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Planungsbeispiel Physik Schatten und Bilder untersuchen 15.08.2010

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Planungsbeispiel Physik Kompetenzschwerpunktes:

Schatten und Bilder untersuchen

Hinweis

Dieses Planungsbeispiel lehnt sich an das Muster des ersten Planungsbeispiels „Die Wirkun-gen von Strahlung untersuchen und bewerten“. Deshalb werden die dort allgemein ausgeführ-ten Hinweise zu jedem einzelnen Schritt an dieser Stelle nicht noch einmal aufgenommen. Außerdem werden die kursiv gekennzeichneten Schritte ausgelassen.

Schrittfolge

1 Erstellung eines Zuordnungsschemas (Kompetenzen – Grundwissen)

2 Erstellung eines fachlichen Netzes (Fachinhalte)

3 Ermittlung der konkreten Ausgangssituation

4 Prüfung sinnstiftender Kontexte auf Eignung

5 didaktische Aufbereitung des Kontextes

6 Feinplanung der Unterrichtssequenz

7 vorläufige Festlegung des zeitlichen Umfangs

8 Diagnose der Kompetenzentwicklung

Know-how : Vom Lehrplan zur individuellen Unterrichtsplanung


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Zur Vereinfachung der weiteren Arbeit werden die Teilkompetenzen im Lehrplan innerhalb der Kompetenzbereiche nummeriert.

3.1 Schuljahrgang 6

Kompetenzschwerpunkt: Schatten und Bilder untersuchen

1 natürliche und technische Vorgänge, bei denen Licht erzeugt werden kann, nennen

2 die Lage von Schatten ermitteln und die Entstehung von Sonnen- und Mondfinsternissen erklären

Fachwissen

3 die Lage und Größe von Bildern zeichnerisch ermitteln

1 Experimente nach Anleitung durchführen und auswerten:

� Lichtdurchlässigkeit von Stoffen

� Bestimmung der Brennweite von Sammellinsen

Erkenntnisge-winnung

2 Lineal als Messgerät richtig verwenden

1 altersgerecht aufbereitete Texte, die auch Abbildungen enthalten, mit gelenkten Fragen erschließen

2 Ergebnisse von Partner- und Gruppenarbeit austauschen

3 Ergebnisse von Beobachtungen und Experimenten in kurzen Texten und einfach strukturierten Zeichnungen darstellen

4 die Bildentstehung im Auge beschreiben

Kommunikation

5 den Aufbau einfacher optischer Geräte beschreiben und ihre Wir-kungsweise erklären

1 Veränderungen des menschlichen Lebens durch Anwendung opti-scher Geräte nennen

Bewertung

2 die Notwendigkeit des Einsatzes von Spiegeln im Straßenverkehr be-gründen

Grundlegende Wissensbestände

- Lichtquellen, beleuchtete Körper

- Lichtausbreitung, Modell Lichtstrahl

- Schatten, Halbschatten, Finsternisse

- Reflexion, ebener Spiegel, Hohlspiegel

- Brechung, Sammellinse

- Lupe oder Brille, Fotoapparat oder Fernrohr

Bezüge zum fächerübergreifenden Thema

- Sicher leben – zu Hause, in der Schule und im Straßenverkehr


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1 Erstellung eines Zuordnungsschemas (Kompetenzen – Grundwissen)

Fachwissen anwenden

Erkenntnisse gewinnen

Kommunizie-ren Bewerten

Lichtquellen, beleuchtete Körper 1 1 1, 2, 3 1

Lichtausbreitung, Modell Lichtstrahl 2, 3 1, 2 3

Schatten, Halbschatten, Finsternisse 2,3 2, 3

Reflexion, ebener Spiegel, Hohlspiegel 3 5 2

Brechung, Sammellinse 3 1, 2 4

Lupe oder Brille, Fotoappa-rat oder Fernrohr

3 1, 2 1

2 Erstellung von fachlichen Netzen (Fachinhalte)

Schatten


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3 Ermittlung der konkreten Ausgangssituation

Voraussetzung, die nach Lehrplan im Unterricht anderer Fächer erworben wurden:

