智能时代高中信息技术教师计算思维教学能力:内涵、价值及提升策略论文

智能时代高中信息技术教师计算思维教学能力:内涵、价值及提升策略论文

智能时代高中信息技术教师计算思维教学能力:内涵、价值及提升策略

王钰彪1古利成2

(1.华东师范大学 教育信息技术学系,上海 200062;2.福建师范大学 教育学院, 福建 福州 350117)

摘 要: 智能时代下以云计算、大数据为代表的新兴技术正以悄无声息的姿态融入日常学习生活甚至教育领域,促使教师教学能力发展体系发生深度变革。教师的教学不再是技术工具的简单应 用,而应是技术工具与课堂教学的深度融合创新。当前,学校基础课改革中繁重的任务已使其忽略计算思维教学能力对促进教师专业发展的重要意义。因此,研究从高中信息技术教师计算思维教学能力角度出发,探究智能时代教师计算思维教学的诉求、内涵及价值,并在此基础上提出教师计算思维教学能力发展的对策及建议,以期努力提升高中信息技术教师计算思维教学能力,进而培养未来合格数字公民,提升我国数字土著的核心竞争力。

关键词: 智能时代;计算思维;教学能力

随着大数据、移动互联、人工智能、云计算等技术前沿的迅速发展,开创了人类历史上第四次工业革命,计算思维已成为未来数字公民应具备的一项基本素养,也是未来国家创新竞争力的重要因素。计算机科学家、图灵奖得主Edsger Dijkstra 曾说过:“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯,从而也将深刻地影响我们的思维能力”。[1]中国工程院院士李国杰曾对“计算思维”高度重视,并指出计算思维的培养是克服“狭义工具论”的有效途径,是解决其它信息科技问题的基石。[2]另外,作为我国教育系统中课程建设、教学实践的关键执行者,教师在计算思维教育中起着主导作用,教师计算思维教学能力的水平直接决定了未来数字公民培养的质量,对提升我国未来人才竞争力起着至关重要的作用。因此,在技术不断变革的智能时代,探索提升高中信息技术教师计算思维教学能力的途径与方法,可以为指导计算思维教育、提升全体公民的素养及整体素质等方面提供启示与借鉴,对促进我国更新教育观念、改革教学模式、推进教育改革发展具有重大意义,也能为我国走好教育信息化2.0 之路、快速推进教育国际化建言献策。

一、智能时代高中信息技术教师计算思维教学能力的时代诉求

(一)智能时代急需快速提升教师计算思维教学能力

回顾计算思维的发展历程,大致可以分为以下三个阶段:萌芽期、探索期和成长期。德国哲学家马丁·海德格尔(Martin Heidegger)于20 世纪50 年代最先谈到计算思维必将成为人们唯一的思维方式;[3]美国麻省理工学院的西摩·帕尔特教授于1980 年最先提出计算思维的有关论述;[4]美国卡内基·梅隆(CMU)大学的周以真教授于2006 年首次对计算思维进行了清晰的界定,[5]此后,计算思维成为计算机领域及教育领域所关注的热点话题。教育部于2018 年印发的《普通高中信息技术课程标准》中也明确指出计算思维是信息技术学科核心素养之一。可见,计算思维教育是当今世界计算机教育界发展的趋势,而当前计算思维能力培养的重视也引起了新一轮的教育改革,一方面大大改善了教师教学的理念结构,促使教师在智能时代肩负起运用信息技术推进创新教育的新使命;另一方面,由于教师大都缺乏计算思维教学经验,他们积极开展计算思维教育必然要面对如何胜任教育教学的困惑。因此,如何快速提升教师计算思维教学能力将成为我国今后培养学生实践创新能力的关键。

(二)智能时代急需革新教师计算思维教学能力发展方式

如今“狭义工具论”现象仍然存在,教师注重技术与应用的教学而忽视了“思想的教学”,[6]不仅教育行政部门依然使用陈旧的纯授课方式对教师进行教学手段的培训,许多教育培训机构也打着计算思维教学的旗帜却极少关注到教师本身计算思维教学能力。教育部于2016 年颁布的《教育信息化“十三五”规划》中明确指出要增强教师在信息化环境下创新教育教学的能力,使信息化教学真正成为教师教学活动的常态。[7]因此,智能时代以计算思维教学能力发展为关键环节的教师专业发展,是教育界面临的重要课题及亟需开展的工作,教育行政部门及培训机构除鼓励和规约教师自主专业发展外,还应顺应时代发展潮流积极探索新的计算思维教学能力发展方式以全面推进教师专业化发展及计算思维教学能力的提升。

