摘 要:大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)在大學(xué)物理教學(xué)中發(fā)揮著重要作用,演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式有很多種,如何選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式,使演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到更佳的教學(xué)效果,需要充分考慮到演示儀器的特點(diǎn)、學(xué)生的水平等因素。本文結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),在將多種教學(xué)模式結(jié)合的基礎(chǔ)上,將演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸到學(xué)生活動(dòng)中,強(qiáng)化了演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞:演示實(shí)驗(yàn) 教學(xué)模式 教學(xué)效果
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-9795(2014)05(a)-0107-03
Analyzing on the Teaching Model of University Physics Demonstration Experiment
Wang Gang1,Xu Yishuang2
(1.basis department,Tianjin College, University of Science and Technology Beijing; 2.experimental managing center,Tianjin College, University of Science and Technology Beijing,Tianjin,301830,China)
Abstract:University physics demonstration experiment teaching plays an important role in college physics teaching, and there are many kinds of demonstration experiment teaching model,so how to select the appropriate teaching model to let the demonstration experiment achieve better teaching results,we should take full account of the demonstration instruments’features,the levels of students and other factors.This paper combined with years of teaching experience, on the basis of combining variety of teaching models,extends the demonstration experiment to students’activities and strengthens the teaching effect of demonstration experiment.
Key Words:Demonstration Experiment;Teaching Mode;Teaching Effect
物理學(xué)本質(zhì)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。實(shí)驗(yàn)使得理論直觀形象、有據(jù)可依;理論使得實(shí)驗(yàn)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、有理可循。所以大學(xué)物理教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)教學(xué),而演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是大學(xué)物理教學(xué)過程中不可缺少的一環(huán)[1-2]。演示實(shí)驗(yàn)以其原理易懂、操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象生動(dòng),深受學(xué)生的歡迎。但由于大學(xué)物理課程內(nèi)容較多而學(xué)時(shí)較少使得一些教學(xué)工作者對(duì)演示實(shí)驗(yàn)重視度不夠,再加上學(xué)校經(jīng)費(fèi)有限等因素往往使演示資源沒有充分利用。
1 演示實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)
物理演示實(shí)驗(yàn)的目的就是把要研究的物理現(xiàn)象清晰地展示給學(xué)生,引導(dǎo)學(xué)生觀察思考和理解物理規(guī)律[3]。通過觀察物理現(xiàn)象,思考物理規(guī)律,學(xué)生得出的認(rèn)知是符合人類的認(rèn)知規(guī)律的,這種教學(xué)勢(shì)必更加科學(xué)。演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)要么隸屬于大學(xué)物理教學(xué),要么獨(dú)立成課,無(wú)論選用哪種教學(xué)模式都應(yīng)充分考慮到演示實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。
