基于核心概念的高中物理單元教學(xué)設(shè)計探討

摘 要：高中課程結(jié)構(gòu)凸顯知識的系統(tǒng)性，其核心概念的指向性非常明確。故筆者認(rèn)為，高中物理教學(xué)設(shè)計不應(yīng)倡導(dǎo)大單元教學(xué)設(shè)計，而應(yīng)提倡實施單元教學(xué)設(shè)計。本文以“牛頓運動定律”單元教學(xué)設(shè)計為例，闡述了核心概念視角下的單元教學(xué)設(shè)計流程，為廣大一線物理教師提供單元教學(xué)設(shè)計案例參考。

關(guān)鍵詞：核心概念；單元教學(xué)設(shè)計；牛頓運動定律

1 基于核心概念的高中物理單元設(shè)計

基本概念是對事物現(xiàn)象或事實概括形成的反映對象本質(zhì)屬性的觀念，如物理學(xué)中的質(zhì)點、速度、加速度、電流、電壓、分子勢能等。核心概念是學(xué)科知識領(lǐng)域的核心，包括基本的概念、規(guī)律、原理，這些內(nèi)容能夠展現(xiàn)學(xué)科的圖景，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分，如物理學(xué)中的機械運動、牛頓運動定律、機械能、分子運動論、熱力學(xué)定律等。大概念是反映學(xué)科本質(zhì)的，具有抽象、概括、統(tǒng)攝和遷移價值的學(xué)科思想和學(xué)科觀念。大概念既不是事實性知識，也不是程序性知識，它是有關(guān)學(xué)科的一些基本思想和觀念，如物理學(xué)中的物質(zhì)觀、運動與相互作用觀、能量觀、時空觀等。

按照當(dāng)前基礎(chǔ)教育比較流行的大單元與大概念的說法，大單元教學(xué)設(shè)計是基于學(xué)科大概念進行構(gòu)建和設(shè)計，單元教學(xué)設(shè)計是基于學(xué)科核心概念進行構(gòu)建和設(shè)計，課時教學(xué)設(shè)計是基于學(xué)科某個（或幾個）基本概念、基本規(guī)律及其應(yīng)用而進行構(gòu)建和設(shè)計，即平時所說的教案、教學(xué)設(shè)計等。圖1是以大概念“運動和相互作用”構(gòu)建的大單元教學(xué)設(shè)計，其教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生形成運動和相互作用觀，能夠解決生產(chǎn)和生活中的實際力學(xué)問題；圖2是以核心概念“勻變速直線運動”構(gòu)建的單元教學(xué)設(shè)計，其教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生認(rèn)識勻變速直線運動的規(guī)律，能夠解決生產(chǎn)和生活中的運動問題。

2 高中物理教學(xué)應(yīng)該提倡單元教學(xué)設(shè)計

表1和圖3為初中物理課程內(nèi)容框架與高中物理課程結(jié)構(gòu)。對比發(fā)現(xiàn)，初中物理課程內(nèi)容框架是以物質(zhì)、運動和相互作用、能量等一級主題進行編排，大概念指向性比較強，故在初中比較適合開展大單元教學(xué)；高中物理課程結(jié)構(gòu)基本是按照力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)等知識體系進行劃分，突顯知識的邏輯性和系統(tǒng)性，核心概念指向性非常強，故筆者認(rèn)為高中物理教學(xué)設(shè)計不應(yīng)該倡導(dǎo)大單元教學(xué)設(shè)計，而應(yīng)該提倡實施單元教學(xué)設(shè)計。

單元教學(xué)設(shè)計是從單元角度出發(fā)，根據(jù)單元知識點的需要，綜合運用各種教學(xué)形式、教學(xué)策略，保證學(xué)習(xí)者完成相對完整的知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)。單元教學(xué)設(shè)計包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)評價等要素。

傳統(tǒng)課時教學(xué)側(cè)重于知識、技能的學(xué)習(xí)，由于課時時間的限制，課堂教學(xué)難以保證學(xué)生擁有足夠的自主探究時間及深入思考空間，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中存在內(nèi)容碎片化等問題。單元教學(xué)設(shè)計立足于學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展的高度，著眼于單元內(nèi)容的完整性，從整個單元教學(xué)的時間跨度出發(fā)，進行教學(xué)設(shè)計與規(guī)劃，保證學(xué)習(xí)目標(biāo)由割裂走向系統(tǒng)，學(xué)習(xí)內(nèi)容由碎片化走向結(jié)構(gòu)化，學(xué)習(xí)過程與評價由分離走向融合。

