时间:2023-02-28 11:26:23
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土木工程材料课程是土木工程方向学生的专业必修课,课程系统地介绍了各种主要土木工程材料的基本组成、物理力学性能、技术指标、技术标准、试验方法及选用规则。通过本课程的学习,使学生掌握材料的组成、结构与性能间的本质关系,并具有合理选择和使用材料的基本能力,为后续的专业课程学习打下良好的材料科学的基础。针对我校土木工程材料课程教学中存在的问题,借鉴国内一些高校在本课程教学中提出的改革理念与创新措施,提出适合我校土木工程材料课程教学的改革建议。在介绍土木工程材料基本知识的同时,力求引导学生熟悉和掌握土木工程材料的新产品、新技术、新工艺及新标准。
一、我校土木工程材料课程教学现状
我校土木工程材料课程由土木工程学院开设,共32学时,2个学分,面向土木工程、工程管理、森林工程专业的本科生。教学内容以建筑钢材、石膏、水泥、混凝土、建筑砂浆、砌体材料及屋面材料、沥青、沥青混合料等传统建筑材料为主。教学内容繁杂,知识点众多,而学时有限,教学任务量大,重点章节内容的课时被挤压,无法深入展开。在课堂教学过程中,采用自主开发的多媒课件进行教学,教学方式僵化单一。课堂教学以老师为主体,学生被动接受,缺少师生互动,学生学习积极性不高,不利于知识的掌握与专业培养。考核方式:期末考试采取闭卷考试方式;成绩评定:课程成绩由考试成绩和平时成绩两部分构成,考试成绩占70%,平时成绩占30%。其中,平时成绩主要根据出勤、作业等方面综合确定。考试成绩占比过高,很多同学期末考试前突击复习,背熟理论知识点,即可通过闭卷考试,违背了土木工程材料课程设置的初衷。
二、国内高校土木工程材料课程教学改革现状
(一)“互联网+”模式
长沙理工大学[1]在研讨式教学的基础上,引入翻转课堂,构建基于翻转课堂的研讨式课程教学新模式,并将其应用于土木工程材料课堂教学。鼓励学生课前利用互联网视频课外自学,课堂上老师组织讨论,重点答疑。视频围绕实际工程案例,将相关知识点穿插其中,加深了学生对知识的理解,学习效果显著。山东理工大学[2]设计了基于“互联网+对分课堂”的混合式教学模式,并将其融入土木工程材料课程的日常教学中。鼓励学生利用课外时间通过网络预习自学,课堂上以讨论为主,增加师生互动交流,更鼓励生生交流。严肃紧张活泼的课堂氛围,更有助于学生对新知识的吸收和转化。
(二)利用学科竞赛
河南工业大学[3]指出,充分利用学科竞赛,可以培养学生的自主创新能力,激发学生自主学习的动力,锻炼学生的实践动手能力,强化学生的团队协作意识,一举多得。以全国大学生混凝土材料设计大赛为例,分析了学科竞赛对土木工程材料课程教学的推动作用,提高学生的参与度,刺激学生的主观能动性,培养出集应用型与科研于一身的全能型行业人才。
(三)课堂思政
湖北文理学院[4]尝试在土木工程材料绪论课程环节引入课堂思政,在介绍课程教学基本内容的同时,深入挖掘与绪论内容相关的育人资源。在课程学习之初,做到既能激发学生学习本课程的兴趣,又能端正学生的学习态度,形成科学严谨的学习习惯,实现教书与育人的有机结合
(四)精品课程
山东科技大学以建设省级精品课程为契机,通过改革课程建设的理念,丰富课程教学资源,注重教学的方式方法转变,设立土木工程材料精品课程学习网站,致力土木工程材料课程建设特色化,鼓励教师团队自我提升,立项教学研究课题等多重手段,推动土木工程材料精品课程建设。
(五)双语课程
东北电力大学提出土木工程材料双语课程要以工程实际为导向,强调双语教学不仅仅是采用另一种语言教授专业知识,更要借鉴外文教材的教学内容与教学思路。参照国际同类课程的教学大纲,采用案例教学法,以著名国际工程为背景,培养学生的全球化视野。
(六)线上教学
