“人工智能+”賦能香料香精品控學(xué)課程建設(shè)研究

摘 要：香料香精品控學(xué)是香料香精技術(shù)與工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，在人才培養(yǎng)中占有重要地位。該文針對當(dāng)前教學(xué)存在的知識點分散、個性化學(xué)習(xí)不足和安全性評價實驗受限等問題，提出基于知識圖譜和AI的創(chuàng)新教學(xué)方法。通過構(gòu)建知識圖譜、實施AI助手以及創(chuàng)建虛擬實驗室，提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)體驗，并為相關(guān)課程提供可資借鑒的教學(xué)研究參考。AI技術(shù)在香料香精技術(shù)與工程專業(yè)課程教學(xué)中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，有助于培養(yǎng)高素質(zhì)人才并推動專業(yè)創(chuàng)新。盡管面臨存儲資源支持、技術(shù)更新和數(shù)據(jù)安全挑戰(zhàn)，但AI技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的潛力巨大，有助于推動教育行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：人工智能；知識圖譜；香料香精品控學(xué)；教學(xué)模式；教學(xué)探究

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）33-0001-04

Abstract： Fragrance and Fragrance Quality Control course is a required professional course for the Fragrance and Fragrance Technology and Engineering major and plays an important role in talent training. This paper proposes an innovative teaching method based on knowledge graphs and AI to address the existing problems of scattered knowledge points， insufficient personalized learning， and limited safety evaluation experiments in current teaching. By building knowledge graphs， implementing AI assistants， and creating virtual laboratories， the quality of teaching and student learning experience are improved， and teaching implementation plans that can be used as reference for relevant courses are provided. AI technology has shown significant advantages in the teaching of flavor and fragrance technology and engineering courses， helping to cultivate high-quality talents and promote professional innovation. Despite facing storage resource support， technological updates and data security challenges， AI technology has great potential in the teaching field and helps promote innovation and development in the education industry.

Keywords： artificial intelligence; knowledge graph; Fragrance and Fragrance Quality Control; teaching model; teaching research

2022年全國教育工作會議明確提出實施國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，2023年全國教育工作會議進(jìn)一步提出要縱深推進(jìn)教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動。正值國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動第3年開啟之際，教育部部長懷進(jìn)鵬在2024世界數(shù)字教育大會強調(diào)，我國教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動要從“聯(lián)結(jié)為先、內(nèi)容為本、合作為要”的“3C”走向“集成化、智能化、國際化”的“3I”，為教育數(shù)字化發(fā)展指明方向[1-2]。近年來，人工智能（AI）作為新一輪產(chǎn)業(yè)科技革命變革的重要驅(qū)動力量，人類社會的各個領(lǐng)域都深受其影響，同時也為高等教育帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)[3-6]。

人工智能技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢愈發(fā)明顯。在新時代背景下，AI技術(shù)在香料香精品控學(xué)課程教學(xué)中具有巨大的潛力。香料香精品控學(xué)是香料香精技術(shù)與工程專業(yè)的重要課程之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生對香料香精品質(zhì)的控制和評價能力。然而，由于香料香精品質(zhì)的影響因素眾多且復(fù)雜，檢測分析方法多樣，安全性評價流程繁瑣且周期長成本高，因此，理想的教學(xué)效果通過傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以達(dá)到。通過引入AI技術(shù)，可以實現(xiàn)內(nèi)容優(yōu)化、個性化教學(xué)、智能輔導(dǎo)和虛擬實驗等多種功能，從而提升教學(xué)質(zhì)量和效率。例如，利用AI技術(shù)對大量香料香精數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握香精香料指紋圖譜知識和技能；同時，AI技術(shù)還可以用于香精的智能化調(diào)配以及香料香精的安全性評價等，為學(xué)生提供更加直觀的學(xué)習(xí)體驗?；诖耍岢鰧I技術(shù)引入香料香精品控學(xué)課程教學(xué)中，以期通過智能化的教學(xué)手段、方法和模式探索，提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

