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單元再建構(gòu):在知識結(jié)構(gòu)中教與學(xué)
——以“等腰三角形”單元教學(xué)實(shí)踐為例

2018-03-10 05:46:10施俊進(jìn)
初中生世界 2018年8期
關(guān)鍵詞:性質(zhì)建構(gòu)教學(xué)

■施俊進(jìn)

一、問題的提出

在當(dāng)前的初中數(shù)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀中,教師更多的是先教單課,而后再利用單元復(fù)習(xí)等,來對前面的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行總結(jié)、歸納、提升,走的是“先分后總”的歸納之路,行的是“先樹木,后森林”的邏輯程序。這種教學(xué)的弊端是顯而易見的——學(xué)生難以把多個(gè)“單體”的“知識點(diǎn)”有機(jī)地聯(lián)系起來,每一個(gè)知識點(diǎn)都是一個(gè)零碎的“原子”,呈碎片化狀態(tài),很不利于識記、理解、運(yùn)用,也難以讓學(xué)生較好地“帶得走”。

建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)的本質(zhì)是個(gè)體積極主動(dòng)的自主建構(gòu)過程,學(xué)習(xí)的內(nèi)容不僅包括非結(jié)構(gòu)性知識,而且包括結(jié)構(gòu)性知識(結(jié)構(gòu)性知識是喬納森劃分的學(xué)習(xí)類型之一,指習(xí)得概念或命題的多樣性而又相互關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò))。而處于某種聯(lián)系中的知識往往能讓學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)一種“情境記憶”,它實(shí)際上處于一種框架式的或者聯(lián)系式的記憶之中,記住一點(diǎn)就能帶出許多,這樣的學(xué)習(xí)就是真正的“活”的學(xué)習(xí)。

二、在結(jié)構(gòu)中教與學(xué)

“結(jié)構(gòu)決定功能,結(jié)構(gòu)決定效率”“結(jié)構(gòu)一變,活水自然來”。對數(shù)學(xué)教材進(jìn)行“再建構(gòu)”,它所引發(fā)的教學(xué)功能是不可小覷的。管理學(xué)大師熊彼特將“生產(chǎn)要素的重新組合”稱為“建立新的生產(chǎn)函數(shù)”,還視之為創(chuàng)新的根本。“單元再建構(gòu)”就是相關(guān)的“生產(chǎn)要素的重新組合”。“萬變不離其宗”,還是要在“生產(chǎn)要素的重新組合”上發(fā)力,在“單元再建構(gòu)”上做文章。

例如,學(xué)習(xí)“等腰三角形”(北師大版《義務(wù)教育教科書·數(shù)學(xué)》八年級上冊)時(shí),按常規(guī)教學(xué),是將等腰三角形的內(nèi)容分四課時(shí)進(jìn)行(依次為等腰三角形的性質(zhì)、性質(zhì)的運(yùn)用、等邊三角形和等腰三角形的判定),最后復(fù)習(xí)(綜合應(yīng)用)。這是先讓學(xué)生學(xué)習(xí)“部分”,而后到“整體”的方法。這是根據(jù)北師大版“螺旋式”上升的特點(diǎn),逐步將學(xué)生的推理能力由合情推理上升為演繹推理。

尤其是“等腰三角形”第一課時(shí),先證明“兩角及其中一角的對邊對應(yīng)相等的兩個(gè)三角形全等”,再根據(jù)全等三角形的定義得到“全等三角形的對應(yīng)邊相等、對應(yīng)角相等”,然后再研究等腰三角形性質(zhì)的證明。