恰逢新冠肺炎疫情特殊时期,长沙理工大学[7]按照“停课不停学”的要求,开展线上教学。依托“互联网+”,借助先进的信息技术与丰富的网络资源,探索土木工程材料课程教学新模式。线上教学主要有课程录播、观看慕课课程、课程直播三种方式,各有优缺点。如何充分发掘线上教学的优势,使其与传统教学方式有机结合,是未来土木工程材料课程教学改革的重中之重。
三、启发
通过对国内众多高校土木工程材料课程改革的分析研究,结合南京林业大学土木工程材料课程教学的现状,提出如下改革建议:(1)改革教学模式,采用线上线下混合式教学,鼓励学生线上自学,线下轮流上台当老师,掌握知识的同时,满足学生的学习成就感;(2)改革考核方式,增加平时成绩占比,对参与学科竞赛,积极上台当老师的同学,平时成绩可以适当予以加分,强调学习的过程和能力比记住知识点更为重要。授人以鱼不如授人以渔,学生只有掌握了学习各种土木工程材料的过程和方法,才能在以后的学习和工作中以不变应万变;(3)引入课堂思政,先做人再做事,只有培养学生心怀家国天下,有“为天地立心,为生民立命”的强烈社会责任感,才能承担起土木工程人为民族复兴添砖加瓦的大任;(4)继续推进双语课程教学,逐步解决当前双语教学过程中存在的难点,对标国际标准,提升督促教师语言水平提升的同时和学生共同进步;(5)由本课程任课老师组成课程教学持续改进小组,定期开展教学研讨会,研究国内外高校课程教学改革的热点。结合南京林业大学土木工程材料课程教学的现状,定期更新教学大纲,完善教学方法,逐步将土木工程材料建设为特色精品课程。结合南京林业大学土木工程材料课程实际情况,做到具体章节具体分析、活学活用,不能照本宣科、生拉硬套,切实提高本课程教学效果。
四、结语
师者,所以传道受业解惑也。作为土木工程材料课程的一名教师,应以培养德才兼备的复合型人才为己任。在土木工程材料教学过程中,引入先进教学改革措施与教育理念,持续改进教学方法,提升自身教学水平,完善考核制度是十分必要的。根据当前提出的土木工程材料课程改革理念与创新措施,探索出适合我校课程教学的合理模式,真正提高该课程的教学质量。
作者:褚洪岩 黄凯健 王元纲 单位:南京林业大学 土木工程学院
土木工程材料课程教学篇2
土木工程材料是土木工程专业本科生的一门专业必修课,具有很强的理论性和实践性,主要教授内容包括:土木工程材料的发展史和发展趋势、土木工程材料的定义、分类、性质、技术标准,各种材料的基本组成、生产工艺、品质特性、质量要求、检测方法及应用等等,知识点多,章节之间独立性较强,以及传统教学存在教学方式单一、实验内容墨守成规、考核方式不合理等问题[1],使得学生在短时间内难以掌握这些知识。为此,本文从改革理论课教学、实验课教学以及课程思政三个方面讨论了土木工程材料课程的改革方法、路径,以期指导之后的土木工程材料课程教学。
1改革理论课教学
(1)改革上课方式,从完全的填鸭式教学到穿插有兴趣式、竞赛式教学等[2],以参加“全国大学生混凝土材料设计大赛”“全国土木工程材料创意作品大赛”为例,激发学生的学习兴趣,培养其创新、创业意识。
(2)增加案例教学,提高学生的工程应用能力[3]。如在讲授土木工程材料领域的新材料时,可以用3D混凝土材料为例,以照片、视频的方式介绍3D打印混凝土的生产工艺及其最新的研究进展与工程应用,并讨论与传统混凝土材料相比3D打印混凝土具有哪些优缺点等。
(3)到相关建材制品生产现场进行认识实习,例如,在讲授完石材、混凝土等内容后,利用周末时间带领学生去人造石材以及商品混凝土搅拌站、混凝土结构预制构件的生产现场观摩、学习土木工程材料的生产工艺。
