基于新建構(gòu)主義的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)SPOC課程探索

席鑫寧 徐金鵬

摘要：從新建構(gòu)主義視角闡述工業(yè)機(jī)器人技術(shù)SPOC課程的實(shí)現(xiàn)模式，以工業(yè)機(jī)器人碼垛為例設(shè)計(jì)SPOC支架式教學(xué)過(guò)程，解決傳統(tǒng)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代出現(xiàn)的新學(xué)情之間的矛盾。課程以學(xué)生為主體、教師為指導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為載體，線上線下結(jié)合創(chuàng)建學(xué)習(xí)情境、開(kāi)發(fā)協(xié)作學(xué)習(xí)模式、利用各種信息資源支撐教學(xué)過(guò)程?？蚣苁降慕虒W(xué)結(jié)構(gòu)讓學(xué)生完成自身知識(shí)能力的有意義建構(gòu)，提高素質(zhì)能力培養(yǎng)效果。

關(guān)鍵詞：新建構(gòu)主義；SPOC課程；工業(yè)機(jī)器人技術(shù)

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5727（2018）06-0056-04

在中國(guó)制造2025的大環(huán)境下，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)成為職業(yè)院校近年重點(diǎn)發(fā)展的專業(yè)之一。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)性強(qiáng)、實(shí)操技能要求高，要求學(xué)生在知識(shí)整合、整體統(tǒng)籌、思考探索和動(dòng)手實(shí)踐方面都提高到一定層次。傳統(tǒng)教學(xué)的課堂知識(shí)傳授加實(shí)操訓(xùn)練無(wú)法滿足學(xué)生接收知識(shí)和思維訓(xùn)練的更高的要求，因此尋求有效高效的教學(xué)模式迫在眉睫。本文以工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程中的“工業(yè)機(jī)器人碼垛工作站”案例為例，嘗試在新建構(gòu)主義指導(dǎo)下進(jìn)行SPOC課程混合教學(xué)模式的建立，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

一、新建構(gòu)主義對(duì)課程教學(xué)的指導(dǎo)

新建構(gòu)主義是指導(dǎo)多媒體、云信息等新技術(shù)手段下教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)建，以學(xué)生為主體來(lái)建構(gòu)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的新理論。其指出要根據(jù)個(gè)人知識(shí)體系的狀況和問(wèn)題解決需要，選擇相關(guān)的信息與知識(shí)，采用零存整取策略進(jìn)行學(xué)習(xí)，構(gòu)建出個(gè)性化的知識(shí)體系。通過(guò)情景、協(xié)作、交流、意義建構(gòu)四大因素來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境的建構(gòu)，情景的創(chuàng)建以適應(yīng)最近發(fā)展區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)，順應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律[1]。新建構(gòu)主義的課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，注重情景對(duì)意義建構(gòu)的重要性，協(xié)作學(xué)習(xí)對(duì)意義建構(gòu)的關(guān)鍵作用，關(guān)鍵在于學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)，利用各種信息資源來(lái)支撐學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)過(guò)程的最終目的是完成意義建構(gòu)。

新建構(gòu)主義的教學(xué)側(cè)重創(chuàng)建學(xué)習(xí)環(huán)境和各種信息資源，并在教師指導(dǎo)下引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)整合資源、構(gòu)建系統(tǒng)脈絡(luò)、協(xié)作交流互動(dòng)評(píng)價(jià)，無(wú)形中實(shí)現(xiàn)主動(dòng)的意義建構(gòu)。潛移默化提高學(xué)生對(duì)信息接收、碎片重組、形成思想、構(gòu)建主動(dòng)意識(shí)的能力。在其指導(dǎo)下的課程可以在任意時(shí)間地點(diǎn)、使用任意設(shè)備進(jìn)行，解決了課堂時(shí)間有限，教學(xué)任務(wù)重的問(wèn)題。利用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)手段，在教師主導(dǎo)下，學(xué)生在課下可以自行完成部分學(xué)習(xí)任務(wù)和練習(xí)，課堂上進(jìn)行反思、探討、交流、解決難題，改變了的教學(xué)模式可以提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，也提高了學(xué)習(xí)的能力[2]。