顯然,這樣的做法是“教教材”,而不是“用教材教”。首先,全等三角形的判定方法“AAS”和性質(zhì)放在此處,明顯將全等三角形的知識體系割裂開來,不利于學(xué)生在整體上掌握全等三角形;其次,在研究等腰三角形時(shí),花一定的時(shí)間具體研究全等三角形的判定和性質(zhì),必然會(huì)沖淡主題(等腰三角形);第三,就知識而言,學(xué)生在小學(xué)就已知道等腰三角形的定義及相關(guān)概念,在七年級時(shí),已經(jīng)通過折紙的方式,知道了等腰三角形的性質(zhì)和等邊三角形的性質(zhì);第四,就能力而言,學(xué)生已初步掌握證明的基本方法并且具有初步的演繹推理能力(證明了平行線中的相關(guān)結(jié)論),而“等腰三角形”這一節(jié)的證明都是基本要求,難度不大。

2017年12月25日,在蘭州市實(shí)驗(yàn)區(qū)李庾南“自學(xué)·議論·引導(dǎo)”教學(xué)法實(shí)驗(yàn)工作推進(jìn)會(huì)中,筆者執(zhí)教了“等腰三角形”一課。考慮到“等腰三角形的知識結(jié)構(gòu)”,即“研究幾何圖形的基本套路”(定義、表示、性質(zhì)和判定),筆者采用了反常規(guī)的教學(xué)方法,首先幫助學(xué)生建立知識體系框架,即形成“整體”知識,后續(xù)再讓學(xué)生站在知識“整體”的高度,自主而深入地研究知識整體的各個(gè)“局部”,根據(jù)以下教學(xué)目標(biāo)重新組織了教學(xué)內(nèi)容,取得與會(huì)專家的高度評價(jià)。

教學(xué)目標(biāo):(1)在利用實(shí)驗(yàn)操作獲得對等腰三角形性質(zhì)的感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上,通過推理論證培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神,提高推理論證能力;(2)經(jīng)歷等腰三角形的性質(zhì)和判定的證明與探索過程,豐富學(xué)習(xí)感受,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

顯然,教學(xué)重點(diǎn)是等腰三角形的性質(zhì)、判定的證明和數(shù)學(xué)化(用符號表示);教學(xué)難點(diǎn)是將實(shí)驗(yàn)操作獲得的感性認(rèn)識進(jìn)行理性概括。

具體教學(xué)過程(簡略)是這樣的:

環(huán)節(jié)一 起始階段

師:(1)認(rèn)識這兩個(gè)幾何圖形吧?它們有什么區(qū)別?(2)什么樣的三角形叫作等腰三角形?如何用符號表示?

追問:你知道“有兩邊相等”是什么意思嗎?“有兩邊相等”與“只有兩邊相等”有何不同?

意圖:采用全班學(xué)習(xí)的形式,通過與一般三角形對比,不僅揭示等腰(邊)三角形的圖形特征,而且滲透三角形的分類,明確研究的對象(等腰三角形和等邊三角形),為進(jìn)一步研究等邊三角形的性質(zhì)打好伏筆。

環(huán)節(jié)二 探究階段

師:等腰三角形作為三角形,具有一般三角形的一切性質(zhì)。具有哪些性質(zhì)?因?yàn)榈妊切蔚倪呌刑厥獾臄?shù)量關(guān)系(相等),那么大家已經(jīng)知道等腰三角形有哪些特殊的性質(zhì)了吧?

追問:大家是怎么知道等腰三角形的這些特殊性質(zhì)的?

生1(展示并講解):將等腰三角形紙片對折后,折痕兩側(cè)部分完全重合,兩個(gè)底角也完全重合,說明等腰三角形是軸對稱圖形,而且等腰三角形的兩個(gè)底角相等(等邊對等角);頂角、底邊在折痕兩側(cè)部分也完全重合,說明折痕既是頂角平分線,又是底邊上的中線;而折痕與底邊組成的兩個(gè)角也完全重合,就是相等,又因?yàn)樗鼈兤闯闪艘粋€(gè)平角,所以都是直角,那么折痕也是底邊上的高,所以三線合一。

師:折紙是實(shí)驗(yàn)操作。通過折紙,我們發(fā)現(xiàn)了這些命題。那么這些命題到底成立不成立呢?是不是所有的等腰三角形的兩個(gè)底角都相等?你是如何判斷將等腰三角形對折后兩邊能完全重合的?實(shí)驗(yàn)操作得到的結(jié)果是不是一定成立呢?

