基于CDIO的礦物加工工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系改革研究

張諶虎 劉佳 李子文 陳鵬 王成勇

摘? 要：面向國(guó)家新工科對(duì)人才培養(yǎng)新模式的要求，針對(duì)地方應(yīng)用型高校礦物加工工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀與問題，將地方特色資源與社會(huì)力量有機(jī)結(jié)合，將該專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化改革，提出基于CDIO工程認(rèn)證教育模式的項(xiàng)目式的實(shí)踐教學(xué)新體系，并對(duì)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建思路以及改革策略進(jìn)行論述，建立具有地方性特色的實(shí)踐教育體系和實(shí)踐平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：礦物加工工程；實(shí)踐教學(xué)體系；地方應(yīng)用型高校；CDIO；實(shí)踐平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）22-0149-04

Abstract： Facing the requirements of the new national engineering for the new mode of talent training， in view of the current situation and problems of practical teaching of mineral processing engineering in local applied colleges and universities， the practical teaching system of this major is optimized and reformed by organically combining local characteristic resources with social forces. This paper proposes a new system of project-based practical teaching based on the CDIO engineering certification education model， discusses the construction ideas and reform strategies of the practical teaching system， and establishes a practical education system and practice platform with local characteristics.

Keywords： Mineral Processing Engineering; practical teaching system; local applied colleges and universities; CDIO; practice platform

基金項(xiàng)目：2021年度貴州省高等學(xué)校教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目“新工科背景下基于CDIO的礦物加工工程實(shí)踐教學(xué)體系改革研究”（2021282）；2020年度六盤水師范學(xué)院卓越人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目“礦物加工工程專業(yè)卓越人才培養(yǎng)體系研究”（LPSSYzyjypyjh202001）;2021年度六盤水師范學(xué)院一流本科課程建設(shè)項(xiàng)目“礦物加工工程專題試驗(yàn)”（LPSSYylkz202108）；2020年度六盤水師范學(xué)院教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目“基于基礎(chǔ)理論課的礦物加工工程專業(yè)創(chuàng)新——以《工程力學(xué)》課程為例”（LPSSYjg2016）

第一作者簡(jiǎn)介：張諶虎（1986-），男，漢族，貴州貴陽人，博士，副教授。研究方向?yàn)楦∵x藥劑與固廢處理。

《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》中指出，人才培養(yǎng)的新模式：總結(jié)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃、CDIO等工程教育人才培養(yǎng)模式改革經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展深化產(chǎn)教融合、校企合作的體制機(jī)制和人才培養(yǎng)模式改革研究和實(shí)踐。因此，實(shí)踐教學(xué)是新工科專業(yè)人才培養(yǎng)新模式的重要實(shí)施途徑[1]。

礦物加工工程專業(yè)作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)之一，實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是教學(xué)中非常重要的培養(yǎng)目標(biāo)。然而，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的礦物加工工程實(shí)踐教育體系仍然以課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等為主。其外，因是外部行業(yè)環(huán)境發(fā)展緩慢所致。而內(nèi)因在于新工科的內(nèi)涵還沒有完全貫穿于工程實(shí)踐教育全過程中，對(duì)新工科教育體系中的產(chǎn)學(xué)研教協(xié)同育人模式的研究還不夠完善。

因此，不斷優(yōu)化傳統(tǒng)工科實(shí)踐教學(xué)體系，加大應(yīng)用型、復(fù)合型、技術(shù)技能型人才培養(yǎng)比重，依靠中央對(duì)地方應(yīng)用型大學(xué)支持轉(zhuǎn)變的改革東風(fēng)，將地方特色資源與社會(huì)力量有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，不斷汲取相關(guān)高校的優(yōu)秀的產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人成功經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格分析政府相關(guān)政策，逐步形成政府搭臺(tái)、企業(yè)支持、高校對(duì)接、共建共享和良性循環(huán)的產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高校人才培養(yǎng)與企業(yè)發(fā)展的合作共贏。