Fächer Sjg. Bereich

Kompetenzschwerpunkte Kompetenzen

grundlegende Wissensbestände

prozessbezogene Kompetenzen - wesentliche und unwesentliche Merkmale an

lebenden und nicht lebenden Objekten be-trachten und voneinander unterscheiden

- unter Anleitung Objekte untersuchen, in ih-rem Bau erfassen, Messungen durchführen sowie erste Einsichten in Funktionen und Zu-sammenhänge erlangen

- Eindrucksvolles und Bedeutendes an Pro-zessen auch über längere Zeitabschnitte zielgerichtet beobachten

- Informationen zu einem Sachthema sam-meln, diese ordnen und sich darüber zusam-menfassend äußern

- unterschiedliche Präsentationsmöglichkeiten nutzen, z. B. Plakate, Übersichten, Zeichnun-gen, Fotos, Rollenspiele

Verkehrsbezogener Bereich

- optische und akustische Zeichen des Stra-ßenverkehrs wahrnehmen und angemessen reagieren

- optischen Zeichen: Lichtzeichen an Anlagen, Handzeichen und Gesten; akustischen Zeichen: Motoren- und Fahrgeräusche, Sonderzeichen, Warnzeichen, Warnsignale

Sac

hunt

erric

ht

4

Naturwissenschaftlicher Be-reich

- Wetter und seine Erscheinungsformen in den verschiedenen Jahreszeiten beobachten, messen, darstellen und vergleichen

- Tagbogen der Sonne im Sommer und Winter, Daten der Winter und Som-mersonnenwende


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Fächer Sjg. Bereich

Kompetenzschwerpunkte Kompetenzen

grundlegende Wissensbestände

Mat

hem

atik

4 Bereich: Größen und Mes-sen

- Größen beim Messen und begründetem Schätzen verwenden, mit Messgeräten sach-gerecht umgehen

- Länge: Millimeter (mm), Zentimeter (cm), Meter (m), Dezimeter (dm), Ki-lometer (km)

Ges

talte

n

4 Bereich: Malen / Färben / Beschichten

- Farb- und Formwirkungen im Alltag erkennen sowie deren Funktion deuten und anwenden

- Farbwirkungen: kalte und warme Far-ben, Signalwirkungen, Gefühls- und Symbolwert der Farben

- Funktionen der Farben in Natur, Mode, Technik und Werbung

- Farbklängen: fröhlich, düster, kontrast-arm, kontrastreich, leise, laut, traurig

Bio

logi

e

5/6 Lebewesen und ihre Ent-wicklung beschreiben

- Lebewesen und ihre Kennzeichen beobach-ten und vergleichen

- gewonnene Erkenntnisse nach vorgegebe-nen Kriterien veranschaulichen und präsen-tieren

Im Anfangsunterricht Physik im Schuljahrgang 6 ist besonderer Wert auf die Ausprägung und Entwicklung von Kompetenzen zu legen, die eine Basis für die Weiterentwicklung und Vervollkommnung in den späteren Schuljahrgängen darstellen, insbesondere das Beobachten, das Ordnen, das Messen, das Experimentieren, das Protokollieren und das Recherchieren.


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Feinplanung der Unterrichtssequenz

Phase inhaltlicher Schwerpunkte

didaktisch-methodische Gestaltung Materialien

Unterrichtsgespräch

Erarbeitung der theoretischen Grundlagen

SEG, verschiedene Körper, Haftoptik 1

(3 h)

Lichtquellen und be-leuchtete Körper

Gruppenarbeit

Recherche und Präsentation (Mindmap/Poster) zu Möglichkeiten der Lichterzeugung

Lehrbuch; Internet, Schulbibliothek

Lehrerdemonstrationsexperiment

Handhabung der Geräte des SEG Optik

SEG, SVG

Einzelarbeit

Arbeitsblatt zum Modell Lichtstrahl

Arbeitsblatt, Lehrbuch

Schülerexperiment in Partnerarbeit

erstes Kennenlernen des SEG für Schüler

SEG

2

(4 h)