生(全體):不一定成立。要證明!

師:實(shí)驗(yàn)操作得到的命題不一定成立,我們必須通過推理的方法,從“兩腰相等”這個(gè)條件出發(fā),有理有據(jù)推出這些結(jié)論。

意圖:通過個(gè)人學(xué)習(xí)(回顧“知道了什么”,提取頭腦中的知識鏈,即回顧由實(shí)驗(yàn)得到的等腰三角形的性質(zhì))、全班學(xué)習(xí)(交流“怎么知道的”,即交流、概括實(shí)驗(yàn)與推理的關(guān)系),讓學(xué)生的注意力迅速高度集中,明確研究的具體內(nèi)容,提高學(xué)生自主獲取、自主建構(gòu)、自我發(fā)展、自我超越的熱情和能力。

環(huán)節(jié)三 推理論證階段

師:如何證明“等腰三角形是軸對稱圖形”“等邊對等角”和“三線合一”?這些命題的題設(shè)和結(jié)論分別是什么?請結(jié)合圖形,說出“已知”和“求證”分別是什么?(學(xué)生在獨(dú)立思考后,再小組交流,最后全班交流)

生2:作頂角平分線AD,則可證明△ABD≌△ACD(SAS),說明將等腰三角形紙片沿頂角平分線AD對折后,折痕兩側(cè)部分完全重合,所以等腰三角形是軸對稱圖形;同時(shí)由全等三角形的性質(zhì)可知∠B=∠C,BD=CD,∠ADB=∠ADC,又∠ADB+∠ADC=180°,所以∠ADB=∠ADC=90°,從而AD既是底邊上的中線,又是底邊上的高。

師:你們是怎么想到這種方法的?

生3:我們在折紙時(shí)發(fā)現(xiàn)那折痕就是等腰三角形的頂角平分線。

師:折紙(實(shí)驗(yàn)操作)不僅讓我們發(fā)現(xiàn)了命題,而且為我們提供了證明思路。還有什么方法可以得到以上的結(jié)論?

生4:作底邊上的高AD,則可證明△ABD≌△ACD(HL)……

生5:作底邊上的中線AD,則可證明△ABD≌△ACD(SSS)……

說明:構(gòu)造全等三角形,再利用全等三角形的性質(zhì)證明了等腰三角形的這些性質(zhì)。這為我們以后證明邊和角相等提供了新的理論依據(jù)。

意圖:采用先個(gè)人學(xué)習(xí),再小組學(xué)習(xí),最后全班學(xué)習(xí)的形式,學(xué)生在個(gè)人學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,自由地發(fā)表見解,交流討論,拓展探究,按照“如何證明軸對稱性質(zhì)→須證被某直線分成的兩三角形全等→怎樣構(gòu)造這個(gè)三角形→全等的理由→推理過程”的思路進(jìn)行推理論證,獲得了等腰三角形性質(zhì)的知識結(jié)構(gòu),提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)和自覺學(xué)習(xí)的深度和廣度。同時(shí)讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)操作只是發(fā)現(xiàn)了命題(或提供了證明的思路),但命題是否正確必須要根據(jù)條件有理有據(jù)地推出結(jié)論,培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和科學(xué)精神。

環(huán)節(jié)四 歸納總結(jié)階段

師:如何用符號語言表示等腰三角形的兩個(gè)底角相等(等邊對等角)?

