[摘要]根據(jù)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)探索了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)、目的、特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)題目的設(shè)計(jì)與選擇,以及對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力的作用,并給出了機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的例子。從而為高等院校專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展,提供了有力的理論與實(shí)踐指導(dǎo)依據(jù)。
[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)教學(xué),設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),創(chuàng)新意識(shí),能力培養(yǎng)。
[中圖分類(lèi)號(hào)]G642.423[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1005-4634(2007)06-0542-03
根據(jù)教育部《關(guān)于加強(qiáng)高等院校教育人才培養(yǎng)工作的意見(jiàn)》中明確指出:“要改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,減少演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),增加工藝性、設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)?!遍L(zhǎng)期以來(lái),專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)受舊的教學(xué)體制的影響,實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為演示型,驗(yàn)證型。實(shí)驗(yàn)中,由實(shí)驗(yàn)教師親自動(dòng)手操作,學(xué)生只是觀看,將現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證一個(gè)理論是否正確,并將它整理成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,實(shí)驗(yàn)結(jié)束。因?qū)嶒?yàn)沒(méi)有涉及到考試成績(jī),學(xué)生只是走馬觀花,取不到好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而且嚴(yán)重制約了學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。因此,應(yīng)該加強(qiáng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的探索。根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn),開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作,以適應(yīng)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的進(jìn)展,為社會(huì)培養(yǎng)出一流的應(yīng)用性人才而做出貢獻(xiàn)。
1設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師提供的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,自選感興趣的題目,用所學(xué)的理論知識(shí),查閱有關(guān)資料,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并親自動(dòng)手制作一些零部件,選擇合適設(shè)備和儀器,構(gòu)成一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),經(jīng)過(guò)調(diào)試,將實(shí)驗(yàn)做完再經(jīng)實(shí)驗(yàn)后置處理(包括打印圖形或曲線(xiàn)以及數(shù)據(jù)處理)寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告,獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是充分發(fā)揮學(xué)生的智慧、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力,對(duì)操作技能訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)。
2設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的
對(duì)于專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué),設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是一個(gè)非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié),它是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的手段。開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的主要目的就是要培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本文談的能力是指一個(gè)學(xué)生完成一個(gè)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的本領(lǐng)和條件。那么設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)就是給學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)展示才能的機(jī)會(huì)。只有這樣實(shí)驗(yàn),才是培養(yǎng)能力的條件。知識(shí)是人們?cè)趯?shí)踐中所獲得的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的總和。作為學(xué)生可以通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)獲得很多知識(shí)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),啟迪了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí);通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的設(shè)備和儀器的調(diào)試,零部件的加工培養(yǎng)了學(xué)生的操作技能;通過(guò)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題,學(xué)生就要思考解決問(wèn)題的辦法,從中培養(yǎng)了解決問(wèn)題的能力。做完實(shí)驗(yàn)全過(guò)程,學(xué)生綜合能力得到訓(xùn)練,從而有效提高學(xué)生從事專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H工作的基本能力和技術(shù)技能。