用于演示實(shí)驗(yàn)的儀器,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易操作,對(duì)操作者的實(shí)驗(yàn)水平要求不高。以大學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備,只要在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生按照儀器說(shuō)明、注意事項(xiàng)等進(jìn)行操作,完成演示并不困難。這一特點(diǎn)使得演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為理論教學(xué)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之間的紐帶,可供初學(xué)者培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)技能和提高學(xué)習(xí)物理的興趣。同時(shí)這一特點(diǎn)也使得演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以面向更廣泛的對(duì)象,對(duì)于物理基礎(chǔ)較薄弱非理工科學(xué)生,演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以給他們提供一個(gè)培養(yǎng)理工素養(yǎng)的機(jī)會(huì)。
演示實(shí)驗(yàn)調(diào)試便捷,重復(fù)性好。演示實(shí)驗(yàn)儀器在使用時(shí),可以迅速的調(diào)試完畢供學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,由于調(diào)試步驟少,調(diào)試難度低,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象重復(fù)性好,很少發(fā)生隨機(jī)狀況。課堂教學(xué)中演示實(shí)驗(yàn)起到的作用是輔助教學(xué),課堂演示是為教師更好的完成課堂教學(xué)而存在的,這就意味著課堂演示不能占據(jù)過多的時(shí)間,演示實(shí)驗(yàn)儀器這一特點(diǎn)恰好滿足課堂教學(xué)的需要,為演示實(shí)驗(yàn)融入大學(xué)物理課堂教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。
演示實(shí)驗(yàn)可以將枯燥的知識(shí)轉(zhuǎn)化成生動(dòng)的現(xiàn)象,有助于學(xué)生理解知識(shí),加強(qiáng)教學(xué)效果。教學(xué)演示比講解更容易引起學(xué)生的注意,學(xué)生的思緒跟上教師的節(jié)奏有助于教學(xué)工作的順利展開。通過觀察現(xiàn)象,學(xué)生可以將理論與現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比,在教師的指導(dǎo)下找出理論對(duì)現(xiàn)象的支持,現(xiàn)象對(duì)理論的詮釋。在這一過程中,學(xué)生通過觀察將教師講授的新知識(shí)與自己的理解相結(jié)合,對(duì)知識(shí)點(diǎn)形成一個(gè)全面而深刻的認(rèn)識(shí)。這種基于現(xiàn)象的理解要比單純聽教師的講解理解的更為透徹,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)可以取得較好的教學(xué)效果。
生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也有助于提高學(xué)生對(duì)物理的興趣,營(yíng)造良好的物理氛圍。豐富的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沖擊學(xué)生視覺的同時(shí)必然觸動(dòng)學(xué)生的內(nèi)心,引起學(xué)生的好奇心,激發(fā)學(xué)生的求知欲。興趣是最好的老師,缺乏興趣的學(xué)習(xí)是被動(dòng)的,為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)變得無(wú)趣,學(xué)習(xí)動(dòng)力不足;具有興趣的學(xué)習(xí)是主動(dòng)的,為了興趣而學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)過程中獲得滿足感,學(xué)習(xí)動(dòng)力充足。顯然后者的學(xué)習(xí)效果要優(yōu)于前者,演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、營(yíng)造物理氛圍上起到的作用是其它教學(xué)方法無(wú)法替代的。
2 演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的常見模式
為充分利用好演示資源,各院校針對(duì)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn),結(jié)合自身的具體情況,提出了多種教學(xué)模式。目前,演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的常見教學(xué)模式分為:實(shí)驗(yàn)展示、課堂教學(xué)演示、集中授課。
2.1 實(shí)驗(yàn)展示
實(shí)驗(yàn)展示是演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中靈活性較強(qiáng)的模式。實(shí)驗(yàn)展示采用比較多的方式是走廊展示和實(shí)驗(yàn)展廳。這兩種方式不需要教師講解,主要以學(xué)生為主體,相對(duì)比較靈活。學(xué)生可以根據(jù)自己的喜好選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn),也可以根據(jù)自己的時(shí)間安排自由選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間。