結(jié)合礦物加工工程專業(yè)的特點(diǎn)，以及地方性院校產(chǎn)學(xué)研教協(xié)同育人機(jī)制，建立具有地方性特色的實(shí)踐教育體系和實(shí)踐平臺(tái)，對(duì)提高新工科背景下礦物加工工程本科生的培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的理論和實(shí)踐意義。

一? 應(yīng)用型本科學(xué)校礦物加工工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

礦物加工工程是研究礦物分離的一門應(yīng)用技術(shù)學(xué)科。此專業(yè)著力培養(yǎng)能夠解決礦物分選加工和礦產(chǎn)資源綜合利用等問題的工程應(yīng)用型人才?；诖?，需構(gòu)建以應(yīng)用型創(chuàng)新型為目標(biāo)的實(shí)踐課程體系，并建立具備持續(xù)改進(jìn)能力的新機(jī)制，才能保證人才培養(yǎng)質(zhì)量。由于該專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系是一個(gè)綜合性、技術(shù)性較強(qiáng)，集物理、化學(xué)理論及經(jīng)驗(yàn)技術(shù)于一體的課程體系[2]。其實(shí)踐課程中包括：工程CAD基礎(chǔ)及應(yīng)用、選礦廠設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)；礦物加工學(xué)實(shí)驗(yàn)，礦物加工學(xué)專題試驗(yàn)，專業(yè)實(shí)習(xí)（認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)），畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）等。故實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容中富有時(shí)代性、地方性、多學(xué)科結(jié)合的開放、動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，所涉及的理論多，交叉性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，對(duì)采集、分析數(shù)據(jù)的能力要求高，大型儀器設(shè)備購(gòu)買、運(yùn)行和維護(hù)成本高。由于上述諸多原因影響，導(dǎo)致礦物加工工程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀、教學(xué)成果不盡如人意。主要的問題在于：

1）實(shí)踐教學(xué)觀念上，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要性認(rèn)識(shí)不足，緊迫感仍需提高，未能全面樹立實(shí)踐育人理念；

2）實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)方式上，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)不足，未能將各類實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行有效銜接；

3）實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)效果上，學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力不強(qiáng)，教師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)方面有待持續(xù)改進(jìn)。

二? 礦物加工工程實(shí)踐教學(xué)體系改革策略

基于上述現(xiàn)狀問題，調(diào)研相關(guān)院校并查閱大量文獻(xiàn)后，落實(shí)“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的國(guó)際工程教育專業(yè)認(rèn)證理念，以資源與環(huán)境工程碩士點(diǎn)建設(shè)為驅(qū)動(dòng)，將教學(xué)與科研相互結(jié)合起來，建立一套完善的實(shí)踐教學(xué)改革思路，如圖1所示。

（一）? 整合礦物加工實(shí)踐教學(xué)資源，構(gòu)建新的實(shí)踐教學(xué)體系

根據(jù)改革路線循序漸進(jìn)不斷建設(shè)，建立出符合地方高校辦學(xué)定位，獨(dú)具特色的礦物加工工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系，并結(jié)合專業(yè)的特色發(fā)展現(xiàn)狀。從以下幾個(gè)方面進(jìn)行實(shí)施。

1? 項(xiàng)目式管理實(shí)踐教學(xué)

首先借鑒 CDIO 工程教育理念和模式，樹立實(shí)踐育人理念，并以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向，同時(shí)兼顧學(xué)校、實(shí)習(xí)基地等地方實(shí)際情況，構(gòu)建以學(xué)生為主體，課程項(xiàng)目為基礎(chǔ)，專業(yè)綜合項(xiàng)目為核心，能力導(dǎo)向?yàn)橹骶€，全過程管理的項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)體系[3]，具體見表 1。