Lichtstrahl als Modell,

Ausbreitung des Lichtes

Schülerexperiment

Lichtdurchlässigkeit

SEG

Aufgabe 111

Lehrer- oder Schülerdemonstrationsexperiment

Entstehung von Schatten

SEG, Haftoptik


Erarbeitung der theoretischen Grundlagen

Gruppenarbeit

Entstehung von Finsternissen,

Binnendifferenzierung mit gestuften Aufgaben

Lehrbuch, Lehrbuch Astronomie Kl.10 als Klassensatz, Tellurium, Film: „Sonne, Erde Mond“, Besuch eines Planetariums

3

(4h)

Schatten, Halbschatten,

Finsternisse

Evaluation

Test Strahlenverläufe ergänzen

Arbeitsblatt

1) Die Angaben zu den Aufgaben beziehen sich auf die Lern- und Testaufgaben unter: http://www.bildung-lsa.de/unterricht/faecher/physik/sekundarschule/lern__und_testaufgaben/schuljahrgang_6.html


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Phase inhaltlicher

Schwerpunkte didaktisch-methodische Gestaltung Materialien


„Warum können wir Körper sehen“

Demonstrationsexperiment

Licht an/aus; Raum verdunkeln

Schülerexperiment in Gruppenarbeit mit verschiede-nen Anwendungen

Reflexion an Spiegeln

Experimente zur Untersuchung technischen Anwen-dung im Modell

SEG, verschiedene technische Anwendun-gen, z. B.: Spiegelreflexkamera, Periskop, Schminkspiegel, Spiegelteleskop

4

(4 h)

Reflexion des Lichtes

Evaluation/Test

Strahlenverläufe ergänzen

Arbeitsblatt

Lehrerdemonstrationsexperiment

Zerlegung des weißen Lichtes am Prisma

Haftoptik

Schülerexperiment

Brechung des Lichtes an verschiedenen Körpern

SEG, Aufgabe 2

5

(5 h)

Brechung des Lichtes

Evaluation/Test

Strahlenverläufe ergänzen

Arbeitsblatt

6

(3h)

Optische Geräte: Lu-pe/Brille, Fotoappa-rat/Fernrohr

Gruppenarbeit

Gestaltung eines informativen Posters

Internet, Schulbibliothek, EMU, Aufgabe 4

7

(1h)

Evaluation Klassenarbeit Klassenarbeit

Erläuterung der Abkürzungen:

SEG Schülerexperimentiergeräte SVG Schülerstromversorgungsgerät


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7 vorläufige Festlegung des zeitlichen Umfangs

In der obigen Tabelle sind zur Orientierung mögliche zeitliche Umfänge für die einzelnen Pha-sen angegeben. Der an einigen Stellen relativ große Umfang ergibt sich aus dem breiten An-teil an selbstständiger Schülertätigkeit. Der vorgeschlagene Besuch eines Planetariums sollte gemeinsam mit den Fächern Geographie und Ethik organisiert werden.

Diese Planung ist nur eine Orientierung. Denkbar ist auch eine völlig anders organisierte Un-terrichtsarbeit: bei der Verwendung von „Monatsplänen“ (nach dem Prinzip des Wochenar-beitsplanes) wäre auch eine Nutzung einer sogenannten Lerntheke denkbar. Dazu stellt die Lehrkraft Arbeitsaufträge und dazu notwendige Materialien bereit, während die Schüler je nach Leistungsvermögen die Gesamtplanung durchlaufen. Dabei ist es aber so, dass nicht jeder Schüler alle Aufgaben bearbeitet, sondern eben nur ein festgelegtes Minimum. Zur (Selbst)Überwachung der Schülerleistungen können Fragestellungen dienen, die allen Schü-lern zu Beginn dieser Arbeitsphase ausgegeben werden.


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8 Diagnose der Kompetenzentwicklung (Test- und Evaluationsaufgaben)

Weitere Testaufgaben findet man unter:

http://www.bildung-lsa.de/unterricht/faecher/physik/sekundarschule/lern__und_testaufgaben/schuljahrgang_6.htm l

Aufgabe 1: Lichtquellen

Beschreibe mindestens drei Möglichkeiten der Erzeugung von Licht.

