



摘" 要:針對計算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)中存在的痛點問題,貫徹“以學(xué)生為中心、以能力為導(dǎo)向、以價值為引領(lǐng)”的教學(xué)理念,按照“基礎(chǔ)—提升—拔高”構(gòu)建三層次進(jìn)階式教學(xué)內(nèi)容,依托超星學(xué)習(xí)通實施“三五十”混合式教學(xué),結(jié)合專業(yè)優(yōu)勢設(shè)計多學(xué)科融合賦能式課后實踐,創(chuàng)新以學(xué)促學(xué)應(yīng)用式成果反哺,并建立多維評價反饋體系。連續(xù)四屆的教學(xué)實踐數(shù)據(jù)表明,課程的創(chuàng)新和實踐提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度,增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果與綜合實踐能力。
關(guān)鍵詞:新工科;計算機(jī)圖形學(xué);數(shù)字媒體技術(shù);混合式教學(xué);微課
文章編號:1671-489X(2025)02-00-06
DOI:10.3969/j.issn.1671-489X.2025.02.0
1" 課程背景
1.1" 課程定位
計算機(jī)圖形學(xué)是四川工商學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程,共3學(xué)分,48學(xué)時,全部為理論課,是一門理論性和數(shù)學(xué)邏輯性較強(qiáng)的課程,旨在培養(yǎng)具有家國情懷,具備解決圖形生成和處理問題的綜合能力,且具有一定創(chuàng)新思維的新工科人才。課程主要研究如何利用計算機(jī)表示、生成、處理、顯示對物理世界的感知和交互,其技術(shù)被廣泛應(yīng)用于游戲、虛擬現(xiàn)實(VR)、數(shù)據(jù)可視化、工業(yè)制造等領(lǐng)域[1]。
1.2" 課程教學(xué)目標(biāo)
結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位、課程及學(xué)生特點,分別從知識、能力、素質(zhì)、育人和終身學(xué)習(xí)五個維度提出本課程的教學(xué)目標(biāo)。通過課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能記憶理解計算機(jī)圖形生成處理的基本算法原理和方法,具備運用變換原理分析圖形變換過程的能力,提升從事圖形生成處理相關(guān)崗位和解決復(fù)雜問題的綜合能力,形成實踐性、工程性、邏輯性、批判性、創(chuàng)新性高階思維,并樹立終身學(xué)習(xí)理念,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與可視化等相關(guān)內(nèi)容打下堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。
2" 學(xué)情分析
2.1" 學(xué)生特點
結(jié)合數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生實情,從學(xué)生對先修課程知識的學(xué)習(xí)、學(xué)生特性和興趣方面,分析學(xué)生的特點。在課程知識層面,學(xué)生雖然是首次接觸圖形生成、處理和顯示的圖形學(xué)理論內(nèi)容,但是已經(jīng)完成先行課的學(xué)習(xí),如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析等,還學(xué)習(xí)了基本的圖形圖像生成和處理軟件,所以對圖形圖像的基本概念、處理方法、齊次坐標(biāo)的應(yīng)用、圖形變換的基礎(chǔ)知識有一定的了解。在學(xué)生特性方面,數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)文理兼收,學(xué)生具有創(chuàng)意多、愛分享、懂技術(shù)的優(yōu)點,但在數(shù)學(xué)邏輯思維、理解能力、自主學(xué)習(xí)能力、時間規(guī)劃、算法分析以及問題的分析解決能力方面差異明顯。在興趣方面,大多數(shù)學(xué)生愛設(shè)計、輕理論,并且不擅長程序設(shè)計。
通過問卷調(diào)查、主題討論等反饋形式,收集到學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程過程中遇到的問題主要有三個:1)課程數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)度高,學(xué)生理解能力較低;2)課程知識點較多,學(xué)生學(xué)習(xí)時間較少;3)課程理論性較強(qiáng),學(xué)生興趣感較弱。
2.2" 教學(xué)痛點
結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和教學(xué)實踐情況,對收集的教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié),得到該課程目前的三個教學(xué)痛點。
