秦芳誠 亓海全 韋莉莉 劉崇宇 李義兵
摘? 要:分析了具有工科特色的地方高校金屬材料加工學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀,對學(xué)科現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式、課程設(shè)置和教學(xué)模式進(jìn)行了思考,存在產(chǎn)教融合不良、工程能力差及實(shí)踐教學(xué)無實(shí)效等問題,提出了探索學(xué)科發(fā)展模式改革的思路,結(jié)合區(qū)域特色利用校企合作-協(xié)同育人平臺、混合式教學(xué)模式和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺培養(yǎng)復(fù)合型人才,并推動地方高校金屬材料加工學(xué)科建設(shè)的發(fā)展。
關(guān)鍵詞:金屬材料加工;學(xué)科發(fā)展;改革;混合式教學(xué)
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:2096-000X(2021)08-0129-04
Abstract: The development situation in metallic materials processing subject in local colleges is analyzed. The current talenttraining mode, curriculum provision and teaching mode are thought in detail, and the poor integration of production and teaching, poor engineering capability and ineffectiveness in practical are found. The ideas of reformation on development mode of subject are proposed. Combined with regional characteristics, the inter-disciplinary talent will be trained by utilizing school-enterprise cooperation-collaborative, hybrid teaching mode and Virtual simulation training platform. The development of metallic materials processingsubject in local collegeswill be promoted.
Keywords: metallic materials processing; subject development; reform; hybrid teaching
隨著我國由“制造大國”向“制造強(qiáng)國”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級以及各類新興產(chǎn)業(yè)的誕生和崛起,傳統(tǒng)工科的專業(yè)定位和人才培養(yǎng)模式已經(jīng)逐漸無法適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)等新經(jīng)濟(jì)形勢的發(fā)展及對人才的能力需求,如產(chǎn)教脫節(jié)、施教形式單一、教師工程能力差以及實(shí)踐教學(xué)無實(shí)效等[1-2]。2017年教育部高等教育司明確指出了深化工程教育改革、建設(shè)工程教育強(qiáng)國對服務(wù)和支撐我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級具有重大戰(zhàn)略意義,要求在國家推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等國家經(jīng)濟(jì)規(guī)劃背景下,圍繞新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級改造等新業(yè)態(tài)對工程技術(shù)人才的知識和能力需求,加快開展工程教育改革創(chuàng)新,推進(jìn)“新工科”的建設(shè)和發(fā)展[3-5]。截至目前,我國工程教育認(rèn)證已走過了10來年,取得了諸多有益成效,各高等工科院校也進(jìn)入新的發(fā)展階段。在工程教育專業(yè)認(rèn)證的國際大背景下,從專業(yè)認(rèn)證“以學(xué)生為中心”的核心理念出發(fā),參加工程教育專業(yè)認(rèn)證是實(shí)現(xiàn)我國工程教育、技術(shù)人才與國際接軌的必然要求,尤其是對桂林理工大學(xué)等地方高校以基礎(chǔ)理論和工程實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的金屬材料加工學(xué)科而言,工程教育與實(shí)踐是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要舉措[6]。
一、學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀
