“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程差異化教與學(xué)的探索與實(shí)踐

劉艷軍 羅代忠 馬新強(qiáng)

摘要：近年來(lái)，我國(guó)在本科教育上強(qiáng)調(diào)內(nèi)涵發(fā)展，把質(zhì)量提升作為本科教育改革發(fā)展的核心任務(wù)，而課程教學(xué)質(zhì)量提升是本科教育質(zhì)量提升的重要環(huán)節(jié)。文章探索一種“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教與學(xué)體系，分析了課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)改革中遇到問(wèn)題，提出使用在線學(xué)習(xí)和在線評(píng)測(cè)系統(tǒng)等信息化技術(shù)手段拓展學(xué)習(xí)時(shí)空;遵循布魯姆學(xué)習(xí)分類(lèi)法劃分淺層知識(shí)和深層知識(shí)，設(shè)計(jì)線上線下一體化教學(xué)內(nèi)容;重組教學(xué)流程，形成持續(xù)的漸進(jìn)式學(xué)習(xí)過(guò)程;助力學(xué)生的差異化教學(xué)。

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì);線上線下;教學(xué)模式;教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì);差異化教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）15-0117-03

Abstract：In recent years， our country emphasizes the connotative development in undergraduate education and regards the quality improvement as the core task of the reform and development. This paper explores a teaching and learning system of "Programming Foundation" course， analyzes the teaching objectives and the problems encountered in teaching process， then proposed a method to expand learning time and space by using online learning and online evaluation system and other information technology， and design online and offline teaching content， according to Bloom's learning classification to divide knowledge into shallow knowledge and deep knowledge， and reorganize the teaching process to form a continuous gradual learning process and help to realize differentiated teaching.

Keywords： program design; online and offline; course model; teaching content design; differentiated teaching

1 引言

教育部在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）年》文件指出要以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，關(guān)心每個(gè)學(xué)生，促進(jìn)每個(gè)學(xué)生主動(dòng)地、生動(dòng)活潑地發(fā)展，尊重教育規(guī)律和學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，為每個(gè)學(xué)生提供適合的教育。

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”作為計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的學(xué)科基礎(chǔ)課，是新生入學(xué)的第一門(mén)程序設(shè)計(jì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程，在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)體系中有舉足輕重的作用，課程具有覆蓋面廣、教學(xué)難度高、實(shí)踐要求高、對(duì)后續(xù)課程影響大等特點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，不僅要使學(xué)生掌握編程語(yǔ)言的基本語(yǔ)法規(guī)范，還要致力于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用編程語(yǔ)言解決實(shí)際問(wèn)題的編程能力，要引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)問(wèn)題求解思維方式的轉(zhuǎn)換——即培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。傳統(tǒng)的教學(xué)方法，難以兼顧低階認(rèn)知（記憶、理解、應(yīng)用）和高階認(rèn)知（分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新）的教學(xué)，教學(xué)效果的跟蹤與反饋也不夠及時(shí)、準(zhǔn)確，不利于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)[1-2]。本文探討并實(shí)踐一種程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教與學(xué)創(chuàng)新體系，該體系使用信息技術(shù)，進(jìn)行線上、線下混合教學(xué)，幫助教師構(gòu)建從低階到高階的一體化教學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)便于學(xué)生開(kāi)展自主、泛在、個(gè)性化的學(xué)習(xí)。

2 課程分析

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程通常被作為第一門(mén)編程語(yǔ)言課程，是各類(lèi)軟件開(kāi)發(fā)課程的重要先修課程，課程學(xué)習(xí)效果直接影響學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力。

2.1課程教學(xué)目標(biāo)

1）知識(shí)目標(biāo)：“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程要求學(xué)生熟練掌握程序設(shè)計(jì)基本語(yǔ)法、數(shù)據(jù)類(lèi)型、表達(dá)式、控制結(jié)構(gòu)（順序、分支、循環(huán)）、模塊化（函數(shù)）、文件等核心知識(shí)和程序設(shè)計(jì)前沿理論知識(shí)，拓寬學(xué)生視野和寬廣的跨學(xué)科知識(shí)。

