☉山東省沂南四中 李樹臣
一元一次方程是最簡單、最基本的代數(shù)方程,它不僅是一類重要的數(shù)學(xué)模型,在實際中有廣泛的應(yīng)用,而且是學(xué)習(xí)二元一次方程組、一元二次方程、分式方程及其他后續(xù)內(nèi)容的基礎(chǔ).《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》(以下簡稱《課標(biāo)(2011年版)》)在“課程設(shè)計思路”中提出了“十個”核心詞,其中的八個(數(shù)感、符號意識、幾何直觀、運算能力、推理能力、模型思想、應(yīng)用意識和創(chuàng)新意識)在“一元一次方程”中都有體現(xiàn).所以,本章內(nèi)容無論從實際應(yīng)用或者從進(jìn)一步學(xué)習(xí)上看,都具有特殊重要的地位.
1.本章的知識結(jié)構(gòu)圖(如圖1所示)
圖1
2.內(nèi)容簡析
本章主要內(nèi)容包括三個部分:(1)結(jié)合實際背景探索等式的兩條基本性質(zhì).(2)結(jié)合實例引出方程、方程的解、解方程以及一元一次方程的概念.在運用等式基本性質(zhì)解方程的過程中,歸納出移項法則,再通過大量的解方程的實例逐步總結(jié)出解一元一次方程的一般步驟.(3)利用方程模型解決簡單的實際問題.
本章內(nèi)容共分4節(jié),第1節(jié)“等式的基本性質(zhì)”,教科書用“交流與發(fā)現(xiàn)”欄目給出符合學(xué)生實際問題的系列問題,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷思考、交流、猜想等數(shù)學(xué)活動,運用合情推理、發(fā)現(xiàn)并總結(jié)出等式的兩條基本性質(zhì).對于等式的基本性質(zhì)1,教科書是以年齡問題為實際背景,用下面三個問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考與發(fā)現(xiàn)的:
(1)小瑩今年a歲,小亮今年b歲,再過c年他們分別是多少歲?
(2)如果小瑩和小亮同歲(即a=b),那么再過c年他們的歲數(shù)還相同嗎?c(c<a)年前呢?為什么?
(3)從問題(2)中,你發(fā)現(xiàn)了什么結(jié)論?能用等式把它表示出來嗎?
對于等式的基本性質(zhì)2,教科書是以購買巧克力糖和果凍的生活實例為背景,用以下三個問題引導(dǎo)學(xué)生探索得到的:
(4)一袋巧克力糖的售價是a元,一盒果凍的售價是b元,買c袋巧克力糖和買c盒果凍各要花多少元?
(5)如果一袋巧克力糖與一盒果凍的售價相同(即a=b),那么買c袋巧克力糖和買c盒果凍的價錢相同嗎?
(6)從問題(5)中,你發(fā)現(xiàn)了什么結(jié)論?能用等式把它表示出來嗎?
學(xué)生在思考、解答以上實際問題的基礎(chǔ)上,通過相互交流,歸納出等式的兩條性質(zhì):
之后,教科書以線段a,b,c為例,引導(dǎo)學(xué)生對上述兩條性質(zhì)進(jìn)行了思考,并要求學(xué)生畫圖說明.這實際上是對等式兩條基本性質(zhì)的一個幾何解釋,借助幾何的直觀性說明數(shù)學(xué)概念和性質(zhì),能使得知識變得簡明、直觀、易于理解和記憶.
第2節(jié)“一元一次方程”,教科書用“實驗與探究”欄目首先引導(dǎo)學(xué)生做剪紙片的實驗:拿一張正方形紙片,第一次將它剪成4片,第2次再將其中的一片剪成更小的4片,連同第1
次的其余3張紙片,共剪得7張紙片;繼續(xù)這樣剪下去,如圖2.
(1)第3次,第4次,第5次,……分別共剪得多少張紙片?請?zhí)顚懴卤恚?/p>
圖2
(2)如果剪了x次(x是正整數(shù)),那么共剪得多少張紙片?你是怎樣得到的?與同學(xué)交流.