痛點1:知識體系陳舊,與行業(yè)發(fā)展連接性較低
課程中涉及較多的經(jīng)典圖形生成、處理和顯示的算法原理,數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)作為新興專業(yè),如果只側(cè)重經(jīng)典算法的講解,忽略學(xué)生算法思維及其改進(jìn)創(chuàng)新的培養(yǎng),必然會造成與新技術(shù)的脫節(jié),與數(shù)媒體未來發(fā)展的行業(yè)需求不一致。
痛點2:深度互動不足,學(xué)科融合能力培養(yǎng)欠缺
課程內(nèi)容豐富,理論難度大,實踐性也很強(qiáng),學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容不易理解,課堂參與度不夠,容易出現(xiàn)學(xué)生厭學(xué)、教學(xué)低效等現(xiàn)象。如果只側(cè)重課程知識講解而忽略應(yīng)用,或缺少和學(xué)生感興趣課程的融合,很難實現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)的同向進(jìn)行。
痛點3:思政融入不足,知識能力素質(zhì)評價單一
課程內(nèi)容中缺少思政元素的融入,沒有體現(xiàn)思政教育貫穿教學(xué)全過程。過度關(guān)注對學(xué)生知識掌握的評價,缺少能力素質(zhì)目標(biāo)的達(dá)成度分析,評價方式單一。
3" 新工科背景下的課程教學(xué)創(chuàng)新舉措
在新工科背景下,基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”,將傳統(tǒng)課堂教學(xué)與線上信息化教學(xué)模式二者的優(yōu)勢相結(jié)合,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面進(jìn)行線上線下混合式教學(xué)研究和改革,對提高辦學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平具有重要的理論價值與現(xiàn)實意義[2]。
3.1" 構(gòu)建三層次進(jìn)階式教學(xué)內(nèi)容
為了凝練符合信息時代要求的教學(xué)資源,對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化梳理,細(xì)究各知識點的特點以及與思政元素的融合,構(gòu)建“基礎(chǔ)—提升—拔高”三層次進(jìn)階式教學(xué)和思政教育內(nèi)容[3],對其進(jìn)行線上線下分布,如圖1所示。層次化的教學(xué)內(nèi)容安排有益于學(xué)生弱化在單一課堂填鴨式教學(xué)中的被動性,提升教學(xué)體驗,也有益于教師擺脫有限學(xué)時對于知識傳授的限制,充分發(fā)揮碎片化學(xué)習(xí)的優(yōu)勢。
第一層次為基礎(chǔ),主要幫助學(xué)生加深對計算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)理論、算法原理等知識的理解記憶,包括經(jīng)典問題,例如:直線、圓弧、多邊形等基本圖形的生成、填充以及裁剪算法,圖形的空間變換,曲線曲面的造型技術(shù),等等。同時注重學(xué)生價值觀的引領(lǐng),將家國情懷、社會責(zé)任、科學(xué)精神和道德品格融入課堂教學(xué)。該層次以線下探究教學(xué)為主、線上自主學(xué)習(xí)為輔。
第二層次為提升,重點培養(yǎng)學(xué)生對計算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)問題的分析解決能力,包括對經(jīng)典算法的改進(jìn)、利用基礎(chǔ)理論解決圖形學(xué)的相關(guān)問題、結(jié)合專業(yè)優(yōu)勢展示對圖形學(xué)相關(guān)內(nèi)容的理解、新算法的自主學(xué)習(xí)等,同時注重關(guān)注學(xué)生個人發(fā)展與事業(yè)準(zhǔn)備,將職業(yè)精神、團(tuán)隊合作、終身學(xué)習(xí)融入教學(xué)過程。該層次以線下自主練習(xí)為主、線上答疑解惑為輔。
第三層次為拔高,讓學(xué)生了解計算機(jī)圖形學(xué)與當(dāng)前主流新技術(shù)相交叉的前沿知識,如虛擬現(xiàn)實、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、模式識別等,同時為學(xué)生提供圖形編程的案例,給出基礎(chǔ)實驗(如三角形的繪制、立方體的旋轉(zhuǎn)等)和擴(kuò)展實驗(如粒子系統(tǒng)、延遲渲染等),同時注重學(xué)生高階思維的培養(yǎng),將實踐性、創(chuàng)新性、工程性、邏輯性思維融入學(xué)習(xí)全過程。該層次以線上拓展資源為主、線下經(jīng)典案例為輔。
在分層次規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容的同時,從圖形渲染管線的視角重構(gòu)課程理論體系,將整個課程內(nèi)容劃分為五篇,即基礎(chǔ)篇、應(yīng)用程序篇、幾何處理篇、光柵化篇、高級篇,將傳統(tǒng)理論和圖形新發(fā)展結(jié)合起來,既包括經(jīng)典的圖形生成、造型技術(shù),也包括真實感圖形學(xué)的光照模型等。這些內(nèi)容不僅體現(xiàn)了經(jīng)典算法,還包括一些新的算法,如實時光線追蹤、法線貼圖、實時動態(tài)陰影等,以此構(gòu)建系統(tǒng)完整的理論體系。