2）能力目標(biāo)：通過(guò)課程學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生：（1）將實(shí)際問(wèn)題抽象化（數(shù)學(xué)建模）;（2）將抽象問(wèn)題計(jì)算機(jī)化（計(jì)算機(jī)可理解）;（3）將計(jì)算機(jī)題模塊化;（4）將模塊問(wèn)題程序化（會(huì)讀、令寫(xiě)、會(huì)調(diào)會(huì)優(yōu)化）;（5）實(shí)踐與創(chuàng)新、溝通與團(tuán)隊(duì)合作、深度學(xué)習(xí)與自主學(xué)習(xí)的能力，應(yīng)對(duì)信息化發(fā)展的適變能力。

3）素質(zhì)目標(biāo)：考慮到學(xué)生計(jì)算思維尚未建立、程序設(shè)計(jì)能力薄弱甚至零基礎(chǔ)的實(shí)際情況，踐行“程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法思想，提出培養(yǎng)具備工程開(kāi)發(fā)及實(shí)踐應(yīng)用能力，勝任軟件分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試及管理等工作的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。通過(guò)課程思政，培養(yǎng)學(xué)生克服困難、堅(jiān)持不懈的學(xué)習(xí)精神，家國(guó)情懷與積極向上的人生價(jià)值觀。

2.2課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

1）傳統(tǒng)的課堂教學(xué)大多處于淺層次教學(xué)狀態(tài)，即知識(shí)的初階認(rèn)知（記憶、理解、應(yīng)用），難以兼顧高階認(rèn)知（分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新）。教學(xué)內(nèi)容低階層次，課堂要求低，“水課”越來(lái)越多趨勢(shì)嚴(yán)重，甚者將編程課上成打字課。課堂缺乏深切體驗(yàn)和難度挑戰(zhàn)，難以引導(dǎo)學(xué)生獲得深入的思考和深透的理解，無(wú)法為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

2）學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個(gè)漸進(jìn)生長(zhǎng)的過(guò)程，本課程理論和實(shí)踐并重，尤其需要在實(shí)踐中給予學(xué)生消化理論的時(shí)間。目前教師缺乏耐心等待和引導(dǎo)，課堂存在教師“告訴”結(jié)果的多，學(xué)生“發(fā)現(xiàn)”結(jié)果的少，教與學(xué)的“過(guò)程之教”被抽取，學(xué)生機(jī)械死板而失去生命活力，喪失自主性、能動(dòng)性和創(chuàng)造性，致使學(xué)生出現(xiàn)“教過(guò)的題會(huì)做，未教過(guò)的沒(méi)思路不會(huì)做”的情況。

3）課堂教學(xué)對(duì)學(xué)生的差異性關(guān)注不夠。在同一年級(jí)、同一專(zhuān)業(yè)，甚至同一班級(jí)內(nèi)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力參差不齊是常態(tài)，同一的課堂教學(xué)下，一定存在有些人吃不了或有些人吃不飽的情況。針對(duì)不同的學(xué)情，因材施教，實(shí)施個(gè)性化教學(xué)以達(dá)到課程目標(biāo)是解決學(xué)情差異問(wèn)題的重要手段。

2.3課程與教學(xué)改革要解決的重點(diǎn)問(wèn)題

1）構(gòu)建線上線下一體化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。遵循布魯姆（Bloom）學(xué)習(xí)分類(lèi)法，劃分淺層知識(shí)和深層知識(shí)，設(shè)計(jì)線上線下一體化教學(xué)內(nèi)容，形成持續(xù)的漸進(jìn)式學(xué)習(xí)過(guò)程，提升學(xué)生可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力，解決學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)問(wèn)題。