3設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)
1)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的廣泛性。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是針對(duì)具體專(zhuān)業(yè)學(xué)生設(shè)立的。知識(shí)不僅包括了本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的多門(mén)專(zhuān)業(yè)課程的知識(shí),而且還包含了相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的理論知識(shí)。也可能是學(xué)生沒(méi)有學(xué)過(guò)的理論知識(shí),但它可以通過(guò)查找有關(guān)資料得到。所以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所涉及的知識(shí)面廣;
2)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合性。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué),是在有一定理論知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。對(duì)于機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō),學(xué)生是在大學(xué)中第六學(xué)期,已學(xué)完基礎(chǔ)課(包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ))和一些專(zhuān)業(yè)課(切削原理及刀具設(shè)計(jì)、CAD/CAM應(yīng)用以及機(jī)械制造工藝學(xué)),學(xué)生已具備了一定理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ),才能進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)題目綜合了這些知識(shí)的應(yīng)用。學(xué)生要綜合利用所學(xué)知識(shí)去做實(shí)驗(yàn)過(guò)程,在實(shí)驗(yàn)中還要展示他的操作技能才能完成;
3)實(shí)驗(yàn)操作的獨(dú)立性。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)只給學(xué)生一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目,學(xué)生獨(dú)立去查閱資料,理解知識(shí),用所學(xué)到理論和查閱的知識(shí),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程都是由學(xué)生獨(dú)立完成,充分發(fā)揮他們的能力,體現(xiàn)了學(xué)生的獨(dú)立性;
4) 實(shí)驗(yàn)方案的多樣化。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案,自行選擇儀器和設(shè)備,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法和步驟。每個(gè)人有不同的思路所以設(shè)計(jì)方案不同,一個(gè)題目可以多種方案,體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)方案的多樣化。
4設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目設(shè)立
根據(jù)機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是單獨(dú)設(shè)立的教學(xué)課程。其中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須與其他專(zhuān)業(yè)課程中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不沖突。也就是說(shuō),專(zhuān)業(yè)各門(mén)課程中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,不能再重復(fù)去做。經(jīng)過(guò)指導(dǎo)教師的精心研究和準(zhǔn)備,給學(xué)生設(shè)立了4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。機(jī)床精度測(cè)試方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如下:①機(jī)床幾何精度檢驗(yàn);②車(chē)床主軸回轉(zhuǎn)精度測(cè)量;③ 銑床定位精度測(cè)量;④平面磨床加工與磨削表面質(zhì)量測(cè)量。
從以上四個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,可以看出有以下幾個(gè)特點(diǎn):①難易適中。大多數(shù)同學(xué)可在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)立合適與否關(guān)系到能否達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,能否保證設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。選好項(xiàng)目是順利完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的條件。項(xiàng)目小而簡(jiǎn)單也就失去設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的意義,難以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的目的;題目過(guò)大,實(shí)驗(yàn)過(guò)于難且復(fù)雜,使學(xué)生無(wú)從下手也就沒(méi)有勇氣和信心在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成,達(dá)不到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)立應(yīng)該是根據(jù)教學(xué)大綱規(guī)定的要求,結(jié)合理論課上的內(nèi)容,兼顧專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和實(shí)際工作現(xiàn)狀,合理設(shè)立,這樣才能達(dá)到預(yù)想的目的。筆者認(rèn)為,作為機(jī)械制造專(zhuān)業(yè),以上機(jī)床精度測(cè)試的四個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇合理,難易適中,如果學(xué)生認(rèn)真去做可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成;②可行性。確定實(shí)驗(yàn)題目要充分考慮它的可行性,不僅考慮實(shí)驗(yàn)條件的可行性,還要盡量利用實(shí)驗(yàn)室已有的儀器設(shè)備(通用設(shè)備)來(lái)完成此實(shí)驗(yàn);③創(chuàng)新和探索性。實(shí)驗(yàn)題目的選取要有創(chuàng)新和探索性,使學(xué)生有一定的思考和創(chuàng)新的空間,通過(guò)自己所學(xué)的理論知識(shí)和查閱有關(guān)資料,創(chuàng)造出新的實(shí)驗(yàn)方法和手段;④綜合性。實(shí)驗(yàn)題目的選取要使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程,提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的綜合能力。