生6:△ABC中,∵AB=AC,∴∠C=∠B。

師:就是將上面的“已知”與“求證”分別改為“∵”和“∴”,以后可直接使用,不必再構(gòu)造全等三角形并且證明三角形全等了。通過以上的證明,我們發(fā)現(xiàn)命題“三線合一”包含了哪幾個(gè)命題?也就是說,AD具備哪些性質(zhì)就必定具有其他性質(zhì)?請大家用符號表示。(學(xué)生獨(dú)立思考后,全班交流。)

生7:△ABC中,∵AB=AC,AD平分∠BAC,∴AD⊥BC于D,BD=DC。這表明等腰三角形的頂角平分線既是底邊上的中線,又是底邊上的高。

生8:△ABC中,∵AB=AC,AD⊥BC于D,∴BD=DC,AD平分∠BAC。這表明等腰三角形的底邊上的高既是底邊上的中線,又是頂角平分線。

生9:△ABC中,∵AB=AC,BD=DC,∴AD⊥BC于D,AD平分∠BAC。這表明等腰三角形的底邊上的中線既是底邊上的高,又是頂角平分線。

意圖:通過全班交流(適時(shí)小組學(xué)習(xí)),歸納總結(jié)等腰三角形的性質(zhì)(研究性質(zhì)定理的題設(shè)和結(jié)論以及符號表達(dá),即將性質(zhì)數(shù)學(xué)化),尤其將“三線合一”性質(zhì)細(xì)化為三個(gè)命題,進(jìn)一步深化對性質(zhì)的理解,為正確運(yùn)用性質(zhì)奠定基礎(chǔ)。

環(huán)節(jié)五 完善對等腰三角形性質(zhì)的認(rèn)識階段

師:三邊都相等的三角形是等邊三角形,那么等邊三角形有什么性質(zhì)呢?

生10:和等腰三角形一樣,等邊三角形也是軸對稱圖形,兩底角也相等,也就有“三線合一”性。

生11:等邊三角形的三個(gè)內(nèi)角都相等,并且都是等于60°。

師:你是怎么得到的?

生 12:∵AB=AC,∴∠C=∠B;∵AC=CB,∴∠A=∠B,∴∠A=∠B=∠C,又∵∠A+∠B+∠C=180°,∴∠A=∠B=∠C=60°。

師:大家能具體說下等邊三角形“三線合一”性質(zhì)嗎?(學(xué)生獨(dú)立思考后,再全班交流)

生13:等邊三角形的任一邊上的高、中線和該角平分線相互重合。

生14:等邊三角形的任一角的平分線和該角對邊上的高、中線相互重合。

師:“等邊對等角”是指在同一個(gè)三角形中,由邊相等可以轉(zhuǎn)化為角相等,由此你想到了什么?

生15:我想到了“等角對等邊”。

師:你是逆向思考。“等角對等邊”具體是什么意思?如何證明?

(眾生靜思)

師:要判定一個(gè)三角形是等腰三角形,只能根據(jù)等腰三角形的定義,這就是說:已知∠B=∠C,證明△ABC的兩邊相等(即AB=AC)。如何證明AB=AC呢?

生16:構(gòu)造全等三角形,如圖,作輔助線AD。

師:要證明△ABD≌△ACD,已經(jīng)具備什么條件,還要增加什么條件?

(學(xué)生先獨(dú)立思考,再小組交流,最后全班交流)

生17:要證明△ABD≌△ACD,已經(jīng)具備一邊AD和一角∠C=∠B,若增加條件:AD平分∠BAC,根據(jù)“AAS”可證,從而得AB=AC。

生18:若AD是BC邊上的高,根據(jù)“AAS”可證,從而得AB=AC。

生19:若AD是BC邊上的中線,卻不能證明△ABD≌△ACD,因?yàn)檫@是“SSA”,不能判定三角形全等。

師:“SSA”不能判斷三角形全等,在這里是可以證明△ABD≌△ACD的,但需要證明三次三角形全等,留給大家課后思考。通過猜想、證明,我們得到等腰三角形的判定定理“有兩個(gè)角相等的三角形是等腰三角形(等角對等邊)”,請大家用符號語言表示。(生答:△ABC中,∵∠C=∠B,∴AB=AC)

師:剛才我們由“等邊對等角”逆向思考,想到了“等角對等邊”,說明了在同一個(gè)三角形中,相等的邊和相等的角可以相互轉(zhuǎn)化。由“等邊對等角”,你還能想到什么呢?