2）重組教學(xué)流程，解決以“教師為中心”到“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變問(wèn)題。淡化課堂邊界，課前學(xué)生線上學(xué)習(xí)、課內(nèi)教師引導(dǎo)內(nèi)化計(jì)算機(jī)編程邏輯思維、課后學(xué)生現(xiàn)固強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)，解決學(xué)生的自主學(xué)習(xí)問(wèn)題。

3）重建教與學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，解決“學(xué)”的效果問(wèn)題。關(guān)注學(xué)習(xí)效果，跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況，采用線上線下相結(jié)合的過(guò)程化、多元化評(píng)價(jià)方式，解決學(xué)生對(duì)程序“會(huì)讀、會(huì)寫(xiě)、會(huì)調(diào)、會(huì)優(yōu)化”的問(wèn)題。課程內(nèi)容與資源建設(shè)及應(yīng)用情況。

3 “程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革

本課程改革思路：構(gòu)建了線上線下混合，淡化課堂邊界，突出個(gè)性化教學(xué)的教學(xué)新模式。

3.1設(shè)計(jì)“淡化課堂邊界，突出個(gè)性化教學(xué)”的線上線下混合式教學(xué)模式

1）依據(jù)認(rèn)知層次理論設(shè)計(jì)線上線下一體化課程內(nèi)容，重組教學(xué)流程，形成持續(xù)的漸進(jìn)式學(xué)習(xí)過(guò)程。

針對(duì)不同層次的認(rèn)知階段，分解課程內(nèi)容到線上線下不同環(huán)節(jié)實(shí)施，線上環(huán)節(jié)完成程序設(shè)計(jì)低階的基本語(yǔ)法和基本用法的學(xué)習(xí)，線下環(huán)節(jié)完成程序設(shè)計(jì)高階的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及解決復(fù)雜工程實(shí)際問(wèn)題的能力。重組教學(xué)流程，打破以“課堂”為中心的邊界，充分實(shí)施課前線上自學(xué)，課堂線上線下多模式教學(xué)，課后線上練習(xí)相融合的一體化教學(xué)活動(dòng)。

本課程的線上MOOC平臺(tái)基于重慶市高校在線開(kāi)放課程平臺(tái)搭建，是課程團(tuán)隊(duì)多年來(lái)教學(xué)資源的結(jié)晶，在視頻內(nèi)容開(kāi)發(fā)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)案例驅(qū)動(dòng)，串聯(lián)主干知識(shí)點(diǎn)，突出實(shí)用性，旨在學(xué)生快速入門(mén)程序設(shè)計(jì)。課程的在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)采用使用北京航空航天大學(xué)CG計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)課一體化平臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生全天候自主在線練習(xí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)評(píng)判、在線考試等。線下課堂教學(xué)通過(guò)對(duì)線上學(xué)生學(xué)習(xí)情況的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行主干知識(shí)點(diǎn)梳理，錯(cuò)誤分析，代碼點(diǎn)評(píng)，綜合案例討論等。教師通過(guò)設(shè)置評(píng)價(jià)考核指標(biāo)體系并向?qū)W生公開(kāi)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的管控。

2）關(guān)注學(xué)生的差異性，有效利用信息技術(shù)，為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)教學(xué)資源環(huán)境。

教師不僅要傳授學(xué)生知識(shí)，更應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，即關(guān)注學(xué)習(xí)效果。由于存在學(xué)生的個(gè)體差異，使學(xué)生達(dá)到相同學(xué)習(xí)效果的學(xué)習(xí)過(guò)程大體一致卻又不盡相同。因此，在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)將學(xué)生放在教學(xué)的主體地位，更加關(guān)注學(xué)生的差異性，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心，突出個(gè)性化教學(xué)的課程教學(xué)模式，課前引導(dǎo)學(xué)生按需學(xué)習(xí);課堂依據(jù)課前學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和行為分析，合理設(shè)計(jì)多種教學(xué)方式;課后在線上練習(xí)系統(tǒng)提供按難度分層的基礎(chǔ)題和擴(kuò)展題，供學(xué)生練習(xí)自測(cè)。通過(guò)將教學(xué)內(nèi)容按知識(shí)點(diǎn)、按進(jìn)階性、按難度進(jìn)行切分，由學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生多學(xué)點(diǎn)，學(xué)能力一般的學(xué)生正常學(xué)，學(xué)能力差的學(xué)生反復(fù)學(xué)，將學(xué)習(xí)過(guò)程由桌餐變?yōu)樽灾汀Ｍ瑫r(shí)，教師獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，針對(duì)性的干預(yù)、引導(dǎo)，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