3.2" 實施“三五十”混合式教學(xué)
課程創(chuàng)新將信息技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合,建立一個線上線下相結(jié)合的立體化教學(xué)模式,有助于拓展課程教學(xué)的深度和廣度,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性。整個教學(xué)中,貫徹“以學(xué)生為中心、以能力為導(dǎo)向、以價值為引領(lǐng)”的教學(xué)理念,通過問題為引領(lǐng)、任務(wù)為驅(qū)動、多元評價相結(jié)合的課程實施方式,做到“學(xué)有目標(biāo)、思有方法、習(xí)有資源、疑能解答、拓有引領(lǐng)”。構(gòu)建“三五十”混合式教學(xué)模式,具體如圖2所示,把整個教學(xué)過程分為“三段”(課前、課中和課后三段式課堂教學(xué)閉環(huán))、“五環(huán)”(五個課堂教學(xué)實施環(huán)節(jié))、“十步”(十個教學(xué)步驟)。其中,課前導(dǎo)學(xué)注重學(xué)生的學(xué)情分析,課中研學(xué)實現(xiàn)有效的課堂互動,課后思學(xué)完成個性化輔導(dǎo)[4]。同時,課前注重學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng),課中通過講清理論背后的故事、引入情境案例、注重學(xué)科關(guān)聯(lián)實現(xiàn)價值觀的引領(lǐng)和高階思維的培養(yǎng)等,課后注重學(xué)生團(tuán)隊合作能力的培養(yǎng)等。
3.3" 設(shè)計多學(xué)科融合賦能式課后實踐
在課后實踐拓展部分,注重本課程和其他課程(如數(shù)據(jù)可視化、二維動畫設(shè)計等)的融合,從作業(yè)結(jié)構(gòu)、形式、選擇和評價四個方面設(shè)計多學(xué)科融合的課后作業(yè)體系。在作業(yè)結(jié)構(gòu)方面,增加小組作業(yè),減少個人作業(yè)。在作業(yè)形式方面,除了傳統(tǒng)的主觀、客觀題型,新增資料的收集整理、思維導(dǎo)圖、知識可視化、微課設(shè)計和動畫制作等不同形式的作業(yè)。在作業(yè)選擇方面,把被動接受變?yōu)橹鲃舆x擇,個人作業(yè)內(nèi)容由教師指定,按照“班級盲選—小組盲選—組內(nèi)討論”的流程分別確定各個小組最終的作業(yè)主題。在作業(yè)評價方面,由教師評價、組間互評、組內(nèi)互評、自評四部分組成。新課后作業(yè)體系的構(gòu)建既能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和自我創(chuàng)造意識,又有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的素養(yǎng),還能幫助學(xué)生達(dá)成數(shù)媒學(xué)科融合的綜合能力培養(yǎng)目標(biāo)。
3.4" 創(chuàng)新以學(xué)促學(xué)應(yīng)用式成果反哺
在教學(xué)中,一方面借助學(xué)生專業(yè)優(yōu)勢,讓學(xué)生用所學(xué)知識呈現(xiàn)對新知識的理解;另一方面借助學(xué)生創(chuàng)新的學(xué)習(xí)成果反哺教學(xué),幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)難點問題,實現(xiàn)以學(xué)促學(xué)。比如:采用可視化的方式展示計算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)內(nèi)容,幫助學(xué)生學(xué)會資料的收集、整理和呈現(xiàn),形成自己的知識圖譜;利用動畫制作技術(shù)完成本課程相關(guān)微課視頻的制作,其中在小組作業(yè)中,對于較難的算法,通過微課盲選讓學(xué)生以自己擅長的方式講解或者制作出來,選擇較好的學(xué)生成果放進(jìn)學(xué)習(xí)通的線上學(xué)習(xí)資源,有助于下一屆學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和拓展。教學(xué)成果反哺教學(xué)既可以加深學(xué)生對知識點的理解,提高對知識可視化的能力,又可以豐富線上的微課資源,有效地幫助其他學(xué)生更好地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。
4" 課程評價
課程評價是檢驗教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度的重要手段,課程創(chuàng)建多維學(xué)習(xí)效果評價反饋體系,包括診斷性評價、形成性評價和總結(jié)性評價,對學(xué)生課前、課中和課后各個環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)測,具體如圖3所示。