(3)如果剪得的紙片共64張,一共剪了多少次?
其中問題(1)是探索結(jié)論的基礎(chǔ),可通過觀察、實驗得出答案;對于問題(2),學(xué)生需要根據(jù)實驗的結(jié)果,運用已有列代數(shù)是的經(jīng)驗,可得到不同的代數(shù)式,教科書分別由小亮和小瑩給出兩種不同形式的結(jié)果;問題(3)是為了讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題中的等量關(guān)系,從而列出等式:3x+1=64,4+3(x-1)=64.然后教科書引導(dǎo)學(xué)生分析兩個等式的特點,在此基礎(chǔ)上給出了方程的定義、方程的解、解方程及一元一次方程的定義.這樣安排能讓學(xué)生自己認(rèn)識到方程是為了解決實際問題的需要引入的.最后以方程4+3(x-1)=64為例,用“交流與發(fā)現(xiàn)”欄目引導(dǎo)學(xué)生通過嘗試、逐步調(diào)整和填表等數(shù)學(xué)活動,得到估算一元一次方程的解的方法.
第3節(jié)“一元一次方程的解法”,精心設(shè)計了五個由易到難,由簡單到復(fù)雜的例題,引導(dǎo)學(xué)生利用等式的基本性質(zhì),探索移項法則和化未知數(shù)系數(shù)為1的方法.在具體解這些方程的過程中.給出了移項的概念并探索、歸納出解一元一次方程的步驟.
第4節(jié)“一元一次方程的應(yīng)用”共安排了一個引例和七個例題.引例是本章“情境導(dǎo)航”中的問題,這是一個有趣的古代問題.通過對這個問題的思考與分析,得到一個方程x+2x+4x+16x+32x+64x=381.之后,教科書給出了數(shù)學(xué)模型的概念.例1是“科普知識競賽”問題,對題目中已知量和未知量的分析過程,體現(xiàn)在一張待填的表格中,學(xué)生填完表格后,能對題目所涉及的量一目了然.解答是采用直接設(shè)未知數(shù)的方法完成的.例2是涉及兩個倉庫存放化肥質(zhì)量的一道應(yīng)用題.甲倉庫的運進(jìn)和乙倉庫的運出過程對于學(xué)生加深對具有相反意義的量的認(rèn)識,有一定的幫助作用.題目所涉及的量全部填寫在一張表格中,根據(jù)等量關(guān)系對照表格可直接列出方程.例3是一道關(guān)于行程問題的應(yīng)用題,這類問題涉及一個固定的等量關(guān)系:路程=速度×?xí)r間.這個題目首先讓學(xué)生根據(jù)題意,將有關(guān)的量填入一張表格內(nèi),把等量關(guān)系用填空的形式留給學(xué)生完成,這樣安排可以為學(xué)生提供更多的數(shù)學(xué)活動機(jī)會,從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力.在用一種解法完成之后,教科書又引導(dǎo)學(xué)生用設(shè)間接未知數(shù)的方法列方程,并用線型圖表示題目中的各種數(shù)量關(guān)系,以便直觀地得到題目所包含的等量關(guān)系.例4屬于工程問題,在這類問題中,通常不指出工程的總工作量是多少,因為解這樣的問題與工程總工作量的大小無關(guān)系,但在列方程時要涉及工程的總工作量.教科書采用小博士提示的形式指明:“‘抽完一池水’沒有具體的工作量,通常把這種工作量看做整體‘1’”.為了降低解題的難度,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),教科書把解決工程問題的有關(guān)等量關(guān)系直接給出,這樣便于所有學(xué)生自學(xué),也能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.例5屬于銀行存款問題,是每個公民都會遇到的生活問題.目的是讓學(xué)生及早接觸社會問題.例6屬于市場營銷問題,這類問題與經(jīng)濟(jì)活動有關(guān),可培養(yǎng)學(xué)生自主參與經(jīng)濟(jì)活動的能力.解決這類問題,必須弄清楚進(jìn)價、原價(標(biāo)價)、售價、打折和利潤等有關(guān)的概念,以及它們之間的關(guān)系.對于這些問題,教科書用“加油站”欄目給出,類似這樣的欄目,本節(jié)教科書還有五個,其中兩個智趣園欄目,三個挑戰(zhàn)自我欄目.這些欄目一方面補充了課文中的有關(guān)知識,另一方面,又顯得版面設(shè)計大方.增強了教科書的可讀性,易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.例7屬于等積變形問題,在一個較大的容器內(nèi)放入一個較小的金屬圓柱體,容器內(nèi)水的體積是不變的.放入金屬圓柱體后,會出現(xiàn)兩種情況:(1)容器內(nèi)的水升高后不淹沒放入的金屬圓柱;(2)容器內(nèi)的水升高后淹沒放入的金屬圓柱.對于這兩種情況,都可以列出方程,求出方程的解.由于是實際問題,所以求出的解應(yīng)與實際情況相符,從而可知第(1)種情況不符合題意.這樣的題目對于學(xué)生養(yǎng)成全面細(xì)致、嚴(yán)格的學(xué)習(xí)品質(zhì)具有重要的作用.
