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材料力學(xué)課程的教學(xué)
材料力學(xué)課程的教學(xué)【1】

摘 要: 材料力學(xué)一直以來(lái)深受土木、機械等工程學(xué)科的重視,是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課。
但材料力學(xué)概念多、公式多、數學(xué)計算多,因此需要教師在教學(xué)中不斷改進(jìn)教學(xué)方法,提高教學(xué)質(zhì)量,以適應培養學(xué)生綜合能力的要求。
關(guān)鍵詞: 教學(xué)方法 教學(xué)質(zhì)量 綜合能力
材料力學(xué)研究桿件在荷載作用下的變形破壞規律,并分析計算構件的強度、剛度和穩定性,是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課。
但這門(mén)課程概念多、公式多、數學(xué)計算多,內容瑣碎而枯燥,為了適應培養學(xué)生綜合能力的要求,需要不斷改進(jìn)教學(xué)方法,提高教學(xué)質(zhì)量。
1.加強對緒論課的講授
良好的開(kāi)端是成功的一半。
“緒論”是材料力學(xué)課的總綱,重點(diǎn)強調材料力學(xué)來(lái)源于工程實(shí)際、服務(wù)于工程實(shí)際的本質(zhì),并通過(guò)具體事例配合多媒體演示的方式詳細介紹材料力學(xué)在工程實(shí)踐中的應用情況。
例如在介紹強度問(wèn)題時(shí),可以截取報紙等新聞媒體上的有關(guān)工程事故的報道,通過(guò)這些觸目驚心的畫(huà)面,使學(xué)生明白強度問(wèn)題在工程實(shí)踐中的重要意義。
再如壓桿穩定的提出,通過(guò)介紹19世紀最后25年,歐美發(fā)生過(guò)的最有影響的兩例失穩事故:美國阿什特比拉河上同名橋失穩事故和瑞士明漢斯太因村鐵路橋失穩事故。
使橋梁等結構設計由只強調強度設計,變?yōu)楸仨毧紤]強度、剛度與穩定性并重的更完善的體系。
這一方面說(shuō)明材料力學(xué)課程的性質(zhì)、目的和任務(wù),另一方面讓學(xué)生意識到要始終將理論與實(shí)踐相互結合,才能更好地解決工程問(wèn)題。
2.重視實(shí)驗教學(xué)
材料力學(xué)實(shí)驗作為理論教學(xué)的主要補充,對學(xué)生工程素質(zhì)的培養有很重要的影響。
在實(shí)驗環(huán)節要注重發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗中的主觀(guān)能動(dòng)性,避免機械式的驗證和演示。
例如在辨別低碳鋼和鑄鐵試件時(shí),可以鼓勵學(xué)生自己動(dòng)手通過(guò)多種方法辨識外形相同的實(shí)驗試件。
在做圓截面桿扭轉實(shí)驗時(shí),學(xué)生清晰地觀(guān)察到其失效斷裂是從外表面開(kāi)始的,不同材料的試件發(fā)生扭轉并失效斷裂的形式不一樣,要求學(xué)生觀(guān)察畫(huà)出斷口的形狀并結合理論知識加以解釋。
這樣既提高了學(xué)生的學(xué)習興趣,又與理論教學(xué)緊密聯(lián)系,取得了事半功倍的效果。
3.適當的教學(xué)方法
材料力學(xué)概念多、公式多,很多學(xué)生反映不能準確記憶公式,在教學(xué)中應注意運用比較法,將不同內容聯(lián)系在一起。
例如,在總結橫截面應力公式時(shí),比較各種基本變形可以得出如下規律:應力=內力·分布規律/幾何量。
這樣可以幫助學(xué)生記憶,達到良好的教學(xué)效果。
目前材料力學(xué)教學(xué)一般先介紹各種基本變形相應的變形破壞規律,因此教師每講完一章后,可以對章節內容進(jìn)行歸納總結。
以軸向拉壓為例,可建立起“外力—內力—應力—變形—強度—剛度”的基本解題主線(xiàn),通過(guò)這條主線(xiàn),在以后學(xué)習其他基本變形時(shí),學(xué)生能夠從整體上掌握基本變形的要求,提高解決工程問(wèn)題的力學(xué)素養。