一 香料香精品控學(xué)課程概述、教學(xué)中存在的問題和思考

香料香精品控學(xué)課程是香料香精技術(shù)與工程專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，總學(xué)時為48學(xué)時，其中實驗學(xué)時占16學(xué)時，開設(shè)在第6學(xué)期。本課程旨在為學(xué)生提供香料香精質(zhì)量控制的全面知識和技能，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。香料香精品控學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容涵蓋了香料香精的質(zhì)量感官評價技術(shù)、理化檢測技術(shù)、安全性評價和數(shù)據(jù)庫建立等多個方面。課程的目標(biāo)在于使學(xué)生能夠系統(tǒng)掌握從香原料質(zhì)量把控、生產(chǎn)加工、產(chǎn)品制成、成品檢測到成品入庫等全過程的質(zhì)量控制和管理鏈。

課程對學(xué)生的畢業(yè)要求提供了強有力的支撐。具體而言，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將能夠基于香精香料香氣評價的具體指標(biāo)，掌握香精香料領(lǐng)域加香感官評價技術(shù)；能夠基于微膠囊的原理與制備方法，掌握香精香料緩控釋技術(shù)；同時，學(xué)生還將具備將安全性評價流程和指標(biāo)、香料指紋圖譜的構(gòu)建以及香精香料數(shù)據(jù)庫的建立應(yīng)用于香精香料的安全評價、管理、調(diào)配以及在日用/食用/煙草領(lǐng)域的加香應(yīng)用中的能力。此外，學(xué)生還將能夠在與香料香精制備與品質(zhì)安全控制領(lǐng)域相關(guān)的多學(xué)科環(huán)境中理解、掌握、應(yīng)用工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，具有一定的組織、管理和領(lǐng)導(dǎo)能力。

香料香精品控學(xué)課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式在教學(xué)中存在的問題主要體現(xiàn)在以下三個方面。

一是知識點分散且記憶性強，導(dǎo)致學(xué)生難以形成系統(tǒng)的知識體系：香料香精品控學(xué)課程內(nèi)容涉及質(zhì)量感官評價、理化檢測、安全性評價、控緩釋方法和指紋圖譜構(gòu)建與應(yīng)用等多個方面，知識點較為分散。傳統(tǒng)教學(xué)模式往往采用線性教學(xué)，按照章節(jié)順序逐一講解，使得學(xué)生難以掌握知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，難以形成系統(tǒng)的知識體系。學(xué)生需要花費大量時間進(jìn)行記憶和復(fù)習(xí)，但往往容易遺忘，效果不佳。

二是互動與反饋不足，個性化學(xué)習(xí)受限。在傳統(tǒng)的教師—學(xué)生二元結(jié)構(gòu)中，通常只存在單一的教師—學(xué)生互動渠道，而缺乏其他形式的輔助支持。這導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的疑問和問題難以及時得到解答，反饋機制不夠完善。同時香料香精品控學(xué)課程對學(xué)生的化學(xué)、儀器分析、生物和醫(yī)學(xué)背景知識均有一定要求，教師在提供個性化的學(xué)習(xí)建議和輔導(dǎo)方面不太現(xiàn)實。

三是安全性評價實驗受教學(xué)條件限制無法開展，影響學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)；香料香精品控學(xué)課程中的安全性評價實驗是課程的重要組成部分，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力具有重要意義。然而，由于實驗條件限制（如對動物數(shù)量、飼養(yǎng)環(huán)境、化學(xué)試劑安全性等方面）、經(jīng)費不足等原因，許多學(xué)校無法開展相關(guān)的食品添加劑或者香料香精毒理學(xué)安全性評價實驗。這會導(dǎo)致學(xué)生缺乏實際操作經(jīng)驗，難以將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合，影響學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

為解決這三大問題，本文開展了三方面的研究和思考。首先是在教學(xué)思路上，轉(zhuǎn)理念，學(xué)會利用知識圖譜技術(shù)，可以將香料香精品控學(xué)中的知識點進(jìn)行系統(tǒng)化整理，形成一個清晰的知識網(wǎng)絡(luò)。其次，轉(zhuǎn)模式，形成人工智能驅(qū)動的三元教學(xué)模式。在教學(xué)模式上，人工智能技術(shù)的引入將改變傳統(tǒng)的“教師—學(xué)生”二元結(jié)構(gòu)，形成“教師—機器—學(xué)生”的三元結(jié)構(gòu)。在這個新的教學(xué)模式中，AI助手（智能助教、學(xué)伴或?qū)煟┛梢詾閷W(xué)生提供更多的互動機會，使學(xué)習(xí)過程中的問題能夠及時得到解決，幫助學(xué)生建立自信心，提高其學(xué)習(xí)的動力和積極性。最后，轉(zhuǎn)手段，利用人工智能技術(shù)創(chuàng)造新的學(xué)習(xí)場景和方式。針對安全性評價實驗受限的問題，可以利用虛擬現(xiàn)實（VR）和模擬實驗技術(shù)。通過虛擬仿真技術(shù)，學(xué)生可以身臨其境地參與到實驗過程中，了解實驗原理和注意事項，掌握評價指標(biāo)，并獲得即時的反饋和指導(dǎo)。可以讓學(xué)生在沒有實際風(fēng)險的情況下進(jìn)行實驗操作，且可以反復(fù)操作，鍛煉實踐能力和創(chuàng)新能力。