單元教學(xué)設(shè)計雖然是從整體角度對單元知識內(nèi)容進行重組與整合，但常規(guī)學(xué)科教學(xué)中還是要將單元教學(xué)設(shè)計內(nèi)容細化為課時安排，即單元教學(xué)設(shè)計最終還是要轉(zhuǎn)化為課時教學(xué)設(shè)計。

3 如何進行單元教學(xué)設(shè)計

在進行單元教學(xué)設(shè)計時，需要注意以下幾個問題：首先，單元教學(xué)設(shè)計中要體現(xiàn)對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，要依據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）、學(xué)生情況、教材教參等因素進行單元目標(biāo)的制定，要關(guān)注課時目標(biāo)與單元目標(biāo)的一致性，以實現(xiàn)學(xué)生知識能力與必備品格的融合；其次，單元教學(xué)設(shè)計的授課類型選擇、教學(xué)方式選取、學(xué)習(xí)活動設(shè)計等，都要為教學(xué)目標(biāo)的落實服務(wù)，也都要與單元教學(xué)內(nèi)容、單元教學(xué)目標(biāo)相吻合；再次，單元教學(xué)設(shè)計中的學(xué)習(xí)活動設(shè)計要符合學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，體現(xiàn)從簡單到復(fù)雜、從基礎(chǔ)到深入的教學(xué)原則；最后，根據(jù)教學(xué)評價，單元教學(xué)設(shè)計要能夠完善教學(xué)設(shè)計與教學(xué)過程，在促進學(xué)生發(fā)展的同時，促進教師自身的專業(yè)發(fā)展。

單元教學(xué)設(shè)計一般包括教學(xué)分析、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)評價三個方面，具體設(shè)計流程如圖4所示。

4 單元教學(xué)設(shè)計案例分析——以“牛頓運動定律”為例

本單元教學(xué)設(shè)計內(nèi)容由粵教版高中物理必修第一冊第四章“牛頓運動定律”第一節(jié)至第六節(jié)和必修第二冊第五章第一節(jié)“牛頓力學(xué)的成就與局限性”組成，如圖5所示。

4.1 教學(xué)分析

4.1.1 《課程標(biāo)準(zhǔn)》分析

《課程標(biāo)準(zhǔn)》內(nèi)容要求：“通過實驗，探究物體運動的加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系；理解牛頓運動定律，能用牛頓運動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題；通過實驗，認(rèn)識超重和失重現(xiàn)象^［3］；知道牛頓力學(xué)的局限性，體會人類對自然界的探索是不斷深入的。”^［4］

探究物體運動的加速度a與物體受力F、質(zhì)量m的關(guān)系時，運用控制變量法從兩個方向進行實驗探究，即m一定，探究a與F的關(guān)系；F一定，探究a與m的關(guān)系?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生設(shè)計實驗方案，學(xué)會分析和處理實驗數(shù)據(jù)的方法，提高科學(xué)探究能力。同時要求學(xué)生理解牛頓運動定律的文字?jǐn)⑹黾皵?shù)學(xué)表達，明確其成立條件和適用范圍，能應(yīng)用牛頓運動定律分析解決現(xiàn)實情境問題。在應(yīng)用牛頓運動定律解決問題的教學(xué)中（包括超重與失重），學(xué)生應(yīng)重點體會運用牛頓運動定律解決問題的思路，逐步形成運動與相互作用觀念，提升物理學(xué)科素養(yǎng)水平。學(xué)生還要知道牛頓運動定律具有局限性，體會科學(xué)是一個永恒的探究過程。

4.1.2 教材分析

4.1.2.1 整體編排分析

牛頓運動定律是動力學(xué)的核心內(nèi)容，根據(jù)牛頓運動定律可以確定物體具體位置、速度大小和方向的變化，從而控制物體的運動。牛頓運動定律對直線運動、曲線運動都適用，但本單元教學(xué)設(shè)計只討論物體做直線運動的情況，旨在為后續(xù)學(xué)習(xí)牛頓運動定律在曲線運動中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

牛頓運動定律單元的編排遵循先規(guī)律后應(yīng)用的順序。牛頓第一定律是牛頓力學(xué)的基石，它提出了力、慣性兩個重要的基本物理概念；設(shè)置實驗探究a與F、m的關(guān)系，讓學(xué)生了解牛頓第二定律的實驗基礎(chǔ)，并在實驗的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識牛頓第二定律；牛頓第三定律是牛頓力學(xué)的基本組成部分，這部分的學(xué)習(xí)不僅深化了學(xué)生對力的作用相互性的認(rèn)識，同時也使問題的研究對象從單一拓展為多元。牛頓運動定律的兩類基本問題和超重、失重問題，是牛頓運動定律的具體運用，是運用牛頓運動定律解釋、解決生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象及問題。此外，牛頓運動定律只適用于宏觀尺度與物體低速運動的情況，無法解釋微觀粒子和接近光速運動物體的運動情況。

