朱鑼堅 鐘沈璐 吳文清 劉玲玲 滕波濤
摘要: 《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料是根據(jù)高中化學(xué)課標與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求設(shè)計開發(fā)的,內(nèi)含四個主題共26個實驗,分別與課標必修內(nèi)容相對應(yīng)。立體學(xué)習(xí)材料以二維碼作媒介,集合實驗微視頻、教學(xué)微視頻、教學(xué)設(shè)計和鞏固練習(xí)等大量優(yōu)質(zhì)資源,成為傳統(tǒng)紙質(zhì)材料的立體化補充,彌補了實驗條件與優(yōu)質(zhì)師資較缺乏的學(xué)校教學(xué)資源的不足。教學(xué)實踐表明,教材與立體化學(xué)習(xí)材料相結(jié)合教學(xué),對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有重要作用。
關(guān)鍵詞: 化學(xué)實驗; 立體學(xué)習(xí)材料; 教學(xué)實踐; 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)
文章編號: 1005-6629(2021)02-0051-06
中圖分類號: G633.8
文獻標識碼: B
1? 《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料的開發(fā)背景
隨著教育改革的持續(xù)深入及現(xiàn)代教育技術(shù)的不斷發(fā)展,作為知識呈現(xiàn)的主要載體——教材亦需與時俱進。傳統(tǒng)紙質(zhì)教材在知識傳播與人才培養(yǎng)中發(fā)揮了巨大的作用,但其修訂繁瑣、知識更新較慢,特別是對化學(xué)、物理、生物等涉及實驗較多的學(xué)科較難形象、直觀、動態(tài)、多維度進行闡述。由于傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的局限性,我國在2002年首次提出“立體教材”概念[1],即將紙質(zhì)文本與相關(guān)數(shù)字資源整體規(guī)劃設(shè)計,把多種形態(tài)的資源(圖表、動畫、音視頻、教學(xué)微視頻等)通過二維碼與紙質(zhì)文本有機結(jié)合,支持學(xué)習(xí)者通過移動終端進行學(xué)習(xí)的新型教學(xué)和學(xué)習(xí)資源集合體[2]。“立體教材”由單一的紙質(zhì)載體轉(zhuǎn)向多媒體數(shù)字資源的有機融合,充分體現(xiàn)了教材的能動性與互動性。因此,如何在傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的基礎(chǔ)上,利用現(xiàn)代教育技術(shù)開發(fā)符合當(dāng)前我國教育實際的立體教材或?qū)W習(xí)材料,成為教育工作者們的一項重要任務(wù)。
2016年9月,教育部發(fā)布“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”要求,隨后各學(xué)科提出了相應(yīng)學(xué)科核心素養(yǎng)。其中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等5個維度,其目的是促進教育模式轉(zhuǎn)型,由重視化學(xué)知識體系的科學(xué)性和系統(tǒng)性轉(zhuǎn)向?qū)W生化學(xué)核心能力和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的生成;由重化學(xué)知識結(jié)構(gòu)、輕學(xué)生能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)向促進學(xué)生化學(xué)能力提升和全面發(fā)展。國家教育指導(dǎo)方針的轉(zhuǎn)變、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)對化學(xué),特別是化學(xué)實驗教材或?qū)W習(xí)材料的編寫提出了更高的要求[3]。
化學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科,成功的實驗?zāi)軌蚋玫貛椭鷮W(xué)生理解課堂理論知識,激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的觀察能力、動手能力、數(shù)據(jù)分析與科學(xué)探究能力,進而促進化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。目前,我國尚無獨立的《高中化學(xué)實驗》教材,實驗分散在理論知識教學(xué)的章節(jié)中,相關(guān)實驗與學(xué)生生活實踐聯(lián)系不夠緊密,缺乏趣味性。同時,由于高中學(xué)習(xí)壓力大,部分實驗教學(xué)被縮減,特別是在一些教學(xué)資源匱乏的學(xué)校,由于沒有條件開展化學(xué)實驗教學(xué),存在教師只能口頭描述實驗的現(xiàn)象。另一方面,在一些特殊情況下,如疫情期間線上教學(xué)無法開展化學(xué)實驗教學(xué)工作。