打破傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)模式，將實(shí)踐教學(xué)拆分為不同的課題項(xiàng)目，而項(xiàng)目間因?yàn)槟繕?biāo)、內(nèi)容等諸多差異，突出層次化、模塊化、多元化管理，體現(xiàn)設(shè)計(jì)性、綜合性、研究性及創(chuàng)新性。第一，學(xué)生通過三級(jí)項(xiàng)目了解與熟練掌握基礎(chǔ)的實(shí)踐項(xiàng)目原理，綜合所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能，為后續(xù)較高要求的理論課程與實(shí)踐項(xiàng)目打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；第二，學(xué)生通過二級(jí)項(xiàng)目掌握并熟練運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)等先進(jìn)手段，可對(duì)已有的礦加傳統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行升級(jí)與改造，重復(fù)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也可讓學(xué)生自主進(jìn)行創(chuàng)新，對(duì)更高一層次的競(jìng)賽性的項(xiàng)目與實(shí)踐提供寬闊的視野與創(chuàng)新能力提供保障。最后，一級(jí)項(xiàng)目的目標(biāo)更側(cè)重于考核學(xué)生全面的綜合能力，其中競(jìng)賽、畢業(yè)論文等項(xiàng)目的選題論證、項(xiàng)目計(jì)劃、實(shí)施過程與專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐等方式，都是為了打造出創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)的工程應(yīng)用型人才。項(xiàng)目式管理實(shí)踐教學(xué)能夠融合“教、學(xué)、做”三者于一體，讓學(xué)生自己思考、自己設(shè)計(jì)、自己制作和自我完善，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐融合后的“做中學(xué)”。

2? 仿真模擬融入實(shí)踐教學(xué)

虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)深度融合，是目前高等院校教學(xué)科技化有效途徑，也是當(dāng)下實(shí)踐教學(xué)熱門研究關(guān)注領(lǐng)域[4]。然而，礦物加工工程實(shí)驗(yàn)、工程設(shè)計(jì)內(nèi)容中，許多環(huán)節(jié)多變且無法直觀感受，需要學(xué)生自己想象具體變化。因此，學(xué)生難以短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入相應(yīng)情境，更無法驗(yàn)證理論假設(shè)和獨(dú)特構(gòu)想。為了促使學(xué)生在實(shí)習(xí)實(shí)踐當(dāng)中獲得更加便利的實(shí)驗(yàn)條件和更加直觀的結(jié)果，擬將虛擬仿真融入到實(shí)踐教學(xué)（機(jī)械工程設(shè)計(jì)、選礦廠設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)）當(dāng)中，例如引入先進(jìn)的選礦廠模擬軟件系統(tǒng)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)選廠的過程更接近現(xiàn)實(shí)工作場(chǎng)景，利于提高學(xué)生興趣，使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入相應(yīng)情境，直觀視覺體驗(yàn)在整個(gè)選礦廠的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況，而且這種教學(xué)方法可以利用計(jì)算機(jī)軟件的優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造出靈活多樣的工作場(chǎng)景，使學(xué)生掌握更多的操作技能。模擬的單元作業(yè)模型有：破碎機(jī)、球磨機(jī)、棒磨機(jī)、高壓輥磨機(jī)、自磨和半自磨機(jī)、振動(dòng)篩（單層或雙層）、DSM篩、水力旋流器、簡(jiǎn)單的分級(jí)效率曲線、浮選和分樣器等。

3? 線上線下混合式實(shí)踐教學(xué)