桂林理工大學(xué)作為具備鮮明工科特色的地方高等院校,近年來以工科專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向,對本學(xué)科學(xué)生的畢業(yè)要求的指標(biāo)點(diǎn)、支撐課程和課程權(quán)重進(jìn)行了詳細(xì)討論分析,結(jié)合課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與效果,開展了課程教學(xué)體系改革的初步嘗試。通過加強(qiáng)教學(xué)資源的硬件和軟件建設(shè)實(shí)現(xiàn)共融、開放、共享,加強(qiáng)校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)與工廠生產(chǎn)實(shí)踐的緊密結(jié)合,達(dá)到以學(xué)生培養(yǎng)為主體,發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和提高學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的目的[6]。對校企合作-協(xié)同育人機(jī)制和實(shí)踐模式的探索已經(jīng)開展了大量的工作,但作為教學(xué)一線單位且屬于發(fā)展多年的傳統(tǒng)學(xué)科,金屬材料加工學(xué)科對國家的基礎(chǔ)建設(shè)、重大裝備等各行業(yè)各領(lǐng)域起到了不可替代的支柱作用,伴隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展取得了很大的進(jìn)步,但卻造成了近乎固化的人才培養(yǎng)模式。例如,實(shí)驗(yàn)室設(shè)備陳舊,實(shí)驗(yàn)室空間有限,臺套數(shù)相對偏少,目前每節(jié)課為15人/批次,進(jìn)而無形中限制了學(xué)生實(shí)操能力;缺少引領(lǐng)科技前沿的國內(nèi)外材料制備和特種鑄造、鍛造以及焊接成形方法,并且依附于理論教學(xué)的基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)較多,不能更好的開拓學(xué)生的眼界,計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)在金屬材料熱處理、塑性加工、攪拌摩擦焊接、模具拆裝等實(shí)驗(yàn)中的融入偏少;大三學(xué)生的認(rèn)知實(shí)習(xí)和大四學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)一般都是走馬觀花的形式,不能接觸到一線生產(chǎn)的實(shí)際工藝流程,并真正參與到工程實(shí)踐中,嚴(yán)重缺乏對實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為此,2017年廣西教育廳在區(qū)內(nèi)34所高?!靶鹿た啤甭?lián)盟大會上指出應(yīng)從“堅(jiān)持問題導(dǎo)向、堅(jiān)持特色立校和堅(jiān)持協(xié)同育人”三個方面加快推動學(xué)科建設(shè),致力于培養(yǎng)適應(yīng)“新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)”發(fā)展的具有深厚工程能力的技術(shù)人才,致力于為廣西經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型,尤其是有色金屬產(chǎn)業(yè)“二次創(chuàng)業(yè)”提供人才支撐。
二、學(xué)科發(fā)展思考
學(xué)科定位方面,我校金屬材料加工學(xué)科著眼于廣西工業(yè)發(fā)展“九張名片”之有色金屬高性能材料的目標(biāo)定位,大力培養(yǎng)有色金屬行業(yè)工程技術(shù)人才,積極開展鋁合金、鈦合金、鎂合金等有色金屬材料及其零部件加工技術(shù)的研發(fā),從金屬材料成分設(shè)計(jì)、組織、工藝和力學(xué)性能這一主線出發(fā),圍繞合金冶煉、鑄造成形、塑性成形、焊接成形等工藝重點(diǎn)展開,同時引入新材料、新工藝方法和現(xiàn)代測試技術(shù)與金屬材料加工專業(yè)結(jié)合,將在校課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)劃分為基礎(chǔ)層面、綜合層面和創(chuàng)新層面等,相應(yīng)的開展了金屬材料加工基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),但仍存在著工程能力不足、產(chǎn)業(yè)和行業(yè)市場不清、產(chǎn)品工藝流程不熟以及發(fā)現(xiàn)和解決技術(shù)問題能力不強(qiáng)等問題。隨著新裝備、大工程對金屬材料加工的新發(fā)展要求,如新型合金、高純金屬、極端環(huán)境用金屬材料加工及其零部件成形等[7],以及考慮到環(huán)境和成本,針對傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式的弊端,通過調(diào)研金屬材料加工在新產(chǎn)業(yè)發(fā)展與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級改造過程中存在的“產(chǎn)業(yè)需求”,進(jìn)一步找準(zhǔn)學(xué)科人才培養(yǎng)定位,通過人才引進(jìn)、課程設(shè)置優(yōu)化(含主干課程設(shè)計(jì)和研究型教學(xué)模式構(gòu)建)、實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)室改造建設(shè)、學(xué)科競賽以及校企產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制等多方位努力修訂培養(yǎng)方案和目標(biāo),契合新業(yè)態(tài)經(jīng)濟(jì)對專業(yè)人才的要求,切實(shí)解決“產(chǎn)教融合不良、工程能力差以及實(shí)踐教學(xué)無實(shí)效”等專業(yè)發(fā)展中的突出問題[8]。以工程教育認(rèn)證為契機(jī),要達(dá)到工科專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn),必須進(jìn)一步改進(jìn)和完善本學(xué)科的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。