3.2資源建設(shè)

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程依據(jù)Bloom認(rèn)知層次理論設(shè)計(jì)線上線下一體化課程內(nèi)容，以學(xué)中心，淡化課堂邊界，重組教學(xué)流程，將課前課堂課后三個(gè)階段通過(guò)一體化的內(nèi)容設(shè)計(jì)有效融合在一起。

1）課前內(nèi)容

在線上完成，以知識(shí)的識(shí)記和理解為主地構(gòu)建低階課程內(nèi)容，主要涵蓋數(shù)據(jù)類(lèi)型、表達(dá)式、控制結(jié)構(gòu)（順序、分支、循環(huán)）、數(shù)組、函數(shù)、指針、結(jié)構(gòu)體的基本語(yǔ)法及基本用法，為高階課程內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)。形成一個(gè)知識(shí)技能分解和案例設(shè)計(jì)，具體如表1所示。

2）課堂內(nèi)容：包括理論課堂和實(shí)驗(yàn)課堂兩部分。

理論課堂以知識(shí)的應(yīng)用、分析、質(zhì)疑和創(chuàng)造為主的構(gòu)建高階案例式課程內(nèi)容，針對(duì)課前學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果、實(shí)時(shí)調(diào)整課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)，采用案例教學(xué)、討論教學(xué)、啟發(fā)教學(xué)等方式，課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的內(nèi)容，真正體現(xiàn)“兩性一度”。

實(shí)驗(yàn)課堂在線下進(jìn)行，而題目發(fā)布在線上測(cè)評(píng)系統(tǒng)，以編程題和代碼改錯(cuò)題的實(shí)踐為主，由測(cè)評(píng)系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)測(cè)試、代碼風(fēng)格檢查、性能剖析等實(shí)時(shí)評(píng)測(cè)結(jié)果，學(xué)生可以反復(fù)提交直至完全通過(guò)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)解決學(xué)生對(duì)程序“會(huì)讀、會(huì)寫(xiě)、會(huì)調(diào)、會(huì)優(yōu)化”的高階學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的程序設(shè)計(jì)編程邏輯與創(chuàng)新思維。

課后內(nèi)容：通過(guò)在線作業(yè)鞏固加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。在線作業(yè)包括選擇、填空、程序填空等客觀題，便于覆蓋各種細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)，還包含按難度劃分的編程題，在加強(qiáng)學(xué)生操作基礎(chǔ)訓(xùn)練的同時(shí)提升難度。

3.3考核評(píng)價(jià)

課程考核方式是教學(xué)環(huán)節(jié)中最重要的組成部分之一，本課程的考核為配合線上線下教學(xué)過(guò)程的開(kāi)展，采用多環(huán)節(jié)、多要素、全方位的考核方式，期望達(dá)到公平、公正對(duì)學(xué)生掌握課程的情況做出合理、科學(xué)的評(píng)價(jià)[3]。如圖3所示，考核方式主要包括：課前在線學(xué)習(xí)成績(jī)（占20%）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)（占15%）、作業(yè)成績(jī)（占15%）、課內(nèi)表現(xiàn)成績(jī)（占10%）、期末考試成績(jī)（占40%）。其中，課前在線學(xué)習(xí)由課程視頻觀看情況、章節(jié)測(cè)驗(yàn)成績(jī)、討論參與情況組成，通過(guò)在線課程平臺(tái)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算獲得;實(shí)驗(yàn)成績(jī)、作業(yè)成績(jī)、考試成績(jī)由在線測(cè)評(píng)系統(tǒng)通過(guò)機(jī)器自動(dòng)評(píng)閱獲得。評(píng)價(jià)方式嚴(yán)謹(jǐn)、客觀，計(jì)算方法向?qū)W生全部公開(kāi)，學(xué)生在參加各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，由系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)教學(xué)行為并計(jì)分，便于學(xué)生可以隨時(shí)隨地查看本人的平時(shí)成績(jī)變化情況，這一評(píng)價(jià)方式顯著提高了學(xué)生在線學(xué)習(xí)的積極性。

