“新工科”建設(shè)背景下農(nóng)林院校電工電子實(shí)踐教學(xué)探索

李宗平 陳帝伊 張寧

摘 ? ?要：圍繞“新工科”建設(shè)背景下的創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，農(nóng)林院校依托優(yōu)勢專業(yè)通過建設(shè)電工電子實(shí)踐教學(xué)平臺;改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、利用網(wǎng)絡(luò)及手機(jī)APP等現(xiàn)代教學(xué)方式構(gòu)造多樣化教學(xué)模式、制定階梯化實(shí)驗(yàn)考核方式、引入學(xué)科競賽激勵(lì)體制等措施促進(jìn)師生創(chuàng)新熱情，并加強(qiáng)教學(xué)督導(dǎo)、提升師資隊(duì)伍的教學(xué)水平，從而保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。實(shí)踐證明，電工電子實(shí)踐教學(xué)改革成效顯著，學(xué)生的創(chuàng)新能力得到有效提升，也為農(nóng)林院校電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)林院校;新工科;電工電子;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2019）010-0040-03

在“大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)”和“新工科”建設(shè)背景下對如何加強(qiáng)農(nóng)林院校大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力提出了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇[1]。與傳統(tǒng)的工科人才相比，“新工科”建設(shè)目標(biāo)是培養(yǎng)實(shí)踐能力扎實(shí)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。他們不僅在某一學(xué)科學(xué)業(yè)精深，而且還應(yīng)具有“學(xué)科交叉融合”的特征;他們不僅能運(yùn)用所掌握的知識去解決現(xiàn)有的問題，還有能力應(yīng)用新知識、新技術(shù)解決未來發(fā)展中出現(xiàn)的問題，對未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)起到引領(lǐng)作用[2]。西北農(nóng)林科技大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)中心為了主動(dòng)適應(yīng)“新工科”建設(shè)背景對創(chuàng)新人才的迫切需求，抓住省級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)機(jī)遇，通過加大實(shí)踐教學(xué)平臺的建設(shè)、改革實(shí)踐教學(xué)體系、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量保障等方面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。經(jīng)過多年的摸索與改革，西北農(nóng)林科技大學(xué)電子電工實(shí)驗(yàn)中心探索出依托學(xué)校優(yōu)勢專業(yè)，體現(xiàn)農(nóng)林院校特色的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案。

一、加大多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)

按照“突出產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合特色，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和科研創(chuàng)新平臺建設(shè)”改革思路，學(xué)校對電類學(xué)科專業(yè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)融合。把原來分散在兩個(gè)工科學(xué)院及基礎(chǔ)課部的電工實(shí)驗(yàn)室、電子實(shí)驗(yàn)室、物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整合，組建了電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，實(shí)行校、院兩級管理。

在發(fā)展中不斷創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，探索電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺建設(shè)。根據(jù)學(xué)校專業(yè)設(shè)置不同及農(nóng)林院校的專業(yè)特點(diǎn)，電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心依托優(yōu)勢專業(yè)，設(shè)置基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及創(chuàng)新與科研訓(xùn)練三個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。其中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺主要面向?qū)W校工科非電類專業(yè)，著重培養(yǎng)學(xué)生電工電子類實(shí)驗(yàn)操作技能，強(qiáng)化學(xué)生對電類知識的工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng);專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺主要面向工科涉電類專業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生的電工電子的應(yīng)用能力和拓展能力;創(chuàng)新和科研訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)平臺，主要以學(xué)生科研創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、學(xué)科競賽、特別是以學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科農(nóng)業(yè)工程和水利工程為主導(dǎo)，積極將教師先進(jìn)科研成果和理念應(yīng)用在相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中，構(gòu)建了科研訓(xùn)練與工程訓(xùn)練、農(nóng)業(yè)信息化、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、新能源發(fā)電、水電站系統(tǒng)穩(wěn)定與調(diào)控等創(chuàng)新與科研訓(xùn)練開發(fā)實(shí)驗(yàn)室。通過科研任務(wù)訓(xùn)練學(xué)生的科研能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新和科研訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)平臺隨著學(xué)校各學(xué)科的發(fā)展不斷得到更新和擴(kuò)充，教師優(yōu)秀科研項(xiàng)目都可申請進(jìn)入此平臺。實(shí)驗(yàn)中心根據(jù)學(xué)校資源設(shè)備情況提供實(shí)踐平臺，科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)既可以補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)儀器，又可以帶動(dòng)更多的學(xué)生參與科學(xué)研究中。在管理上，創(chuàng)新和科研訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)平臺采取開放式管理辦法，同時(shí)為大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目和科技競賽活動(dòng)提供支撐，大大提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力。