4.1.2.2 單元內(nèi)容分析

教材是編寫專家在對《課程標(biāo)準(zhǔn)》的認(rèn)識、理解的基礎(chǔ)上，對學(xué)科知識進行科學(xué)篩選、提煉與編排而成的。為落實《課程標(biāo)準(zhǔn)》的理念和要求，教材為學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計了形式多樣的欄目，如“觀察與思考”“討論與交流”“資料活頁”等欄目，以及插圖、旁注等方式。教師在進行單元內(nèi)容分析時，要理解教材編寫者的編寫意圖，理解單元內(nèi)容和單元結(jié)構(gòu)的特點，理解教材中欄目、插圖的呈現(xiàn)目的，理解單元內(nèi)容所承載的核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)。以下是對“牛頓第一定律”章節(jié)內(nèi)容的教材分析（見表2）。

4.1.3 學(xué)情分析

學(xué)情分析是分析學(xué)生的實際情況，選擇適合學(xué)生能力水平的教學(xué)方式，設(shè)計符合學(xué)生認(rèn)知傾向的教學(xué)活動，可以有效地提高教學(xué)效果。學(xué)情分析包括對學(xué)生的生理與心理特點、認(rèn)知基礎(chǔ)和經(jīng)驗、可能會遇到的困難等方面的分析。學(xué)情分析的方法包括：根據(jù)積累的教學(xué)經(jīng)驗進行分析的經(jīng)驗分析法；根據(jù)學(xué)生資料（如筆記本、練習(xí)、試卷等）及教學(xué)資料（如以往教案、教學(xué)反思等）進行分析的資料分析法；根據(jù)調(diào)查問卷、前測試題結(jié)果進行分析的前測法；根據(jù)與學(xué)生、其他任課教師的訪談情況進行分析的訪談法等。

筆者根據(jù)學(xué)生的心理特點、認(rèn)知基礎(chǔ)等，綜合運用各種分析方法，得出“牛頓運動定律”單元的學(xué)情分析結(jié)果（見表3）。

4.2 教學(xué)設(shè)計

4.2.1 主題設(shè)計：為何要學(xué)此單元

單元主題是依據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》圍繞學(xué)科某一單元核心內(nèi)容組織起來的核心話題，是在分析課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容、學(xué)生情況等各方面的基礎(chǔ)上得出的，其體現(xiàn)了學(xué)科單元知識的發(fā)展與學(xué)科思想的深化，并能夠激勵學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)，促進學(xué)生素養(yǎng)的進階發(fā)展。通過上述分析，可以確定“牛頓運動定律”單元教學(xué)設(shè)計的主題是“牛頓運動定律”，核心概念是“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”，核心問題是“力與運動的關(guān)系”。

4.2.2 目標(biāo)設(shè)計：期望能學(xué)會什么

單元教學(xué)目標(biāo)是依據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求和教材內(nèi)容，融合單元主題所承載的學(xué)科知識、能力和方法，是結(jié)合學(xué)生情況和學(xué)習(xí)需求，多方論證生成的教學(xué)預(yù)判和假設(shè)。

單元教學(xué)目標(biāo)的確定要注意以下幾個方面：首先，要突出學(xué)生的主體性，從發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)和學(xué)科育人目標(biāo)的角度去考慮，幫助學(xué)生找到學(xué)習(xí)的重點，讓學(xué)生知道需要學(xué)什么，想要取得哪些收獲等；其次，要體現(xiàn)內(nèi)容的一致性，要與《課程標(biāo)準(zhǔn)》的教學(xué)內(nèi)容要求和教材的主要知識及學(xué)生實際情況等各方面相統(tǒng)一；再次，要指向思維的發(fā)展性，著重發(fā)展學(xué)生遷移應(yīng)用學(xué)科知識解決問題的能力；最后，要保證評價設(shè)置的可測性，評價目標(biāo)應(yīng)可檢測、可操作，能及時、準(zhǔn)確反饋教學(xué)效果及學(xué)習(xí)效果。