為加強化學(xué)實驗教學(xué),全面提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng),在系統(tǒng)調(diào)研《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》[4]對高中化學(xué)必修實驗要求的基礎(chǔ)上,我們選擇體現(xiàn)基礎(chǔ)性與時代性的實驗教學(xué)內(nèi)容,運用現(xiàn)代教育信息技術(shù),設(shè)計開發(fā)《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料,并開展了初步的教學(xué)實踐。
2? 《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料的設(shè)計
2.1? 構(gòu)建高中化學(xué)必修實驗體系
《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》明確要求: 化學(xué)教材要以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨,體現(xiàn)基礎(chǔ)性、時代性和人文性;在教學(xué)內(nèi)容的選擇上應(yīng)凸顯化學(xué)學(xué)科核心概念,精選化學(xué)核心知識,重視實驗探究與實踐活動,并關(guān)注社會與生活,體現(xiàn)科技發(fā)展趨勢及科學(xué)與人文的融合。
為培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)探究能力,實現(xiàn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展,突出化學(xué)基本觀念的統(tǒng)領(lǐng)作用,按照化學(xué)課標必修教學(xué)內(nèi)容的要求,《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料分為四個主題:“化學(xué)科學(xué)與實驗探究”“常見的無機物及其應(yīng)用”“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”“簡單的有機化合物及其應(yīng)用”。學(xué)習(xí)材料以課標的必做實驗為主線,每個主題設(shè)計2~3小節(jié),輔以2~3個相關(guān)實驗進行知識拓展。每個實驗都有相應(yīng)的二維碼,學(xué)生通過移動電子設(shè)備掃描二維碼獲取相關(guān)實驗的網(wǎng)絡(luò)資源,包括實驗操作演示視頻、電子教案、鞏固練習(xí)等。學(xué)習(xí)材料具體章節(jié)內(nèi)容設(shè)置如表1所示。在實驗選擇方面,筆者選擇緊密圍繞理論知識內(nèi)容,具有一定趣味性的微型實驗、家庭小實驗為主,適當(dāng)增加部分數(shù)字化實驗、定量實驗和創(chuàng)新實驗。通過實驗?zāi)軌蚋玫乩斫饫碚撝R,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的觀察能力、動手能力、數(shù)據(jù)分析與科學(xué)探究能力,從而促進化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。
從教學(xué)內(nèi)容來看,《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料是以高中化學(xué)課程標準為指導(dǎo),以輔助化學(xué)實驗與理論教學(xué)為基本定位,以課標規(guī)定的化學(xué)實驗為基礎(chǔ),圍繞培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進行開發(fā),其內(nèi)容自成知識體系,可較好地與各版本化學(xué)教材銜接,教師可根據(jù)教學(xué)進度選擇使用學(xué)習(xí)材料中的相應(yīng)內(nèi)容。
2.2? 編寫高中化學(xué)實驗立體學(xué)習(xí)材料文本
為配合課堂理論教學(xué),倡導(dǎo)真實情境的創(chuàng)設(shè),落實化學(xué)實驗的探究性和操作性,體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計,同時符合學(xué)生的認知規(guī)律,我們系統(tǒng)編寫了高中化學(xué)實驗立體學(xué)習(xí)材料的文本。對每個實驗設(shè)置“情境導(dǎo)入”“小試牛刀”“由淺入深”“拓展應(yīng)用”等四個模塊,相應(yīng)模塊示例如圖1所示。其中,“情境導(dǎo)入”模塊根據(jù)情境的不同分為“溫故知新”“化學(xué)搖籃”與“知識預(yù)備”三種類型,主要是導(dǎo)入實驗教學(xué)內(nèi)容;“小試牛刀”模塊是進行實驗設(shè)計與操作;“由淺入深”模塊是通過對實驗的思考與討論分析實驗背后的原理,掌握化學(xué)規(guī)律;“拓展應(yīng)用”模塊是將前面學(xué)習(xí)過的化學(xué)原理應(yīng)用于生活實踐或?qū)W科前沿研究。同時,學(xué)習(xí)材料中設(shè)置了“思考與討論”“活動與探究”“資料卡”“小貼士”等系列欄目,以補充學(xué)習(xí)材料內(nèi)容,相應(yīng)欄目設(shè)計示例如圖2所示。