在工業(yè)機(jī)器人教學(xué)中，有些典型綜合工作任務(wù)學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生崗位技能、工程設(shè)計(jì)能力、綜合開(kāi)發(fā)能力的培養(yǎng)都有很好的效果，如工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)碼垛等。但此類任務(wù)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)能力、邏輯思維能力、實(shí)踐操作技能的要求較高。在新建構(gòu)主義指導(dǎo)下，合理地構(gòu)建教學(xué)情境可以讓典型綜合任務(wù)的學(xué)習(xí)更加有效，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。因此，以新建構(gòu)主義指導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)課程教學(xué)是比較理想的途徑。

二、新建構(gòu)主義指導(dǎo)下SPOC課程實(shí)現(xiàn)模式探究

新建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)的課程是以實(shí)踐模式為載體來(lái)完成課程開(kāi)發(fā)。找到適合工業(yè)機(jī)器人的課程具體實(shí)現(xiàn)方式才能最終完成課程的開(kāi)發(fā)。目前一些新型的教學(xué)模式如微課、慕課等在各個(gè)學(xué)科都有著廣泛的應(yīng)用。微課是圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)的微型教學(xué)活動(dòng)，以視頻為載體，包含與該教學(xué)主題相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)、素材課件、教學(xué)反思、練習(xí)測(cè)試及學(xué)生反饋、教師點(diǎn)評(píng)等輔助性教學(xué)資源。慕課是一種大型開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò)課程，規(guī)模大，不受時(shí)間、地點(diǎn)、人數(shù)的限制，整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程以學(xué)生為中心，讓學(xué)生進(jìn)行自主的探究性學(xué)習(xí)，不斷調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，實(shí)現(xiàn)由教師本位向?qū)W生本位的轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵在于利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，精心準(zhǔn)備教學(xué)微視頻。

對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的校園教學(xué)來(lái)說(shuō)，其不僅需要知識(shí)點(diǎn)的接收，也需要技能的動(dòng)手實(shí)踐。微課作為一種教學(xué)資源存在，可以利用其學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)。慕課作為一種互動(dòng)性強(qiáng)的課程模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、互動(dòng)式的學(xué)習(xí)可以啟發(fā)思維訓(xùn)練，自動(dòng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)使得學(xué)習(xí)效果量化，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性有很好的提高作用，但是，網(wǎng)絡(luò)課程對(duì)技能的訓(xùn)練起不到作用。而SPOC（Small Private Online Course）的線下線上結(jié)合的小規(guī)模限制性在線課堂，是校園教學(xué)，尤其是像工業(yè)機(jī)器人這種需要訓(xùn)練技能的綜合任務(wù)課程的首選教學(xué)模式。它是將慕課、微課等在線教學(xué)資源（如視頻、資料、測(cè)驗(yàn)、論壇等）應(yīng)用到實(shí)體校園的一種課程教育模式，具有以下優(yōu)勢(shì)：追求高成就的價(jià)值觀，提供了慕課的一種可持續(xù)發(fā)展模式，重新定義了教師的作用，創(chuàng)新了教學(xué)模式，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生完整深入的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有利于提高課程的完成效率。

SPOC課程首先通過(guò)在線課堂讓學(xué)生在課下完成基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)、基礎(chǔ)操作的虛擬仿真練習(xí)。利用微課程視頻、文檔資料、虛擬仿真軟件等完成典型工作任務(wù)需要的碎片知識(shí)的學(xué)習(xí)；并提供在線的練習(xí)，通過(guò)自動(dòng)評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)情況；根據(jù)任務(wù)目標(biāo)要求，設(shè)置思考性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)資料搜集、調(diào)查等方式，思考完成任務(wù)的解決方式；在線設(shè)置交流討論，集思廣益，完成線下教學(xué)。然后在課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)，根據(jù)線下練習(xí)情況進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)交流，鞏固知識(shí)點(diǎn)，答疑解惑，通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)完成線下工作任務(wù)思考題目的探索和解決，完成工作任務(wù)的目標(biāo)要求，最后通過(guò)小組互評(píng)、教師點(diǎn)評(píng)等方式完成整個(gè)教學(xué)過(guò)程[3]。