(4)增加现场教学。现场教学是组织学生到生产现场、实验室进行教学,通过教师现场讲授、学生的现场观察、调查或实际操作,不同于实践教学的是,现场教学是以教师教课为主,而学生自己动手为辅,通过现场教学丰富学生的感性认识,促进学生对书本知识的理解和掌握。而当前的疫情给去生产现场进行现场教学带来了诸多不利影响,而去高校内部的实验室现场更为合适。在实验室内排放自己制作或者购买的土木工程材料制品,然后由教师讲授其性能特点、应用的工程部位等,提高学生的感性认识。土木工程材料课程的理论性不是特别强,但是土木工程材料课程涉及的材料种类众多,让没有工作经验、生活经验的学生强行记住如此多的材料及其特点,确属不易。为提高现场教学的效果,学校相关部门应配备相应经费,为课程现场教学提供便利。
(5)多位教师参与讲授同一门课程,每位教师讲授自己最擅长的地方。现在好多学校的土木工程材料课程没有配备或者没有相应专业教师来授课,教师上课的内容与自己的科研方向、从事专业工作不符,多年来照本宣科,不了解本行业的发展前景,不了解土木工程材料方向的新技术、新材料、新工艺,没有本专业工作经历,讲授内容涉及不到问题的本质,自然引不起学生兴趣。让多位土木工程材料专业、材料科学与工程专业教师教授同一门课,每位教师讲授自己的专业方向,同时,邀请企业专家来讲授工程实践中的案例、趣闻,打造精品课程。
(6)让学生参与到教学过程来,对于一些简单的章节,鼓励学生自己查阅资料、制作PPT,并上台讲述。在上课之前,让学生提出自己的想法,提出自己的问题,以及对于本门课程想学哪些内容,然后教师在教学设计时可以做出相应调整。每节课,教师要留出一部分时间,提出问题,让学生参与讨论,然后答疑解惑,加深学生的理解及解决实际问题的能力。
(7)布置课堂作业并及时批改,每次作业题目以1~2道题为好,每次作业题目不宜过多,要少量多次,通过学生的课堂作业完成情况、课堂反应情况及时调整自己的上课进度、上课方法。
(8)改革考试题型,从纯记忆性的题型到可选择性题转型,增加案例题,增加阶段考试,以及与其他考核方式相结合。现在电子产品盛行,学生一有时间就玩手机,或者打游戏,土木工程材料课程中很多的内容可通过上网、查表、查标准找到,学生对这部分内容没有兴趣、也没有必要去死记硬背。培养应用型人才,就是要培养学生会选择、会用、会设计材料,以及解决工程实际问题的能力。改革期末考试方式,以增加阶段考试为例,在讲授到混凝土用水这一章节时,以《混凝土搅拌站的废水处理策略》为题,让学生自己去查阅《混凝土用水标准》《污水综合排放标准》及相关文献等,了解混凝土的生产、制备过程以及混凝土废水的分类、来源以及处理策略,并让学生做成PPT以现场答辩的形式,来考查学生专业知识理解能力、查阅文献、总结归纳能力、口头表达能力、PPT制作能力等,并将其记录到阶段考试成绩中,并逐渐提高阶段考试成绩的占比比重,降低期末考试的成绩占比比重。
2改革实验教学
土木工程专业培养的人才应该具备扎实的理论基础、较高的工程实践能力与创新能力,这些能力均需要通过实验或者实践才能实现,所以实验教学至关重要[4]。
(1)鼓励学生尽早进入实验室,跟着指导教师做相关科研项目,同时熟练相关测试技巧。鼓励大学生从低年级开始就参与“大学生创新创业训练计划”,同时学校要开放实验室,改革实验室管理制度,打破时间限制,让学生在教师、高年级学生、研究生的指导下进行设计实验、开展实验。
(2)制作可视化可重复利用的实验标准件,如混凝土梁、板、柱,以及石灰制品、石膏制品、砌块、砂浆等,利用网络资源,或者亲自录制实验视频,建设课程资源,充分利用好线上教学,为学生自主学习打下基础。
(3)加强与其他课程安排的协同性,可以同时安排或者后续安排土木工程材料检测与试验、认识实习、建筑结构试验与测试技术等课程。
(4)调整实验安排,相应的章节讲完后,接着进行试验,或者相应的章节在实验室、建筑材料生产现场进行讲述,强化记忆。如果等全部课程讲完后再进行相关试验,学生可能已经忘记了相关理论知识。
