湯玉斐+趙康+白力靜
摘 ? ?要:如何使得卓越工程師獲得較強(qiáng)的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力,是“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施的重要目標(biāo),而專業(yè)課教學(xué)改革則是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的基礎(chǔ)。文章以西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)卓越工程師教育培養(yǎng)為試點(diǎn),對(duì)專業(yè)課教學(xué)改革進(jìn)行了探索與實(shí)踐,分析了材料科學(xué)與工程專業(yè)課教學(xué)現(xiàn)狀和問(wèn)題,并提出了“貫穿工程實(shí)例、強(qiáng)化主干結(jié)構(gòu)、理論素質(zhì)并重、注重創(chuàng)新實(shí)踐”的專業(yè)課程教學(xué)模式,旨在探索出卓有成效的材料工程師培養(yǎng)途徑。
關(guān)鍵詞:卓越工程師;材料科學(xué)與工程;教學(xué)改革
中圖分類號(hào):G642.3 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ? ? ?文章編號(hào):1002-4107(2015)07-0052-03
卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃是貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》的重大改革項(xiàng)目,也是促進(jìn)我國(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)的重大舉措[1]。西安理工大學(xué)是一所以工為主的西部地方高校,是首批進(jìn)入教育部卓越計(jì)劃的高校之一,2010年來(lái)對(duì)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的專業(yè)(材料科學(xué)與工程、自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、水利水電工程、印刷工程)進(jìn)行了系統(tǒng)的探索和實(shí)踐,取得了一些經(jīng)驗(yàn)。材料科學(xué)與工程專業(yè)為國(guó)家級(jí)特色專業(yè)、陜西省名牌專業(yè)和重點(diǎn)學(xué)科、原機(jī)械工業(yè)部重點(diǎn)學(xué)科,具有悠久的辦學(xué)歷史和優(yōu)良的教學(xué)傳統(tǒng),結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位和本專業(yè)“重工程實(shí)踐,重應(yīng)用培養(yǎng)”的傳統(tǒng)特色,致力于培養(yǎng)面向基層、基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神的工程應(yīng)用型專業(yè)人才,服務(wù)西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)的需求,輻射全國(guó)新材料、裝備制造等行業(yè)的發(fā)展。本文以西安理工大學(xué)材料卓越工程師的培養(yǎng)為試點(diǎn),針對(duì)如何獲得較強(qiáng)的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力,在材料類專業(yè)課程教學(xué)改革方面進(jìn)行了積極探索與實(shí)踐。
一、材料類專業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀
(一)重理論輕實(shí)踐的教學(xué)理念
在我國(guó)傳統(tǒng)教育理念下,應(yīng)試教育的風(fēng)氣仍然濃厚[2],特別是在專業(yè)課學(xué)習(xí)過(guò)程中,使得學(xué)生的全部精力都傾注于課程考試或者撰寫實(shí)踐報(bào)告,以取得學(xué)歷作為接受高等教育的目標(biāo),這些都阻礙了學(xué)生獲取知識(shí)的主動(dòng)性以及創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。同時(shí),專業(yè)課任課教師在高?,F(xiàn)有人才培養(yǎng)的價(jià)值追求以及考核聘任標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)下,過(guò)于強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶,忽略了對(duì)其工程實(shí)踐技能和創(chuàng)新意識(shí)的訓(xùn)練。
(二)與實(shí)際生產(chǎn)脫節(jié)的教學(xué)內(nèi)容