4 “程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程改革卓有成效

4.1基本形成一套線上線下混合式教學(xué)模式資源

建設(shè)了“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的慕課，課程在重慶高校在線開(kāi)放課程平臺(tái)上線，目前已開(kāi)課5期，選課程人數(shù)累計(jì)2694人，學(xué)生來(lái)自28所高校，課程于2018年被認(rèn)定為重慶市高校精品在線開(kāi)放課程。在線上課程的開(kāi)放期間，形成一套教學(xué)視頻、教學(xué)課件、案例庫(kù)、試題庫(kù)、常見(jiàn)問(wèn)題的討論主題庫(kù)等資源。我校已有三屆18個(gè)班級(jí)900多名學(xué)生使用“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”在線課程平臺(tái)進(jìn)行線上線下混合教學(xué)活動(dòng)。形成課程教材《案例式C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》，由清華大學(xué)出版社出版，列為“21世紀(jì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)踐型教程”，使用量達(dá)到2000多人次。建立進(jìn)階式、按難度劃分的習(xí)題庫(kù)、案例庫(kù)，以實(shí)用型的應(yīng)用案例為導(dǎo)向，整合主干知識(shí)點(diǎn)，擴(kuò)展細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)，配合階段性綜合項(xiàng)目。

4.2初步形成個(gè)性化教學(xué)模式

通過(guò)在線課程資源輔助預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)課堂外學(xué)生按需自主學(xué)習(xí)的同時(shí)，便于教師掌握自主學(xué)習(xí)的情況。通過(guò)題自 動(dòng)化作業(yè)布置、批改，節(jié)約出教師精力和時(shí)間，實(shí)施個(gè)性化教學(xué)，設(shè)計(jì)適合學(xué)生情況的不同難度的習(xí)題庫(kù)、作業(yè)庫(kù)和評(píng)價(jià)方式，進(jìn)行分層教學(xué)設(shè)計(jì)，更關(guān)注學(xué)生個(gè)性化成長(zhǎng)，更好的調(diào)整教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)學(xué)情。

5 結(jié)語(yǔ)

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”線上線下混合教學(xué)模式改革實(shí)施以來(lái)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，學(xué)生對(duì)教師在教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)條件等方面綜合評(píng)價(jià)得分93.64，評(píng)價(jià)優(yōu)秀;學(xué)生在ACM競(jìng)賽及CSP水平測(cè)試中取得優(yōu)良成績(jī)，表明了改革后的教學(xué)模式對(duì)提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力奠定程序設(shè)計(jì)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程授課教師在校級(jí)“說(shuō)課程·教改課”比賽一等獎(jiǎng)及二等獎(jiǎng)2次、“金果源”學(xué)生最喜愛(ài)教師獎(jiǎng)、“優(yōu)秀主講教師”獎(jiǎng)。

在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程后續(xù)建設(shè)過(guò)程中，進(jìn)一步將課程思政融入教學(xué)，貫穿課程教學(xué)全過(guò)程，推進(jìn)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與價(jià)值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一。增加職業(yè)素養(yǎng)訓(xùn)練，改善教學(xué)資源新環(huán)境進(jìn)一步與企業(yè)合作打通“產(chǎn)科教”模式的落地實(shí)施，通過(guò)綜合工程化項(xiàng)目的大作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生工程項(xiàng)目分析和管理能力，加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、合作能力和IT 職業(yè)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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