學(xué)科人才培養(yǎng)與教學(xué)模式方面,金屬材料加工學(xué)科的學(xué)生培養(yǎng)主要以自主學(xué)習(xí)為主,經(jīng)過長時間探索,針對不同高校、不同學(xué)科特征的培養(yǎng)模式分析,構(gòu)建了具有4個層次的混合式學(xué)習(xí)與教學(xué)模式,即:線上與線下的混合、基于學(xué)習(xí)目標(biāo)的混合、“學(xué)”與“習(xí)”的混合、學(xué)習(xí)與工作的混合[2,9]。在學(xué)生學(xué)習(xí)方面,主要表現(xiàn)為課堂授課學(xué)習(xí)與理解,課后消化吸收、總結(jié)反思;根據(jù)每一節(jié)課的課堂任務(wù)目前要求,貫穿課堂和課后始終;課堂授課吸收與課后習(xí)題訓(xùn)練,以及在校教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)踐;將課堂理論學(xué)習(xí)應(yīng)用到大四學(xué)年的生產(chǎn)實(shí)習(xí)中,要體現(xiàn)理論與實(shí)踐工作的結(jié)合。從學(xué)科實(shí)踐方面而言,混合式模式基礎(chǔ)研究總體比較薄弱,偏重定義、特征與意義價值的界定,但近年來其發(fā)展呈多元化、專業(yè)化發(fā)展趨勢,體現(xiàn)在工廠實(shí)踐與設(shè)計(jì)中出現(xiàn)許多適應(yīng)于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的工藝流程與裝備,學(xué)生在實(shí)踐過程中要注重對課堂理論知識的運(yùn)用與反思,甚至對原有理論知識的更新。教師教學(xué)模式、專業(yè)發(fā)展等方面的重要性也逐漸加大,對學(xué)習(xí)模式與教學(xué)模式構(gòu)建以及教學(xué)環(huán)節(jié)融入的課程設(shè)計(jì)研究較多,但有關(guān)課堂教學(xué)模式實(shí)效性的內(nèi)容相對偏少,由此在新工科發(fā)展背景下應(yīng)用混合式學(xué)習(xí)與教學(xué)模式進(jìn)行金屬材料加工學(xué)科與課程改革也逐漸得到重視。
三、改革模式探索
(一)改革的重點(diǎn)
我校材料科學(xué)與工程學(xué)科是區(qū)內(nèi)開設(shè)最早,且為唯一博士授權(quán)點(diǎn)學(xué)科,金屬材料加工學(xué)科符合國家、自治區(qū)教育政策與產(chǎn)業(yè)特色方向,符合廣西有色金屬加工的行業(yè)特色需求,具有實(shí)踐教學(xué)理論指導(dǎo)性,其改革成果具有可實(shí)施性。以“產(chǎn)業(yè)需求和問題導(dǎo)向”為依據(jù),全面梳理和調(diào)研當(dāng)前金屬材料加工新產(chǎn)業(yè)和升級改造中的傳統(tǒng)金屬加工產(chǎn)業(yè),對國內(nèi)一流金屬材料加工學(xué)科院校的教學(xué)與實(shí)踐模式進(jìn)行分析,統(tǒng)計(jì)有色金屬企業(yè)、鋼鐵企業(yè)及下游產(chǎn)業(yè)的市場、人才及能力需求和生產(chǎn)技術(shù)問題,通過教師企業(yè)兼職、課題合作等形式在切實(shí)提高教師工程教育能力的同時力求提高區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展與高校教學(xué)內(nèi)容、模式的深度融合。此外,利用校企合作,認(rèn)知和生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的育人平臺對實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革以進(jìn)一步提高學(xué)生的工程能力。最后在產(chǎn)教融合度加強(qiáng)、教師能力提升、實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量提高以及產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題解決的綜合基礎(chǔ)上確立專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略定位,進(jìn)行系統(tǒng)、有條理地修訂金屬材料加工學(xué)科的人才培養(yǎng)方案,契合廣西產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和二次產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向,增強(qiáng)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)與實(shí)操能力[10],最終實(shí)現(xiàn)金屬材料加工學(xué)科改革升級。