專業(yè)課課堂教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際生產(chǎn)要求脫節(jié),部分知識(shí)點(diǎn)嚴(yán)重落后,同時(shí)教學(xué)過(guò)程中過(guò)于注重學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度,而不是具體的應(yīng)用和實(shí)踐,實(shí)驗(yàn)課又大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),缺乏針對(duì)工程問(wèn)題的綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性內(nèi)容,隨后的實(shí)習(xí)階段學(xué)生在企業(yè)的時(shí)間較短,感性參觀多于動(dòng)手實(shí)踐。此外,畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容陳舊或來(lái)自于基礎(chǔ)研究課題,導(dǎo)致材料工程師培養(yǎng)易于成為“材料研究生”培養(yǎng)。
(三)單一的教學(xué)方法與考核方式
目前專業(yè)課基本是在教室通過(guò)黑板或多媒體課件進(jìn)行知識(shí)灌輸,缺乏與實(shí)際生產(chǎn)的聯(lián)系,教學(xué)過(guò)程中列舉的實(shí)例也不能貫穿整個(gè)課程體系,使得多門專業(yè)課程獨(dú)自為戰(zhàn)不能有機(jī)結(jié)合,課程的考核常采用期末一次性試卷考試,使得與生產(chǎn)密切相關(guān)的專業(yè)課最終淪為基礎(chǔ)理論課,無(wú)法發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的作用。而且,試卷多以填空、判斷、問(wèn)答、計(jì)算等為主[3],很少涉及應(yīng)用系統(tǒng)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題,所以只能考查到知識(shí)點(diǎn)的記憶和特定假設(shè)條件下知識(shí)的熟悉度,這都與卓越材料工程師的要求相差甚遠(yuǎn)。
(四)缺乏個(gè)性化的人才培養(yǎng)模式
由于教育產(chǎn)業(yè)化的作用,導(dǎo)致人才培養(yǎng)模式單一,在教學(xué)大綱和課程安排的限制下缺乏彈性,難以出現(xiàn)杰出的創(chuàng)新型人才[4],雖然高校通過(guò)多種競(jìng)賽激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神,但是純校園式的科技活動(dòng)容易使得學(xué)生將比賽成績(jī)化,過(guò)分追求獎(jiǎng)項(xiàng)而忽略了競(jìng)賽過(guò)程中創(chuàng)新實(shí)踐能力的鍛煉。
二、開展“貫穿工程實(shí)例、強(qiáng)化主干結(jié)構(gòu)”的課堂教學(xué)改革
隨著科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展以及對(duì)工程人才素質(zhì)的高要求,靜態(tài)的課堂教學(xué)無(wú)法直接滿足企業(yè)對(duì)于材料工程師的要求,我們針對(duì)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的要求,對(duì)學(xué)生加強(qiáng)工程實(shí)踐教育,工程意識(shí)培養(yǎng),提高工程實(shí)踐能力和知識(shí)的綜合應(yīng)用能力,引入最先進(jìn)的專業(yè)技術(shù),積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),是卓越工程師班教學(xué)改革中最核心的部分。
(一)強(qiáng)化主干課程,更新教學(xué)內(nèi)容
基于上述指導(dǎo)思想,通過(guò)走訪與材料專業(yè)相關(guān)企業(yè)的專家、校友、教師和部分在校學(xué)生,邀請(qǐng)企業(yè)專家、校友、教師座談等形式,對(duì)材料卓越班的課程體系和教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行修訂。具體方案為:首先,強(qiáng)化材料科學(xué)的主干課程,特別強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié),大幅度提高專業(yè)課程的實(shí)踐學(xué)時(shí)比例。新課程體系直面工程,在強(qiáng)化理論教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上,針對(duì)工程教育的特點(diǎn),提高專業(yè)知識(shí)點(diǎn)講授學(xué)時(shí)與工程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)時(shí)的比例。其次,新課程體系對(duì)現(xiàn)有課程進(jìn)行了有機(jī)的融合和精簡(jiǎn),避免了知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)講授和關(guān)聯(lián)知識(shí)間的孤立講授,特別整合和削減部分選修課,以適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及適應(yīng)新材料發(fā)展的趨勢(shì)。同時(shí),教學(xué)內(nèi)容大量增加相關(guān)專業(yè)技術(shù)進(jìn)展,更新或重構(gòu)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)以適應(yīng)快速的技術(shù)發(fā)展。
(二)實(shí)施典型工程產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)式課堂教學(xué)模式
