrem Partner eine Aufgabe,
die Sie noch nicht kennen.
Lösen Sie die Aufgabe zunächst ohne Hilfe.
Benutzen Sie dann der Reihe nach alle Hilfen
und klären Sie gemeinsam, welche Funktion die
einzelnen Hilfen für die Lösung der Aufgabe
haben.
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Gestufte Hilfen
Inhaltliche Hilfen
Lernstrategische
Hilfen
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Inhaltliche Hilfen
z.B. als direkte Hilfe
• Wir benötigen:
eine Petrischale mit Deckel, schwarzes Papier, mit
dem wir …
• In einem rohen Ei ist das Innere flüssig, genau
genommen zähflüssig. Das Innere …
oder als Frage formuliert
• Überlegt welche Materialien ihr für eure Untersuchung
benötigt!
• Wenn ihr nass aus dem Wasser kommt, warum friert
ihr dann?
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Lernstrategische Hilfen
• Formuliere die Aufgabe in eigenen Worten!
• Versuche die wichtigen von den unwichtigen
Informationen zu trennen!
• Was weißt du schon über den Sachverhalt und
was kannst du daraus folgern?
• Kennst du etwas Ähnliches?
• Was weißt du schon über das Gesuchte und was
benötigst du dafür?
• Versuche das Problem in einem Schema / einer
Skizze zu veranschaulichen!
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Was sich für eine Aufgabe mit
gestuften Hilfen eignet
•
•
•
•
Aktivierung von Vorwissen / Reorganisation von Wissen
Anwendung von bereits Erarbeitetem auf eine verwandte
Fragestellung
für die leistungsstärksten Lerngruppen auch ohne Benutzung von
Hilfen lösbar
erkennbare Art der erwarteten Lösung
mehr oder weniger eindeutiger Bearbeitungsweg
daher nur bedingt geeignet für prozess- und ergebnisoffene
Problemstellungen
mit praktischem experimentellen Tun kombinierbar, wenn ein
Experiments entworfen, vorbereitet oder ausgewertet werden soll
Interpretation eines Phänomens oder Ergebnisse
Diskussion einer zuvor aufgestellten Hypothese
Als
•
•
•
Charakteristik für gute Lern-Aufgaben mit Hilfesystemen gilt:
komplex aber eher geschlossen
eher Anwendung als Neuerarbeitung
Aktivierung und Reorganisation von Vorwissen
•
•
•
•
•
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Läuft das Glas aus?
Ein Beispiel für den nw Anfangsunterricht
Aufgabe:
Wenn Florian Recht
hat und das Glas
keinen Sprung hat,
woher kommt dann
das Wasser außen an
der Glaswand?
Finde eine Erklärung
mit Hilfe deiner naturwissenschaftlichen
Kenntnisse.
David und Florian schwitzen über den
Hausaufgaben. Da bringt Florians Mutter zwei
Gläser Apfelsaft. „Hier, damit ihr bei der Hitze
ein bisschen Erfrischung habt. Ich habe extra
ein paar Eiswürfel rein gegeben.“ Die beiden
trinken einen Schluck und vertiefen sich
wieder in ihre Matheaufgaben.
Als David nach ein paar Minuten wieder zum
Glas greift, ist das Heft, das darunter lag,
nass. „Du, das Glas hat wohl einen Sprung,
es ist ausgelaufen!“
Florian lacht. „Das glaubst du selbst nicht.
Leck doch mal außen dran!“
David schmeckt und nickt, „Stimmt, es ist nur
Wasser! Aber wo kommt es dann her?“
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Läuft das Glas aus?
Läuft das Glas aus?