用于走廊展示的實(shí)驗(yàn)儀器,往往選擇現(xiàn)象明顯,操作簡(jiǎn)單的儀器,如動(dòng)態(tài)窺視無(wú)窮、克羅克斯輻射計(jì)等。這部分儀器一般放置在展柜中,儀器的線路已事先接好,旁邊擺放相應(yīng)的提示牌對(duì)演示的原理等進(jìn)行解釋。學(xué)生只要接通電源或無(wú)需操作,便可以觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,通過將觀察到的現(xiàn)象和原理進(jìn)行對(duì)比,就可以達(dá)到演示物理現(xiàn)象的目的。這種方式對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理興趣、營(yíng)造物理氛圍無(wú)疑是非常有效的,但演示實(shí)驗(yàn)儀器如果只讓學(xué)生觀察,而不讓學(xué)生操作,顯然沒有充分發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)儀器的作用。
用于實(shí)驗(yàn)展廳的儀器,往往選擇容易操作、安全性高、不易損耗的儀器,如伯努力懸浮球、斜面滾盤等。這部分儀器一般須配上相應(yīng)的操作要點(diǎn)和原理分析等文字材料,學(xué)生閱讀后便可獨(dú)立完成儀器操作,觀察物理現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)展廳給學(xué)生提供了一個(gè)動(dòng)手操作的機(jī)會(huì),學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和文字材料對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析,既鞏固了知識(shí),又充分體會(huì)到了學(xué)習(xí)的樂趣。實(shí)驗(yàn)展廳較走廊展示具有一定的優(yōu)越性,但需要學(xué)校配備一定數(shù)量的教學(xué)儀器,這對(duì)一些經(jīng)費(fèi)緊張的學(xué)校,無(wú)疑是一個(gè)難題。
2.2 課堂教學(xué)演示
課堂教學(xué)演示是演示實(shí)驗(yàn)中發(fā)展比較成熟的模式,歷來(lái)受到國(guó)內(nèi)外各高校的重視。甚至在某些歐洲國(guó)家里,有“沒有演示就不稱之謂物理課”的說(shuō)法[4]。大學(xué)物理課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容枯燥、抽象難懂,甚至有些知識(shí)是和日常生活中所積累的前科概念相矛盾的。這種情況下,只靠講解和演算,學(xué)生不易接受,此時(shí)適當(dāng)引入課堂演示實(shí)驗(yàn),有意想不到的效果。
(1)課堂教學(xué)演示有利于幫助學(xué)生集中注意力。大學(xué)物理教學(xué)過程中,知識(shí)量大而且連續(xù)性強(qiáng),聽課過程中如果學(xué)生在某一知識(shí)點(diǎn)沒有理解,在教師進(jìn)行后續(xù)知識(shí)的講解時(shí),學(xué)生會(huì)跟不上任課教師的節(jié)奏,這時(shí)學(xué)生容易出現(xiàn)注意力分散現(xiàn)象。此時(shí)如教師進(jìn)行課堂教學(xué)演示,豐富多彩的物理現(xiàn)象有助于學(xué)生重新集中精神,提高學(xué)習(xí)效率。
(2)課堂教學(xué)演示有利于幫助學(xué)生理解抽象的物理知識(shí)。大學(xué)物理中不乏抽象難懂的知識(shí)點(diǎn),有非慣性參照系中的慣性力,也有研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué),更有研究時(shí)空的相對(duì)論……這些理論抽象難懂,學(xué)生在日常生活中也很少接觸,理解起來(lái)自是難上加難。教學(xué)過程中引入課堂演示,讓理論講解和活生生的事實(shí)、生動(dòng)的現(xiàn)象結(jié)合起來(lái),學(xué)生一邊聽教師的講解一邊觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,這樣理解起來(lái)自會(huì)事半功倍了。
(3)課堂教學(xué)演示有利于糾正學(xué)生錯(cuò)誤的前科概念。前科概念,是學(xué)生根據(jù)多年的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的,這些概念大部分都是與事實(shí)相符的正確認(rèn)識(shí),但也有與事實(shí)相悖的錯(cuò)誤理解。而錯(cuò)誤的前科概念,由于由來(lái)已久,糾正起來(lái)是很困難的。如在講解摩擦力做動(dòng)力的過程中,利用幾支圓桿鉛筆和兩本書就可制成摩擦力作動(dòng)力的演示實(shí)驗(yàn)[5]。通過演示,學(xué)生可以真切的認(rèn)識(shí)到錯(cuò)誤所在,再結(jié)合教師的講解,學(xué)生便會(huì)對(duì)知識(shí)點(diǎn)形成正確的認(rèn)識(shí)。這樣顯然比單純的推導(dǎo)公式或是舉例子有更強(qiáng)的說(shuō)服力,有利于學(xué)生糾正錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。