(三)当前计算思维教育尚不能促进教师专业发展

为了更加全面准确地了解我国教师在计算思维教学中存在的问题,笔者借助中国知网的专业检索功能,对57 篇相关文献整理分析发现无论是计算机教育类论文,还是其它的计算思维教育类论文都存在三个方面的问题:缺乏培养计算思维能力的教学体系及模式,教师计算思维教学能力不足,教师之间缺乏计算思维教育的合作交流。

(二)加强“家校企”联盟支持力,推动教师计算思维教学能力的反哺循环

(3)pH条件优化。进行不同pH值条件下(pH值分别为2、3、4、5、6)的小试实验,控制双氧水加药量均为1.5%,反应时间均为1.5 h进行实验,反应完全后调节pH至8~9静置沉淀30 min后取上清液测COD。

现有的计算思维能力培养体系大多只突出单方面的能力,而忽略整体计算思维能力的培养,[8]课堂教学过程中内容设置与社会需求间的匹配度不够,绝大多数内容仅停留在“狭义工具论”的层面,[9]虽然,计算思维已被教育界学者们认为是人类思维的重要组成部分,但计算思维教育在学科中的地位仍然没有获得较大的认可,致使目前计算思维教育在很多学校中课时数不断减少,[10]学校给教师提供的计算思维教学资源不足,甚至部分教师想开展计算思维教育,却受制于不完善的教学体制,创新性不足的教学模式。

除给予适当的镇静治疗外,还要有一个舒适的睡眠环境。不要反复搬动宝宝,避免惊吓,防止因宝宝抵抗力差而继发细菌感染。安置在阳光充足的房间,保持室内整洁,室温保持在18~22℃,湿度50%~60%,空气要新鲜,定时开窗通风换气,使空气流动和清洁,保持房间安静。房间内不放置花草,尽可能避免加重喘息发作。

东阳竹编到南宋时期技艺水平得到很大的提升,在传统节日中开始出现竹编的灯饰。明清时期,东阳竹编得到较快的发展;民国初期,竹编产品种类开始丰富起来,编织技法也得到很大的提升,竹编制品在人们的生活中有较多地应用[5]。

2.教师计算思维教学能力不足

日本扩张海外殖民地的19世纪末20世纪初,正是中国遭受列强蹂躏的年代。中国的山河大地因战争硝烟而满目疮痍,战火蔓延之处,人民饱受战争之苦。在这样的现实背景下,中国不可能维持古典作品中充满诗情画意的国度的形象。但芥川没能站在中立的立场理解中国现状,没有以平等的眼光看待中国的人和事,更没有以积极的心态发现幅员辽阔的中国的美。通过分析芥川苏州游记的话语特征,可以看出:在当时的历史背景下,芥川作为新兴作家,其认识上有一定的局限性。

在教学中培养学生计算思维能力,不是简单的教学生如何使用计算机,停留在技术本身,[11]也不是在现有的教学内容上贴上计算思维教育的标签,更不是时刻言称计算思维创新教学模式,[12]关键是要让学生认识到运用计算思维解决实际问题的便捷性,深刻地体会到计算思维的光芒,引起学生学习兴趣。需要教师精心设计计算思维教学内容,在一定程度上对教师本身的计算思维教学能力有相当高的要求。

3.教师之间缺乏有关计算思维教育的合作交流

近年来,日本的“授业研究”作为世界课堂研究中独树一帜的标本,引起了国际教育界的关注。[23]美国教育学者达林.哈蒙德(Darling Hammond)研究显示,教师只是观看教学视频而缺乏洞察视角的引导对教师的学习和专业发展帮助甚微。[24]教师计算思维教学能力要求教师能搭建理论与实践的桥梁,弱化传统以技术理性为主的教育观念,转为现实主义取向的教学模式,这恰与欧美日本等教育学者所主张的“教师专业发展应立足于教师自身实践”相吻合。另外,计算思维教育的实施须考虑到地域特色及发展状况,教师只有不断立足于自身教学实践的探究及反思,才得以适应自身教学情境和学习社群。因此,具备计算思维教学能力的教师不仅可以在特定的教学情境中感受计算思维教育教学理念对培养数字公民的计算思维、创新意识的意义,还可以从实践反思中了解学生计算思维现状及教学的内在规律,认清自身计算思维教学实践的优势与不足,从而有针对性地进行教学规划及专业跨越式发展。