二 人工智能在教育教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

AI在教育教學(xué)中的應(yīng)用不僅提高教學(xué)效率，也為學(xué)生提供更加個性化、多樣化的學(xué)習(xí)體驗。AI技術(shù)通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、習(xí)慣和偏好，為每名學(xué)生提供量身定制的學(xué)習(xí)路徑和內(nèi)容。例如，智能編程教學(xué)平臺利用AI技術(shù)，為學(xué)生提供個性化的編程學(xué)習(xí)路徑和練習(xí)題，幫助學(xué)生快速掌握編程技能。AI技術(shù)為教師提供智能備課、授課、在線答疑和作業(yè)批改等支持，減輕教師的工作負(fù)擔(dān)。例如，知識圖譜驅(qū)動的智慧教學(xué)系統(tǒng)利用AI技術(shù)為教師提供智能備課、推課和答疑等工具，提高教學(xué)效率和質(zhì)量。AI與VR技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)環(huán)境，為學(xué)生提供身臨其境的學(xué)習(xí)體驗。例如，口腔虛擬仿真智慧實驗室利用VR技術(shù)，為學(xué)生提供口腔解剖、手術(shù)操作等虛擬仿真教學(xué)環(huán)境，幫助學(xué)生提高實踐能力。AI技術(shù)通過自然語言處理、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，對學(xué)生的作業(yè)、考試進(jìn)行智能評估，為教師提供準(zhǔn)確、客觀的評價結(jié)果。同時，AI還能為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)反饋和建議，幫助學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方法。

三 人工智能在香料香精品控學(xué)課程建設(shè)中的探索研究

在香料香精品控學(xué)課程中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用正逐漸深入，為學(xué)生和教師提供更為豐富和高效的教學(xué)與學(xué)習(xí)體驗。

（一） 構(gòu)建AI知識圖譜和智能推薦學(xué)習(xí)路徑

利用AI技術(shù)，對香料香精品控學(xué)的知識點進(jìn)行系統(tǒng)化整理，形成知識圖譜。學(xué)生可以通過圖譜快速定位所需知識點，并理解它們之間的邏輯關(guān)系，從而更容易形成系統(tǒng)的知識體系?；趯W(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和進(jìn)度，AI可以為學(xué)生推薦個性化的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)資源（如在線課程、學(xué)習(xí)社區(qū)學(xué)習(xí)工具等），幫助學(xué)生系統(tǒng)地掌握香料香精品控學(xué)的知識體系。

（二） 智能學(xué)習(xí)評估和自適應(yīng)教學(xué)系統(tǒng)

利用自然語言處理和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，智能評估系統(tǒng)能夠自動分析學(xué)生的作業(yè)、實驗報告或在線測試答案，并給出即時反饋。這種系統(tǒng)不僅可以快速評估學(xué)生的表現(xiàn)，還能提供個性化的學(xué)習(xí)建議和輔導(dǎo)，幫助學(xué)生了解自己的薄弱環(huán)節(jié)，并針對性地加強學(xué)習(xí)。基于評估結(jié)果，AI可以為學(xué)生制定個性化的學(xué)習(xí)計劃和資源推薦。構(gòu)建自適應(yīng)教學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和能力水平，自動調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和難度。這樣可以確保每名學(xué)生都能在自己的學(xué)習(xí)節(jié)奏下取得最佳的學(xué)習(xí)效果。