卓越材料工程師班進(jìn)入專業(yè)課學(xué)習(xí)后,采用小班教學(xué)、單獨(dú)授課的模式,實(shí)行理論與實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)相結(jié)合,開展典型工程產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)式課堂教學(xué)模式。在教學(xué)過(guò)程中,雖然要系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程的基本理論、基本方法及相關(guān)的基本實(shí)驗(yàn)技能,了解材料科學(xué)與工程與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),但是具體以工程實(shí)例為對(duì)象進(jìn)行講授,工程實(shí)例貫穿在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。例如,在金屬材料的相關(guān)專業(yè)課中,以典型的軸承、齒輪、鋼件等產(chǎn)品為實(shí)例,從各零件的選材、金屬的熔煉、成型、設(shè)計(jì)加工、熱處理、性能測(cè)試和表面處理等六大部分貫穿了第3學(xué)年14門專業(yè)課程(圖1所示),任課教師通過(guò)教學(xué)法研究或集體討論備課將產(chǎn)品涉及的知識(shí)按照制備工藝主線有機(jī)結(jié)合,通過(guò)產(chǎn)品的制造過(guò)程驅(qū)動(dòng)學(xué)生去掌握相關(guān)的專業(yè)知識(shí),特別注重啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,提高解決問(wèn)題的能力。該模式還強(qiáng)調(diào)講課與實(shí)踐同步,將課堂教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)同步在實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行驗(yàn)證,然后在第4學(xué)年前往本專業(yè)的實(shí)踐基地西北軸承股份有限公司進(jìn)行企業(yè)實(shí)踐,在實(shí)際車間對(duì)該典型產(chǎn)品應(yīng)用相關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行生產(chǎn),掌握分析和解決工程問(wèn)題的工具和手段,達(dá)到生產(chǎn)實(shí)踐以及專業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
(三)采用注重實(shí)踐能力的考核方式
考核是教學(xué)的重要部分,通過(guò)考核可以判定學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度,達(dá)到反饋教學(xué)效果并對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行調(diào)控的目的[5]。目前有關(guān)考核方式的改革呈多元化趨勢(shì),其方法包括課程作業(yè)、課堂表現(xiàn)、課程報(bào)告等多目標(biāo)綜合評(píng)定,形式又大都以開卷、閉卷、多試卷交叉等,來(lái)滿足差異化專業(yè)課程的要求。本專業(yè)在此基礎(chǔ)上,重視對(duì)學(xué)生能力的考核,推行全程化的評(píng)價(jià)方法。首先,在課堂教學(xué)過(guò)程中在實(shí)踐性較強(qiáng)的章節(jié)采用小工程案例設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造工藝設(shè)計(jì)等方式,學(xué)生組隊(duì)分工完成設(shè)計(jì)并進(jìn)行答辯考核,該部分占總成績(jī)的40%—60%。例如在“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的教學(xué)過(guò)程中,在金屬的結(jié)晶、鐵碳合金相圖、金屬的塑性變形等章節(jié)設(shè)計(jì)3次工藝設(shè)計(jì),要求卓越班學(xué)生每5人為一組分工合作完成設(shè)計(jì)報(bào)告,并隨堂進(jìn)行答辯,成績(jī)占總評(píng)的45%。此外,降低了期末試卷考試的比重,同時(shí)結(jié)合行業(yè)的要求,以工程實(shí)例的方式命題,取消選擇、填空、名詞解釋等記憶類題型,增加判斷、計(jì)算、論述以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)等,使得考核重點(diǎn)以培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力、解決實(shí)際工程問(wèn)題能力為主,讓考試更好地服務(wù)于卓越工程師工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
(四)創(chuàng)新實(shí)踐型教師隊(duì)伍建設(shè)
創(chuàng)新實(shí)踐型教師隊(duì)伍的建設(shè)是卓越材料工程師培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵,近年來(lái)專業(yè)教研室聘請(qǐng)了6名企業(yè)高級(jí)技術(shù)人員作為卓越工程師班的兼職教師,協(xié)助完成日常教學(xué)、講座以及實(shí)踐環(huán)節(jié),同時(shí)還要求具有博士學(xué)位的青年教師必須前往大型國(guó)企、工程訓(xùn)練中心、實(shí)驗(yàn)中心等鍛煉3—6個(gè)月,以提高工程實(shí)踐能力。例如,新進(jìn)教師在培養(yǎng)環(huán)節(jié)必須前往東方電氣集團(tuán)、吳江工業(yè)園企業(yè)等進(jìn)行工程實(shí)踐鍛煉,這些舉措使得卓越班專業(yè)教師隊(duì)伍日趨合理,為培養(yǎng)高質(zhì)量卓越材料工程師奠定了基礎(chǔ)。