就數(shù)學(xué)思想方法而言,本章主要涉及以下幾種:(1)化歸思想;(2)數(shù)學(xué)建模思想;(3)分析法和綜合法;(4)分類討論思想.
3.學(xué)習(xí)目標(biāo)
(1)掌握等式的基本性質(zhì).
(2)了解方程、一元一次方程及其相關(guān)概念,會檢驗一個數(shù)是不是某個一元一次方程的解.
(3)經(jīng)歷估計方程解的過程.會解一元一次方程,掌握解一元一次方程的一般步驟,并能正確、靈活地運用這些步驟解一元一次方程.
(4)在把一元一次方程向“x=c”形式轉(zhuǎn)化的過程中,理解等式的基本性質(zhì)、去括號、合并同類項等相關(guān)知識在方程變形中的作用,體會數(shù)學(xué)知識的整體性.
(5)會根據(jù)具體問題中的數(shù)量關(guān)系列出一元一次方程并求解,能根據(jù)問題的實際意義檢驗所得結(jié)果是否合理,從而提高分析問題、解決問題的能力.進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心,以及認(rèn)真、細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度.
(6)在解一元一次方程的過程中,經(jīng)歷和體會解方程中“轉(zhuǎn)化”的過程,感受方程思想的意義;在經(jīng)歷建立方程模型解決實際問題的過程中,體會數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值;經(jīng)歷形成方程模型的過程,體會數(shù)學(xué)建模的思想;通過實踐與探索,經(jīng)歷“問題情境——建立模型——求解驗證”的全過程.
《課標(biāo)(2011年版)》指出,教材中“素材的選用應(yīng)當(dāng)充分考慮學(xué)生的認(rèn)知水平和活動經(jīng)驗.這些素材應(yīng)當(dāng)在反映數(shù)學(xué)本質(zhì)的前提下盡可能地貼近學(xué)生的現(xiàn)實,以利于他們經(jīng)歷從現(xiàn)實情境中抽象出數(shù)學(xué)知識與方法的過程.”本章的內(nèi)容具有豐富的實際背景,在現(xiàn)實世界中也有著廣泛的應(yīng)用.無論是等式基本性質(zhì)的探索過程、方程概念的引入過程,還是一元一次方程的應(yīng)用,都是從生活實際出發(fā)展開的.這一點可以從圖1所示的知識框圖中得到印證.
教科書選用了杭州西湖及雷鋒塔的夜景圖作為章頭圖.從第一節(jié)開始,選用了如學(xué)生年齡、生活用品(巧克力、果凍)、剪紙片、知識競賽活動、生產(chǎn)經(jīng)營、行程問題、工程問題、商品經(jīng)營、銀行存款等實際例子,讓學(xué)生感受到方程模型無處不在,通過研究這些問題,使學(xué)生體會到方程可以反映和描述應(yīng)用題中的已知和未知之間的相等關(guān)系,是描述現(xiàn)實世界的一個有效模型.