（三） 虛擬實驗平臺和智能風(fēng)險評估

利用AI和VR技術(shù)，構(gòu)建香料香精分析檢測或者安全性評價虛擬實驗平臺。學(xué)生可以在平臺上模擬利用精密大型儀器對香精香料進(jìn)行理化檢測、進(jìn)入虛擬實驗室進(jìn)行香料香精毒理學(xué)安全性評價實驗，了解實驗原理、實驗流程、操作方法和注意事項，提高實踐技能。此外，虛擬實驗室還能模擬各種實驗條件，幫助學(xué)生了解不同條件下實驗結(jié)果的變化。通過AI技術(shù)，對實驗過程進(jìn)行實時監(jiān)控和風(fēng)險評估。一旦發(fā)現(xiàn)異常或風(fēng)險，系統(tǒng)會立即發(fā)出警告，并為學(xué)生提供相應(yīng)的解決方案。這樣可以確保學(xué)生在安全的環(huán)境下進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)。

四 AI在香料香精品控學(xué)課程教學(xué)案例中的分析研究

（一） 構(gòu)建知識圖譜

利用AI技術(shù)，對香精品控學(xué)課程中各章節(jié)知識點進(jìn)行深度挖掘和關(guān)聯(lián)分析，形成一張龐大的知識網(wǎng)絡(luò)。例如，通過自然語言處理（NLP）技術(shù)，我們可以對課程教材、相關(guān)文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)資源和測驗等進(jìn)行文本分析，提取出關(guān)鍵知識點和它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建出一張知識圖譜[7]。這張圖譜不僅可以展示知識點之間的層次關(guān)系和邏輯關(guān)系，還可以幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的知識點和關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而拓寬視野、深化理解。

在實際教學(xué)中，采用基于AI的知識圖譜構(gòu)建工具，對香料香精品控學(xué)課程進(jìn)行了知識圖譜的構(gòu)建。通過對學(xué)生使用知識圖譜前后的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行對比分析，了解使用知識圖譜的學(xué)生在知識掌握程度、問題解決能力等方面的效果。此外，設(shè)置調(diào)查問卷，統(tǒng)計學(xué)生對于知識圖譜在幫助他們理解課程內(nèi)容和知識體系方面的反饋。

（二） 個性化學(xué)習(xí)

個性化學(xué)習(xí)是現(xiàn)代教育的重要趨勢之一[8-9]。在香料香精品控學(xué)課程中，可以利用AI技術(shù)實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。首先，通過對學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的收集和分析，了解學(xué)生的知識背景、學(xué)習(xí)風(fēng)格、興趣偏好和學(xué)習(xí)能力等個體差異。然后，基于這些數(shù)據(jù)，為每名學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)資源和路徑推薦。例如，對于學(xué)習(xí)能力較強的學(xué)生，可以推薦更高難度的學(xué)習(xí)內(nèi)容和挑戰(zhàn)性問題；對于學(xué)習(xí)興趣濃厚的學(xué)生，可以推薦與其興趣相關(guān)的拓展閱讀和實踐項目。

在實際教學(xué)中，采用基于AI的個性化學(xué)習(xí)平臺，為香料香精品控學(xué)課程的學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)服務(wù)。通過對學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析，可以自動為每名學(xué)生生成個性化的學(xué)習(xí)計劃和資源推薦。經(jīng)過一段時間的實踐，針對個性化學(xué)習(xí)平臺在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和滿意度方面的結(jié)果，進(jìn)行對比反思，為調(diào)整課堂授課教學(xué)設(shè)計提供依據(jù)。

（三） 安全性評價虛擬仿真實驗

在香料香精品控學(xué)課程中，選擇智能虛擬實驗室在香料香精安全性評價實驗中的應(yīng)用為教學(xué)案例。該案例旨在通過VR技術(shù)，為學(xué)生提供一個模擬的實驗室環(huán)境，讓他們能夠在沒有實際風(fēng)險的情況下進(jìn)行香料香精的毒理學(xué)安全性評價實驗。教師為學(xué)生準(zhǔn)備了VR設(shè)備和相關(guān)的實驗指導(dǎo)材料，確保學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中順利進(jìn)行實驗。學(xué)生戴上VR設(shè)備，進(jìn)入虛擬實驗室，根據(jù)實驗指導(dǎo)進(jìn)行香料香精的前處理、動物的給藥、飼養(yǎng)、解剖分析和結(jié)果分析等操作。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的實驗操作過程和結(jié)果，給出即時的反饋和建議，幫助學(xué)生了解自己在實驗中的表現(xiàn)。