4.1" 診斷性評價
診斷性評價側(cè)重了解學(xué)生每次上課前的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備情況,占平時成績的10%、綜合成績的4%,重點關(guān)注學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)的情況,包括課程任務(wù)點(30%)、章節(jié)測驗(40%)、分組任務(wù)(20%)、主題討論(10%)。線上自主學(xué)習(xí)的成績直接由學(xué)習(xí)通學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)生成。
4.2" 形成性評價
形成性評價側(cè)重及時了解學(xué)生各個階段的學(xué)習(xí)結(jié)果和進(jìn)展情況、存在的問題等,占平時成績的90%、綜合成績的36%,分別從課堂練習(xí)(30%)、階段性測驗(30%)、課后作業(yè)(40%)三個方面了解各階段學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況。課堂練習(xí)主要考核學(xué)生在課堂中回答問題、參與課堂互動、整理課堂筆記、獨立完成課堂練習(xí)的能力,成績由課堂管理、課堂互動、課堂探究、練習(xí)質(zhì)量、課堂筆記五部分組成。階段性測驗從教學(xué)內(nèi)容的三個階段考核學(xué)生對圖形學(xué)相關(guān)知識的記憶理解和應(yīng)用情況,在超星學(xué)習(xí)通中按照單選、多選、填空、判斷等評分標(biāo)準(zhǔn)給分。課后作業(yè)主要考核學(xué)生對圖形學(xué)相關(guān)知識的理解應(yīng)用與拓展情況,包括思維導(dǎo)圖、知識可視化、資料的收集與整理、微課的制作、動畫的制作。通過在學(xué)習(xí)通上發(fā)布分組任務(wù),完成動畫或微課的評價,其中教師評價占50%,組間互評占30%,組內(nèi)互評占10%,自評占10%。
4.3" 總結(jié)性評價
總結(jié)性評價側(cè)重了解整個教學(xué)活動的效果,主要通過期末閉卷考試考核學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用情況,占綜合成績的60%,卷面滿分100分。閱卷完成后對考試結(jié)果進(jìn)行分析,了解學(xué)生薄弱的知識點,為后續(xù)課程的開設(shè)提供參考意見。
5" 課程創(chuàng)新成效
5.1" 學(xué)生培養(yǎng)成效
以2019~2022級數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)評價反饋為例,最新問卷調(diào)查結(jié)果顯示,課程創(chuàng)新與實施成效顯著:學(xué)生學(xué)習(xí)參與度大幅提升,學(xué)習(xí)效果明顯改善,創(chuàng)新思維和綜合實踐能力均得到顯著增強(qiáng)。
5.1.1" 學(xué)生學(xué)習(xí)參與度大幅提升
1)幫助學(xué)生改變了學(xué)習(xí)習(xí)慣。2022級學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提升5.09%,學(xué)習(xí)靈活性提升14.57%,
很好地解決了知識點較多而學(xué)生學(xué)習(xí)時間較少的學(xué)習(xí)問題。
2)改變教學(xué)模式無形中提高了學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)興趣,解決了因為理論性較強(qiáng),學(xué)生興趣感較弱的問題,在教學(xué)模式的選擇上提升4.11%,在線上討論環(huán)節(jié)提升10.94%。
3)多學(xué)科融合的課后作業(yè)實踐得到學(xué)生的高度認(rèn)可。學(xué)生利用所學(xué)知識呈現(xiàn)對本課程的理解,實現(xiàn)以學(xué)促學(xué),成果應(yīng)用的選擇提升11.68%。同時提升了學(xué)生的學(xué)科融合能力和綜合實踐能力,其中團(tuán)隊協(xié)作能力提升14.06%,增強(qiáng)知識的理解提升11.81%,對問題的分析解決提升10.91%,等等,解決了數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)度較高而學(xué)生接受度較低的問題。
4)成果反哺教學(xué)的效果明顯。利用學(xué)生成果促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí),以學(xué)促學(xué)貫穿學(xué)生學(xué)習(xí)整個過程。98.73%的學(xué)生認(rèn)為以往學(xué)生的學(xué)習(xí)能夠有效地反哺教學(xué),超過70.00%的學(xué)生把成果用在課前自主學(xué)習(xí)、課中精準(zhǔn)反饋和課后復(fù)習(xí)鞏固,學(xué)生對以往成果的滿意度達(dá)到92.99%。
5.1.2" 學(xué)習(xí)效果明顯改善
