關(guān)鍵詞:教學(xué)工廠;實踐基地;實踐教學(xué);教學(xué)技術(shù);教學(xué)改革
中圖分類號:G642" " " 文獻標志碼:A" " " " " 文章編號:2096-000X(2025)18-0094-04
Abstract: At present, there are many problems incultivation of talents in chemical engineering such as the lack of engineering teaching resources, the separation of teaching process and engineering practice, and the lack of talent training to meet the social needs. Based on the concept of \"teaching factory\", an engineering basefor chemical practice base has been created in campus. The engineering training teaching technology has been developed, which includes training scene simulating workshop, training operation engineering, operation control diversification and training project integration. It has realized the \"four in one\" train of students' engineering consciousness, practice operation, engineering design and engineering innovation ability. Practical personnel training has been achieved obvious results.
Keywords: teaching factory; practice base; practice teaching; teaching technology; teaching reform
我國現(xiàn)行工程類專業(yè)人才培養(yǎng)“科學(xué)化”趨勢仍然明顯,重理論、輕實踐,重實驗、輕技能,重精深、輕綜合,培養(yǎng)的人才與社會各行各業(yè)的需求不相適應(yīng)。如何以社會需求為導(dǎo)向,深化工程類專業(yè)人才培養(yǎng)模式的改革,已經(jīng)引起社會各界的高度關(guān)注[1-4]?!督逃筷P(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》(教高〔2018〕2號)提出加強實踐育人平臺建設(shè),綜合運用校內(nèi)外資源,建設(shè)滿足實踐教學(xué)需要的實驗實習(xí)實訓(xùn)平臺,切實提高實踐教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量。近年來,衢州學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院對校內(nèi)化工實踐基地建設(shè)和實踐教學(xué)技術(shù)改革進行了積極探索,取得了明顯的實效。
化工類專業(yè)實踐教學(xué)包括認識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計(論文)等。實踐環(huán)節(jié)是幫助學(xué)生了解和熟悉化工實際生產(chǎn),掌握基本化工生產(chǎn)技能,培養(yǎng)學(xué)生初步工程設(shè)計能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的重要手段,是學(xué)生將書本知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H工作本領(lǐng)、實現(xiàn)“最后一公里”對接的有效途徑,在化工高等教育中占有十分重要的地位[5-7]。
然而,由于化工行業(yè)的特殊性、企業(yè)缺乏參與高校人才培養(yǎng)過程的內(nèi)在動力等因素,化工類專業(yè)學(xué)生實習(xí)難,到企業(yè)實習(xí)只能看,不能動手操作,難以做到以學(xué)生為主的工程能力訓(xùn)練,實習(xí)效果不佳。而校內(nèi)工程實踐,受資金、場地等限制,工程訓(xùn)練裝置缺乏、教學(xué)技術(shù)落后、實踐訓(xùn)練項目脫離企業(yè)生產(chǎn)實際,嚴重制約了學(xué)生工程意識、實踐操作、工程設(shè)計和工程創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)。如何在新的形勢下加強實踐基地建設(shè),進而加強學(xué)生的實踐能力培養(yǎng),提高化工類人才的培養(yǎng)質(zhì)量,是一項緊迫的任務(wù)。