2020年由于新冠病毒感染疫情影響，全國(guó)幾乎所有的理論課程轉(zhuǎn)入線上模式，因此線上線下的界限逐漸模糊，兩個(gè)部分組成了有機(jī)的整體，豐富了教學(xué)的內(nèi)容與形式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考能力與自學(xué)能力，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。根據(jù)此趨勢(shì)，實(shí)踐教學(xué)也逐漸進(jìn)行線上嘗試，發(fā)現(xiàn)混合式教學(xué)不僅適用于理論課程，也同樣適用于實(shí)踐課程[5]。首先，線上教學(xué)是利用互聯(lián)網(wǎng)資源，通過錄播、網(wǎng)絡(luò)直播及線上答疑等教學(xué)環(huán)節(jié)完成教學(xué)任務(wù)。因此，實(shí)踐課程線上資源建設(shè)（包括選廠工藝流程案例分析、仿真實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況錄像，教師實(shí)地調(diào)研直播回放等）能夠不斷持續(xù)添加與改進(jìn)，其在空間和時(shí)間上靈活性均優(yōu)于線下教學(xué)。線上的實(shí)習(xí)資源將傳統(tǒng)的線下實(shí)習(xí)工藝的學(xué)習(xí)內(nèi)容多樣化，通過不同的線上互動(dòng)方式，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，帶著問題去線下實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)去學(xué)習(xí)，更能增強(qiáng)學(xué)習(xí)質(zhì)量和過程管理。特別是在疫情全球化的背景下，突破線下實(shí)踐受到環(huán)境的限制，線上教學(xué)將發(fā)展成為必不可少的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在混合教學(xué)的模式下，學(xué)會(huì)對(duì)工程問題的創(chuàng)新性思考，培養(yǎng)學(xué)生收集和整理網(wǎng)絡(luò)資源、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、終身學(xué)習(xí)等綜合能力。

4? 實(shí)習(xí)實(shí)踐和創(chuàng)新研究平臺(tái)建設(shè)

實(shí)習(xí)實(shí)踐和創(chuàng)新研究平臺(tái)建設(shè)是實(shí)踐教學(xué)體系的重要支撐[6-8]。逐步強(qiáng)化專業(yè)現(xiàn)有的實(shí)習(xí)基地建設(shè)，進(jìn)一步建設(shè)新的實(shí)習(xí)實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地。依托貴州省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、六盤水市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、六盤水市級(jí)產(chǎn)業(yè)學(xué)院、大學(xué)生科技園和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地等學(xué)校現(xiàn)有科技創(chuàng)新研究平臺(tái)，完善具備專業(yè)特色的第二課堂育人體系，并積極開拓新的創(chuàng)新研究平臺(tái)，為學(xué)生和教師提供優(yōu)質(zhì)廣闊的創(chuàng)新研究平臺(tái)。

積極建立起本省、本地區(qū)與專業(yè)相關(guān)企業(yè)的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，不斷開拓新的專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐基地。建設(shè)并維護(hù)好省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)業(yè)學(xué)院、大學(xué)生科技園和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地等現(xiàn)有科技創(chuàng)新研究平臺(tái)[9]。通過導(dǎo)師制的導(dǎo)師指導(dǎo)和學(xué)生參與，提高學(xué)生科研參與的條件與創(chuàng)新研究與實(shí)踐的積極性。力爭(zhēng)將礦物加工工程的專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)打造成省級(jí)示范基地，進(jìn)而逐步打造出國(guó)家級(jí)大學(xué)生科技園和雙創(chuàng)基地，各級(jí)之間的聯(lián)系與合作內(nèi)容如圖2所示。

5? 實(shí)踐教學(xué)體系的保障機(jī)制建設(shè)

為了保證實(shí)踐教學(xué)體系的科學(xué)化、規(guī)范化、有序化及持續(xù)改進(jìn)，根據(jù)工程教育認(rèn)證的有關(guān)要求與標(biāo)準(zhǔn)，為保障應(yīng)用型人才畢業(yè)要求的達(dá)成，本專業(yè)在實(shí)踐教學(xué)的管理中，逐步建立并完善一套規(guī)范的教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制和畢業(yè)生跟蹤反饋機(jī)制[10]。首先在教學(xué)方面，一方面對(duì)各主要環(huán)節(jié)均有明確質(zhì)量要求，通過教學(xué)過程質(zhì)量評(píng)價(jià)及效果反饋，讓教師迅速改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)和畢業(yè)要求的內(nèi)循環(huán)持續(xù)改進(jìn)。另一方面，依據(jù)學(xué)校建立的畢業(yè)生跟蹤反饋機(jī)制，學(xué)院、教學(xué)系的相關(guān)回訪調(diào)研機(jī)制，通過與畢業(yè)生、用人單位座談和問卷調(diào)查，著重了解優(yōu)化的實(shí)踐教學(xué)體系對(duì)人才培養(yǎng)動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力的達(dá)成情況，進(jìn)一步促進(jìn)教師對(duì)實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃、內(nèi)容、教學(xué)方法等教學(xué)的研究。根據(jù)學(xué)校與學(xué)院的相關(guān)規(guī)章制度，建立三個(gè)層面的質(zhì)量保障體系[11]，如圖3所示。