根據(jù)《課標(biāo)(2011年版)》的要求,課程內(nèi)容的選擇要保證“學(xué)生應(yīng)當(dāng)有足夠的時間和空間經(jīng)歷觀察、實驗、猜測、計算推理、驗證等活動過程.”這樣的活動對于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、合作交流、反思質(zhì)疑的習(xí)慣是非常必要的,也是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的能力、分析和解決問題的能力的有效途徑.
教科書對于等式的基本性質(zhì)、方程的概念、估算一元一次方程的解的方法、解一元一次方程的步驟等,都是通過“觀察與思考”“交流與發(fā)現(xiàn)”“實驗與探究”等欄目提出問題,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一系列的活動,如剪紙、思考、交流、探究、歸納等數(shù)學(xué)活動,在參與這些活動的同時經(jīng)歷了知識的形成和應(yīng)用過程.
形成模型思想、培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識是《課標(biāo)(2011年版)》提出的要求,也是數(shù)學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)之一.所謂數(shù)學(xué)模型思想,是指把現(xiàn)實世界中有待解決或未解決的問題,從數(shù)學(xué)的角度發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、理解問題,通過轉(zhuǎn)化,歸結(jié)到一類已經(jīng)解決或比較容易解決的問題中去,并綜合運用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識求得解決的一種數(shù)學(xué)思想和方法.通過建立數(shù)學(xué)模型解決實際問題的基本過程如圖3所示:
圖3
教科書在一元一次方程的應(yīng)用中所選擇的例題完整地體現(xiàn)了以上過程.特別是例7所選擇的“向圓柱形容器內(nèi)放入金屬圓柱”的問題是我們精選的,解答它需要分兩種情況,第一種情況體現(xiàn)了圖3中“不合乎實際,建立新模型”的反思環(huán)節(jié).這對于幫助學(xué)生理解和掌握建立模型解決實際問題的過程至關(guān)重要.
根據(jù)《課標(biāo)(2011年版)》提出“經(jīng)歷估計方程解的過程”的要求,我們認(rèn)為,數(shù)學(xué)教科書應(yīng)結(jié)合具體的課程內(nèi)容,讓學(xué)生初步感悟逐漸逼近的數(shù)學(xué)思想.為此,教科書在引導(dǎo)學(xué)生建立起一元一次方程的概念之后,安排了“估算方程4+3(x-1)=64的解”的活動,其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的估算意識,以逐漸養(yǎng)成逼近的數(shù)學(xué)觀念.我們將這個活動分為以下步驟:
(1)我們先估計一個數(shù),比方估計x=10,檢驗x=10是否是方程4+3(x-1)=64的解,將x=10代入方程,左邊=31,右邊=64,這說明x=10不是這個方程的解.從該方程左右兩邊的值看,31小于64,這說明我們估計x=10是估計小了.
(2)再換一個比10大的數(shù)進(jìn)行嘗試,比方x=25.將x=25代入方程4+3(x-1)=64.左邊=76,右邊=64,這說明x=25也不是方程的解.這說明我們估計x=25又大了.
(3)由(1)(2)可以知道,方程4+3(x-1)=64的解應(yīng)當(dāng)在10到25之間,我們在這個范圍內(nèi)再選取一個整數(shù)進(jìn)行估算.比方說x=15,代入方程進(jìn)行檢驗,你得到什么結(jié)論?
(4)請你按照下面表格中的步驟,估算這個方程的解,并進(jìn)行檢驗.
估計x的值 左邊 與方程右邊64比較第一次估算 10 31 小了第二次估算 25 76 大了第三次估算
你得到這個方程的解了嗎?你對上面這種“估算——檢驗”的方法有什么體會?與同學(xué)交流.學(xué)生經(jīng)過這樣的訓(xùn)練,其估算意識必將得到提高.