再如在畫(huà)內力圖時(shí),大部分學(xué)生感到非常頭疼,特別是彎曲變形的內力圖,不但要注意內力的符號規定,還要畫(huà)出內力沿軸線(xiàn)的變化趨勢。
通常在快速畫(huà)剪力圖時(shí),其畫(huà)法歸納可以口訣形式給出,以從左向右為例,見(jiàn)到力向上則向上畫(huà),力向下則向下畫(huà),沒(méi)有力的為平直線(xiàn),有均布荷載q為斜直線(xiàn)。
畫(huà)彎矩圖時(shí),在滿(mǎn)足了相應的圖線(xiàn)微分關(guān)系時(shí),指定點(diǎn)彎矩的計算除了用截面法求取之外,還可利用彎矩圖的積分關(guān)系求解,這種方法比較直觀(guān),計算量也較小。
4.豐富的輔助教學(xué)手段
利用計算機輔助教學(xué)不僅能增加更多的信息量,還能很直接地刺激學(xué)生的感官,增強感性認識,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。
可以盡量將一些原來(lái)需耗費大量時(shí)間在黑板上繪畫(huà)的作圖通過(guò)圖文音像等形式向學(xué)生展示,這樣能更好地幫助學(xué)生理解相應的變化。
例如在講解壓桿穩定內容時(shí),可以在開(kāi)篇時(shí)放置大量與壓桿穩定有關(guān)的工程實(shí)例圖片,包括液壓桿頂桿、腳手架中的壓桿、桁架結構中的壓桿等,這些桿件有一個(gè)共同點(diǎn)就是又細又長(cháng),從而讓學(xué)生很直接地認識到壓桿穩定問(wèn)題主要是針對細長(cháng)桿件。
同時(shí)可以將壓桿穩定失穩的過(guò)程做成動(dòng)畫(huà),這樣就可以把隨著(zhù)載荷F的增加,壓桿保持直線(xiàn)穩態(tài),保持微彎臨界平衡,最終發(fā)生失穩的整個(gè)過(guò)程清晰地展現出來(lái),加深學(xué)生對臨界力概念的理解,正確認識穩定性問(wèn)題一般是先于強度問(wèn)題發(fā)生的。
為了活躍課堂氣氛,最好能聯(lián)系生活實(shí)際,還可適當做一些課堂小實(shí)驗,通過(guò)直觀(guān)性的演示吸引學(xué)生解決材料力學(xué)問(wèn)題的興趣。
例如,常見(jiàn)的輸電塔、冷卻塔等為什么沿高度是曲線(xiàn)變化的,可以引導學(xué)生計算一個(gè)軸壓柱的用料問(wèn)題,分別討論等直截面,階梯柱和等強度柱三種情況進(jìn)行對比,發(fā)現等強度柱用料最省,沿高度曲線(xiàn)變化,適用于實(shí)際情況。
在分析提高梁的承載能力,討論如何選擇合理的截面形狀時(shí),我們可以通過(guò)一個(gè)小實(shí)驗說(shuō)明。
在課堂上隨意選取一張白紙,將其置于桌面的兩個(gè)支承之上,在白紙上置放一支粉筆,粉筆立即掉落在桌面上,但如將這張白紙多對折幾次再展開(kāi)放置于支承上,此時(shí)則可以放置多支粉筆。
同樣一張紙經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理就大大改善了承載能力,這是因為其橫截面的抗彎截面模量Wz得到了很大提高,從而使承載能力增加。
這些措施大大提高了學(xué)生的學(xué)習興趣,加深了對相應理論教學(xué)內容的理解,值得我們不斷總結挖掘。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,我們應將傳統黑板教學(xué)思維的連貫性、多媒體教學(xué)的豐富性和直觀(guān)性趣味教學(xué)的吸引性有機結合起來(lái),優(yōu)勢互補,不斷探索更為有效的教學(xué)方法,為提高材料力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量而努力。
參考文獻:
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改進(jìn)材料力學(xué)課程教學(xué)的體會(huì )【2】