（二）? 加強(qiáng)礦物加工工程專業(yè)實(shí)踐教師隊(duì)伍建設(shè)

高水平的師資和教學(xué)團(tuán)隊(duì)是本科教學(xué)質(zhì)量的根本保障，要建設(shè)應(yīng)用型的高水平學(xué)校，必須努力建成一支學(xué)歷、職稱、年齡結(jié)構(gòu)佳、素質(zhì)優(yōu)良、業(yè)務(wù)精湛和充滿活力的適應(yīng)學(xué)校應(yīng)用型轉(zhuǎn)變發(fā)展需要的師資隊(duì)伍[12-13]。高素質(zhì)的教師隊(duì)伍是教學(xué)與科研的中堅(jiān)力量，同時(shí)也是實(shí)踐教學(xué)改革中不可或缺的重要人才。為此，本專業(yè)要將教師在實(shí)踐教學(xué)中所扮演的角色賦予更多的身份：首先是引領(lǐng)者，需要引進(jìn)更多高層次人才，通過人才政策，柔性引進(jìn)高水平學(xué)術(shù)帶頭人或卓越工程師代表，引領(lǐng)專業(yè)建設(shè)和產(chǎn)學(xué)研實(shí)際建設(shè)，顯著提高實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平與實(shí)習(xí)基地建設(shè)水平；其次是參與者，讓教師帶領(lǐng)學(xué)生參與創(chuàng)新，參與討論，參與實(shí)踐，參與學(xué)術(shù)爭(zhēng)論，共同探索與總結(jié)新的實(shí)踐方式與經(jīng)驗(yàn)；最后是踐行者，教師應(yīng)該身體力行，教師與實(shí)驗(yàn)人員必須不斷夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)踐技能的同時(shí)，積極深入到相關(guān)企、事業(yè)行業(yè)領(lǐng)域中去，近距離了解地方區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，豐富自己的專業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或?qū)I(yè)技能，提高業(yè)務(wù)素質(zhì)，改善教學(xué)質(zhì)量，為打造出特色風(fēng)格的雙師型教師隊(duì)伍奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三? 結(jié)束語

在新工科背景下，全國(guó)應(yīng)用型高校推行工程教育改革創(chuàng)新，高校的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式不斷優(yōu)化。本文結(jié)合礦物加工工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系中存在的問題，提出基于CDIO的項(xiàng)目式創(chuàng)新的實(shí)踐教學(xué)新體系。新的實(shí)踐教學(xué)體系已在實(shí)施并逐步完善，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面已取得良好的效果，學(xué)生綜合素質(zhì)明顯增強(qiáng)，就業(yè)率每年保持90%以上。此外，學(xué)生申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的立項(xiàng)數(shù)逐年增加，每年超過20人次。特別是在各類競(jìng)賽中屢次獲獎(jiǎng)，如獲全國(guó)第十七屆“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽黑科技專項(xiàng)賽獲“行星”級(jí)作品；第十四屆全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽三等獎(jiǎng)等好成績(jī)。具備地方特色的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，系統(tǒng)地提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，且形成有效的改進(jìn)機(jī)制，能夠?qū)θＥc相關(guān)定位的兄弟院校起到引領(lǐng)、示范及輻射作用。

參考文獻(xiàn)：

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