在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求自行搜索資料、探索解決方案，評(píng)價(jià)和交流平臺(tái)激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，并在碎片知識(shí)學(xué)習(xí)中自行搭建網(wǎng)絡(luò)鏈接鏈路，形成自我意識(shí)；在教師的引導(dǎo)下將知識(shí)升華，通過(guò)交流協(xié)作發(fā)散思維、激發(fā)創(chuàng)新，自主完成工作任務(wù)成功率較高；必不可少的課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)也鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，提高技能水平。

在課程教學(xué)過(guò)程中，教師是課程資源的學(xué)習(xí)者和整合者，能夠根據(jù)學(xué)生需求整合各種線上和實(shí)體資源。在課堂上，教師是指導(dǎo)者和促進(jìn)者，他們組織學(xué)生分組研討，隨時(shí)為他們提供個(gè)別化指導(dǎo)，共同解決遇到的難題。SPOC對(duì)教師的挑戰(zhàn)，在于需要仔細(xì)設(shè)計(jì)課程，做出一些示范性的課程設(shè)計(jì)和教案，提煉出一些適合的方法和手段的建議。

SPOC課程的教學(xué)模式設(shè)置符合新建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)自主性、情景創(chuàng)建、協(xié)作交流、意義建構(gòu)、探索創(chuàng)新等因素的要求。線上線下結(jié)合突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的禁錮，解決了教學(xué)難題，提高了教學(xué)效果，讓教與學(xué)更有意義。

三、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)SPOC課程設(shè)計(jì)過(guò)程

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)典型應(yīng)用很多，如裝配、碼垛、焊接、切割、搬運(yùn)等，對(duì)學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)有很好的效果，與崗位能力要求可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，需要學(xué)生將工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)操作、編程能力、思維訓(xùn)練等知識(shí)和能力綜合考慮來(lái)完成任務(wù)，并能夠根據(jù)環(huán)境任務(wù)變化有一定的變通能力。這類綜合性較強(qiáng)的課程非常適合使用SPOC課程模式來(lái)進(jìn)行教學(xué)。本文以工業(yè)機(jī)器人碼垛為例，詳述SPOC課程支架式教學(xué)實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

（一）搭腳手架

新建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)的學(xué)習(xí)有圖式、同化、順應(yīng)、平衡四個(gè)階段，新的知識(shí)對(duì)大腦的刺激會(huì)納入原有的圖式中，使原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生重組與改造，通過(guò)調(diào)節(jié)從一個(gè)平衡狀態(tài)達(dá)到高一層次的平衡狀態(tài)。提供的新知識(shí)要符合最近發(fā)展區(qū)，才符合認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立過(guò)程。教師在SPOC教學(xué)過(guò)程中起重要的引導(dǎo)作用，最重要的就是在課前圍繞課程主題，按照最近發(fā)展區(qū)建立知識(shí)概念框架，設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程[4]。

搭建的“腳手架”要將工業(yè)機(jī)器人碼垛必備的基礎(chǔ)知識(shí)納入其中，才能對(duì)后續(xù)的碼垛綜合運(yùn)用進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)。教師需要預(yù)先提供這些知識(shí)的文本資料、視頻、練習(xí)等資源作為先遣課程的學(xué)習(xí)材料，和在碼垛課程開(kāi)課前的碎片化資料。還要搜集碼垛相關(guān)應(yīng)用視頻和工業(yè)應(yīng)用文本資料，讓學(xué)生對(duì)工業(yè)機(jī)器人碼垛案例有初步的了解，作為進(jìn)行獨(dú)立探索的資源。搭建工業(yè)機(jī)器人碼垛工作站建立的流程和框架，對(duì)工作站控制器的配置、程序樣例、調(diào)試流程要熟悉，以便在教學(xué)過(guò)程中能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行合理的引導(dǎo)。提供思考的問(wèn)題、討論的主題，制定過(guò)程性評(píng)價(jià)、結(jié)果性評(píng)價(jià)方案。