(5)改革以实验报告和考勤为主的评价方式,尝试增加试验小组成员评价(自评、互评)和教师评价相结合的方式:试验以小组形式开展的,小组成员每个人做完实验均需提交一份表格:写明自己负责实验的内容,自己动手做了哪些实验,自己的实验总结,同时,量化考核指标,让学生对自己以及小组成员表现进行打分。教师评价部分:应量化仪器操作的熟练程度、实验步骤的完整性、实验的参与程度、实验完成后试验台、实验设备的归位与打扫清理等。实验报告成绩的考核应量化,可包括实验报告的完整性、整洁性,书写的认真程度、是否与他人雷同、实验数据处理的规范性、准确性、实验报告是否按时提交等[5]。
(6)建立学生助教制度。将高年级学生、研究生等编入助教教师库,帮助实验教师在试验前准备仪器设备、材料,同时指导大一、大二学生完成相关实验操作与数据的记录[6],通过以老带新式的传、帮、带形式,提高学生对试验的熟练程度。
3增加课程思政内容
培养具备家国情怀的大学生,落实“立德树人”的根本任务是高等学校的首要责任[7],通过土木工程材料课程授课过程中对“课程思政”元素的引入,着重培养学生爱国、敬业、诚信等方面的社会主义核心价值观。其主要目标包括:
(1)培养学生科学选择工程材料的意识。
(2)树立“质量安全就是生命”的意识。
(3)培养学生的科研和创新能力、环保意识。
(4)培养学生“守规矩”的责任意识和严谨细致的工作作风。
(5)培养学生能动手、肯吃苦的工匠精神,培养学生认真做事的态度。
(6)培养学生高度的安全意识。树立“安全、文明施工”的生产意识和“质量第一,科学管理”的管理意识及“严谨、务实”的职业责任感。
落实课程思政的主要路径:
(1)工程材料的定义与分类部分,通过图片展示常见的工程材料,并重点介绍几种新材料,引导学生了解工程材料未来的发展方向。让学生意识到我国材料发展与国外的差距,树立学生的爱国情怀。
(2)工程材料的性能部分,通过介绍混凝土等材料的强度,提高学生的质疑精神、创新精神。例如,通过介绍普通混凝土结构的强度等级一般为C30,引导学生质疑、怀疑C30的混凝土的结构能否满足人类居住,鼓励学生利用科学手段去检测现有混凝土结构的强度,并鼓励学生通过技术创新提高混凝土的强度。
(3)明确工程材料在工程建设中的地位,通过“某小区由于使用了钢渣砖导致的墙体开裂”案例,引导学生分析主要原因,让学生理解游离氧化钙、游离氧化镁以及以SO3形式存在的硫酸盐、石膏等超标是水泥混凝土结构安定性不良的三个主要原因,同时让学生牢记良好的工程材料是土木工程的质量保证。
(4)增加环保意识,通过生活垃圾、河道污泥煅烧制备水泥熟料、通过老旧建筑拆迁产生废弃混凝土、废弃砂浆、废弃砖块等制备再生混凝土,利用矿粉、钢渣粉、镍铁渣粉、锂渣粉等固体废弃物材料代替水泥制备水泥混凝土,引导学生如何变废为保,并树立环保意识。
(5)熟悉工程材料的标准,介绍某种建筑材料时,同时给学生介绍其产品与测试方法标准,通过PPT展示不按照工程标准生产建材制品与不按照标准规范施工带来的风险,强调工程建设过程中采用标准的重要性。
(6)常见土木工程材料的物理力学性能测试,通过微视频与现场演示,强调实际动手操作与团队配合的重要性。
(7)通过参观实习,讲解工程建设过程中所涉及的材料,熟悉工程材料的应用,使抽象知识直观化,提高学习的趣味性,并引导学生树立科学、严谨、务实的职业责任感。
4结语
土木工程材料课程教学改革可从以下三方面入手:
(1)理论课教学方面:改革上课方式,从完全的填鸭式教学到穿插有兴趣式、竞赛式教学等;增加案例教学;到相关材料生产现场认识实习;多位专业教师以及企业专家共同参与讲授一门课程;让学生参与到教学过程中;改革考试题型,从纯记忆性的题型到可选择性题、案例题转型,增加阶段型考试。
(2)实验教学方面:鼓励学生尽早进入实验室;制作可视化、可重复利用实验标准件,利用网络资源,建设课程资源;加强与其他课程安排的协同性;调整实验安排;改革以实验报告和考勤为主的评价方式;建立学生助教制度。