Vergleiche die einzelnen Möglichkeiten mithilfe folgender Tabelle:

Lichtquelle Vorteile Nachteile

Aufgabe 2: Schattenbildung

a) Zeichne jeweils die Schatten ein.

b) Die Mittelpunkte zweier Lampen sind drei Zentimeter voneinander entfernt. Drei Zen-zimeter vor den Lampen steht ein zwei Zentimeter hoher, lichtundurchlässiger Gegens-tand.

Ermittle, wie breit das Kernschattengebiet ist, das auf einem fünf Zentimeter vor den Lampen befindlichen Schirm entsteht.


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Aufgabe 3: Lichtausbreitung

a) Definiere den Begriff Lichtquelle. Begründe, warum der Mond nicht dazugehört.

b) Nenne drei Eigenschaften der Lichtausbreitung.

c) Benenne den Verlauf der Lichtausbreitung in den folgenden Bildern.

Bezeichnung

Aufgabe 4: Bildkonstruktion

Ein 1,5 cm großer Gegenstand befindet sich 6 cm von einer Sammellinse entfernt, deren Brennweite 3 cm beträgt.

Konstruiere das dazugehörige Bild und nenne seine Eigenschaften.

Aufgabe 5: Satzteile verbinden

Es soll ein kurzer Informationstext zur Optik entstehen

a) Schau dir die folgenden Satzteile an und ergänze die zusammengehörenden Satzteile in der unteren Tabelle

A Lichtquellen sind … 1 … spricht man von diffuser Reflektion.

B Licht breitet sich …

2 … aufrechte, gleich große, scheinbare Bil-der.

C Der ebene Spiegel erzeugt … 3 … Körper, die selber Licht erzeugen.

D Wird Licht an einer rauen Oberflä-che zurückgeworfen, …

4 … geradlinig nach allen Seiten aus.

E Optik ist … 5 … gebrochen und zum Teil reflektiert.

F Reflexionsgesetz:

Der Einfallswinkel ist …

6 … Lehre vom Licht.

G An der Wasseroberfläche wird das Licht …

7 … gleich groß wie der Reflexionswinkel.

H An unübersichtlichen Straßenkreu-zungen …

8 … einen Hohlspiegel und eine Glühlampe.

I Der Autoscheinwerfer enthält als wichtigste Teile …

9 … findet man oft Wölbspiegel.

A B C D E F G H I

b) Schreibe die fertigen Sätze in einer sinnvollen Reihenfolge auf.


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Aufgabe 6: Optische Phänomene

a) Auf dem Bild siehst du dunkle Streifen an der Wand.

- Benenne diese optische Erschei-nung.

- Erläutere ihre Entstehung. Verwende dazu auch eine geeignete Skizze.

b) Das Foto wurde während des Phy-sikunterrichtes gemacht.

Beschreibe die Abbildung.

Erkläre den physikalischen Hinter-grund.

Aufgabe 7: Die Schattenuhr

Mit dem Schatten von Körpern haben die Meschen viele Tausend Jahre die Zeit bestimmt.

Untersuche, wie man das machen kann.

Aufgabe 8: Wandernde Schatten

a) Laufe an einem Abend durch eine Straße, in der die Straßenlampen schon leuchten, und beobachte deinen Schatten.

Beschreibe deine Beobachtung.

b) Schneide einen Kreis aus Pappe aus. Klebe ihn mit einem Klebestreifen in die Mitte einer Fensterscheibe. Warte bis die Sonne durch dieses Fenster scheint.

Markiere den Umriss des Schattens mit Kreide. Warte zehn Minuten. Markiere erneut den Umriss mit Kreide.

Beschreibe was du beobachtest hast. Vergleiche dazu Lage und Form der Schatten.

Formuliere, was du aus deiner Beobachtung schließen kannst.