(4)課堂教學(xué)演示使學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶更持久。演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生大腦潛在因素,能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,所形成的記憶牢固持久[6]。人的記憶能力與大腦皮層的活動(dòng)有關(guān),是具有一定特點(diǎn)的。人的大腦對(duì)形象的記憶要比對(duì)語(yǔ)言、文字的記憶更持久;理解之后的記憶要比死記硬背的記憶更牢固。課堂教學(xué)演示,用生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提高學(xué)生大腦神經(jīng)元的興奮性,再加上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)物理知識(shí)的完美詮釋,促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解。這種情況下,學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶是符合人腦的記憶特點(diǎn)的,自然記憶的更牢固。
課堂教學(xué)演示在課堂教學(xué)過程中起到了很好的教學(xué)效果,但也存在一些難以解決的問題,如教室與演示儀器存放場(chǎng)所距離遠(yuǎn)、儀器搬運(yùn)困難;學(xué)時(shí)緊張與演示費(fèi)時(shí)的矛盾;教室大,演示效果不理想如何克服;平行課堂多而儀器數(shù)目少,造成使用沖突等。這些問題形成了課堂教學(xué)演示的瓶頸,嚴(yán)重制約著課堂教學(xué)演示的發(fā)展,同時(shí)也給物理教學(xué)工作者提出了挑戰(zhàn)。
2.3 集中授課
集中授課是演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分,一般采用集中演示或選修課的形式教學(xué)。集中授課一般先由教師對(duì)儀器、原理做相應(yīng)的講解或演示,學(xué)生充分了解了實(shí)驗(yàn)知識(shí)以后再動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。集中授課給學(xué)生提供了一個(gè)既可以觀察物理現(xiàn)象又可以動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。
集中演示是課堂教學(xué)演示的延伸,演示內(nèi)容與大學(xué)物理教學(xué)同步,一般選擇在一章節(jié)講授完畢時(shí)針對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行演示。集中演示不受器材的限制,大型儀器、精密儀器、易損儀器都可以用來(lái)演示。通過集中演示,學(xué)生可以近距離參與演示,觀察物理現(xiàn)象,體會(huì)前沿物理知識(shí),加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。事實(shí)上,大學(xué)物理教學(xué)進(jìn)度是有嚴(yán)格要求的,各班授課進(jìn)度不會(huì)相差很多,也就是說(shuō),同一時(shí)間需要集中演示的班級(jí)不止一個(gè)。如果集中演示與授課時(shí)間相差過久,必然使得演示效果大打折扣,這就使得集中演示面臨著演示需求集中,演示資源有限的問題,集中演示想要取得突破性進(jìn)展必須解決這個(gè)問題。
演示實(shí)驗(yàn)以選修課的形式教學(xué),成為一門獨(dú)立的課程,授課內(nèi)容不受大學(xué)物理教學(xué)計(jì)劃的限制,可以增加一些跨專業(yè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ耐瑫r(shí)豐富學(xué)生的知識(shí)層面。同時(shí),演示實(shí)驗(yàn)儀器操作較大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單,選修課可面向文科專業(yè)的學(xué)生開放,以培養(yǎng)文科學(xué)生的理科素養(yǎng),提高學(xué)生的整體素質(zhì)。由于受到演示儀器數(shù)目的限制,選修課所能容納的學(xué)生人數(shù)有限,使得選修課只能滿足一部分學(xué)生的學(xué)習(xí)要求,無(wú)法滿足廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望。器材數(shù)目少與學(xué)生數(shù)目多的矛盾給選修課教學(xué)提出了一個(gè)嚴(yán)峻而又發(fā)人深省的問題。如何題解決好這個(gè)問,將是物理教學(xué)工作者一個(gè)長(zhǎng)期的研究課題。
3 多種教學(xué)模式相結(jié)合
實(shí)驗(yàn)展示、課堂教學(xué)演示、集中授課這三種教學(xué)模式在實(shí)際教學(xué)過程中都取得了一定的效果,同時(shí)也存在著不足。為充分利用演示實(shí)驗(yàn)資源,使演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得更好的教學(xué)效果,應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用過程中,將三種教學(xué)模式緊密結(jié)合,使各種教學(xué)模式各展所長(zhǎng),優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。同時(shí)在三種教學(xué)模式的基礎(chǔ)上探索多種教學(xué)模式,給學(xué)生提供更便利的學(xué)習(xí)氛圍。