“教學(xué)工廠”是新加坡南洋理工學(xué)院最具特色的辦學(xué)經(jīng)驗和理念[8-10],它將實際企業(yè)環(huán)境引入教學(xué)環(huán)境中,這種兩者融合的教學(xué)模式,使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的知識和技能應(yīng)用于未來的實際工作中。這種“教學(xué)工廠”模式,促進了教學(xué)與企業(yè)環(huán)境的融合,使學(xué)生綜合能力得到了迅速的提升?!敖虒W(xué)工廠”理念的內(nèi)涵主要包括以下四點。
(一)" 創(chuàng)設(shè)真實的實踐環(huán)境和過程
通過建立教學(xué)工廠項目平臺,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)模擬企業(yè)的真實實踐環(huán)境,讓教學(xué)過程和生產(chǎn)過程融合在一起,讓老師和學(xué)生能在一個真實環(huán)境中實現(xiàn)教和學(xué),大大加快了理論與實踐的結(jié)合,為今后能夠更快地融入企業(yè)的生產(chǎn)過程創(chuàng)造條件。
(二)" 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊合作精神
在“教學(xué)工廠”的實踐環(huán)境中,一方面具有一定的容錯空間,學(xué)生可以大膽創(chuàng)新,培養(yǎng)其創(chuàng)新能力;另一方面,實踐訓(xùn)練項目具有綜合性,需要團隊合作才能完成,從而培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作能力。
(三)" 確保學(xué)生所學(xué)即為企業(yè)所用
通過“教學(xué)工廠”中企業(yè)項目和研發(fā)項目的實踐鍛煉,使學(xué)生能將所學(xué)到的知識和技能應(yīng)用于企業(yè)實際的工作環(huán)境中。這就要求學(xué)校做好專業(yè)的企業(yè)調(diào)研工作,專業(yè)的課程設(shè)置、課程內(nèi)容、實踐項目都必須與企業(yè)的需求和實際應(yīng)用相適應(yīng)。
(四)" 提升教師的實踐能力
“教學(xué)工廠”模式的實施,一方面要求教師具有一定的企業(yè)背景,較強的實踐經(jīng)驗,能清楚地了解企業(yè)的需求、未來的發(fā)展趨勢,這樣才能勝任項目工程師和學(xué)生導(dǎo)師;另一方面,在“教學(xué)工廠”項目不斷地研發(fā)和實施過程中,教師和學(xué)生一起學(xué)習(xí)、一起研究,不斷更新知識結(jié)構(gòu),使教師的專業(yè)能力、教學(xué)水平和實踐能力得到不斷的提升,實現(xiàn)教學(xué)相長的良性循環(huán)。
(一)" 校內(nèi)化工實踐基地建設(shè)
1" 實物裝置流程工藝建設(shè)
根據(jù)認識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)等化工專業(yè)實踐教學(xué)目標的要求,基于“教學(xué)工廠”理念,衢州學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院教師按照相關(guān)化工設(shè)計規(guī)范自主開發(fā)、設(shè)計,委托企業(yè)制造、安裝,從“教學(xué)工廠”的總平面布局到車間設(shè)備的平立面布置,從設(shè)備安裝和操作平臺設(shè)計到工藝流程設(shè)計,從設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計到管道配置設(shè)計,從自動控制系統(tǒng)設(shè)計到安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設(shè)計,從操作界面編程到操作單元應(yīng)用等,建成了中試規(guī)模的校內(nèi)化工實踐基地,占地500多平方米?;噩F(xiàn)有間歇生產(chǎn)訓(xùn)練工藝和連續(xù)過程生產(chǎn)訓(xùn)練工藝,主要包括常壓反應(yīng)蒸餾操作單元、減壓反應(yīng)蒸餾操作單元、減壓精餾操作單元、自動加料操作單元、連續(xù)管式反應(yīng)操作單元、真空系統(tǒng)和熱媒系統(tǒng)7個單元,可進行流體輸送、反應(yīng)、攪拌、精餾、抽真空、電加熱、冷卻、冷凝和蒸發(fā)等10多種基本化工操作。工藝過程采用DCS系統(tǒng)控制,可供化工類專業(yè)學(xué)生實際生產(chǎn)演練以及工藝改進、工程創(chuàng)新等訓(xùn)練,也可滿足相關(guān)專業(yè)課程的現(xiàn)場教學(xué)需要。
2" 裝置流程工藝的虛擬化改造
利用校內(nèi)化工實踐基地開展生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)等化工專業(yè)實踐環(huán)節(jié),為了貼近化工生產(chǎn)實際,實物裝置流程工藝往往涉及高溫、高壓、易燃等過程。由于學(xué)生實習(xí)時對工藝過程不太熟悉,特別是初次參加化工過程操作實踐,容易導(dǎo)致操作不當(dāng),因此存在物料泄漏、高溫燙傷等安全隱患。另外,實物裝置流程工藝受裝置和物料介質(zhì)所限,工程訓(xùn)練項目具有局限性,根據(jù)行業(yè)和技術(shù)發(fā)展趨勢持續(xù)開發(fā)訓(xùn)練項目的成本和難度較大。按照“持續(xù)發(fā)展、安全為要、訓(xùn)練高效、低消耗、零排放、易管理”的建設(shè)思路,充分利用實物裝置流程工藝,以共享優(yōu)質(zhì)實踐教學(xué)資源為策略,以建設(shè)信息化實踐教學(xué)資源為重點,搭建系統(tǒng)、完善的半實物虛擬仿真實踐教學(xué)平臺,虛實結(jié)合,建設(shè)了為應(yīng)用型化工類人才培養(yǎng)提供工程實踐和創(chuàng)新訓(xùn)練的校內(nèi)化工實踐基地。