二、智能时代高中信息技术教师计算思维教学能力的内涵

计算思维教学能力作为教学能力的下位概念,应从教学能力的内涵出发加以界定。顾明远编写的《教育大辞典》中认为教学能力是教师为达到教学目标,顺利从事教学活动所表现的一种心理特征。[15]教育部于2012 年印发的《中小学教师专业标准(试行)》中也强调教师教学能力主要包括教学设计、教学实施、教学评价。[16]基于此,笔者认为计算思维教学能力是教师运用计算机科学领域的思想方法对教学资源和教学过程设计、实施和评价的能力;是以培养学生计算思维为目的,推进教学改革实践的新型教学能力;更是智能时代教师对“数字土著们”进行教育教学活动的核心能力。

(一)教师课前计算思维教学设计的能力

表3可见,健康教育后对艾滋病患者需公开身份、是否愿意与艾滋病患者共处一室等6项态度均显著提升,差异具有统计学意义(P<0.01)。

(三)教师课后计算思维教学评价的能力

(二)教师课堂计算思维教学实施的能力

智能时代教师计算思维教学实施能力须教师在基于学科核心素养的思维方式下进一步扩充及重组,运用数字资源创造良好的学习环境及氛围,激发学生的求知欲望;且能熟练使用技术工具并根据学情灵活地使用模型、手势等促使学生将工具内化为用计算机解决问题的思维习惯;当教师面对不可预知的学情须能有效地调控课堂教学节奏,沿袭原本的教学设计思路,通过精准地提问及有效地追问以突出重难点,始终重视着学生“动手做”和“动脑想”。其中,最为关键的是教师在面向全体学生的同时也不能忽略倾听个别学生的心声,针对积极性较低的学生,能利用课堂提问、教学距离、眼神交流等进行情感的激励及支持。

智能时代,计算思维教学改革的实践对教师教学设计能力提出了新的要求。一方面教师应避免计算思维“狭义工具论”的干扰,正确理解及把握学校教材中所涉及的知识点;分析学生原有的思维认知特点及新旧知识间的关联性,针对不同思维认知的学生采用不同的教学方案,并将跨学科元素融入到课堂教学中以实现差异化的教学目标。另一方面教学活动应以学生为主体,避免学生“盲目操作”,不仅要关注培养学生应用计算机处理信息的能力,更要让学生理解到计算机处理信息的相关原理,有意识融入“做中学、思中学”的学习方式。因此,教师在教学内容的组织及选择上需要根据知识点难易程度进行分类、组合成相应的“知识模块”,并针对不同类别的学生采用不同模块的教学设计进行教学。

相较于操作技能的评价,计算思维训练效果的评价显然更加地扑朔迷离,究其原因主要是计算思维具备内隐及多样化的特点,致使其评价方式更显主观性。具体来说,教师计算思维教学评价能力应包括对学生学习的过程性评价及评价结果的反馈指导、对教学设计和教学实施过程的评价和评课反思的能力。当前,有关计算思维的研究表明,国内仍缺乏权威的计算思维教学评价体系。[17]在计算思维考核标准还未完全外显化及客观化的情况下,熟练应用计算机设计问题解决方案应是计算思维教学评价的核心推手。避免将纸质测试成绩作为唯一考核标准,相反评价方式应多样化,改变过去量化性评价为描述性评价以更精准的评估学生计算思维发展成效。

三、智能时代高中信息技术教师计算思维教学能力的价值

当前,以计算思维为导向的新型教学模式不仅颠覆了教师传统的思维方式和教学模式,而且也不断地改写着教师专业发展的内涵。国内外学者对教师专业发展的定义各不相同,美国学者埃里.霍伊尔认为教师专业发展是指在教学职业生涯的每一阶段教师掌握良好专业实践所必备的知识和技能的过程,[18]叶澜教授将教师专业发展界定为“教师的专业成长或教师内在专业结构不断更新、演进和丰富的过程”。[19]由此可见,学者们从不同角度对教师专业发展的诠释都强调了教师的终身学习以适应新时代对合格教师的要求。因此,教师除了自身对计算思维有较高的认知程度,提升计算思维教学能力也具有重要价值。