二、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，與學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科相結(jié)合，將教師科研成果引進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，注重學(xué)生創(chuàng)新能力和探索精神的培養(yǎng)，形成了具有農(nóng)林院校特色的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革思路。以“夯實(shí)基礎(chǔ)、拓展能力、培育創(chuàng)新”為目標(biāo)，構(gòu)建“基礎(chǔ)應(yīng)用、綜合設(shè)計(jì)、科技創(chuàng)新”的遞進(jìn)上升和“理論與實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)與課外、科研與教學(xué)”結(jié)合并相互滲透的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。根據(jù)“新工科”教育培養(yǎng)理念加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)類型的比例，夯實(shí)工程應(yīng)用能力，加強(qiáng)綜合設(shè)計(jì)能力鍛煉、注重科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)。通過實(shí)驗(yàn)室開放和相關(guān)成果應(yīng)用，為不同專業(yè)、不同背景的學(xué)生，提供模塊化實(shí)驗(yàn)空間，形成由基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)—綜合與設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)—EDA能力訓(xùn)練—電子工藝實(shí)訓(xùn)—科技創(chuàng)新的實(shí)踐教學(xué)路徑。確立了“工程與實(shí)踐，應(yīng)用與創(chuàng)新并重”的綜合評價(jià)模式，培養(yǎng)電工電子實(shí)踐技能扎實(shí)、創(chuàng)新能力突出、具有全球視野的高素質(zhì)“新工科”人才[3]。

基礎(chǔ)應(yīng)用層教學(xué)的主要目標(biāo)是夯實(shí)知識，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能、分析和解決問題能力，培養(yǎng)基本工程素養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上引入工程實(shí)例，如電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)驗(yàn)，不但要把正反轉(zhuǎn)原理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)出來，還要考慮到實(shí)際工程應(yīng)用中的各種保護(hù)措施，比如過流保護(hù)、過載保護(hù)、欠壓保護(hù)等，根據(jù)實(shí)際案例設(shè)計(jì)斷路器、熱繼電器、熔斷器等保護(hù)措施。這樣一來，實(shí)驗(yàn)不再是單純的理論驗(yàn)證，而是和實(shí)踐工程有機(jī)聯(lián)系，既要發(fā)揮主觀能動(dòng)性又要鍛煉敏銳思維的項(xiàng)目，這樣的實(shí)驗(yàn)課程靈活又充滿新意，大大提升了學(xué)生參與的熱情和興趣。

綜合設(shè)計(jì)層包括電工技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)、電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)、電子工藝實(shí)訓(xùn)、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。該層面教學(xué)目標(biāo)主要是拓展能力，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、系統(tǒng)分析、綜合應(yīng)用、設(shè)計(jì)與創(chuàng)新等方面的能力。實(shí)驗(yàn)開設(shè)注重學(xué)科的融合滲透，注重系統(tǒng)化?；蛘咛峁┚C合項(xiàng)目供學(xué)生選擇，或者給學(xué)生一個(gè)開放性的課題，或者指導(dǎo)學(xué)生把課程設(shè)計(jì)出來的成果拿回實(shí)驗(yàn)室搭建驗(yàn)證，然后又回饋課程設(shè)計(jì)，不斷改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如，模擬電子課程設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)出來的模擬電路，通過電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)，制作成PCB印刷電路板，后進(jìn)行需求分析、器件選型、組裝焊接，然后再實(shí)物調(diào)試分析，在實(shí)際測試結(jié)果的基礎(chǔ)上再優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成一個(gè)閉環(huán)的、完整的、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程。這樣既把所學(xué)課程有機(jī)結(jié)合起來，鍛煉了學(xué)生查詢資料能力、論證求證的科研能力，又能讓學(xué)生體驗(yàn)完整的工程項(xiàng)目開發(fā)全過程，系統(tǒng)化地掌握所學(xué)知識。