無論傳授什么樣的知識,都應(yīng)該對學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)進(jìn)行客觀的分析,只有這樣才能有針對性地設(shè)計教法和學(xué)法.就本章而言,學(xué)生學(xué)習(xí)中常見的認(rèn)識誤區(qū)和思維障礙有:
(1)學(xué)生在小學(xué)階段已經(jīng)對簡單方程有所認(rèn)識,也能用方程的知識解答一些簡單的實際問題,但還會出現(xiàn)即使學(xué)完本章內(nèi)容后仍有部分學(xué)生不能真正理解方程本質(zhì)的現(xiàn)象.
(2)學(xué)生盡管能用算式模型和方程模型解決一些簡單的實際問題,但由于受小學(xué)算術(shù)解法思維定勢的影響,不習(xí)慣用代數(shù)法來分析和處理問題.不能說出算式與方程的區(qū)別和聯(lián)系,感受不到方程解法的優(yōu)越性,體會不到從算數(shù)解法到方程解法是數(shù)學(xué)發(fā)展的必然和進(jìn)步.
(3)只注重模仿例題解方程,不能關(guān)注算理和解題策略的選擇,即學(xué)習(xí)中只重視結(jié)果,不重視過程(這一點是制約學(xué)生創(chuàng)新發(fā)展的根本所在).
(4)學(xué)生知道找到相等關(guān)系是列方程解應(yīng)用題的重要一環(huán),但由于不能靈活地運用表格、圖表等工具來分析問題中的數(shù)量關(guān)系,因此導(dǎo)致他們不知道怎樣找相等關(guān)系,或者有時雖然找到了相等關(guān)系,但還是列不出方程,從而導(dǎo)致列方程成為學(xué)習(xí)的難點.
(5)學(xué)生在大量列方程解應(yīng)用例題的啟示下,雖然能解決一些簡單的實際問題,但不能從多角度去思考,沒有相互交流與合作的意識,更缺乏質(zhì)疑的意識.例如,當(dāng)一個問題里含有多個未知數(shù)時,不知道該選擇哪一個未知數(shù)來設(shè)元;遇到需要討論的問題時無從下手等.這些都說明學(xué)生是機(jī)械模仿的學(xué)習(xí),不是靈活多變的學(xué)習(xí)(這是學(xué)生綜合能力不高造成的,惡性循環(huán)的結(jié)果是這種學(xué)習(xí)將導(dǎo)致學(xué)生的綜合能力更低).
《課標(biāo)(2011年版)》指出“數(shù)學(xué)教學(xué)應(yīng)根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容,注意使學(xué)生在獲得間接經(jīng)驗的同時也能有機(jī)會獲得直接經(jīng)驗,即從學(xué)生實際出發(fā),創(chuàng)設(shè)有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的問題情境,引導(dǎo)學(xué)生……”.本章中等式和方程的知識都有著豐富的生活背景,通過設(shè)置豐富的、切合學(xué)生實際的問題情境,使學(xué)生經(jīng)歷模型化的過程,從而激發(fā)學(xué)生的好奇心和主動學(xué)習(xí)的欲望.在這個過程中,教師要發(fā)揮好組織者、引導(dǎo)者、合作者的作用,使學(xué)生的能力不斷地得到發(fā)展.
教師在教學(xué)中要把重點放在揭示知識形成的過程上,充分暴露知識的思維過程,讓學(xué)生通過“感知——概括——應(yīng)用”的思維過程去發(fā)現(xiàn)真理,掌握規(guī)律,使學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的過程中訓(xùn)練思維,達(dá)到既增長知識,又發(fā)展能力的目的.
對于運用方程解決實際問題,要把教學(xué)重點放在引導(dǎo)學(xué)生分析問題的題意上,要使學(xué)生:能借助圖表整體把握和分析題意;能從多角度思考問題,尋找等量關(guān)系;能注意檢驗、解釋方程解的合理性.教師要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)運用方程解決實際問題的過程.不宜將應(yīng)用問題人為地進(jìn)行分類.教師要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)建立一元一次方程模型解決實際問題的過程,讓學(xué)生明確用方程解決實際問題需要經(jīng)歷以下六個環(huán)節(jié):
(1)審題——通過認(rèn)真審題,提取實際問題中的數(shù)量信息.