生20:我想到“大邊對大角”。

……

師:是否正確?若正確,如何證明?留給大家課后思考。

意圖:采用個(gè)人學(xué)習(xí)、全班學(xué)習(xí)的方式,引導(dǎo)學(xué)生回到等邊三角形的定義,說出等邊三角形的性質(zhì),完善了對等腰三角形的性質(zhì)的認(rèn)識。通過“由等邊對等角,你想到了什么?”引導(dǎo)學(xué)生積極思考,不僅得到同一個(gè)三角形中,“等邊=等角”,拓展了知識結(jié)構(gòu),而且思維跳躍到延學(xué)內(nèi)容“大邊=大角”。

環(huán)節(jié)六 反思總結(jié)階段

引導(dǎo)學(xué)生圍繞問題思考:(1)我們是如何研究等腰三角形的?(2)在研究的過程中,體會(huì)到哪些重要的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)或?qū)W習(xí)方法?

師生共同總結(jié):(1)通過實(shí)驗(yàn)操作只是得到命題或提供命題的證明思路。為此,用推理的方法,由條件有理有據(jù)地推出結(jié)論;(2)一般研究幾何圖形的內(nèi)容為定義、表示法、性質(zhì)和判定;(3)等腰三角形的“等邊對等角”和“等角對等邊”就是將同一個(gè)三角形中邊的相等關(guān)系與角的相等關(guān)系相互轉(zhuǎn)化。

環(huán)節(jié)七 課外作業(yè)

1.閱讀教材,完成教材隨堂練習(xí)。

2.在△ABC中,AB>AC,求證:∠C>∠B。

3.在△ABC中,∠B=∠C,AD是BC邊上的中線。求證:AB=AC。

附:板書設(shè)計(jì)。

三、對“單元再建構(gòu)”的幾點(diǎn)思考與說明

1.“學(xué)材”,簡單地說就是學(xué)習(xí)材料,或者說是學(xué)習(xí)資源。

這些“學(xué)材”都是在一段時(shí)間內(nèi)相對穩(wěn)定的、靜態(tài)的、可視的學(xué)習(xí)材料。實(shí)際上“學(xué)材”還包含在某段時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)生變化的、動(dòng)態(tài)的、隱蔽的學(xué)習(xí)材料。如學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、教師的教學(xué)情感、教學(xué)經(jīng)驗(yàn),學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、師生關(guān)系等。課堂教學(xué)中如何用好那些會(huì)發(fā)生變化的、動(dòng)態(tài)的、隱蔽的學(xué)習(xí)材料(尤其是學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)),對“學(xué)生所學(xué)的知識能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)化”起著重要的作用。

2.“單元再建構(gòu)”是“學(xué)材再建構(gòu)”的基本表現(xiàn)形式,就是根據(jù)數(shù)學(xué)知識發(fā)生的規(guī)律及其內(nèi)在聯(lián)系、學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)與可達(dá)到的高度以及思維發(fā)展能力,將學(xué)材分為單元或知識模塊,分課時(shí)實(shí)施,以從整體上達(dá)成教學(xué)要求,優(yōu)化思維品質(zhì),習(xí)得學(xué)習(xí)方法,陶冶生命情操。

這樣的“單元再建構(gòu)”(將研究幾何圖形的內(nèi)容“定義、表示法、性質(zhì)和判定”作為一個(gè)單元)的本質(zhì)就是將相關(guān)知識點(diǎn)納入一個(gè)結(jié)構(gòu)或框架中,使習(xí)得的知識結(jié)構(gòu)化、能力結(jié)構(gòu)化。(結(jié)構(gòu)性能力是指一種個(gè)體或組織的綜合能力、整合能力,并且是結(jié)構(gòu)性的、體系性的綜合能力)當(dāng)然,每個(gè)單元是更大結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)或小截面。顯然,單元再建構(gòu)不只是教師的行為,學(xué)生更應(yīng)成為單元再建構(gòu)的主體。這樣,才能直抵?jǐn)?shù)學(xué)核心素養(yǎng)。(整體建構(gòu)知識之間的關(guān)系,發(fā)展數(shù)學(xué)學(xué)力)