5學(xué)生選擇設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原則
為了使學(xué)生充分發(fā)揮自己的才能,運(yùn)用所學(xué)到的知識(shí)去設(shè)計(jì)自己感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,達(dá)到學(xué)生自我發(fā)展的目標(biāo),選擇好相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,取得好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,應(yīng)將所設(shè)立的實(shí)驗(yàn)題目在第一節(jié)課上公開(kāi),并標(biāo)明每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的指導(dǎo)教師的名字,將各個(gè)指導(dǎo)教師作以自我介紹,畢業(yè)學(xué)校、研究方向等信息傳達(dá)給學(xué)生,經(jīng)學(xué)生慎重考慮成熟,自行選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和指導(dǎo)教師。筆者認(rèn)為,這是發(fā)揮學(xué)生自己才能的最好機(jī)會(huì),體現(xiàn)了他們的個(gè)性鍛煉和培養(yǎng)了創(chuàng)新能力和操作技能。因?yàn)槭亲约哼x擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,就會(huì)盡心盡力去完成,也增加了學(xué)生的責(zé)任感以及完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程的成就感,因而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,對(duì)他們以后成長(zhǎng)大有益處。
6設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的成績(jī)?cè)u(píng)定
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是一門(mén)教學(xué)課程,學(xué)生成績(jī)百分制,但和日常教學(xué)課程有一定區(qū)別。理論課程可以通過(guò)考試成績(jī)確定,而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課是通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐,包括很多環(huán)節(jié),其中包括在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)室,在指定時(shí)間內(nèi)必須在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn);包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、操作技能、處理問(wèn)題的能力;同時(shí)也包括數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等幾部分。為了能給學(xué)生合理的成績(jī),實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師就要認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)記錄,視學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分思考題答解而給出成績(jī)。筆者在評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)時(shí)是這樣做的:①課堂表現(xiàn)40分,包括紀(jì)律,加工零部件的操作技能,調(diào)整儀器的動(dòng)手能力,實(shí)驗(yàn)過(guò)程的完成情況;②實(shí)驗(yàn)報(bào)告30分,包括設(shè)計(jì)方案,創(chuàng)新,數(shù)據(jù)的處理結(jié)果;③6道思考題解答30分(答在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中)。
實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)驗(yàn)第一節(jié)課中告知學(xué)生,所以在實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程中,能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,設(shè)計(jì)了很多實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案多樣化,且有很多創(chuàng)新點(diǎn),數(shù)據(jù)處理各有不同,有的是用微機(jī)處理,有的是人工計(jì)算,有的用圖表示,說(shuō)明問(wèn)題,有的列出數(shù)學(xué)模型和方程式表示。實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫(xiě)得認(rèn)真清晰,思考題答解準(zhǔn)確程度在95%。充分體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的興趣和認(rèn)真程度,因此設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是以后實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)必要的教學(xué)環(huán)節(jié)。
7設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐體會(huì)