摘 要 材料力學(xué)是高等學(xué)校工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)技術(shù)課,在專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革中占有重要的地位。
對這一傳統課程進(jìn)行剖析,提出一些改革思路,特別對教學(xué)手段和方法提出一些建設性建議。
關(guān)鍵詞 材料力學(xué);實(shí)驗和實(shí)踐;信息技術(shù)
材料力學(xué)是高等學(xué)校工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)技術(shù)課,是構成專(zhuān)業(yè)課程的基礎支撐平臺,起著(zhù)承上啟下的銜接作用,又緊密結合工程實(shí)際,實(shí)用性廣,對培養學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力意義重大。
但該課程概念抽象,理論性強,且教學(xué)課時(shí)數被不斷壓縮,其課程體系、教學(xué)內容和教學(xué)方法都與當前我國高等教育從以傳授知識為主的知識教育向以培養能力為主的素質(zhì)教育的轉變很不適應,與培養創(chuàng )造型人才的要求存在明顯差距。
因此,必須在認知規律的指導下,調整課程體系,整合教學(xué)內容,尋求科學(xué)合理的教學(xué)模式,嘗試多種教學(xué)方法,加強課程信息化,在傳授理論知識的同時(shí)鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力,加強創(chuàng )新思維培養,以實(shí)現“培養具有強烈創(chuàng )新意識和實(shí)踐能力的復合型人才”的目標。
1 調整課程體系,整合教學(xué)內容
材料力學(xué)內容復雜,知識點(diǎn)多,學(xué)生在短時(shí)間內很難掌握,大多數學(xué)生學(xué)起來(lái)有一定的困難。
必須刪減教學(xué)內容,調整教學(xué)結構,刪繁就簡(jiǎn),確保主干,理順關(guān)系,突出重點(diǎn)。
1.1 突出共性,提綱挈領(lǐng)
材料力學(xué)課程中“拉、壓、剪、扭、彎”各種基本變形都按內力、應力、變形以及強度、剛度的同一次序進(jìn)行分析討論,對每種基本變形問(wèn)題,又都采用“平面假設――變形幾何關(guān)系――物理關(guān)系――靜力平衡條件――應力公式”這一相同的推導過(guò)程。
顯然,這種多重循環(huán)的知識體系內容重復多,教學(xué)過(guò)程缺乏新意,花費學(xué)時(shí)量大,還不利于學(xué)生對知識的融會(huì )貫通,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習的積極性。
設想將課程內容分為多個(gè)模塊,把各種基本變形的共性問(wèn)題(如內力、應力、變形等)集中起來(lái)討論并加以分析,實(shí)現各種基本變形以及組合變形下桿件的內力分析、應力分析與強度計算方法的貫通。
這樣可突出共性,強化概念,有利于學(xué)生掌握事物的內在聯(lián)系,提綱挈領(lǐng),掌握課程的精華。
由淺到深,由粗到精,循序上升,能培養歸納綜合能力和知識滲透能力,也能避免重復循環(huán),節約課時(shí),取得事半功倍的效果。
1.2 通過(guò)異同對比分析實(shí)現認識的由此及彼擴展
依照學(xué)生學(xué)習知識的認知規律,在講述新的概念時(shí),要把新知識與舊知識(已學(xué)過(guò)的)聯(lián)系起來(lái),在對比中理解其實(shí)質(zhì)異同。
如:吃透了力矩概念后就很容易建立一個(gè)力偶的概念;學(xué)完了平面力系進(jìn)入空間力系,就要剖析清楚平面和空間的根本區別與聯(lián)系;學(xué)完了“理論力學(xué)”再研究“材料力學(xué)”,突出的矛盾是剛體的概念將被否認,物體的變形成了事實(shí)。
這種聯(lián)系對比既可引起學(xué)生的興趣,也有利于突出新知識的難點(diǎn)。