(二)改革的方法
分析新工科建設(shè)背景下國內(nèi)一流高校金屬材料加工學(xué)科教學(xué)體系的特點(diǎn),對課程教學(xué)大綱、教案和人才知識結(jié)構(gòu)培養(yǎng)特點(diǎn)進(jìn)行重組與優(yōu)化,提出面向新工科建設(shè)的教學(xué)模式,開創(chuàng)面向廣西有色金屬加工行業(yè)特色的地方高校金屬材料加工課程教學(xué)模式創(chuàng)新與實(shí)踐的新思路。通過認(rèn)真學(xué)習(xí)“工程教育專業(yè)認(rèn)證”和“新工科”對金屬材料學(xué)科學(xué)生能力培養(yǎng)的要求,修訂學(xué)科人才培養(yǎng)計(jì)劃與方案,以符合“新工科”的發(fā)展和專業(yè)認(rèn)證要求等問題,提高學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)和工程實(shí)踐能力[11];參考教育部材料類教學(xué)指導(dǎo)委員會主辦的金相大賽和機(jī)械工程大學(xué)生熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽相關(guān)單位的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室配置,重新設(shè)計(jì)和建設(shè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室,預(yù)計(jì)成效包括提高實(shí)驗(yàn)室利用效率,增設(shè)相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝備,具備每節(jié)課8-10人/批次實(shí)踐與培訓(xùn)能力;研究型教學(xué)依托“產(chǎn)業(yè)需求”或“企業(yè)技術(shù)問題”開展,針對實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量差、學(xué)生被動實(shí)習(xí)等問題,積極調(diào)研與金屬加工學(xué)科相關(guān)的高端、大型企業(yè),爭取建立產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系,完成“產(chǎn)業(yè)需求”調(diào)研報(bào)告,提高學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)可度;另外,利用已有冶金&金屬加工虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺將數(shù)值模擬技術(shù)與先進(jìn)金屬材料加工工藝結(jié)合起來,如基于發(fā)動機(jī)缸蓋鑄造成形的虛擬仿真、基于高鐵車輪鍛造成形的虛擬仿真、基于汽車覆蓋件沖壓成形的虛擬仿真和基于機(jī)器人焊接的虛擬仿真,參加國家、省部級主辦的合金冶煉與連鑄連軋等專業(yè)大賽,提高學(xué)生專業(yè)與實(shí)操技能[12-13]。
(三)課程模式改革的舉措
開展面向新工科建設(shè)金屬材料加工學(xué)科主干課程的混合式教學(xué)改革與實(shí)踐,如《金屬熱處理原理與工藝》《材料成形工藝學(xué)》《材料制備技術(shù)》和《有色金屬加工》等,在現(xiàn)有混合式學(xué)習(xí)與教學(xué)模式基礎(chǔ)上能夠統(tǒng)籌任務(wù)型教學(xué)[14],有效促進(jìn)課程及教學(xué)的改革,克服以往學(xué)習(xí)的弊端。在理論課程教學(xué)環(huán)節(jié),摒棄書本、PPT和板書教學(xué)方法,融入實(shí)例動畫、工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)視頻,在某一小節(jié)中以綜合實(shí)例為著力點(diǎn),把本節(jié)理論知識融合連貫起來,讓學(xué)生形成系統(tǒng)性記憶,同時能夠反思其中的精髓與奧秘。創(chuàng)新性地提出程序設(shè)計(jì)、數(shù)值仿真為材料加工成形過程服務(wù)的理念,同時也對高校金屬材料加工學(xué)科的人才培養(yǎng)提出了更高的要求,明確了金屬材料加工學(xué)科的學(xué)生應(yīng)掌握的建模仿真、計(jì)算機(jī)實(shí)操和程序設(shè)計(jì)等培養(yǎng)要求,解決當(dāng)前學(xué)科培養(yǎng)模式中存在的“教”與“學(xué)”脫節(jié)、“考”與“用”脫節(jié)的現(xiàn)象[2]。
將在國內(nèi)一流金屬材料加工學(xué)科類院校多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)科學(xué)與金屬成形加工教學(xué)、科研的特點(diǎn),深入分析程序編程設(shè)計(jì)在金屬材料加工中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù),針對性的設(shè)計(jì)和開展適應(yīng)金屬材料加工學(xué)科本科生的相關(guān)教學(xué)項(xiàng)目與試驗(yàn)項(xiàng)目,加大本學(xué)科大學(xué)生建模與仿真計(jì)算機(jī)知識的深入掌握程度。