(二)" 實踐訓(xùn)練項目設(shè)計和教學(xué)技術(shù)改革
通過分析化工類學(xué)生未來就業(yè)的主要崗位,如生產(chǎn)操作和管理、工藝設(shè)計、技術(shù)改進和產(chǎn)品開發(fā)等,設(shè)計開發(fā)了專業(yè)基礎(chǔ)實踐項目、綜合工程訓(xùn)練項目和創(chuàng)新訓(xùn)練項目等三層次的實踐訓(xùn)練項目,并開發(fā)了訓(xùn)練場景車間化、訓(xùn)練運行工程化、操作控制多元化和訓(xùn)練項目綜合化的工程訓(xùn)練教學(xué)技術(shù),以實現(xiàn)學(xué)生工程意識、實踐操作、工程設(shè)計和工程創(chuàng)新能力的“四位一體”培養(yǎng),同時培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量意識、市場意識、安全意識、環(huán)保意識和團隊合作精神等綜合素質(zhì)。
1" 專業(yè)基礎(chǔ)實踐項目
該層次的實踐項目是讓學(xué)生掌握基本的化工實踐操作技能,通過形象直觀的實踐訓(xùn)練,深化課堂理論知識的學(xué)習(xí),加強學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng),從而提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。該層次實踐項目具體包括流體輸送、傳熱、精餾、萃取和吸收等單元操作項目,為開展綜合工程訓(xùn)練項目打好基礎(chǔ)。下面以流體輸送、傳熱、精餾為例,簡要說明。
流體輸送單元操作項目?;どa(chǎn)過程中的原料及產(chǎn)品大多數(shù)是流體,往往需要設(shè)計或選擇流體輸送設(shè)備,合理選擇和安裝測量儀表測定管路或者設(shè)備內(nèi)的壓力、流量等參數(shù),通過手動調(diào)節(jié)或自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)物料流量在工業(yè)生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)。根據(jù)學(xué)生特點設(shè)計實踐項目背景素材,通過設(shè)計計算,能夠正確選擇流體輸送設(shè)備,選擇合適的測量儀表和必要控制系統(tǒng),能夠根據(jù)操作規(guī)程實現(xiàn)流量控制和流體輸送任務(wù)的完成。
傳熱單元操作項目。大多數(shù)化工生產(chǎn)需要在一定的溫度下進行,需要對物料進行加熱或冷卻,需要利用換熱設(shè)備并合理選擇和安裝溫度檢測儀表,通過手動調(diào)節(jié)或自動控制系統(tǒng),控制物料溫度在規(guī)定范圍內(nèi)。根據(jù)學(xué)生特點設(shè)計實踐項目背景素材,通過設(shè)計計算,能夠正確選擇換熱設(shè)備,選擇合適的測量儀表和必要控制系統(tǒng),能夠根據(jù)操作規(guī)程實現(xiàn)溫度控制和物料加熱(冷卻)任務(wù)的完成。
精餾單元操作項目。精餾單元操作常常用于液相混合物的分離,在化工生產(chǎn)中較為普遍。精餾分離的主要原理是利用液相混合物中各組分的沸點差異,通過塔釜加熱產(chǎn)生上升的蒸汽,與塔頂下降的回流液在各級塔板上實現(xiàn)多次接觸,達成多次汽液平衡,實現(xiàn)重組分往塔釜方向、輕組分往塔頂方向,濃度逐漸提高,實現(xiàn)混合液的分離。影響分離效果的因素有多種,常用于控制調(diào)節(jié)的操縱變量有回流比、塔頂溫度、塔釜溫度等。相比于流體輸送和傳熱單元操作項目,精餾單元操作項目較為復(fù)雜和綜合,回流比、塔頂冷凝介質(zhì)流量和溫度、塔釜加熱介質(zhì)流量和溫度、進料流量和狀態(tài)、塔釜采出流量和塔頂采出流量等因素,均會影響精餾塔的分離效果。不同混合物組分,由于物性的不同,精餾分離的難易程序和操作性存在很大差異。為了加深學(xué)生對精餾復(fù)雜性的理解,提高學(xué)生精餾單元操作能力,設(shè)計了不同混合物分離的訓(xùn)練項目,比如丙酮與水、苯與甲苯、乙苯與苯乙烯等,運用虛擬仿真系統(tǒng),在要求保證某質(zhì)量指標的任務(wù)下,開放式地讓學(xué)生嘗試各種操作,并可得到如何才能實現(xiàn)更高的產(chǎn)品回收率、更低的能量消耗、更平穩(wěn)的操作運行等初步結(jié)論。
2" 綜合工程訓(xùn)練項目
利用校內(nèi)半實物虛擬仿真實踐教學(xué)平臺,設(shè)計了任務(wù)驅(qū)動型綜合工程訓(xùn)練項目,如粗乙醇精制、醋酸乙烯酯乳液聚合、D4合成二甲基硅油和大豆油制生物柴油等。這些訓(xùn)練項目來自于工業(yè)生產(chǎn)實際,綜合了流體輸送、傳熱、精餾等多個單元操作,并且以化工產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)為主線,多層次地設(shè)計了工程訓(xùn)練內(nèi)容,包括化工工藝設(shè)計、化工制圖、化工裝置開停車、生產(chǎn)事故分析與處理和產(chǎn)品質(zhì)量控制等,工程訓(xùn)練內(nèi)容覆蓋了專業(yè)核心。