科技創(chuàng)新活動(dòng)層主要面向“全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽”“中國機(jī)器人大賽”“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽以及校級科技競賽活動(dòng)。該層面實(shí)踐題目既有來源于實(shí)際生產(chǎn)、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)、 “大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”課題，又有來自各類科技競賽及中心教師相關(guān)科研項(xiàng)目?？萍紕?chuàng)新層可以充分培育學(xué)生的創(chuàng)新能力，為學(xué)生參加各類科技競賽、完成大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目等科技創(chuàng)新活動(dòng)以及師生科研工作提供有力支撐。

既體現(xiàn)層次化，又相互融合滲透的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系緊密圍繞“新工科”教育人才培養(yǎng)目標(biāo)，發(fā)揮了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，突出培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)，逐步培育學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

三、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

（一）以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用引導(dǎo)、討論和“翻轉(zhuǎn)式”教學(xué)方法，讓學(xué)生處于實(shí)驗(yàn)課堂的主體地位，教師主要在方案選取和方法改進(jìn)上予以指導(dǎo)，在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)困難時(shí)，不是直接幫助學(xué)生解決，而是啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生去思考，查找原因，借助各種文獻(xiàn)資料解決問題。通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生再學(xué)習(xí)的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，采取實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開放、元器件開放和實(shí)驗(yàn)時(shí)間開放的方式，讓學(xué)生以組為單位選擇題目，以課題形式分工協(xié)作，設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試實(shí)驗(yàn)，最后提交說明書和作品。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生專業(yè)、興趣及基礎(chǔ)的不同，開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生個(gè)性化地選擇實(shí)驗(yàn)課程，為學(xué)生營造寬松的、自主的、能夠潛心研究的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和氛圍。在實(shí)驗(yàn)過程中選拔出優(yōu)秀學(xué)生，鼓勵(lì)他們參加科技創(chuàng)新活動(dòng)，在平時(shí)訓(xùn)練中認(rèn)真觀察，根據(jù)學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)，讓他們參與到各類競賽，支持個(gè)性發(fā)展，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

（二）利用網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)APP等促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效

開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，加強(qiáng)信息化建設(shè)，將互聯(lián)網(wǎng)、新媒體與傳統(tǒng)教學(xué)方式有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的探索與實(shí)踐。電工電子實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺將網(wǎng)上預(yù)約、網(wǎng)上授課答疑、虛擬實(shí)驗(yàn)室集成于一體。

利用現(xiàn)代化教育信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，借助手機(jī)上的“藍(lán)墨云班課APP”管理實(shí)驗(yàn)和組織教學(xué)，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，促進(jìn)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)課前將實(shí)驗(yàn)任務(wù)發(fā)布在藍(lán)墨云班課APP上，引導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)，同時(shí)APP上還有相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻和“慕課”的鏈接，方便學(xué)生查詢和參考;實(shí)驗(yàn)課上通過APP考勤;學(xué)生將錄制的實(shí)驗(yàn)過程視頻和實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳到APP上，教師通過APP掌握每位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)狀況及全面評價(jià)學(xué)生的實(shí)踐能力，在批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過程中可以個(gè)性化地錄制評語;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后系統(tǒng)能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和管理實(shí)驗(yàn)成績，分析成績分布區(qū)間，給出提升意見。該系統(tǒng)的建立，把課堂中屢禁不止的手機(jī)變成了實(shí)驗(yàn)課的工具，迎合了學(xué)生的時(shí)代特征，也大大激發(fā)了學(xué)生的參與熱情。

（三）構(gòu)建梯度化考核方法

確立了全面評測學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的梯度化實(shí)驗(yàn)考核方式（見圖1）?；A(chǔ)考核包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場評分、實(shí)驗(yàn)報(bào)告評分和期終實(shí)驗(yàn)考核評分三個(gè)部分;綜合設(shè)計(jì)層進(jìn)行綜合實(shí)踐技能過關(guān)考試給出專業(yè)技能考核成績;對于“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”和“科技創(chuàng)新”類考核則采取按論文答辯方式進(jìn)行，給出綜合創(chuàng)新考核成績。學(xué)生在完成中心所有類別的實(shí)驗(yàn)考核后，最終給出實(shí)踐技能綜合評價(jià)意見。