1.3 分散難點(diǎn),各個(gè)擊破,避免陷入復雜的公式推導
材料力學(xué)公式多,推導過(guò)程繁雜,如果詳盡地給學(xué)生推導公式必然耗費大量課時(shí),板書(shū)滿(mǎn)黑板,教師自己疲憊不堪,不僅收效甚微,還加重了學(xué)生的懼怕心理。
熟練應用力學(xué)中的基本方法和公式,是學(xué)好材料力學(xué)這門(mén)課程的基本要求。
如何才能使學(xué)生達到上述要求呢?當然不是死記硬背某些概念或公式就行,而是要在對理論的基本思想、推導過(guò)程及適用范圍進(jìn)行明確的理解和掌握的基礎上運用自如。
應該以讓學(xué)生理解和會(huì )應用公式計算為目標,把重點(diǎn)放在講清楚力學(xué)基本概念和結論以及公式適用范圍、使用注意事項。
公式本身講解盡量簡(jiǎn)單,少講數學(xué)推導過(guò)程。
這樣既可以節約課時(shí),又可以使問(wèn)題簡(jiǎn)單化,提高教學(xué)效率。
1.4 盡量不搞“滿(mǎn)堂灌”
在授課過(guò)程中每堂課都要安排一定的時(shí)間來(lái)進(jìn)行答疑,鼓勵學(xué)生發(fā)表自己的想法和見(jiàn)解,鼓勵學(xué)生通過(guò)互相討論的方式解決問(wèn)題。
同時(shí)通過(guò)在教學(xué)內容中增加一些與本學(xué)科聯(lián)系緊密的實(shí)際例題來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性,增強教學(xué)效果。
教學(xué)應該始終注重理論聯(lián)系工程實(shí)際,以探討和啟發(fā)性思維的開(kāi)放式教學(xué)為主,通過(guò)問(wèn)題講義的方式,針對具體的工程問(wèn)題進(jìn)行講解和討論。
注重學(xué)生對知識原理的理解和應用,盡量通過(guò)工程實(shí)例,并結合知識內容闡釋和理解在現實(shí)生活中所出現的現象,既加深對材料力學(xué)知識的理解,又著(zhù)力培育學(xué)生發(fā)現問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
這種從“教學(xué)資源導向型”教學(xué)方法向“能力訓練導向型”教學(xué)方法轉變的實(shí)質(zhì)是要發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性,提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新意識,還可以進(jìn)一步豐富教師的教學(xué)內容。
1.5 引導學(xué)生習慣于畫(huà)圖分析,培養形象思維
要引導學(xué)生習慣于依據所研究的問(wèn)題畫(huà)出正確恰當的示意圖,創(chuàng )設形象的物理情形,經(jīng)過(guò)表示圖來(lái)指導學(xué)生用籠統的概念和規律來(lái)解答詳細形象的實(shí)踐問(wèn)題,養成畫(huà)圖剖析的習慣。
圖形能幫助學(xué)生準確了解題意,畫(huà)出正確的受力剖析圖是正確處理力學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵。
不畫(huà)受力圖或圖畫(huà)得不正確,常常難以得出正確的結果。
即便一時(shí)能得出正確的答案,但養成了這種不良習慣,一旦遇到較為復雜的問(wèn)題時(shí),就不知道如何下手了。
在教學(xué)中要注重表示圖畫(huà)法的鍛煉,教會(huì )學(xué)生如何經(jīng)過(guò)審題,畫(huà)表示圖,從易到難,逐漸消除思想障礙。
同時(shí)要求學(xué)生把練習本的左側折出三分之一,特地用作畫(huà)圖區,把圖像作為樹(shù)立關(guān)系、列方程的根據。
畫(huà)圖習慣的培育需求一個(gè)過(guò)程,對應該畫(huà)圖而沒(méi)有畫(huà)圖的答題應扣去大局部的分數或可讓學(xué)生重做,從嚴請求,使之形成習慣。
這也是在培育學(xué)生的形象思維。