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Bild 1 Bild 2

Aufgabe 9: Merkwürdige Schatten

Ein Zimmer wurde einmal mit einer Mattglasglühlampe und einmal mit einer Leuchtstoffröhre beleuchtet. Dabei entstanden folgende Abbildungen.

a) Ordne den Bilderndie richtige Lampe zu:

Mattglasglühlampe Leuchtstoffröhre

Bild ….. Bild ….

b) Erläutere mithilfe von Skizzen, warum diese merkwürdigen Schatten entstehen.

Aufgabe 10: Löcher und ihre Bilder

a) Fallen Sonnenstrahlen durch ein kleines Loch in der Jalosie, so entstehen sogenannte Sonnentaler.

Erkläre diese Erscheinung.

b) Schneide in eine Pappe kleine Löcher entsprechend der Abbildung. Halte diese Pappe zwischen eine Klarsichtglühlampe und einem Schirm.

Verändere die Lage der Pappe und beschreibe die jeweiligen Bilder der Löcher.


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Aufgabe 11: Bestimmung von Schiffspositionen

Wenn vor 200 Jahren ein Kapitän wissen wollte, auf welcher Position sich sein Schiff gerade befindet, dann verwendete er einen sogenannten Oktanten (Achtel-kreis).

Ein Oktant besteht im Wesentlichen aus einem festen Spiegel 1, der aber zur Hälfe unverspiegelt ist.

Ein weiterer Spiegel 2 sitzt auf einem beweglichen Arm, der an einem Winkelmesser endet.

Die Positionsbestimmung erfolgt in zwei Schritten:

(1) Der Arm wird auf 0° eingestellt. Jetzt stehen beide Spiegel parallel. Der Oktant wird so gehalten, dass man die Horizontlinie (Kimm) im ersten Spiegel zweimal sieht.

(2) Jetzt wird der Arm so weit verdreht, bis das Bild der Sonne vom zweiten Spiegel durch den unverspiegelten Teil des ersten Spiegels erscheint. Dann wird am Winkelmesser der Drehwinkel abgelesen.

a) Wenn der Spiegel 2 um 20° gedreht wird, dann steht die Sonne 40° über dem Horizont.

Erkläre diese Aussage.

b) Die Winkelmessung wurde insbesondere zur Mittagszeit vorgenommen.

Erläutere, wie der Kapitän feststellen konnte, wann es Mittag ist.

c) Beschreibe zwei Nachteile, die bei Verwendung des Okktanten auftreten.

d) Überlege, wie man mithilfe einer Uhr die geographische Länge bestimmen kann. T

Spiegel 2

Spiegel 1

Winkelmesser

Farbfilter

Winkelmesser


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Klassenarbeit: Licht, Schatten und Bilder

1 Ergänze folgenden Text (5 BE)

Die wichtigste _________________ist unsere Sonne. Sie liefert uns die zum Leben notwendige_________. Auf der Erde verwenden wir noch andere Lichtquellen. Das sind alle Körper die _____ _____________, wie zum Beispiel: 1.___________ 2._____________ 3.______________.

Die große Mehrheit aller Körper unserer Umgebung können wir aber nur sehen, weil sie _____ _____ ____________. Das Licht breitet sich im Allgemeinen allseitig und geradlinig aus. Um die Ausbreitung des Lichtes besser darstellen zu können verwendet man das Modell ______________.

Hinter lichtundurchlässigen Körpern entstehen ___________. Diese Erscheinung ha-ben die Menschen schon sehr früh bei der Beobachtung der Bewegungen von Sonne, Erde und Erdmond entdeckt. Man nennt sie __________- und __________________.

Du kannst dabei einige der folgenden Wörter verwenden:

Mondfinsternisse, Lichtquelle, Tiere, Mond, Taschenlampe, Wärmequelle, Kerzen, Schatten, reflektieren, Energie, Wärme, Licht, aussenden, Feuer, Thermometer, Lam-pen, Lichtstrahl, Sonnenfinsternisse, Zitrone, Baum

2 Krankenwagen (2 BE)

Die Aufschrift auf Krankenwagen sieht merkwürdig aus.

Begründe, warum das so gemacht wird.

3 Katzenaugen (1 BE))

Katzenaugen leuchten in der Nacht.