三、構(gòu)建創(chuàng)新意識(shí)及工程能力培養(yǎng)的實(shí)踐平臺(tái)
材料科學(xué)與工程專業(yè)卓越工程師實(shí)踐體系構(gòu)建時(shí)強(qiáng)調(diào)理論與素質(zhì)并重,突出實(shí)踐能力的培養(yǎng),在原有實(shí)踐環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上,針對(duì)如何提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,從實(shí)踐時(shí)間、實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐方式上進(jìn)行改革,特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)的企業(yè)環(huán)境中進(jìn)行理論與實(shí)際的結(jié)合訓(xùn)練,同時(shí)注重團(tuán)隊(duì)合作解決問(wèn)題模式的培養(yǎng)。與此同時(shí),培養(yǎng)過(guò)程中還穿插進(jìn)行專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)、開放性課題實(shí)驗(yàn)以及大學(xué)生科技活動(dòng)等創(chuàng)新能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)。
卓越材料工程師實(shí)踐教學(xué)體系如圖2所示,其中第1階段在材料卓越班學(xué)生入校后即進(jìn)行專業(yè)認(rèn)識(shí)教育,主要安排參觀材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和分析測(cè)試中心,初步了解專業(yè)內(nèi)涵,培養(yǎng)專業(yè)興趣,樹立卓越工程師的目標(biāo);第2階段首先在西安理工大學(xué)國(guó)家級(jí)工程訓(xùn)練中心進(jìn)行基礎(chǔ)工程訓(xùn)練,培養(yǎng)基本的車、銑、刨、鍛、磨各類材料工程師的基本功。隨后進(jìn)入2+4+16+18模式的企業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié),強(qiáng)調(diào)與企業(yè)的聯(lián)合培養(yǎng),其中2周的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)與大型國(guó)企(金堆城集團(tuán)、西安遠(yuǎn)東公司、西安西電集團(tuán)、陜鼓集團(tuán)、西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司等)合作建立訓(xùn)練基地,以短期實(shí)習(xí)等方式與目前材料工程的發(fā)展緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐教育的目的;4周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)在西北軸承股份有限公司建立了實(shí)踐訓(xùn)練基地,學(xué)生進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí),直接參與產(chǎn)品的生產(chǎn)等環(huán)節(jié),指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出解決方案,連通企業(yè)技術(shù)人員一起解決實(shí)際問(wèn)題,從而積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn);16周的校企聯(lián)合培養(yǎng)實(shí)踐時(shí),與大型國(guó)企構(gòu)建完善的工程實(shí)踐平臺(tái),結(jié)合專業(yè)課的學(xué)習(xí),每人配備1名企業(yè)導(dǎo)師,使卓越班學(xué)生能夠借助該平臺(tái),在機(jī)械設(shè)計(jì)、熱處理、表面強(qiáng)化、粉末冶金、分析檢測(cè)等方面全面訓(xùn)練,培養(yǎng)與提升創(chuàng)新意識(shí)和工程問(wèn)題解決能力;最后18周的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)在前面實(shí)踐的基礎(chǔ)上,選取企業(yè)目前面臨的工程問(wèn)題深入研究并提出解決方案。
圖2 ?多層次卓越材料工程師實(shí)踐教學(xué)體系
(一)創(chuàng)新企業(yè)參與的實(shí)踐教學(xué)體系