各国政府及国际组织高度重视教师专业发展政策的制定,通过建立相关培训制度及标准以有效地促进教师专业发展。如“英特尔未来教育项目”“一师一优课、一课一名师”活动。然而,这些项目在实施过程中仍然面临诸多挑战,具体表现为:教师信息化教学意识亟需从根本上转变;[20]教师对信息化教学认可度有待提升,信息化教学的教师队伍有待培养;[21]培训内容缺乏教学应用指导和知识快速更新,存在过度关注技术操作的不良现象。[22]值得关注的是计算思维教学能力在一定程度上能有效地破解以上诸多难题。首先,教师在积极探索计算思维教学的过程中其本身也在逐步深入地理解计算思维教育的本质,这将有助于教师对计算思维教学目标重新全面的认识。其次,学校对信息技术学科的认知定位仍不够准确致使所谓的主科教师对计算思维教学的认知难免存在偏差,认为其是“杂工”传授“杂技”的过程,偏离了高考所需的教学理念,这也间接地影响到教师的认知及队伍发展,而计算思维教学能力的培养有效地加强了教师队伍建设。最后,教师计算思维教学能力的发展须持续关注着教育信息化的发展及知识的“更新换代”,有利于教师在教学过程中快速准确地寻求到必要的技术支持以实现教学创意。

This study was co-supported by the National Nature Science Foundation of China(No.’s 61403038 and 61573066)and theNationalBasicResearch Program ofChina(No.2013CB733000).

(一)计算思维教学能力体现了智能时代教师专业发展的内涵

随着信息技术支持的教学理念的转变,计算思维教育已不再是教师依据知识发展轨迹向学生灌输知识的活动,而是教师激发学生创新意识、培养学生计算思维的活动。这就要求教师重新界定其专业发展的内涵。在文化层面,教师应具备基本的计算机文化知识,能有效地辨别与评估计算思维教育;在意识层面,教师应有培养学生计算思维能力的意愿;在技能层面,教师能借助信息技术合理开展计算思维教育教学活动。另外,教师专业发展的落脚点应是满足新时代学生成长的需求,为培养学生未来生存技能服务。教师计算思维教学能力的提升恰好满足于培养未来合格数字公民的发展需求。综上所述,教师专业发展是伴随着信息化教育新需求而逐步推进的过程,教师应关注计算思维教学能力的提升,并从教学实践中不断地捕捉反馈信息以改进教学过程、充实自身内涵,从而实现自身专业可持续发展。

(二)计算思维教学能力促进教师信息技术应用能力的提升

唐纳森作为全球过滤行业领导者之一,早在70年代就进入中国展开业务,并于1997年在无锡建厂。无锡现有工厂占地面积60 000平方米,拥有员工1200人,主要生产发动机过滤和工业过滤产品。作为一家扎根中国多年的企业,唐纳森始终坚持以本土制造服务于本土客户,随着唐纳森在中国乃至亚洲地区业务的不断增长,目前工厂的产能已接近饱和。在无锡政府的大力支持下,唐纳森决定在无锡投资建立新的工厂。

社会的进步和人类技术的进步使人们不断地从环境中获得越来越多的元素。这些对人们的环境有很大的影响。此外,它还造成了一系列的环境问题和人类生存危机。近年来,建筑业在能源消费中所占的比重不断上升。这种情况也决定了建筑绿色时代的到来。可见,建筑业在节能减排方面有很大的潜力。室内设计的发展并不长,但通过了解可以知道,大多数材料都有一定的污染。因此,在这种情况下,人们开始思考如何保护生态环境,绿色生态审计的概念应运而生。

综合以上分析不难发现,教师是影响计算思维落实和推广的重要因素,在学生计算思维培养过程中扮演着转化者的重要角色。当前,信息技术教师计算思维教学能力发展面临的多种困境及挑战,不仅影响着智能时代信息技术与教育教学深度融合的步伐,而且制约着教师自身专业化发展的进程,要让教师扮演好新时代创新教育先锋者的角色,有必要通过整合教育行政部门、企业、学校等多方力量共同携手探索教师计算思维教学能力获取与提升的智慧之路。