須知,形象思想并不僅僅屬于藝術(shù)家,它也是科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)發(fā)現和發(fā)明的重要思維方式。
1.6 開(kāi)設討論課和習題課
讓學(xué)生運用所學(xué)知識解決各種問(wèn)題,從而有效地掌握分析和解決問(wèn)題的方法;建議學(xué)有余力的學(xué)生,利用工程界廣泛使用的MATLAB科學(xué)計算語(yǔ)言,對材料力學(xué)中的某些問(wèn)題進(jìn)行計算機模擬和分析,使學(xué)生在掌握MATLAB語(yǔ)言的同時(shí),能夠運用計算機軟件來(lái)解決實(shí)際的力學(xué)問(wèn)題。
2 教學(xué)信息化
2.1 使用現代信息技術(shù)將抽象的教學(xué)內容形象化,盡可能由感性到理性
傳統的教學(xué)內容都是經(jīng)過(guò)選擇、緊縮、改造而具典型化和簡(jiǎn)約化,更具高度的籠統性。
若是照本宣科,學(xué)生很難理解,因此有必要應用圖形圖片、電視錄像、多媒體課件等手段再現研究?jì)热莸淖兓^(guò)程。
合理創(chuàng )作應用電子教案、多媒體技術(shù)教學(xué),充分調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主觀(guān)能動(dòng)性,激發(fā)學(xué)生學(xué)習的興趣。
制作多媒體教學(xué)課件、復習指導等教學(xué)輔助材料,實(shí)現傳統教學(xué)手段(如課堂講授、上習題課)和現代教學(xué)技術(shù)(多媒體教學(xué)等)的緊密結合。
通過(guò)課堂展示、提供交流和互動(dòng)平臺,活躍課堂氣氛,增強學(xué)生學(xué)習興趣,取得較好的效果。
對于一些較為抽象、難以用語(yǔ)言描述清楚的教學(xué)內容,還建議采用圖片、動(dòng)畫(huà)視頻、聲音等多媒體技術(shù),動(dòng)靜結合,有聲有色,如材料破壞的動(dòng)畫(huà)演示,從而增加學(xué)生的感性認識,
2.2 建立材料力學(xué)課程試題庫及自學(xué)自測系統(學(xué)習輔導系統)
建立作業(yè)系統和基于網(wǎng)絡(luò )的實(shí)驗教學(xué)體系,可以利用現代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率,督促學(xué)生課前、課后的學(xué)習,全程跟蹤學(xué)生的學(xué)習狀況,這是一種比較有效可行的教學(xué)改革方法。
同時(shí),教學(xué)信息化的技術(shù)是充分應用計算機和網(wǎng)絡(luò )來(lái)完成教學(xué)前和教學(xué)后的工作,大大減少教師的勞動(dòng)強度,非常值得學(xué)習和借鑒。
3 加強實(shí)驗和實(shí)踐環(huán)節
加強實(shí)驗和實(shí)踐環(huán)節,如自制實(shí)驗裝置,使實(shí)驗小型化、多樣化,從而增加學(xué)生動(dòng)手操作的機會(huì )和時(shí)間。
壓縮理論教學(xué)環(huán)節,增加力學(xué)相關(guān)軟件和上機操作實(shí)踐。
值得注意的是,隨著(zhù)素質(zhì)教育要求的不斷提高,材料力學(xué)實(shí)驗已經(jīng)成為課程的重要組成部分。
實(shí)驗教學(xué)的基本任務(wù)是:幫助學(xué)生理解和掌握理論體系的基本概念,使學(xué)生掌握材料力學(xué)性能的測試方法,培養學(xué)生的動(dòng)手能力,培養學(xué)生綜合運用理論與實(shí)驗手段解決工程問(wèn)題的能力。
理論教學(xué)與實(shí)驗教學(xué)是相輔相成的,不能相互取代,因此除了理論教學(xué)外,在教學(xué)改革方面還必須兼顧實(shí)驗教學(xué),實(shí)驗教學(xué)必須為理論教學(xué)服務(wù)。