Kontext
David und Florian schwitzen
über den
Hausaufgaben. Da bringt Florians Mutter zwei
Aufgabe:
Gläser Apfelsaft. „Hier, damit ihr bei der Hitze
ein bisschen Erfrischung habt. Ich habe extra
Wenn Florian Recht
ein paar Eiswürfel rein gegeben.“
hat und das Glas
Die beiden trinken einen Schluck und verSelbstdiffekeinen Sprung hat,
tiefen sich wieder in ihre Matheaufgaben.
woher kommt dann
renzierend
Als David nach ein paar Minuten wieder zum
das Wasser außen an
Glas greift,
Heft, das darunter lag,
wenn
mit ist dasKomplexität
der Glaswand?
nass.
Finde eine Erklärung
Hilfen
„Du, das Glas hat wohl einen Sprung, es ist
mit Hilfe deiner naturausgelaufen!“
wissenschaftlichen
Kenntnisse. Form der Florian lacht. „Das glaubst du selbst nicht.
Leck doch mal außen dran!“
Lösung David schmeckt und nickt, „Stimmt, es ist nur
erkennbar Wasser! Aber wo kommt es dann her?“
Eher
geschlossen
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Die Konstruktion der Hilfen (I)
Läuft das Glas aus?
Aufgabe:
Wenn Florian Recht
hat und das Glas
keinen Sprung hat,
woher kommt dann
das Wasser außen an
der Glaswand?
Finde eine Erklärung
mit Hilfe deiner naturwissenschaftlichen
Kenntnisse.
Woher kann das Wasser kommen?
Glas und Umgebung als System betrachten:
-> Außer dem Glas und seinem Inhalt ist hier nur noch die
Luft darum herum vorhanden.
Schlüsse ziehen:
-> Also muss das Wasser aus der Luft kommen.
Vor- / Alltags-Wissen aktivieren:
-> Kennt ihr andere Situationen, wo Wasser „aus der Luft
kommt“? Denkt dabei auch an Wettererscheinungen.
Aktivierung unterstützen:
-> Habt ihr an Nebel oder Raureif gedacht? Oder an das
Beschlagen eines Spiegels durch die ausgeatmete Luft
oder das Beschlagen einer Brille, wenn man von draußen
in einen warmen Raum kommt?
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Die Konstruktion der Hilfen (II)
Läuft das Glas aus?
Verallgemeinern, Ursache finden:
-> Was haben Nebel, Raureif, das Beschlagen eines
Spiegels oder einer Brille gemeinsam?
Aufgabe:
Wenn Florian Recht
hat und das Glas
keinen Sprung hat,
woher kommt dann
das Wasser außen an
der Glaswand?
Finde eine Erklärung
mit Hilfe deiner naturwissenschaftlichen
Kenntnisse.
Inhaltliche Unterstützung:
-> Bei Nebel, Raureif, beim Beschlagen eines Spiegels oder
der Brille ist eines gleich: Luft wird stark abgekühlt..
Unterstützung der Übertragung auf die
Problemstellung:
-> Das kann auch an der Oberfläche eines kalten
Gegenstands geschehen.
Generalisierung bzgl. Wassergehalt der Luft:
-> In der Luft ist immer Wasserdampf enthalten. Wie kann
->
man sich vorstellen, dass sich beim Abkühlen flüssiges
Wasser aus der Luft abscheidet?
… könnt ihr schließen, dass warme Luft mehr Wasserdampf enthalten kann als kalte. Was beim Abkühlen „zu
viel“ ist, schlägt sich als flüssiges Wasser nieder.
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Die Konstruktion der Hilfen (III)
Dazu die (immer gleiche) erste Hilfe:
-> Erklärt euch gegenseitig die Aufgabe noch einmal mit
eigenen Worten. Klärt, was ihr verstanden habt und was
euch noch unklar ist.
Aufgabe:
Wenn Florian Recht
hat und das Glas
keinen Sprung hat,
woher kommt dann
das Wasser außen an
der Glaswand?