為推進(jìn)卓越計(jì)劃,本專業(yè)在構(gòu)建、改革培養(yǎng)計(jì)劃、課程體系、培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱及內(nèi)容方面均有企業(yè)專家的深度參與,包括長(zhǎng)春一汽集團(tuán)、二汽集團(tuán)、東方電氣、濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán),西北軸承股份集團(tuán)、陜鼓集團(tuán)、西安福萊特?zé)崽幚砉镜?,同時(shí),企業(yè)每年會(huì)派遣2—3名經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師來(lái)校為卓越班學(xué)生教學(xué),內(nèi)容涉及與企業(yè)密切相關(guān)的專業(yè)知識(shí),此外,第4學(xué)年實(shí)踐環(huán)節(jié)中企業(yè)會(huì)為每名卓越班學(xué)生配備1位企業(yè)導(dǎo)師,類似于師徒的傳幫帶模式,形成高校和行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制。
(二)開展以創(chuàng)新意識(shí)為導(dǎo)向的科技活動(dòng)
鼓勵(lì)卓越工程師班學(xué)生積極參加各類課外學(xué)術(shù)競(jìng)賽活動(dòng),通過(guò)競(jìng)賽項(xiàng)目的啟發(fā)式專業(yè)教學(xué),提高解決工程或?qū)嶋H問(wèn)題的能力。每年教研室積極幫助學(xué)生聯(lián)系指導(dǎo)教師制定參賽課題,動(dòng)員專業(yè)課教師開放專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,指導(dǎo)學(xué)生參加各類科技競(jìng)賽,著重培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作能力,取得了較好的效果。僅2011級(jí)卓越材料工程師班29人中就有3人獲得國(guó)家大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽三等獎(jiǎng),5人入選國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃,5人入選陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃,7人獲得省級(jí)挑戰(zhàn)杯科技競(jìng)賽一等獎(jiǎng), 70人次獲得各類課外學(xué)術(shù)活動(dòng)及其他獎(jiǎng)勵(lì)。
(三)開放專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,引導(dǎo)自主實(shí)踐創(chuàng)新
增加材料卓越班學(xué)生參與科研實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì),為學(xué)生資助開展和積極參與創(chuàng)新實(shí)踐提供條件。材料系積極與學(xué)院協(xié)調(diào)采取措施,加大公共及專業(yè)實(shí)驗(yàn)室向卓越班本科生開放的力度,鼓勵(lì)教師吸納卓越班學(xué)生參與科研項(xiàng)目、解決企業(yè)難題等,引導(dǎo)學(xué)生在科研實(shí)踐中加強(qiáng)動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。特別是先進(jìn)陶瓷材料實(shí)驗(yàn)室開放了陶瓷材料成型創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn),方案具體為:學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣組合成小組,自行設(shè)計(jì)一些常見(jiàn)陶瓷材料并能制備出樣品,即提出使用材料的性能要求,設(shè)計(jì)配方,進(jìn)行基本的樣品制造(粉體混料、成型、加工和燒結(jié)等),最后做出一個(gè)樣品(產(chǎn)品),實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生提供了“學(xué)中做,做中研,研中創(chuàng)”的基本條件和環(huán)境。目前,通過(guò)該實(shí)驗(yàn)卓越班學(xué)生已有9人申請(qǐng)了中國(guó)專利,4人在國(guó)家級(jí)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文。
西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃在實(shí)施完全學(xué)分制以及校企聯(lián)合培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上,積極開展專業(yè)課課堂教學(xué)改革與實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新,以典型工程產(chǎn)品或?qū)嵗灤┱麄€(gè)專業(yè)課教學(xué)體系,突出工程性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的教學(xué)思路。不僅可以為實(shí)現(xiàn)高素質(zhì)創(chuàng)新應(yīng)用型卓越材料工程師的培養(yǎng)目標(biāo)提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提高工程人才的培養(yǎng)質(zhì)量,還可以為其他工科專業(yè)卓越工程師專業(yè)課教學(xué)提供參考。
參考文獻(xiàn):
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