學(xué)習(xí)材料在內(nèi)容與實驗設(shè)計中較好地體現(xiàn)了學(xué)科核心素養(yǎng)的要求?!昂暧^辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想”主要在“常見的無機物及其應(yīng)用、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”等主題中體現(xiàn)。通過學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容,學(xué)生學(xué)會從微觀角度理解與認識宏觀現(xiàn)象,建立物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性質(zhì)的觀念以及能量轉(zhuǎn)化與化學(xué)平衡的思想。“證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”主要在“化學(xué)科學(xué)與實驗探究、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律、簡單的有機化合物及其應(yīng)用”等主題中體現(xiàn)。通過化學(xué)史介紹科學(xué)家對有機物結(jié)構(gòu)的探索過程,培養(yǎng)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象,總結(jié)歸納定性或定量模型的科學(xué)研究能力,借助系列實驗教學(xué)專題與視頻學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的科學(xué)探究能力和勇于創(chuàng)新的意識;“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”則貫穿在整個學(xué)習(xí)材料的思想體系中。
2.3? 建立高中化學(xué)實驗視頻資源
實驗視頻設(shè)計是開發(fā)立體學(xué)習(xí)材料至關(guān)重要的環(huán)節(jié),是維系學(xué)習(xí)材料使用和學(xué)生學(xué)習(xí)的橋梁紐帶。傳統(tǒng)的教材只提供靜態(tài)文字的實驗步驟,但無法呈現(xiàn)動態(tài)演示的實驗過程;傳統(tǒng)的實驗視頻以展示實驗過程為重點,缺少對實驗原理的清晰闡述和對學(xué)生情感態(tài)度的深刻涵養(yǎng)。根據(jù)邏輯清晰、簡潔明了、重點突出、啟發(fā)思考的設(shè)計理念,筆者錄制了相應(yīng)教學(xué)實驗視頻。視頻時長2~3分鐘,一般包括背景介紹、實驗操作、原理講解、問題思考四部分,實驗流程按實驗內(nèi)容的順序依次進行。實驗視頻拍攝時,鏡頭對準雙手和試驗臺,如同學(xué)生的眼睛,以第一視角的方式呈現(xiàn)整個操作過程,給予學(xué)生近距離的學(xué)習(xí)體驗;實驗操作結(jié)束后進行實驗原理的講解,給出實驗現(xiàn)象的化學(xué)原理;在原理講解結(jié)束后,提出1~2個小問題,引導(dǎo)學(xué)生思考或用于教師課堂導(dǎo)課。實驗視頻制作時,利用相關(guān)視頻軟件添加了講解字幕、化學(xué)方程式以及知識性圖片,以期更好地滿足學(xué)生準確理解教學(xué)內(nèi)容的需求。同時,視頻配備了舒緩或輕快的背景音樂,以營造舒適的學(xué)習(xí)氛圍。相關(guān)學(xué)習(xí)材料文本及視頻已上傳至https://space.bilibili.com/389559267及浙江師范大學(xué)化學(xué)教學(xué)示范中心,供學(xué)習(xí)者免費下載使用。
3? 《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料的教學(xué)實踐
筆者在浙江師范大學(xué)附屬中學(xué)高二年級進行了《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料的初步教學(xué)實踐。實驗班與對照班均為化學(xué)選考班級,分別有39與40名選考生(成績相當(dāng),男女均衡),教學(xué)實踐內(nèi)容選擇了學(xué)習(xí)材料的重難點內(nèi)容“化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素”。