(3)课程思政方面:介绍新材料以及工程材料未来的发展方向;明确工程材料在工程建设中的地位;增加环保意识;熟悉工程材料的标准;掌握常见土木工程材料的物理力学性能测试方法以及参观实习。
作者:李保亮 丁百湛 王大伟 单位:淮阴工学院建筑工程学院 淮安市建筑工程质量检测中心有限公司
土木工程材料课程教学篇3
土木工程材料是一切土木工程的物质基础,也是其重要的质量基础。材料的基本性能、选择、存储、使用方法以及后期维护等,均显著影响着土木工程结构的正常使用性和安全性,任何一环节的失误都可能造成其质量缺陷。因此,土木工程材料课程是高等院校土建专业的一门必修基础课,其教学目标是让学生掌握常用土木工程材料的基本性能、应用方法,获得土木工程材料的一些实验检验技能,能正确选择与合理使用土木工程材料。然而,土木工程材料涉及的内容比较广泛,逻辑性不强等,加大了学生的学习难度,使得学生学习积极性不高。因此,如何提高该门课程的教学质量,促进学生达到学习效果,是授课教师在教学过程需要考虑的关键问题。
1土木工程材料课程教学中存在的问题
1.1课程内容繁多且课时不足
以长江师范学院为例,本课程选用的教材为焦宝祥主编的《土木工程材料》(第二版),该教材共有12章的理论课程与1章的实验课程。其中,课论章节主要包含金属材料、天然石材、无机胶凝材料、混凝土、建筑玻璃与陶瓷、合成高分子材料、沥青与沥青混合材等内容,涉及的材料主要有十余大类、几百个材料品种,而各章节之间缺少联系、相互独立。同时,各材料的基本性质、使用方法、选择方式等介绍以文字叙述为主。此外,本课程的学时为48学时(32理论学时+16实验学时)。学生难以在较短时间学习并掌握如此多内容,因此,学生学习积极性不高,觉得枯燥乏味,教学质量降低。
1.2教学内容更新滞缓且授课方式缺乏创新
目前,本课程的教学主要是讲解传统土木工程材料,这对于学生了解材料的基本性能等方面是必要的。但教材涉及的传统土木工程材料多是几十年前的研究成果,部分材料可能已被取消或者禁止生产,部分标准规范也已被更新。然而,近年新材料不断出现,新工艺不断诞生。新材料越来越多地应用于土木工程建设中,其不仅性能优异,还能降低生产成本、达到节能减排的目的,而这些新材料并未在教材中涉及或及时更新。同时,教师的授课方式仍较为落后,还是以讲解传统材料为主,而极少介绍新材料。这样,学生觉得课程枯燥、兴趣不高。同时,在今后工作中遇到新材料时,也会显得手足无措。
1.3课程思政融入教学过程较为滞后
如前所述,土木工程材料对工程结构的质量起着决定性作用。因此,如何将思政教育融入土木工程材料课程教学中,也是授课教师必须进行的重点教学工作。这要求学生在具备专业综合能力的同时,更应该树立高尚的工程素养和爱国情怀。然而,目前教师在教学过程中仍主要是讲授教材中的知识点,而忽略了引导学生培养良好的思想道德素养。
2针对存在的问题提出的改革与创新方案
2.1优化并整合教学内容
由于课程内容涉及繁多且课时安排较少,对此将原有教学内容做出了适当调整。例如,将专业性较强或目前使用较少的材料,如合成高分子材料与木材等,调整为学生自学章节。考虑到金属材料、无机胶凝材料、混凝土、沥青等为常用的基础性工程材料,故增加了相关章节的学习课时。同时,减少其他次要建筑材料章节的学时,如天然石材、建筑砂浆、墙体材料与建筑玻璃陶瓷等。这样,学生更清楚本课程的学习重点,化繁为简,以提高学习的积极性。此外,整合关联性较强的章节内容。例如,将材料的耐久性、水泥石的腐蚀与防护、混凝土的耐久性等内容以一个专题的形式进行融合,系统讲解水泥和混凝土的耐久性破坏机理、防护措施等,并介绍目前相关研究的进展与热点,以激发学生的学习兴趣。
2.2改进教学方法