1)目標(biāo)達(dá)成度較高。通過本課程的學(xué)習(xí),知識能力、素質(zhì)、育人目標(biāo)的平均達(dá)成度分別為70.20%、73.80%、87.00%,可以看出,教學(xué)評價綜合地考慮了學(xué)生知識、能力、素質(zhì)和育人多方面的情況,達(dá)成度較高,解決了思政融入不足,知識能力素質(zhì)評價單一的痛點問題。
2)線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)提升。對比2019~2022級數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生的課程線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)(圖4),可以發(fā)現(xiàn),學(xué)生在學(xué)習(xí)通中課程積分的最低分、最高分和線上學(xué)習(xí)平均分都有較明顯的增長。其中,2022級課程積分最低分平均分較前三屆分別增長56.17分、59.00分、11.42分,最高分平均分較前三屆分別增長171.00分、119.00分、11.25分,線上學(xué)習(xí)平均分的平均分較前三屆分別增長66.00分、56.33分、7.00分,學(xué)生教學(xué)參與度等得到極大的提升,解決了課堂深度互動不足、學(xué)科融合能力培養(yǎng)欠缺的痛點問題。
3)學(xué)生學(xué)習(xí)成績提升。對比2019~2022級學(xué)生的平時成績、期末成績、卷面及格率、綜合成績和綜合及格率,2022級期末成績平均分較2019~2021級分別提升1.75分、0.85分、0.75分,卷面及格率分別提升2.26%、4.39%、5.04%,說明創(chuàng)新的教學(xué)模式加強(qiáng)了學(xué)生的過程性管理,課程的總結(jié)性評價效果逐漸增強(qiáng)。
4)教學(xué)評價較高。在教學(xué)評價中,96%的學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容組織和過程實施滿意,解決了知識體系陳舊,與行業(yè)發(fā)展連接性較低的痛點問題。
5.1.3" 學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合實踐能力顯著增強(qiáng)
課程的組織和學(xué)習(xí)幫助學(xué)生提高了各方面的能力,包括團(tuán)隊協(xié)作能力、多學(xué)科知識的融合能力、對問題的分析解決能力、自主學(xué)習(xí)能力等,無形之中助推了學(xué)生數(shù)字媒體技術(shù)綜合能力的提升。學(xué)生將學(xué)科知識融合,遷移應(yīng)用于學(xué)科競賽,既體會到專業(yè)知識的實用性,更在綜合實踐中鍛煉了創(chuàng)新能力。同時,課程的組織和學(xué)習(xí)無形中影響著學(xué)生的價值觀,學(xué)生在學(xué)習(xí)期間參加各類紅色文化活動多次,綜合素質(zhì)也得到一定的提升。
5.2" 教師教研水平
從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新研究,促使教師對課程的教學(xué)理念、培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行反思與探討,對學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與總結(jié),無形中促進(jìn)了教師深入研究、實踐信息化時代的智慧教學(xué),激發(fā)了教師的潛能與協(xié)作意識,提高了教學(xué)團(tuán)隊的教學(xué)和科研水平。
5.3" 課程建設(shè)成效
從2021年開始,計算機(jī)圖形學(xué)課程開始借助超星學(xué)習(xí)通實現(xiàn)課程創(chuàng)新,截至2023年末,從課堂活動、章節(jié)數(shù)量、課程資料、題庫總數(shù)、討論區(qū)話題數(shù)量、課程訪問量和互動次數(shù)來看,都有很大的提升,目前課程訪問量達(dá)到1 333 597次,累計互動次數(shù)達(dá)到3 277次。由此可見,隨著課程創(chuàng)新的實施,豐富了課程的線上學(xué)習(xí)資源,實現(xiàn)了信息化技術(shù)與課堂教學(xué)的深度融合,對進(jìn)行學(xué)生線上學(xué)習(xí)評價提供了很好的數(shù)據(jù)支持。
6" 結(jié)束語
計算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)的創(chuàng)新與實施,對于數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的類似課程具有一定的示范效應(yīng),能夠發(fā)揮課程的輻射與帶動作用,給四川工商學(xué)院同類理論性較強(qiáng)的課程提供創(chuàng)新思路,也可以給校外其他相關(guān)聯(lián)的課程提供較好的參考。在后續(xù)的課程實施中將加強(qiáng)與圖形技術(shù)類課程的統(tǒng)籌規(guī)劃,并繼續(xù)積累和完善線上線下優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源,做到持續(xù)改進(jìn)。
7" 參考文獻(xiàn)
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