(2)分析——搞清楚問題中的數(shù)量關(guān)系.
(3)建模——適當(dāng)引進(jìn)字母,將實際問題抽象概括為數(shù)學(xué)模型.
(4)解模——求解數(shù)學(xué)模型,即數(shù)學(xué)問題的解決過程.
(5)還原——由數(shù)學(xué)問題的解,回答實際問題的答案.這個過程是解決實際問題不可缺少的重要一環(huán),數(shù)學(xué)問題的解與實際問題的解既有聯(lián)系又有區(qū)別.
(6)反思——問題解決后的回顧與思考.
從而加深對圖3所示過程的理解,并能正確建立一元一次方程模型解答簡單的實際問題.
《課標(biāo)(2011年版)》特別強調(diào)要改變學(xué)習(xí)方式,鼓勵學(xué)生自主發(fā)展.教師應(yīng)千方百計地通過各種方式、手段來激活學(xué)生的思維活動,使他們在學(xué)習(xí)的過程中積極思維、肯動腦筋、大膽探索.如在引導(dǎo)學(xué)生歸納、抽象概括等式基本性質(zhì)時,教師應(yīng)設(shè)計并組織學(xué)生進(jìn)行觀察、思考、探索、交流、發(fā)現(xiàn)等數(shù)學(xué)活動,讓學(xué)生在參于這些活動的同時,用自己的語言進(jìn)行歸納.為此,宜采用具體操作與抽象操作相結(jié)合的方法:先以實例為載體,通過思考與交流發(fā)現(xiàn)性質(zhì),再通過用畫線段說明的方法——讓學(xué)生直觀理解等式性質(zhì)的合理性;再通過抽象操作(作變式訓(xùn)練)——讓學(xué)生達(dá)到熟練應(yīng)用基本性質(zhì)的程度.
對于解方程的學(xué)習(xí)則宜采用自主探索與交流合作相結(jié)合的學(xué)習(xí)方法:解一元一次方程的題目難度是逐漸加強的,而且后面的題目,都可以根據(jù)等式的基本性質(zhì),通過適當(dāng)?shù)淖冃位瘹w為前面的題目的形式,學(xué)生在獨立解決一定數(shù)目方程的基礎(chǔ)上,可以獨立概括出解一元一次方程的步驟,并在相互交流的過程中,深刻理解并掌握這些步驟.
學(xué)生初學(xué)解方程,難免出現(xiàn)這樣或那樣的錯誤,教學(xué)中要及時發(fā)現(xiàn)和糾正學(xué)生在解方程時常出現(xiàn)的錯誤,以強化對正確解法的掌握.例如,把方程的變形寫成連等式;去分母時,漏乘不含分母的項,或去分母后未將分?jǐn)?shù)線上的式子加上括號;去括號時,不注意去括號的法則;移項時不變號,或?qū)⒌窒c約分混淆;方程兩邊相同的項相消時,將一邊消去的項寫成1等.
對于以上常犯的錯誤,一是通過范例講解,使學(xué)生明確方程每一步變形的依據(jù)和需要注意的事項;二是通過對課堂練習(xí)和課外作業(yè)中出現(xiàn)的多發(fā)性錯誤及時糾正,從反面引起學(xué)生的注意.此外,利用改錯題對學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練,也是一種糾正學(xué)生解題錯誤的有效方法.
由于學(xué)生初次接觸解方程,對于方程同解變形的格式并不習(xí)慣,有些學(xué)生寫得很亂,也常常由此造成解題錯誤.因此,教師要向?qū)W生明確提出解方程的書寫格式,嚴(yán)格要求,使學(xué)生養(yǎng)成書寫規(guī)范化的良好習(xí)慣.
另外,對于解方程的步驟不要搞統(tǒng)一模式,教學(xué)時要注意引導(dǎo)學(xué)生選擇合理的步驟.關(guān)于一元一次方程求解的訓(xùn)練程度,以及解方程的難度應(yīng)控制在與教科書相當(dāng)?shù)乃?
參考文獻(xiàn):
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