當然,材料力學(xué)實(shí)驗并不應當停留在單純理論的驗證上,必須將培養學(xué)生能力作為重中之重,開(kāi)設學(xué)生獨立實(shí)驗,使學(xué)生對實(shí)驗內容的理解更為深入,對實(shí)驗操作也做到心中有數。
另外,針對當前實(shí)驗內容較為簡(jiǎn)單,缺乏思考性和啟發(fā)性的現狀,還應適時(shí)更新實(shí)驗內容,使實(shí)驗更加豐富有趣,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。
在實(shí)驗教學(xué)中應該借助現代力學(xué)手段,為學(xué)生提供更多的動(dòng)手機會(huì )。
當前由于實(shí)驗設備數量有限,大部分實(shí)驗還是演示性實(shí)驗,這種情況帶來(lái)的直接后果就是教師演示、學(xué)生觀(guān)看,學(xué)生處于被動(dòng)地位,不利于培養學(xué)生的動(dòng)手能力。
為了培養學(xué)生的工程意識和科學(xué)作風(fēng),啟發(fā)學(xué)生的開(kāi)創(chuàng )思維,應大力創(chuàng )造條件采用開(kāi)放實(shí)驗室,給學(xué)生留有充足的時(shí)間,給他們親自動(dòng)手的機會(huì ),以充分發(fā)揮設備資源的潛力,培養學(xué)生學(xué)習的興趣,切實(shí)把理論知識和實(shí)驗技能密切結合起來(lái),使學(xué)生對所學(xué)課程有形象和深入的理解,這樣才有利于人才的培養,有利于教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高。
4 考核
隨著(zhù)教學(xué)改革工作的深入發(fā)展,各個(gè)學(xué)科的課程評估工作已全面展開(kāi),而評估的核心是對考和學(xué)兩個(gè)方面的質(zhì)量評價(jià)和估計,其重要的手段之一是對學(xué)生進(jìn)行考試。
傳統的考試制度是任課教師“一包到底”,即誰(shuí)任課,誰(shuí)出題,誰(shuí)閱卷。
這種考試無(wú)疑存在很大的弊病,一方面不易檢查教師的教學(xué)水平和教學(xué)效果;另一方面,由于每位教師在長(cháng)期的教學(xué)中形成的自己傳統的教學(xué)與考試的特點(diǎn)和側重點(diǎn),對檢查學(xué)生的學(xué)習效果也有很大的不利影響。
因此,要提高教學(xué)質(zhì)量,改革這種“一包到底”的考試制度勢在必行。
建立試題庫、運用試題庫、實(shí)現教考分離則是有效的改革方法之一。
這樣不僅能考出學(xué)生的學(xué)習成績(jì),更重要的是對教師的教學(xué)水平、教學(xué)效果也是一個(gè)很好的檢驗。
這樣必然促使教師對教學(xué)工作的重視,所以在一定程度上對教學(xué)工作起著(zhù)積極的推動(dòng)作用。
課程考核應按平時(shí)成績(jì)和期末考試加權計算,平時(shí)成績(jì)按實(shí)驗成績(jì)、出勤、課堂提問(wèn)、作業(yè)等綜合評定。
5 結束語(yǔ)
在材料力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐中,通過(guò)課程體系和內容的創(chuàng )新、教學(xué)方法和模式的創(chuàng )新、考試與考核方法的改革,對材料力學(xué)課程教學(xué)大綱進(jìn)行重新修訂。
在保留原有經(jīng)典教學(xué)內容的基礎上,盡可能提高該課程的起點(diǎn),引入復合材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)等近代力學(xué)知識。
研究對象從各向同性材料拓展到各向異性材料(如復合材料),介紹新的研究方法和設計思路(如可靠性設計、優(yōu)化設計等),廣泛采用多媒體研究手段,使課程教學(xué)改革富時(shí)代氣息,與時(shí)俱進(jìn)地推動(dòng)材料力學(xué)課程教學(xué)改革持續、健康地向前發(fā)展。
參考文獻
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