確定單元教學(xué)目標(biāo)路徑時可先構(gòu)建單元教學(xué)目標(biāo)，再分解課時目標(biāo)；也可先梳理課時目標(biāo)，再構(gòu)建單元教學(xué)目標(biāo)。無論采取何種路徑，都應(yīng)明確單元教學(xué)內(nèi)容的重點、難點，明確該單元需要學(xué)生了解什么、操作什么、理解什么、經(jīng)歷什么，然后尋找出突破的教學(xué)策略、教學(xué)手段、學(xué)習(xí)活動等。

本文中的“牛頓運動定律”單元采取先梳理課時目標(biāo)，再構(gòu)建單元教學(xué)目標(biāo)的路徑，設(shè)計的單元教學(xué)目標(biāo)如下。

（1）形成運動與相互作用的物理觀念，掌握牛頓運動定律的內(nèi)容及表達式，熟練運用其解決相關(guān)物理問題。

（2）經(jīng)歷超重、失重等概念模型的構(gòu)建過程，體會控制變量法和圖像法處理數(shù)據(jù)在物理研究中的意義，學(xué)會運用整體法和隔離法分析力學(xué)系統(tǒng)加速度問題。

（3）通過演示理想斜面實驗，探究a與F、m關(guān)系，探究作用力與反作用力關(guān)系，演示超重、失重實驗等，經(jīng)歷“問題、探究、解釋、交流”過程，提升科學(xué)探究能力。

（4）培養(yǎng)規(guī)范實驗操作的意識，滲透科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，通過對牛頓第一定律、牛頓力學(xué)的成就與局限性等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，樹立敢于質(zhì)疑、勇于探索創(chuàng)新的科學(xué)精神。

4.2.3 問題設(shè)計：讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生

讓學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)落地于課堂教學(xué)，實施素質(zhì)教育的關(guān)鍵是有效提高課堂效果；由于學(xué)生思維過程往往從問題開始，故問題的設(shè)計是提高課堂效率的重要環(huán)節(jié)。單元教學(xué)設(shè)計中，教師要精心設(shè)計問題，點燃學(xué)生的思維火花，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。學(xué)習(xí)問題的設(shè)計可以通過生活現(xiàn)象、實驗內(nèi)容、實驗現(xiàn)象，也可以通過教育技術(shù)方式（如視頻、動畫等）進行，還可以通過歷史故事、生活案例等素材進行。

學(xué)習(xí)問題的設(shè)計應(yīng)注意設(shè)計的問題要指向明確、適當(dāng)開放，確保學(xué)生思維積極有效；要基于學(xué)生實際情況、難度適當(dāng)，能激發(fā)學(xué)生深度思考；要挖掘教材內(nèi)容，聯(lián)系實際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；應(yīng)富有邏輯，層層遞進，引導(dǎo)學(xué)生思維逐步深入。以下是對“牛頓運動定律”單元教學(xué)設(shè)計的學(xué)習(xí)問題（見表4）。

4.2.4 活動設(shè)計：讓物理回歸生活

學(xué)習(xí)活動是通過規(guī)定學(xué)生要完成的學(xué)習(xí)任務(wù)和實現(xiàn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)等，引發(fā)學(xué)生自我認(rèn)知和思維的一種方式。學(xué)生在教師指導(dǎo)下開展自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，激發(fā)自身學(xué)習(xí)的積極性和主動性，最終實現(xiàn)學(xué)習(xí)最優(yōu)化的目的。學(xué)習(xí)活動是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的有效途徑，學(xué)習(xí)過程應(yīng)該回歸到親身實踐、主動探究、深度思考、理性提升的充滿活力的育人軌道上。

優(yōu)秀的單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計應(yīng)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂的教學(xué)效果。優(yōu)秀的單元學(xué)習(xí)活動設(shè)計應(yīng)具備以下特點：首先，具有情境化的挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中能調(diào)動、激活以往的知識經(jīng)驗，提出有探究價值的物理問題，并能以問題為導(dǎo)向進行科學(xué)探究活動，達成提升深度思維的目的；其次，能夠讓學(xué)生積極開展合作交流，經(jīng)歷“問題、探究、應(yīng)用、遷移、創(chuàng)新”的知識形成過程和應(yīng)用過程，達成內(nèi)化學(xué)生情感的目的；最后，能夠讓學(xué)生以融會貫通的方式對學(xué)習(xí)內(nèi)容進行構(gòu)建、重組，達成使學(xué)生知識系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的目的。以下是對“牛頓運動定律”單元教學(xué)所設(shè)計的學(xué)習(xí)活動（見表5）。