（二）進(jìn)入情景

課前要先引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入碼垛主題情景，教師在線發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，利用虛擬仿真軟件將仿真結(jié)果錄制成視頻，讓學(xué)生查看完成的效果，讓學(xué)生通過(guò)觀察回答提出的問(wèn)題，以此熟悉碼垛工作站的配置，了解碼垛工作流程，明確碼垛具體任務(wù)。將答案輸入至平臺(tái)，教師查看并評(píng)價(jià)。然后發(fā)布討論，讓學(xué)生廣泛搜集市場(chǎng)上真實(shí)的碼垛視頻和資料，并上傳至平臺(tái)供大家一起探討關(guān)于碼垛的方式和種類，不同產(chǎn)品的碼垛對(duì)機(jī)器人的選型，工具的要求，需要配置的外圍設(shè)備，注意事項(xiàng)等，集思廣益，拓寬學(xué)生的視野。教師適當(dāng)在討論區(qū)提問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所需知識(shí)進(jìn)行搜集，將學(xué)習(xí)任務(wù)做到真正的產(chǎn)學(xué)結(jié)合，增加崗位適應(yīng)度。

（三）獨(dú)立探索

完成課前準(zhǔn)備工作后，激發(fā)學(xué)生思考的環(huán)節(jié)，教師發(fā)布論述題，讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)目標(biāo)分析工業(yè)機(jī)器人碼垛任務(wù)的具體完成步驟，如機(jī)器人工作站配置的流程、機(jī)器人系統(tǒng)模塊的安排、坐標(biāo)系的設(shè)定、程序流程圖的編寫、框架的建立等。通過(guò)教師引導(dǎo)讓學(xué)生建立整體意識(shí)、全局意識(shí)，通過(guò)建立框架——拆分理解——整體調(diào)試的順序完成探索過(guò)程，對(duì)于學(xué)生認(rèn)知非常重要，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力、解決問(wèn)題的能力[5]。

（四）資源學(xué)習(xí)

學(xué)生已經(jīng)明確了任務(wù)目標(biāo)，并制定了完成目標(biāo)任務(wù)的方案，接下來(lái)解決具體細(xì)節(jié)問(wèn)題。任務(wù)所需要的知識(shí)的微課視頻、文本資料、應(yīng)用練習(xí)已經(jīng)發(fā)布至平臺(tái)，學(xué)生在工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的各種信息資源中搜集該任務(wù)所需的知識(shí)，比如，基本運(yùn)動(dòng)指令使用方法、IO信號(hào)配置和信號(hào)控制指令使用、邏輯控制指令的選取運(yùn)用等。將其運(yùn)用到碼垛工作站中，進(jìn)行知識(shí)的整合調(diào)試分析。利用虛擬仿真軟件模擬真實(shí)環(huán)境進(jìn)行工作站配置和程序的調(diào)試。平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)可以查看學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，發(fā)布的練習(xí)題目檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并提供分析數(shù)據(jù)。之后教師發(fā)布討論，大家將自己的思路共享，探討思路區(qū)別，互相評(píng)價(jià)評(píng)分。該過(guò)程讓學(xué)生學(xué)會(huì)從海量信息中搜尋自己所需，并學(xué)會(huì)為我所用，培養(yǎng)了學(xué)生分析整合的能力。通過(guò)學(xué)習(xí)掌握了工業(yè)機(jī)器人的基本知識(shí)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索的欲望，互動(dòng)交流協(xié)作也增加了學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，提高了學(xué)習(xí)興趣。至此線上學(xué)習(xí)結(jié)束。

（五）情景實(shí)訓(xùn)

課上教師根據(jù)線上學(xué)生完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)總結(jié)，并對(duì)線下學(xué)習(xí)進(jìn)行查缺補(bǔ)漏、答疑解惑。將任務(wù)的流程進(jìn)行進(jìn)一步的綜合說(shuō)明，將學(xué)生分組之后進(jìn)入真機(jī)實(shí)訓(xùn)。學(xué)生進(jìn)行小組內(nèi)討論，集合每人的思路討論出統(tǒng)一的完成方法，分配各人的角色完成碼垛任務(wù)，并根據(jù)平臺(tái)共享的其他人的思路進(jìn)行對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)。教師為不同程度的學(xué)生提供不同層次的思路，分解任務(wù)目標(biāo)，幫助每個(gè)人都學(xué)有所獲。課前線下的學(xué)習(xí)讓學(xué)生掌握了必備的知識(shí)，有了清晰的思路，使得正式實(shí)訓(xùn)學(xué)生是有備而來(lái)，不會(huì)盲目的無(wú)從下手，這樣便提高了課堂的利用率，也提高了教學(xué)效果。學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、綜合分析能力也得到了很好的鍛煉[6]。