在授課教師、授課學(xué)時相同的前提下,實驗班使用化學(xué)實驗立體學(xué)習(xí)材料和蘇教版化學(xué)教材,對照班僅采用蘇教版化學(xué)教材。實驗班首先借助多媒體播放立體學(xué)習(xí)材料中“大象牙膏”實驗視頻,幫助學(xué)生了解大象牙膏形成的重要原因——雙氧水分解,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;隨后教師根據(jù)學(xué)習(xí)材料引導(dǎo)學(xué)生探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素,播放“化學(xué)反應(yīng)速率影響因素”實驗微視頻并進行實驗演示,直觀、形象地驗證學(xué)生探究的結(jié)果;在此基礎(chǔ)上,教師引導(dǎo)學(xué)生提出化學(xué)反應(yīng)速率定量描述的方法與思路,再播放“雙氧水分解速率測定”實驗微視頻,驗證設(shè)計并學(xué)會定量測定、計算化學(xué)反應(yīng)速率,加深對化學(xué)反應(yīng)速率理論知識的理解;最后,教師依照學(xué)習(xí)材料編排,適當(dāng)進行知識的拓展應(yīng)用,總結(jié)歸納課堂。對照班則按照原教學(xué)模式授課,常規(guī)舊知導(dǎo)入,新知講授與練習(xí),課堂總結(jié);實驗教學(xué)只進行了化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的演示實驗。授課結(jié)束后,兩個班均使用同一套課后測試題進行檢測,比較兩個班學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)速率知識的學(xué)習(xí)情況。實驗班課后完成“《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料及其教學(xué)調(diào)查問卷”,筆者隨機對部分學(xué)生進行訪談工作。
根據(jù)教學(xué)實踐調(diào)查與學(xué)生訪談發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)學(xué)生沒有聽說過立體教材或立體學(xué)習(xí)材料的概念,即使少數(shù)學(xué)生聽說過,其了解的情況也與實際立體教材概念有較大偏差,說明學(xué)生對立體教材或立體學(xué)習(xí)材料的認知還處于起步階段。盡管如此,在使用《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料學(xué)習(xí)后,學(xué)生對立體學(xué)習(xí)材料表現(xiàn)出濃厚的興趣,對教學(xué)實驗微視頻以及課堂使用效果都給予了積極評價。在授課模式方面,近九成的學(xué)生選擇了教師講授、視頻等資源進行輔助的課堂模式。
課后測試結(jié)果統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),實驗班平均成績79.7分,對照班為77.6分。由表2可以看出,實驗班高分段明顯高于對照班,同時低分段(40~60分)學(xué)生比例明顯減少。學(xué)生訪談反饋表明,形式新穎、內(nèi)容創(chuàng)新的立體學(xué)習(xí)材料增強了課堂的趣味性,有利于集中注意力。與傳統(tǒng)講授式課堂教學(xué)不同,使用立體學(xué)習(xí)材料文字、聲音、視頻“三位一體”的動態(tài)教學(xué)信息呈現(xiàn),賦予了化學(xué)課堂以活力與魅力。教師可將立體學(xué)習(xí)材料中的內(nèi)容融入教學(xué)設(shè)計,使教學(xué)過程呈遞進式,如本例中先采用趣味實驗給學(xué)生感性認知,再通過不同反應(yīng)條件的實驗獲取化學(xué)反應(yīng)速率影響的定性規(guī)律,最后到定量實驗測定化學(xué)反應(yīng)速率的遞進式教學(xué)。這種教學(xué)設(shè)計從感性認知到定性理解,最后上升到定量測定,符合學(xué)生的認知規(guī)律,加深了學(xué)生對相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的理解與掌握,提高了課堂學(xué)習(xí)效率與測試成績。
4? 《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料的特點與應(yīng)用
4.1? 立體學(xué)習(xí)材料的特點
從立體學(xué)習(xí)材料的制作方面來看,“力破傳統(tǒng)”成為《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料的特色。主要特點如下: (1)充分體現(xiàn)核心素養(yǎng)。學(xué)習(xí)材料內(nèi)容緊扣課標,從“情景導(dǎo)入、小試牛刀、由淺入深、拓展應(yīng)用”四個層次依次遞進,同時實驗選題兼顧知識性、趣味性與創(chuàng)新性,符合學(xué)生認知發(fā)展規(guī)律,外顯化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。(2)動態(tài)呈現(xiàn)課程內(nèi)容。視頻實驗操作與理論講解、教育性與趣味性相互結(jié)合,動態(tài)呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。(3)立體整合教學(xué)資源。立體學(xué)習(xí)材料擁有實驗視頻、教學(xué)設(shè)計等豐富的教學(xué)資源,二維碼將數(shù)字資源與理論教學(xué)有機融合,同時可不斷更新線上教學(xué)素材??傊?,與傳統(tǒng)紙質(zhì)教材相比,《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料融合學(xué)科素養(yǎng)與最新教學(xué)技術(shù),受到學(xué)生的歡迎,并取得較好的教學(xué)效果。