通過虛擬實驗室，學(xué)生能夠在安全、無風(fēng)險的環(huán)境中進(jìn)行實驗操作，避免了因誤操作而導(dǎo)致的化學(xué)品傷害和實驗動物意外死亡。同時，虛擬實驗室還允許學(xué)生反復(fù)進(jìn)行實驗，加深對實驗原理和操作過程的理解。由于虛擬實驗室的模擬程度有限，學(xué)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行的實驗操作與真實環(huán)境中的操作可能存在一定的差異。

為了驗證AI技術(shù)在香料香精品控學(xué)課程教學(xué)中的效果，研究選取兩組學(xué)生，一組使用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式，通過視頻播放和實驗室簡單操作，另一組使用基于AI的虛擬實驗室進(jìn)行實驗教學(xué)。實驗結(jié)束后，對比兩組學(xué)生的實驗結(jié)果和學(xué)習(xí)反饋。使用虛擬實驗室的學(xué)生在實驗中表現(xiàn)出更高的參與度和興趣，實驗過程更加順利，實驗結(jié)果也更加準(zhǔn)確。傳統(tǒng)實驗教學(xué)組的學(xué)生在實驗過程中出現(xiàn)了較多的誤操作，實驗結(jié)果也存在一定的誤差。

五 AI技術(shù)在香料香精品控學(xué)課程教學(xué)中面臨的挑戰(zhàn)與對策建議

（一） 面臨的挑戰(zhàn)

首先，AI技術(shù)的應(yīng)用需要強大的計算能力和存儲資源支持，對于資源有限的學(xué)校來說是一個難題。其次，AI技術(shù)日新月異，新的算法、模型和應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。對于香料香精品控學(xué)課程來說，如何及時跟進(jìn)這些技術(shù)更新，確保香料香精品控學(xué)教學(xué)內(nèi)容的前沿性和實用性，以適應(yīng)不斷變化的教學(xué)需求和學(xué)生特點，是一個不小的挑戰(zhàn)。此外，在利用AI技術(shù)進(jìn)行實驗教學(xué)和數(shù)據(jù)分析時，涉及大量的學(xué)生信息和實驗數(shù)據(jù)。如何確保這些數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，防止數(shù)據(jù)泄露和濫用，是需要關(guān)注的問題。AI技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)的融合[10-11]需要一定的時間和經(jīng)驗。如何將AI技術(shù)有效地融入香料香精品控學(xué)課程中，提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，需要教師進(jìn)行深入的探索和實踐。

（二） 對策建議

隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，AI技術(shù)的應(yīng)用成本將不斷降低，更多的學(xué)校將能夠享受到AI技術(shù)帶來的便利。針對技術(shù)更新迅速的問題，學(xué)?？梢远ㄆ诮M織教師培訓(xùn)活動，邀請專家學(xué)者介紹最新的AI技術(shù)和應(yīng)用，提高教師對AI技術(shù)的認(rèn)識和應(yīng)用能力。學(xué)校應(yīng)建立健全的數(shù)據(jù)管理制度，明確數(shù)據(jù)的使用范圍和權(quán)限，加強數(shù)據(jù)的安全防護(hù)和隱私保護(hù)。同時，教師也應(yīng)加強對學(xué)生數(shù)據(jù)的管理和保護(hù)意識，確保學(xué)生信息的安全。在引入AI技術(shù)進(jìn)行教學(xué)時，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗和反饋。如果學(xué)生在使用AI技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)時遇到了困難或問題，教師應(yīng)及時給予幫助和指導(dǎo)，確保學(xué)生能夠充分利用AI技術(shù)提高學(xué)習(xí)效果。

六 結(jié)束語

通過構(gòu)建知識圖譜、實施AI助手以及創(chuàng)建虛擬實驗室等方面的探索研究，可以將AI技術(shù)融入香料香精品控學(xué)課程教學(xué)中，不僅能提升教學(xué)質(zhì)量，也可以極大地豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，我們有理由相信，它將在更多領(lǐng)域和層面為教育行業(yè)帶來革命性的變革。這種“人工智能+”賦能的教學(xué)研究應(yīng)用模式可以推廣至香料香精技術(shù)與工程專業(yè)的其他課程教學(xué)中，AI技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮其獨特優(yōu)勢，助力我們培養(yǎng)出更多具備創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)人才。同時，需要不斷探索和完善AI技術(shù)在教育中的應(yīng)用模式，確保其在推動教育行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的同時，也能夠保障師生的信息安全和隱私權(quán)益。

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