將三種教學(xué)模式結(jié)合,首先要根據(jù)各教學(xué)模式的特點(diǎn)結(jié)合演示儀器的特性,將演示儀器分類。對(duì)于那些操作簡(jiǎn)單,安全性好,趣味性強(qiáng),演示的現(xiàn)象淺顯易懂的儀器適合用于實(shí)驗(yàn)展示,如光纖花、不相溶液滴、水晶內(nèi)雕花、熱氣流走馬燈等。攜帶方便,現(xiàn)象明顯,所演示的內(nèi)容與大學(xué)物理緊密相連的儀器適合用于課堂教學(xué)演示,如角動(dòng)量守恒轉(zhuǎn)臺(tái)、離心結(jié)速器、手持式大偏振片等。體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,演示原理深?yuàn)W,調(diào)試耗時(shí)的儀器適合用于集中授課,如茹可夫斯基登、斜面滾盤、克里奧利力轉(zhuǎn)盤等。做好分類工作,有利于演示實(shí)驗(yàn)儀器物盡其用,是充分利用演示資源的基礎(chǔ)。
將三種教學(xué)模式結(jié)合,還需要結(jié)合學(xué)校授課情況及配備演示實(shí)驗(yàn)器材狀況。對(duì)于那些學(xué)生容易理解的知識(shí)點(diǎn),教師課堂講解所達(dá)到的效果和應(yīng)用演示實(shí)驗(yàn)的效果相差無(wú)幾,這種情況下,將相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)納入實(shí)驗(yàn)展示的范疇效果更佳。學(xué)生課下參與演示,可以反復(fù)觀察,自己分析,是對(duì)教學(xué)內(nèi)容的重復(fù),鞏固了知識(shí)的同時(shí)也節(jié)約了有限的上課時(shí)間。對(duì)于那些比較貴重的儀器,學(xué)校往往不會(huì)配備很多臺(tái),這種情況下,儀器更適合用來(lái)集中授課,以便儀器保有較高的完好率,降低實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)成本,節(jié)約的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)可以用來(lái)購(gòu)置更多的演示儀器,豐富演示資源,使演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)更好的為學(xué)生服務(wù)。
除了將前面提到的三種教學(xué)模式相結(jié)合外,實(shí)際教學(xué)過程中還需要適當(dāng)?shù)妮o以其它的教學(xué)模式。如開放演示實(shí)驗(yàn)室、制作多媒體教學(xué)片、共享網(wǎng)絡(luò)資源、學(xué)生活動(dòng)等。開放演示實(shí)驗(yàn)室,可以給學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì),如果再能與學(xué)生創(chuàng)新能力訓(xùn)練結(jié)合,使學(xué)生能參與到教具制作過程中,對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)就不局限于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰α?。制作多媒體教學(xué)片,也可以讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái),甚至作為主角,通過制作教學(xué)片,使參與的學(xué)生對(duì)物理知識(shí)理解的更為透徹,同時(shí)將做好的教學(xué)片在課堂上播放也可以彌補(bǔ)大型儀器無(wú)法在課堂演示的不足。共享網(wǎng)絡(luò)資源,可以將演示實(shí)驗(yàn)相關(guān)的一切資料放在校園網(wǎng)上,既方便學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí),網(wǎng)絡(luò)資源不受儀器數(shù)目的限制,除了適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)維護(hù),不需要其它工作,可以說(shuō)是最經(jīng)濟(jì)的教學(xué)模式。學(xué)生活動(dòng)一直都受到學(xué)生的歡迎,如果將演示實(shí)驗(yàn)器材搬出實(shí)驗(yàn)室,組織些科普活動(dòng),不單能使參與的學(xué)生獲得知識(shí)上的收獲,通過與人分享知識(shí)建立的成就感,必然使學(xué)生更加喜歡演示實(shí)驗(yàn),更加喜歡物理這門學(xué)科。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著教學(xué)活動(dòng)的深入,使得大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)在大學(xué)物理教學(xué)過程中的重要性逐漸顯現(xiàn)出來(lái),雖然多媒體教學(xué)的應(yīng)用可以起到一部分演示作用,但效果不及活生生的演示實(shí)驗(yàn),運(yùn)用好演示實(shí)驗(yàn)資源可以使大學(xué)物理教學(xué)事半功倍。教學(xué)過程中應(yīng)充分考慮演示儀器的特點(diǎn),結(jié)合授課內(nèi)容及學(xué)生的程度,為演示實(shí)驗(yàn)儀器選擇最佳的教學(xué)模式,多種教學(xué)模式相結(jié)合使得演示實(shí)驗(yàn)資源得以充分利用,更好的為大學(xué)物理教學(xué)服務(wù)。在此基礎(chǔ)上,鼓勵(lì)學(xué)生勇于參與到教具制作、教學(xué)片制作、科普等活動(dòng)中來(lái),將大學(xué)物理教學(xué)延伸到課堂外,使物理知識(shí)不再局限于書本而是更貼近生活。
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