4.2? 立體學(xué)習(xí)材料的應(yīng)用
從學(xué)習(xí)材料的應(yīng)用方面來看,《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料力求補齊理論與實驗教學(xué)上的短板。主要表現(xiàn)如下: (1)充實課堂教學(xué)環(huán)節(jié)。由于學(xué)習(xí)材料包含豐富的教學(xué)資源,教師可將其作為情境導(dǎo)課、小組討論、知識拓展等課堂環(huán)節(jié)中的拓展材料,擴展學(xué)生的視野與思維,鞏固理論知識。(2)彌補教學(xué)資源不足。在設(shè)備儀器、化學(xué)試劑及優(yōu)質(zhì)師資欠缺的學(xué)?;颉疤厥鈼l件下”的線上教學(xué)中,立體學(xué)習(xí)材料的運用解決了教學(xué)中教師枯燥描述實驗、學(xué)生憑空想象的教學(xué)難題。(3)輔助實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗前,學(xué)生通過觀看實驗視頻,了解決定實驗成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié),既保證了學(xué)生實驗的準確、安全及高效性,又提高了學(xué)生的自學(xué)能力。課后,學(xué)生亦可以借助立體學(xué)習(xí)材料及其網(wǎng)絡(luò)資源進行復(fù)習(xí)鞏固,及時查漏或補缺。
綜上,《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料填補了國內(nèi)中學(xué)化學(xué)立體學(xué)習(xí)材料的空白,旨在能夠推動中學(xué)化學(xué)教學(xué)、提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。但由于團隊在立體學(xué)習(xí)材料的開發(fā)方面尚處于探索階段,《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料仍需在教學(xué)實踐中不斷建設(shè)與完善。同時,國內(nèi)現(xiàn)階段以講授為主的中學(xué)教學(xué)模式與立體學(xué)習(xí)材料中以實驗視頻互動為主的教學(xué)模式之間存在矛盾,必然要求教學(xué)模式做出相應(yīng)調(diào)整。與實驗視頻相結(jié)合的研究性學(xué)習(xí)、在線合作學(xué)習(xí)、計算機輔助學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式尚需進一步進行探索。
5? 結(jié)語
根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求,我們設(shè)計開發(fā)了《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料。學(xué)習(xí)材料包括“化學(xué)科學(xué)與實驗探究”“常見的無機物及其應(yīng)用”“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”“簡單的有機化合物及其應(yīng)用”四個主題共26個實驗,分別與課標必修內(nèi)容相對應(yīng)。以二維碼作媒介,集合線上實驗微視頻、教學(xué)微視頻、教學(xué)設(shè)計和鞏固練習(xí)等大量優(yōu)質(zhì)資源,成為傳統(tǒng)紙質(zhì)材料的立體化補充。通過教學(xué)實踐與問卷調(diào)查,發(fā)現(xiàn)《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料既可作為教師授課的拓展材料,又能成為學(xué)生的自學(xué)工具;既可用于情境導(dǎo)課、小組討論等課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié),又能實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂、研究性學(xué)習(xí)等新時代的教學(xué)模式;既可優(yōu)化教學(xué)資源的利用,又能彌補教學(xué)條件的不足。前期教學(xué)實踐結(jié)果表明,使用立體學(xué)習(xí)材料開展立體化教學(xué),在很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增加了學(xué)生對實驗探究的學(xué)習(xí)期待,學(xué)生的實驗技能與水平在立體化學(xué)習(xí)材料的支撐下明顯提高,實踐能力和創(chuàng)新精神也得到了顯著提升,學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)通過立體學(xué)習(xí)材料的使用得到了培養(yǎng)與發(fā)展。盡管《高中化學(xué)實驗》立體學(xué)習(xí)材料的開發(fā)填補了國內(nèi)這一領(lǐng)域的空白,但仍需在今后的教學(xué)實踐中不斷完善與提升。
參考文獻:
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