（四）引入科技競賽激勵(lì)制度

根據(jù)“以競賽促學(xué)習(xí)，以競賽促改革”指導(dǎo)思想，積極引導(dǎo)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競賽、“全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”“中國機(jī)器人大賽”等競賽活動(dòng)。學(xué)校制定的《大學(xué)生科技競賽組織管理實(shí)施細(xì)則》中明確規(guī)定對完成國家級、省級創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目或者參與國家級、省級科技競賽活動(dòng)的學(xué)生人均計(jì)入3個(gè)創(chuàng)新學(xué)分，獲得省部級以上科技競賽獎(jiǎng)項(xiàng)的學(xué)生給予獎(jiǎng)勵(lì)，特別優(yōu)秀的學(xué)生將直接給予推薦免試研究生資格。每指導(dǎo)一個(gè)國家級、省級科技競賽隊(duì)伍的教師計(jì)入60學(xué)時(shí)教學(xué)工作量，對于優(yōu)秀的指導(dǎo)教師給予表彰和獎(jiǎng)勵(lì)?？萍几傎惣?lì)制度，能提高師生參與熱情，鼓勵(lì)創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

四、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量保證

建立全方位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量保證體系，從制度、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、效果評價(jià)、設(shè)備和師資等多方面規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

（一）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評價(jià)

成立“教學(xué)質(zhì)量督導(dǎo)小組”，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行全過程跟蹤、檢查和考核，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的全程監(jiān)控?！敖虒W(xué)質(zhì)量督導(dǎo)小組”成員采取隨機(jī)聽課、與學(xué)生座談等方式綜合評價(jià)實(shí)驗(yàn)教師的教風(fēng)、教學(xué)能力水平和教學(xué)效果。

學(xué)生通過網(wǎng)上評教、問卷調(diào)查等多種形式，評價(jià)任課教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的教學(xué)效果[4]。

多樣化綜合評價(jià)既保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的科研水平和素質(zhì)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量有了可靠保證。

（二）提升師資隊(duì)伍教學(xué)水平

積極開展教學(xué)方法研究，通過業(yè)務(wù)培訓(xùn)、管理培訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備創(chuàng)新研討會(huì)等多種形式進(jìn)行教學(xué)方法改革。通過實(shí)驗(yàn)中心內(nèi)部老教師的“傳幫帶”和新教工的“學(xué)比超”，師資隊(duì)伍素質(zhì)不斷加強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和能力得到了大幅提高[5]。組織實(shí)驗(yàn)教師參加教學(xué)研討會(huì)，派出實(shí)驗(yàn)教師到國內(nèi)高水平大學(xué)進(jìn)修，與兄弟院校就電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)廣泛開展交流和研討，積極吸收電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的新成果和新方法，并及時(shí)運(yùn)用到教學(xué)中。

五、實(shí)踐成效

學(xué)生的電工電子實(shí)踐能力、工程能力和創(chuàng)新意識在實(shí)踐教學(xué)中得到了很好的訓(xùn)練和提高。學(xué)生連續(xù)多年在“全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”“中國機(jī)器人大賽”等省級以上科技競賽中取得優(yōu)異成績。近年來，依托實(shí)驗(yàn)中心平臺，本科生發(fā)表SCI收錄論文8篇，獲批專利44項(xiàng)。除此之外，電類專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)率持續(xù)增高，就業(yè)質(zhì)量不斷提升。

實(shí)踐教學(xué)平臺的建設(shè)是當(dāng)前高等學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要支撐，西北農(nóng)林科技大學(xué)電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心立足農(nóng)林院校本身，結(jié)合優(yōu)勢學(xué)科，以“新工科”人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，以創(chuàng)建省級電工電子實(shí)驗(yàn)示范中心為契機(jī)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)方法，探索全方位實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量保障系統(tǒng)，在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果，值得借鑒和推廣。

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