Finde eine Erklärung
mit Hilfe deiner naturwissenschaftlichen
Kenntnisse.
als Aufforderung zur Paraphrasierung
(erste Durcharbeitung der Aufgabenstellung)
und abschließend stets die Komplettlösung
-> Jetzt habt ihr alles zusammen, um die gestellte Frage zu
->
beantworten. Übertragt eure Überlegungen auf das Glas
mit dem kalten Getränk und fasst eure Antwort mit ein
oder zwei Sätzen zusammen.
Durch den kalten Inhalt wird auch die Außenseite des
Trinkglases sehr kalt. Dadurch wird die Luft in der Nähe
stark abgekühlt. Ein Teil des enthaltenen Wasserdampfes schlägt sich als flüssiges Wasser am Glas
nieder – das Glas ist dann von außen nass.
wegen der Wirksamkeit von Musterlösungen
und zur Kontrolle für die Gruppen, die ohne
Hilfen zur Lösung gekommen sind.
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Zur Gruppenarbeit:
Planen Sie Aufgaben zur
- Reorganisation und Strukturierung von Wissen
- Akzentuierung von naturwissenschaftlichem Arbeiten
(auch: Vorbereitung, Auswertung, Bewertung von
Ergebnissen)
- Variation von Experimenten (Analogie-Konstruktion)
- Schlussfolgerndes Verknüpfen
- Nutzen Sie den Aufgabenstamm zur Steuerung des
Schwierigkeitsgrades
- Klären Sie das notwendige Vorwissen
- Gestalten Sie Hilfen / Impulse zur Lösung
entsprechend den Erfordernissen Ihrer Lerngruppe
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Methodische Varianten
der Hilfen-Präsentation
• Alle Gruppen erhalten Aufgabenstellung und
einen Umschlag mit nummerierten Hilfekärtchen.
• Nummerierte Hilfekärtchen am Lehrerpult,
es darf immer nur einer aus einer Gruppe nach
vorn gehen und die Hilfe einsehen.
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Kompetenzaufbau
„naturwissenschaftliches Arbeiten –
Erkenntnisgewinnung“
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Kompetenzaufbau
„naturwissenschaftliches Arbeiten –
Erkenntnisgewinnung“
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Wie kommen Schüler dahin?
• Sie müssen das Handwerkliche
jedes Schrittes lernen / am
Beispiel erfahren / anwenden
können.
• Sie müssen den Überblick über
den gesamten Weg des nwA
haben.
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr.
Lutz Stäudel
Aufgaben und
naturwissenschaftliches Arbeiten
Statt gesamtem Erkennnis- bzw.
Forschungsprozess:
Aspekte durch Aufgaben
thematisieren:
- Planung eines Experiments
- Auswertung, Interpretation
- Rekonstruktion eines Experiments vom Ergebnis her
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Oliver Wißner, Giessen
Aufgaben und
naturwissenschaftliches Arbeiten
Welches Muster hat Rutherford vermutlich
erwartet und aus welchem Grund.
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Aufgaben und
naturwissenschaftliches Arbeiten
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Dimensionen
Ausprägungen
Wissensart
Fakten
Kognitiver Prozess
Reproduktion
Wissenseinheiten
eine WE
Offenheit
definiert/konvergent
Lebensweltbezug
kein
Sprachliche
Komplexität
niedrig
Repräsentationsformen eine
Prozeduren
Konzepte
Metakognition
naher
Transfer
weiter
Transfer
Problemlösen
bis zu 4 WE
definiert/divergent
konstruiert
authentisch
mittel
Integration
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
mehr als 4 WE
ungenau/divergent
real
hoch
Transformation
L. Stäudel, T. Bohl, S. Merk, M. Rehm: Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht. In: journal für lehrerinnen- und lehrerbildung
1/2012
Instrument zur Aufgabenanalyse
Termin
Mögliche Wochen:
14. – 18.10.13
21. – 25.10.13
06. – 07.11.13
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel
Vielen Dank für Euer Interesse
und für Eure rege Mitarbeit!
Tramin - 07./08.03.2013 - Dr. Lutz Stäudel