4.2.5 策略設(shè)計：需要怎樣的學(xué)習(xí)

單元教學(xué)策略設(shè)計就是教師根據(jù)單元教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)者特征、教學(xué)媒體和學(xué)習(xí)環(huán)境等，考慮選擇哪種教學(xué)方法，確定哪種教學(xué)程序和組織形式，從而解決教師“如何教”和學(xué)生“如何學(xué)”的問題。

李秉德教授根據(jù)學(xué)生認(rèn)識活動的特點，將教學(xué)方法進行如下分類：以語言傳遞信息為主的方法，即講授法、談話法、討論法、讀書指導(dǎo)法等；以直接感知為主的方法，即演示法、參觀法等；以實際訓(xùn)練為主的方法，即練習(xí)法、實驗法、實習(xí)作業(yè)法等；以欣賞活動為主的教學(xué)方法，即陶冶法等；以引導(dǎo)探究為主的方法：即發(fā)現(xiàn)法、探究法等。^［5］以下是“牛頓運動定律”單元教學(xué)設(shè)計的學(xué)習(xí)策略（見表6）。

4.3 教學(xué)評價

4.3.1 學(xué)習(xí)評價：如何知道學(xué)會了

教學(xué)評價是依據(jù)教學(xué)目標(biāo)對教學(xué)過程及結(jié)果進行價值判斷，同時評價結(jié)果又為教學(xué)決策服務(wù)的活動過程；教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)評價的標(biāo)尺，教學(xué)評價則為教學(xué)目標(biāo)的調(diào)整提供反饋。教學(xué)評價包括對教學(xué)過程中教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法手段、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)管理等因素的評價，主要是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果和教師教學(xué)過程的評價。

針對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價要堅持以下原則：首先，要堅持持續(xù)性評價，即評價應(yīng)貫穿單元學(xué)習(xí)始終，包括課前、課中和課后，對單元學(xué)習(xí)目標(biāo)達成情況進行測查，起到監(jiān)測與調(diào)控學(xué)習(xí)過程、反饋與指導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容的作用；其次，要強化形成性評價，即教師要選有意義、有價值的學(xué)習(xí)活動進行學(xué)習(xí)表現(xiàn)評價，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)行為，關(guān)注教師指導(dǎo)學(xué)習(xí)行為的有效性；最后，要探索增值性評價，即教師要關(guān)注學(xué)生群體和個體在學(xué)習(xí)過程中的增值表現(xiàn)，進行評價、激勵和指導(dǎo)。

單元學(xué)習(xí)評價要根據(jù)單元教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生學(xué)習(xí)情況等因素來綜合考慮設(shè)計評價任務(wù)、制定評價量表，通過學(xué)生完成任務(wù)的情況來評估其知識、能力發(fā)展水平。在“牛頓運動定律”單元教學(xué)設(shè)計中，當(dāng)學(xué)生完成對牛頓第二定律的學(xué)習(xí)后，筆者布置了“應(yīng)用簡單的器材制作加速度測量儀”的課后作業(yè)，同時制定了相應(yīng)的學(xué)習(xí)評價量表（見表7）。

4.3.2 學(xué)后反思：怎樣去管理學(xué)習(xí)？

學(xué)習(xí)的主體是學(xué)生，教師不能也不應(yīng)該替代學(xué)生進行學(xué)習(xí)，教師應(yīng)教會學(xué)生如何學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生做學(xué)習(xí)的管理者。學(xué)后反思是學(xué)習(xí)過程的重要環(huán)節(jié)，教師應(yīng)設(shè)計好反思支架和反思路徑，讓學(xué)生去感悟、思考已學(xué)的內(nèi)容，將知識轉(zhuǎn)化為能力，進而將能力內(nèi)化為素養(yǎng)。例如，以單元為整體設(shè)計鞏固類、檢測類、提高類和拓展類作業(yè)，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)效果；指導(dǎo)學(xué)生運用思維導(dǎo)圖等手段進行知識整理，構(gòu)建知識體系，從而提高學(xué)習(xí)效率。

5 結(jié)語

提倡單元教學(xué)設(shè)計并不是忽視課時教學(xué)，單元教學(xué)設(shè)計最終還是落實于課時教學(xué)。單元教學(xué)設(shè)計是從更高站位對教學(xué)內(nèi)容進行整體審視與規(guī)劃，基于核心概念視域?qū)虒W(xué)內(nèi)容進行重組、構(gòu)建，并將相對割裂、碎片化的知識有效整合起來，從而促進教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，最終達成培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

參考文獻

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