教师急于在计算思维教育课堂上开发新的学习资源和使用新的技术,导致教师之间缺乏沟通,致使各学科教学的开展各自为政。面对计算思维教育的相关教材,一些教师对处理新的和陌生的教材信心不足,缺乏有关创新性计算思维教学模式的探索,使得教师与学生的知识诉求相脱节,[13]同时,教师计算思维教学的开展与职称评定不一定挂钩,[14]很多教师缺乏培养学生计算思维能力的意识,显然会影响教师间交流学习的动力。

四、智能时代高中信息技术教师计算教学能力的培养

(三)计算思维教学能力有助于教师立足自身实践的反思学习

(一)大数据助力高中信息技术教师计算思维教学能力的分类提升

加涅在《教学设计原理》一书中提及学习是一个受许多变量影响的复杂过程,高质量的教学须考虑学习者动机及原有知识水平,[25]教师专业发展是一个系统化的持续过程,处于不同发展阶段的教师具备不同的需求、能力倾向及发展目标。同时,大数据技术的快速发展及数据获取的越加便捷性,使越来越多的国家认识到其在推动各国教育系统性变革中发挥着重要的作用,为提升教师教学能力提供了思路和借鉴。

因此,教师计算思维教学能力的提升须综合考虑发达地区与欠发达地区、城镇与农村、职前教师与在职教师等方面的差异性。运用大数据技术有效地收集高中信息技术教师当前实施计算思维教育的过程数据、个人计算思维教学能力的成长数据、未来计算思维教学能力发展的预估数据,通过对这些数据精准分析总结,生成不同类别的电子档案式的发展报告。教育行政部门根据分类数据结果在全国教师管理信息系统中推送不同类别的培训课程及线上研讨活动,并定期根据教师计算思维教学能力发展水平适当调整课程的推送,鼓励教师上传优秀的计算思维课堂教学视频到平台中,经过各区县教育局筛选评价且获得认可的教学视频作为教师“一师一优课”的成果,不仅有利于提高教师计算思维教学的积极性,还对其他教师开展计算思维教育起到了激励及借鉴作用。

另外,考虑到当前参与信息技术应用培训的教师存在低教龄化现象,若延续以往仅省市组织相关培训,各校推选部分教师参与的模式,不可避免造成各区县教师“重电影画面感而轻其内在价值”,有悖于培训的实效性。因此,各区县教育部门有必要根据线上教师计算思维教学能力发展状况分类设计和组织专家亲赴当地与信息技术教师进行面对面交流指导,以避免省市区培训的固化思维,为每位计算思维教师提供针对性地指导,进而促使高中信息技术教师计算思维教学能力得到实效的持续性发展。

国际海事组织即将实施的低硫新政,以及航运公司采用多元化应对措施,带来中国船用油消费量、消费结构、消费特点的巨大变化,中国船供油市场已进入低硫化发展时代,航运公司应积极做好低硫燃油加注准备。

1.缺乏培养计算思维能力的教学体系及模式

实验室文化建设不仅对实验人员具有激励和引导作用,而且在培养学生严谨求实的科学态度,过硬的实验操作技能,良好的科研素质及勇于探索知识的精神方面具有不可替代的作用,其内涵包括人文文化(精神文化)建设、环境文化建设和制度文化建设。

埃特默尔认为教师信息技术应用能力不仅受教师态度和信念等内部因素的影响,同时也受到政策制度和培训支持等外部因素的影响,其中外部因素是影响教师将技术整合于教学的首要障碍。[26]可见,创设计算思维教育教学环境等专业发展外力须与教师自身信念等外力组成合力,才能最大限度地提升教师计算思维教学能力。