由于土木工程材料种类众多,且教材多以文字叙述为主,如果教师仍采用传统讲授的方式,则无法调动学生的积极性。因此,在授课时可以借助多媒体媒介,以多元化的方式(短视频、图片动画)把专业知识融入其中。同时,利用“雨课堂”等新兴网络学习平台,学生可以在线提问,并设有互动讨论区。在课堂利用学习平台发布“问题”,学生在线回答,并及时查看结果,增加了师生互动,进而提高了学生的学习热情。此外,在教学过程中增加新材料和新工艺的介绍,以激发学生的学习兴趣。例如,在讲授建筑砂浆章节时,引出“建筑3D打印技术”,介绍该技术的发展进程、材料特性、技术特点以及其应用前景等。在讲授混凝土与墙体材料时,提出“废弃的混凝土或砖块能否破碎后,作为骨料用于成型新的混凝土?”的问题,这样便引出“再生骨料混凝土”的概念,并介绍其相关的知识点以及研究和应用现状等;在石膏章节,讲解到“生产建筑石膏的原材料除了天然二水石膏外,还可以利用工业副产品石膏”时,重点引出本地区存在的大量“磷石膏”,并介绍“磷石膏”的来源、生产建筑石膏的现状及存在的技术难点,这样不仅引导学生培养节能减排的意识,还能激发他们的科研兴趣。
2.3课程思政融入教学过程
在讲授土木工程材料的发展进程中,突出我国悠久的建筑发展历史和所取得的辉煌成就,以增强学生民族自豪感。在讲授天然石材时,介绍坐落于河北省赵县的赵州桥,其是世界上现存年代久远、跨度最大、保存最完整、世界桥梁史上首创“敞肩拱”结构的石拱桥。在讲授无机胶凝材料章节时,引出我国南北朝时期出现的“三合土”建筑材料,是由黄土、石灰和细砂组成,可加糯米、蛋清、红糖以及动物血等添加剂,并且明朝《天工开物》和清朝《宫式石桥做法》等史料已记载了“三合土”的制备工艺。在介绍新工程材料科技发展的同时,突出我国在新材料、新工艺方面的重大技术,以激发学生的爱国情怀。例如,在讲解金属材料时,引出我国国家体育场——鸟巢,它将中国传统文化中的镂空技术、陶瓷的纹路以及现代最先进的钢结构设计完美地融合在一起。在讲解混凝土时介绍“港珠澳大桥”,运用了多项混凝土新技术,以达到超高力学性能和耐久性能,破解了多项世界技术难题。通过向学生展示我国这些举世闻名的现代工程,引导学生培养求真务实的科学态度和精益求精的“工匠精神”,并让学生培养崇高爱国主义精神。强调土木工程材料对工程质量的重要作用,引导学生培养工程责任意识和职业操守。在课程上,向学生展示由于材料质量缺陷引发的重大工程事故。如2011年武夷山公馆大桥发生坍塌事故、2019年长沙某住宅商住混凝土重大质量事故等,以强调材料的选择、生产、使用、检验评定、储运、保管等环节的丝毫失误都可能造成工程质量缺陷,甚至造成重大工程质量事故。同时,在讲解土木工程材料相关的技术标准时,要重点强调工程标准、技术规范的重要性,并且要求学生严格按照规范执行。例如,在混凝土配合比试验中,要求学生按照相关标准进行试验操作,同时与未按标准的情况(如随意加拌合水、振捣不充分等)进行对比,分析各组试件力学性能的差异性,让学生直观地认识到严格执行标准的重要性。使学生在未来建设工作中谨记工程安全重于泰山,培养良好的工程素养以及遵纪守法的意识。
3结语
土木工程材料作为土建专业的基础课程,学好本课程对于学生掌握相关材料特性以及正确合理选用材料具有重要作用。由于本课程涉及内容众多、课时安排较少,同时新材料不断涌现等,这就要求授课教师需紧密贴合新时代发展并综合专业需求,通过不断的教学改革与创新,改善土木工程材料授课背景,提高教学质量,培养能适应经济社会发展的土建类高水平人才。
参考文献
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作者:黄谦 单位:长江师范学院 土木建筑工程学院
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