Kreuze die richtige Begründung an:

A

Die Katze ist nachtaktiv. Deshalb senden Augen im Dunkeln Licht aus, um die Beu-te zu sehen.

B

Die Augen der Katze sind im Innern gelb. Das sieht man aber erst im Dunkeln, weil dann die Pupille weit geöffnet ist

C

Eine spiegelnde Fläche hinter der Netz-haut des Katzenauges reflektiert das Licht: So kann es ein zweites Mal genutzt werden.

D

Im Dunkeln leuchten die Augen aller Le-bewesen, weil sie ja sonst nichts sehen können.

(Quelle: http://www.sabines-kaleidoskop.de/NachtAzur.htm)

(Bildquelle: http://www.spieleradar.de/blog/wp-content/uploads/2008/11/krankenwagen.jpg)


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4 Strahlenverlauf im Aquarium (3 BE)

Ein Lichtstrahl fällt in ein Aquarium, auf dessen Boden ein Spiegel liegt.

Ergänze den weiteren Verlauf des Lichtstrahls.

5 Ergänze den Strahlenverlauf und beschrifte die Skizze (5 BE)

6 U-Boot (3 BE)

Damit der Kapitän eines U-Bootes andere Schiffe oder Ha-feneinfahrten sehen können, verwenden sie ein Sehrohr (Periskop). Ein Teil eines solchen Sehrohres ist abgebildet.

Ergänze in der Skizze die fehlenden Teile und den Strah-lenverlauf.

Erkläre, wie das Sehrohr funktioniert.

F F


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Hinweise zum Erwartungshorizont

AFB Nr. Beschreibung der Lösungen

I II III

1 Die wichtigste Lichtquelle ist unsere Sonne. Sie liefert uns die zum Le-ben notwendige Energie/Wärme. Auf der Erde verwenden wir noch an-dere Lichtquellen. Das sind alle Körper die Licht aussenden wie zum Beispiel: 1. Feuer 2. Kerzen 3. Lampen

Die große Mehrheit aller Körper unserer Umgebung können wir aber nur sehen, weil sie das Licht reflektieren. Das Licht breitet sich im Allgemeinen allseitig und geradlinig aus. Um die Ausbreitung des Lich-tes besser darstellen zu können verwendet man das Modell Licht-strahl.

Hinter lichtundurchlässigen Körpern entstehen Schatten. Diese Er-scheinung haben die Menschen schon sehr früh bei der Beobachtung der Bewegungen von Sonne, Erde und Erdmond entdeckt. Man nennt sie Sonnen- und Mondfinsternisse

5

2 Begründung, z. B.:

Autofahrer sehen Fahrzeuge hinter ihrem eigenen Auto im Rückspiegel. Wie jeder Spiegel vertauscht er die Seiten – man sieht also die Schrift als Spiegelschrift. Steht jedoch wie bei diesem Krankenwagen der Auf-druck in Spiegelschrift, dann kann der Autofahrer sie ohne Probleme lesen.

2

3 Antwort C 1

4 Ergänzung des Strahlenverlaufs

3

5

5

F F

optische Achse

Parallelstrahl

Linsenachse

Brennpunkt


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AFB Nr. Beschreibung der Lösungen

I II III

6 Ergänzung der Skizze Erklärung, z. B.: Das von anderen Schiffen ausgehende Licht wird an beiden Spiegel reflektiert und da-durch nach unten gelenkt.

3

Summe 5 11 3

Autoren des Planungsbeispiels:

Honcu, Evelyn Schönebeck Kelch, Dirk Wernigerode Koch, Ingo Parey Pommeranz, Hans-Peter Halle

LISA Halle 2010

Die Aufgaben und Materialien sind urheberechtlich geschützt. Alle Rechte bleiben vorbehal-ten. Die Nutzung zu privaten und für nicht kommerzielle schulische Unterrichtszwecke ist zulässig. Jegliche darüber hinaus gehende Nutzung ist nur mit ausdrücklicher schriftlicher Genehmi-gung des LISA (Landesinstitut für Schulqualität und Lehrerbildung Sachsen-Anhalt) zulässig.

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