在課程教學(xué)內(nèi)容上融合有色金屬加工專業(yè)課、計(jì)算機(jī)編程設(shè)計(jì)和數(shù)值仿真技術(shù),通過學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)值模擬應(yīng)用課程來培養(yǎng)學(xué)生對現(xiàn)有金屬加工課程專業(yè)課知識,主要包括如軋制加工、擠壓加工、拉拔加工和鍛造與沖壓加工等成形方法(圖1),以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件的運(yùn)用和操作能力,體現(xiàn)信息化對金屬材料加工學(xué)科的促進(jìn)與引領(lǐng)[2]。結(jié)合數(shù)值仿真技術(shù)、Abaqus有限元仿真平臺(圖2)、UG建模軟件、Origin數(shù)據(jù)綜合處理等常用金屬材料加工過程軟件技術(shù),了解計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在金屬材料加工中的地位與應(yīng)用[2]。對金屬加工課程領(lǐng)域典型金屬材料構(gòu)件加工科研與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)先分析與模擬[15],如鋁合金板材、棒材、型材、線材等,通過數(shù)值模擬演示高鐵、汽車等行業(yè)關(guān)鍵復(fù)雜零/構(gòu)件(如汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、高鐵輪軸)的鑄造、鍛造或焊接成形過程,使學(xué)生了解所用成形設(shè)備的工作原理、幾何構(gòu)造和工藝參數(shù)制定原則和操作步驟,同時深刻的理解鑄造模具、鍛造模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及其各部件作用,加深了對教學(xué)內(nèi)容串聯(lián)與運(yùn)用,據(jù)此指導(dǎo)和開展金屬材料加工課程拓展性綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),學(xué)生可以很好的掌握課程相關(guān)專業(yè)知識的運(yùn)用,自主完成有色金屬材料加工過程工藝參數(shù)計(jì)算與數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計(jì),掌握程序開發(fā)與設(shè)計(jì)能力,形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S推理能力和實(shí)踐技能,培養(yǎng)出既掌握扎實(shí)的金屬材料工程專業(yè)知識,又具備豐富的計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域知識的專業(yè)人才。
通過這些創(chuàng)新教學(xué)與學(xué)習(xí)體系的改革模式探索,可以改善傳統(tǒng)單一學(xué)科教學(xué)體系的不足,有效培養(yǎng)金屬材料加工學(xué)科學(xué)生計(jì)算機(jī)實(shí)用技能、程序設(shè)計(jì)、數(shù)值仿真與理論專業(yè)知識運(yùn)用能力,使學(xué)生能夠明確學(xué)習(xí)方向、掌握學(xué)習(xí)方法、激發(fā)創(chuàng)新能力,積極展現(xiàn)自我,從而推動金屬材料加工學(xué)科的發(fā)展和進(jìn)步[2]。將有利于培養(yǎng)學(xué)生具有以金屬材料加工和信息化技術(shù)為核心能力,同時具備以下能力:金屬材料加工學(xué)科方向有色金屬加工案例的綜合處理能力,如應(yīng)用于人行天橋的廣西南南鋁業(yè)集團(tuán)的板材和型材、應(yīng)用于鋁土礦加工的中國鋁業(yè)公司(平果)的棒磨機(jī)襯板等[2],數(shù)值仿真統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析能力,基于建模的多媒體處理能力,有色金屬加工研究相關(guān)程序設(shè)計(jì)與科研項(xiàng)目開發(fā)能力,模擬信息化系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)能力等,從而進(jìn)一步提高金屬材料加工學(xué)科的發(fā)展能力與速度,重點(diǎn)為區(qū)內(nèi)具有有色金屬行業(yè)特色的企業(yè)、院所輸送一流人才。
四、結(jié)束語
“制造強(qiáng)國”背景下對諸如金屬材料加工學(xué)科的人才培養(yǎng)、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)體系模式等提出了更高要求和挑戰(zhàn),以適應(yīng)實(shí)踐自主型、創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。通過分析了我校具有地方高校工科特色的金屬材料加工學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀,對學(xué)科現(xiàn)有人才培養(yǎng)模式、課程設(shè)置和教學(xué)模式進(jìn)行了思考,存在產(chǎn)教融合不良、工程能力差及實(shí)踐教學(xué)無實(shí)效等問題,提出了探索學(xué)科發(fā)展模式改革的思路,結(jié)合區(qū)域特色利用校企合作-協(xié)同育人平臺、混合式教學(xué)模式和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺培養(yǎng)復(fù)合型人才,可以推動地方高校金屬材料加工學(xué)科建設(shè)的發(fā)展。
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