訓(xùn)練裝置各單元采用了模塊化設(shè)計,可拆裝和組合,操作性強。在工程訓(xùn)練過程中,學(xué)生兼具“導(dǎo)演和演員”的雙重身份,以小組為單位自主選擇訓(xùn)練項目并制定訓(xùn)練方案,經(jīng)指導(dǎo)教師審核后,學(xué)生可以根據(jù)設(shè)計的工藝流程圖進行自主安裝、設(shè)備調(diào)試、操作控制,強化學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力的培養(yǎng),達到學(xué)中做、做中學(xué)、做中教和做中精的教學(xué)目的。
為了使高校人才培養(yǎng)貼近社會的需求,工程訓(xùn)練期間,采用企業(yè)化管理模式,學(xué)生模擬企業(yè)員工身份,真實操作等實戰(zhàn)教學(xué)方法,創(chuàng)設(shè)真實工作任務(wù)、真實工藝流程、真實運行工況和真實產(chǎn)品生產(chǎn)的教學(xué)情境,提高學(xué)生的工程實踐能力,使學(xué)生熟悉企業(yè)生產(chǎn)運行過程,縮短課堂與企業(yè)生產(chǎn)車間的距離,使學(xué)生畢業(yè)后能將所學(xué)的知識和技能盡快地應(yīng)用于實際工作中。
3" 創(chuàng)新訓(xùn)練項目
該層次的設(shè)置目的是讓學(xué)生在掌握規(guī)定的專業(yè)基礎(chǔ)實踐項目和綜合工程訓(xùn)練項目后,充分利用校內(nèi)實踐教學(xué)資源,進行創(chuàng)新能力的訓(xùn)練,以進一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新設(shè)計和技術(shù)開發(fā)的能力,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新熱情和參與創(chuàng)新活動的積極性。
創(chuàng)新訓(xùn)練項目主要是以綜合性實驗項目驅(qū)動的方式,由學(xué)生自主設(shè)計完成。創(chuàng)新訓(xùn)練項目在虛擬仿真實踐教學(xué)平臺和實驗室進行,采用預(yù)約開放的管理方式,提供儀器設(shè)備和場所,專任指導(dǎo)教師為創(chuàng)新活動給予指導(dǎo)。
學(xué)生可利用各類教學(xué)資源16個。在相關(guān)實驗真實操作前,要求學(xué)生先在網(wǎng)上熟悉裝置、認識流程及控制方案、在線預(yù)習(xí)和在線虛擬操作,再到實驗室進行真實操作。通過這種方式,學(xué)生實際操作的熟練程度與數(shù)據(jù)的準確率明顯上升,創(chuàng)新實驗的安全性得到了更大的保障。虛實結(jié)合的創(chuàng)新實驗訓(xùn)練,強化了實驗教學(xué)的效果,實驗的綜合性、設(shè)計性明顯提高,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新與設(shè)計能力明顯增強。
(三)" 訓(xùn)練項目的持續(xù)改進
隨著化工行業(yè)的快速發(fā)展,國家對環(huán)境保護、能源消耗、碳達峰碳排放的新要求,地方化工產(chǎn)業(yè)對化工新技術(shù)的需求,以及對能夠開發(fā)新技術(shù)、掌握新技術(shù)、應(yīng)用新技術(shù)的人才需求越來越迫切。作為地方應(yīng)用型高校,理應(yīng)為地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)急需人才,人才培養(yǎng)的方式和內(nèi)容必須與之相適應(yīng),而工程實踐訓(xùn)練是人才培養(yǎng)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一,工程訓(xùn)練項目的持續(xù)改進顯得尤為重要。
在具體人才培養(yǎng)實踐中,工程訓(xùn)練項目的改進主要結(jié)合地方化工產(chǎn)業(yè)的需求變化、教師的科研和社會服務(wù),同時結(jié)合學(xué)生畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)論文、大學(xué)生科技創(chuàng)新項目的研究不斷研發(fā)和更新。在項目的持續(xù)改進過程中,教師和學(xué)生對遇到的新問題共同學(xué)習(xí)、相互探討,從而不斷更新教師的知識結(jié)構(gòu),使教師的專業(yè)能力、教學(xué)水平和實踐能力得到顯著的提升,體現(xiàn)了教學(xué)相長。
(一)" 解決了應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中工程訓(xùn)練基地缺乏的難題