不考虑不同集料类型影响的情况下,研究不同轮胎花纹对路面抗滑性能的影响,三种级配类型对应四种不同轮胎花纹的试验结果如图3所示。

由“家校企”联盟支持的积极教学环境主要通过提高与企业、家长及学校教育等三大系统的交流互动来推进和落实。具体而言,学校与企业的交流互动主要包括:对企业所推崇的计算思维素养观进行调查并筛选提炼相关信息;与企业在组织架构方面进行联合,定期遴选教师与企业员工合作教研以充分调动教师的积极性且有利于持续推进计算思维教育的社会性应用;与家长的交流互动主要通过微信、班班通等多种方式宣传培养未来数字公民计算思维能力的迫切性,同时,借助家长进一步了解学生计算思维能力水平以针对性地开展相关教育,进而为提升教师计算思维教学能力提供良好的社会环境。

总之,“家校企”联盟支持有利于促进教师计算思维教学能力的发展,为教师专业发展提供肥沃的土壤和养料。教师在计算思维教育教学实践的基础上寻找自身的优劣势,在交流研讨的过程中实现思维火花的碰撞,让持续更新的教学成果进一步强化计算思维教学能力,同时用计算思维教学能力反哺和规约教学,以此创建一个闭合的计算思维教学能力提升循环圈。

(三)构建多元计算思维教学管理评价体系,拓展教学实践空间

长期以来,基础教育领域教师大多是站在高考制度的立场上反思和研究课堂教学问题,教学评价仅指向表象的教学成效,很少将学生全面发展、教师专业发展作为教学成效判断的落脚点。吉尔伯特.萨克斯等学者著作的《教育和心理的测量与评价原理》一书中强调测评有助于了解个体的优劣势以针对性地改善个体行为,还有助于将个体安排到最适应的方案或不同类别任务中,以提高个体成功的可能性。[27]近年来,经过有效性和可靠性验证的计算思维测量量表的出现,是计算思维评价研究的新突破。[28]

因此,一方面教育行政部门应当整合各方资源,建立多元计算思维教学管理评价体系,以充分发挥评价功能及本质作用。具体而言,教育部门应开发科学在线评测系统及完善的评测资源库,让高中信息技术教师能定期针对自身计算思维教学能力进行测评,使其能及时地了解到自身计算思维教学能力方面的优势与不足;学校及培训机构也可组织集体评测,根据测评结果将教师进行分类以针对性地设计切实有效的培训方案。同时,考虑到高中信息技术教师计算思维教学能力发展是一个持续动态性过程,应根据计算思维教育变革的需求及时更新评测资源,指导和规约高中信息技术教师积极自觉地跟随信息技术发展的潮流以不断地提升其计算思维教学能力。

另一方面,教育管理部门应依据教师教学能力的实际情况制订计算思维教学能力评价标准并赋予各评价要点相应的权重以获得有效定量评价结果。同时,要定期组织各区县计算思维教师间相互交流评价,按照教师自我测评的分类结果对教师进行分组,不同组别间依据教育管理部门所设计的评价标准对教学实践过程进行现场评价,作为评价者的教师首先应对各评价要素给予优、良、中、差的等级评定,之后在观察、访谈等事实证据的基础上对自身给出的评定等级进行解释说明,这不仅兼顾到等级评定的客观性及合理性,而且能更好地发挥教学能力评价的发展性功能。最后,将分项评价中的各个评价指标联系起来以形成对计算思维课堂教学效果的综合评定并做出相应的解释说明。

五、结语

计算思维是未来数字公民适应社会所须掌握的基本技能,是21 世纪核心素养之一。在这一背景下,世界各国正不断地推出不同的教学模式以提升学生计算思维,其中教师发挥着至关重要的作用。计算思维教学能力是决定计算思维教育教学质量和成效的关键因素和推动信息技术与教育双向融合与深度创新的重要举措。为更好地应对智能时代对教师内涵式专业化发展的新机遇与挑战,笔者提出了大数据助力计算思维教学能力分类提升、加强“家校企”联盟支持力、构建多元计算思维教学管理评价体系等策略,以提升教师计算思维教学能力并实现其多元化发展,也可为智能时代高中信息技术计算思维教育教学改革提供有力的师资保障,推动我国早日跻身国际教育新领域。

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中图分类号: G40-057

文献标识码: A

文章编号: 1672-0385(2019)05-0063-06

收稿日期: 2019-08-07

作者简介:

王钰彪,男,在读硕士研究生,主要研究方向为教师学习、虚拟现实教学、计算思维培养。

古利成,女,在读硕士研究生,主要研究方向为迷思概念教学、教师教育信息化。

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