針對(duì)燕山大學(xué)的實(shí)際情況,首先對(duì)04屆本科生開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)?,F(xiàn)舉例04屆機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)學(xué)生的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過(guò)程。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在機(jī)械制造實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行?!稒C(jī)床幾何精度檢驗(yàn)項(xiàng)目》有14名學(xué)生選擇。
該實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行需要學(xué)生具備如下知識(shí):①機(jī)械原理;②測(cè)試技術(shù);③機(jī)械制造工藝學(xué);④金屬切削原理與刀具設(shè)計(jì);⑤機(jī)床概論與機(jī)床設(shè)計(jì)等。實(shí)驗(yàn)室人員準(zhǔn)備設(shè)備和儀器。該實(shí)驗(yàn)是在CA6140型車(chē)床上進(jìn)行的,檢驗(yàn)儀器有自準(zhǔn)直儀(平行光管),框式水平儀,合象儀,千分表及磁力表座,椎柄檢棒和直柄檢棒等。機(jī)床幾何檢驗(yàn)項(xiàng)目給出10項(xiàng)。
該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的步驟如圖1所示:
實(shí)驗(yàn)步驟如下:
1)查閱資料,為設(shè)計(jì)方案做準(zhǔn)備工作。由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師主講實(shí)驗(yàn)要求,宣布題目的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生根據(jù)給定的設(shè)備和儀器,查閱有關(guān)資料:①大連工學(xué)院戴曙主編《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》中的有關(guān)普通機(jī)床幾何精度檢驗(yàn)項(xiàng)目及允差,以及幾何精度對(duì)加工精度的影響;②金屬切削原理教材;③儀器說(shuō)明書(shū);④設(shè)備的說(shuō)明書(shū),以熟悉各種實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的特點(diǎn)和使用方法;
2)制定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)題目的要求,在查閱有關(guān)資料的基礎(chǔ)上,明確實(shí)驗(yàn)原理,定出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法、步驟以及列出所用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備,制定出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,這是學(xué)生創(chuàng)造性的勞動(dòng),也是學(xué)生展示才能,充分發(fā)揮自己個(gè)性的階段,用所學(xué)到的綜合知識(shí)應(yīng)用到一個(gè)實(shí)際的階段;
3)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的審查階段。指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生提交的設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行審核,確定是否合理可行,指出所存在的問(wèn)題,讓學(xué)生進(jìn)一步的進(jìn)行改進(jìn),直到合理可行為止,指導(dǎo)教師簽字認(rèn)可,學(xué)生開(kāi)始實(shí)施。指導(dǎo)教師要求有較高的自身素質(zhì),而且已經(jīng)過(guò)一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)全過(guò)程,所以對(duì)指導(dǎo)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有一定理論和實(shí)踐依據(jù)和能力。審查階段的任務(wù)比較慎重,這是有關(guān)實(shí)驗(yàn)是否能夠順利進(jìn)行的關(guān)鍵,必須把好關(guān),才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期的效果;
4)方案實(shí)施階段。以04機(jī)制1班丁雪峰所做的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程為例檢驗(yàn)。該學(xué)生根據(jù)審查后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,開(kāi)始實(shí)施。實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行操作,由檢驗(yàn)項(xiàng)目1到檢驗(yàn)項(xiàng)目10逐項(xiàng)檢驗(yàn)。選擇儀器和設(shè)備:CA6140車(chē)床、自準(zhǔn)直儀、合象儀、框式水平儀、檢驗(yàn)棒2個(gè)、千分表和磁力表座。檢驗(yàn)過(guò)橋裝在機(jī)床導(dǎo)軌上,過(guò)橋表面裝上自準(zhǔn)直儀中的反過(guò)鏡,主軸箱卸掉,在端頭放置望遠(yuǎn)系統(tǒng),導(dǎo)軌分段,每200毫米檢驗(yàn)一次,共檢驗(yàn)六次,記錄每段示值,用圖表示導(dǎo)軌在水平面不直度誤差。將鋼絲在床頭和床尾用鼓輪架起,尾座后用重物將鋼絲墜下,讀數(shù)顯微鏡放置在溜板上,首尾鋼絲調(diào)好零點(diǎn),按以上方法移動(dòng)溜板,讀數(shù)顯微鏡手輪讀數(shù)記錄,將測(cè)得數(shù)值用曲線(xiàn)畫(huà)出。
以后檢驗(yàn)項(xiàng)目依次檢驗(yàn)。這個(gè)階段,展示學(xué)生動(dòng)手能力,使能力得到很快提高;
5)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(包括思考題答解)學(xué)生做完設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)之后,開(kāi)始撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括:設(shè)計(jì)方案,實(shí)驗(yàn)原理、方法,儀器和設(shè)備,實(shí)驗(yàn)步驟,數(shù)據(jù)處理方法以及思考題答解。
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的現(xiàn)場(chǎng)。該實(shí)驗(yàn)過(guò)程充分發(fā)揮學(xué)生的個(gè)性體現(xiàn),操作技能得到一定訓(xùn)練,實(shí)驗(yàn)效果很好。要充分認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開(kāi)展工作的必要性。通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,努力提高教學(xué)質(zhì)量,為培養(yǎng)現(xiàn)代化人才做出貢獻(xiàn)。
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