（六）交流思考

完成既定任務(wù)后，教師布置拓展題目，變換碼垛的方式、提高碼垛任務(wù)的難度，讓學(xué)生能夠靈活處理不同的問(wèn)題。開(kāi)展小組內(nèi)協(xié)作討論、小組間競(jìng)爭(zhēng)互評(píng)，這種循序漸進(jìn)式的學(xué)習(xí)讓學(xué)生不斷的向金字塔尖邁進(jìn)，不斷地激發(fā)思考完成挑戰(zhàn)的模式滿足了學(xué)生的成就感，讓其能力體會(huì)到探索學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

（七）效果評(píng)價(jià)

實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，各實(shí)訓(xùn)小組將完成的碼垛演示過(guò)程錄制成的視頻、工作站配置文件、程序清單、實(shí)訓(xùn)總結(jié)上傳至平臺(tái)，在討論區(qū)供師生互相參考學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)不單根據(jù)最終結(jié)果決定分?jǐn)?shù)，而是設(shè)置分類考評(píng)表，知識(shí)、能力、素質(zhì)、創(chuàng)新、協(xié)作等分別記錄，除了分?jǐn)?shù)以外，設(shè)置提問(wèn)型評(píng)價(jià)，如參與項(xiàng)目的動(dòng)力有多大，動(dòng)手能力有多大，在項(xiàng)目中的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)有多大[7]等，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果給出任務(wù)成績(jī)，完成整個(gè)課程的學(xué)習(xí)。

四、新建構(gòu)主義指導(dǎo)下工業(yè)機(jī)器人技術(shù)SPOC課程啟示

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)SPOC課程可以利用搭建支架式的教學(xué)模式，創(chuàng)建學(xué)習(xí)情境（而非教學(xué)情景）、開(kāi)發(fā)協(xié)作學(xué)習(xí)模式、利用各種信息資源支撐教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生利用先進(jìn)的技術(shù)手段，自行搜集信息、搭建知識(shí)框架、獨(dú)立探索、互動(dòng)溝通、情景實(shí)訓(xùn)、效果評(píng)價(jià)等，完成知識(shí)的主動(dòng)意義建構(gòu)。

課前搭建“腳手架”，利用碎片知識(shí)學(xué)習(xí)必備的基礎(chǔ)知識(shí)，利用虛擬平臺(tái)練習(xí)基本技能，通過(guò)情景化的虛擬情景，對(duì)工作任務(wù)進(jìn)行分析，引發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考與探索，通過(guò)小組交流、互評(píng)等方式，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力。在教師指導(dǎo)下的自主學(xué)習(xí)突出學(xué)生的首創(chuàng)精神，將知識(shí)外化，實(shí)現(xiàn)自我反饋[8]。

新建構(gòu)主義指導(dǎo)下的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)SPOC課程的實(shí)踐研究解決了目前工業(yè)機(jī)器人教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了以教師為指導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)過(guò)程，線上線下的結(jié)合增加了學(xué)習(xí)深度和廣度，情景化的項(xiàng)目任務(wù)設(shè)置激發(fā)學(xué)生探索與思考的積極性，協(xié)作交流討論互動(dòng)共享了資源和思想，分層次的任務(wù)、引導(dǎo)拓展性的練習(xí)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望，框架式的教學(xué)結(jié)構(gòu)讓學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中完成自身知識(shí)能力的有意義建構(gòu)，不同方式的評(píng)價(jià)讓學(xué)習(xí)過(guò)程量化的同時(shí)激勵(lì)學(xué)生的進(jìn)取心。

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