由于企業(yè)缺乏參與高校人才培養(yǎng)的內(nèi)在動力和化工生產(chǎn)的特殊性,化工類專業(yè)的校外實習(xí)往往流于“走馬觀花”,化工企業(yè)難以真正成為應(yīng)用型人才培養(yǎng)的訓(xùn)練基地。同時,受辦學(xué)理念、場所、資金等方面的限制,校內(nèi)工程訓(xùn)練裝置往往嚴重缺乏,極大地制約了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。通過校內(nèi)“教學(xué)工廠”的創(chuàng)建,可解決應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中工程訓(xùn)練基地缺乏的難題。
本改革為化工類專業(yè)學(xué)生提供在校期間的不斷線工程訓(xùn)練教學(xué)服務(wù),包括認知實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、職業(yè)能力培訓(xùn)、創(chuàng)新實踐和畢業(yè)實習(xí)等。
(二)" 提高了學(xué)生工程綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
傳統(tǒng)的實踐教學(xué)設(shè)計多以驗證性為主,訓(xùn)練項目分散、綜合性不強,脫離工廠實際工藝和工況,不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合能力。通過分析學(xué)生未來的就業(yè)崗位,通過綜合工程訓(xùn)練項目的設(shè)計和實踐教學(xué)技術(shù)的改革,實現(xiàn)學(xué)生工程意識、實踐操作、工程設(shè)計和工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“四位一體”,解決學(xué)生工程綜合能力培養(yǎng)的問題。
化工綜合工程訓(xùn)練平臺的創(chuàng)建,為學(xué)生參與校級及以上學(xué)科競賽和科技創(chuàng)新訓(xùn)練創(chuàng)造了良好條件,目前衢州學(xué)院化工類專業(yè)學(xué)生平均參加1.2項學(xué)科競賽,大大提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生已多次榮獲全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽一等獎、全國大學(xué)生化工實驗競賽一等獎、浙江省化學(xué)學(xué)科競賽(A類)一等獎等好成績。衢州學(xué)院榮獲浙江省大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新示范基地、國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃高校等榮譽。
(三)" 提高了畢業(yè)生就業(yè)能力和就業(yè)質(zhì)量
針對現(xiàn)行化工類人才培養(yǎng)“科學(xué)化”趨勢凸現(xiàn)、與企業(yè)需求不相適應(yīng)的問題,通過企業(yè)化環(huán)境的營造、訓(xùn)練項目的實施,使化工工程訓(xùn)練教學(xué)與化工生產(chǎn)無縫對接,學(xué)生的工程實踐能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力得到了明顯的提高,實現(xiàn)化工類專業(yè)人才培養(yǎng)貼近企業(yè)需求。畢業(yè)生廣受社會歡迎,就業(yè)率均在97%以上。根據(jù)第三方統(tǒng)計,化工類專業(yè)畢業(yè)生的起薪水平和對母校的滿意率均處于省內(nèi)同類院校前列。
(四)" 提高了社會服務(wù)能力
利用校內(nèi)“教學(xué)工廠”的生產(chǎn)裝置,開展工藝改進和產(chǎn)品研發(fā)工作,與地方多家企業(yè)合作完成了4,4'-聯(lián)苯二酚、苯氧乙醇等產(chǎn)品的中試技術(shù)開發(fā),完成廢硅橡膠裂解制備D4中試技術(shù)及后續(xù)工業(yè)化生產(chǎn),完成3-甲氧基丙烯酸甲酯的中試生產(chǎn)技術(shù)開發(fā),產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟和社會效益。本化工實踐基地獲批為浙江省專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)教育培訓(xùn)基地,為衢州市及周邊化工相關(guān)企業(yè)培訓(xùn)生產(chǎn)技術(shù)人員、安全管理人員、生產(chǎn)操作人員等5 000多人次,助力地方化工行業(yè)的良性發(fā)展。
面對應(yīng)用型本科建設(shè),新工科人才培養(yǎng)方案的逐步實施,實踐教學(xué)改革必須不斷創(chuàng)新與探索。先進的教學(xué)理念、豐富的實踐教學(xué)資源、高水平的雙師雙能型師資隊伍、科學(xué)的實踐管理體系是提高實踐教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量、提高學(xué)生工程實踐能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。也唯有如此,才能實現(xiàn)國家提出的實踐育人之目的,切實提高我國高等教育的教學(xué)質(zhì)量。
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