3.學(xué)材、學(xué)生決定學(xué)法,學(xué)材、學(xué)法影響生成。

把等腰三角形的“定義、表示法、性質(zhì)和判定”作為一個(gè)單元(結(jié)構(gòu))進(jìn)行教學(xué)(“單元再建構(gòu)”),是因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)知曉這些知識內(nèi)容。只不過如何實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)走向推理論證,同時(shí)通過推理論證培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神,提高推理論證的能力(學(xué)生已經(jīng)具備演繹推理的基本能力),這是“建構(gòu)”的目的。顯然,通過“單元再建構(gòu)”,保證了教學(xué)或課程資源的豐富;同時(shí)根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的實(shí)際反應(yīng),有機(jī)、靈活、交替地運(yùn)用個(gè)人學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)、全班學(xué)習(xí)的形式(可以直接進(jìn)行全班學(xué)習(xí)交流,也可以個(gè)人學(xué)習(xí)后直接進(jìn)行全班學(xué)習(xí)交流)來實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)。

根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容,靈活而交替地運(yùn)用“個(gè)人學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)、全班學(xué)習(xí)”的形式,保證了教學(xué)形式的活潑、教學(xué)結(jié)構(gòu)的靈活、教學(xué)氛圍的民主和活躍;同時(shí)保證了“生成是學(xué)生自己的事”。考慮到“等邊=等角”是反映同一個(gè)三角形中邊角之間相等的轉(zhuǎn)化關(guān)系的,在客觀世界中“相等”與“不相等”關(guān)系是普遍存在的,有時(shí)“相等”與“不等”之間既對立又可以相互轉(zhuǎn)化,再加上“等邊=等角”是證明“大邊=大角”的理論依據(jù),安排延學(xué)“大邊=大角”,既作為“等邊對等角”的應(yīng)用,又是對學(xué)生滲透“對立統(tǒng)一”“矛盾轉(zhuǎn)化”等辯證唯物主義觀點(diǎn)的教育,同時(shí)完善了等腰三角形的知識結(jié)構(gòu)。為此,通過“由等邊對等角,你想到了什么?”引導(dǎo)學(xué)生積極思考,不僅得到同一個(gè)三角形中“等邊=等角”,拓展了知識結(jié)構(gòu),而且思維跳躍到延學(xué)內(nèi)容“大邊=大角”。這樣重在生成知識,生成技能,生成思想方法,生成智慧,生成情感,生成學(xué)力,它們最終都指向于“學(xué)力有提升”。

“單元再建構(gòu)”就是把割裂的、碎片化的知識有效地連接起來,把問題解決的關(guān)鍵或問題的實(shí)質(zhì)揭示出來,使學(xué)生不僅知其然,而且知其所以然,知道知識之間的聯(lián)系,學(xué)生生成的不僅是知識和技能,而且還有方法和能力,更有情感和素養(yǎng)。“單元再建構(gòu)”就是“在結(jié)構(gòu)之中教知識”,或者說“讓學(xué)生所學(xué)的知識能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)化”,這顯然是數(shù)學(xué)教學(xué)涵育學(xué)生核心素養(yǎng)的重要方向和主要途徑。這就像是一串串的葡萄,因?yàn)橛衅咸烟僭谄鸫?lián)作用,拎起來就不是一顆一顆的葡萄,而是一串串的、可以輕松“帶得走”的葡萄。

本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”初中專項(xiàng)重點(diǎn)資助課題“初中數(shù)學(xué)‘學(xué)材再建構(gòu)’研究”(課題編號:E-a/2016/06)研究成果之一。

[1]李庾南.“自學(xué)·議論·引導(dǎo)”教學(xué)法[M].北京:人民教育出版社,2013(7).

[2]李庾南,陳育彬.中學(xué)數(shù)學(xué)新課程教學(xué)設(shè)計(jì)30例[M].北京:人民教育出版社,2007(6).

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