學(xué)生核心素養(yǎng)與生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)研究論文
摘要：隨著中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)總體框架的頒布，核心素養(yǎng)的落實(shí)已經(jīng)成為迫切需要解決的問題。學(xué)科教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主要途徑之一，教師需要以學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展為核心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，生物學(xué)作為一門自然科學(xué)對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展具有重要意義。以生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，從教材分析、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)過程４個(gè)方面闡述了如何基于學(xué)生的核心素養(yǎng)開展設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；生物實(shí)驗(yàn)；教學(xué)設(shè)計(jì)
�。玻笔兰o(jì)以來，關(guān)于核心素養(yǎng)的研究已經(jīng)成為國(guó)際教育界的熱點(diǎn)話題。２０１３年５月，“我國(guó)基礎(chǔ)教育和高等教育階段學(xué)生核心素養(yǎng)總體框架研究”重大項(xiàng)目正式啟動(dòng)；２０１４年３月，教育部正式印發(fā)了《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，文件中提出“研究制定學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”；２０１６年３月，《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)（意見稿）》向社會(huì)公布，意見稿中列出了９大綜合素養(yǎng)；２０１６年９月，《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架正式發(fā)布。新時(shí)代背景下生物學(xué)教學(xué)中的學(xué)生發(fā)展需求與不平衡、不充分的教學(xué)環(huán)境之間存在矛盾，教學(xué)工作需要圍繞學(xué)生、關(guān)注學(xué)生、服務(wù)學(xué)生，教師的教育供給與學(xué)生的教育需求要達(dá)到平衡，即教育教學(xué)需要滿足學(xué)生全面發(fā)展的需要。中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是以“培養(yǎng)全面發(fā)展的人”為核心，教育改革過程表明培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)已成為新時(shí)期我國(guó)課程改革的核心目標(biāo)。因此，教師要以核心素養(yǎng)為理念，在教學(xué)設(shè)計(jì)中注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。本文以生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例簡(jiǎn)單分析了在教學(xué)設(shè)計(jì)中如何融入核心素養(yǎng)，進(jìn)而更好地落實(shí)新課程改革。
１核心素養(yǎng)與學(xué)科核心素養(yǎng)
１．１核心素養(yǎng)與學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵
我國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，主要是指學(xué)生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，以“全面發(fā)展的人”為核心，分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會(huì)參與３個(gè)方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)踐創(chuàng)新６大素養(yǎng)，具體可分為１８?jìng)�(gè)要點(diǎn)，其基本內(nèi)涵［１］（見表１）不同的學(xué)者對(duì)核心素養(yǎng)的內(nèi)涵有不同的定義，如邵朝友等人［２］認(rèn)為學(xué)科核心素養(yǎng)是指通過學(xué)習(xí)某學(xué)科的知識(shí)與技能、思想與方法而習(xí)得的重要觀念、關(guān)鍵能力與必備品格；喻平［３］認(rèn)為學(xué)科核心素養(yǎng)包括“知識(shí)理解”“知識(shí)遷移”和“知識(shí)創(chuàng)新”３個(gè)層面。李霞［４］認(rèn)為學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在各學(xué)科課程學(xué)習(xí)過程中形成的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是我國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)在各學(xué)科課程中的具體體現(xiàn)。從以上學(xué)者對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的分析可以看出學(xué)科核心素養(yǎng)需要以學(xué)科知識(shí)為載體，強(qiáng)調(diào)了關(guān)鍵能力與必備品格的形成。
�。保矊W(xué)生核心素養(yǎng)與學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系
學(xué)科核心素養(yǎng)的出現(xiàn)容易讓人誤認(rèn)為是不是培養(yǎng)了學(xué)科核心素養(yǎng)，學(xué)生的核心素養(yǎng)就自然地形成了，學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)和學(xué)科核心素養(yǎng)到底有什么對(duì)應(yīng)關(guān)系呢？辛濤［５］指出處理好二者之間的關(guān)系，不但保證了學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的落實(shí)，也有利于體現(xiàn)學(xué)科的特色與價(jià)值；如果處理得不好，可能會(huì)強(qiáng)化各學(xué)科的特色，造成學(xué)科和學(xué)科之間更清晰的分離，這既不符合現(xiàn)在國(guó)際上學(xué)科之間融合滲透的趨勢(shì)，也在客觀上將學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)變成抽象的言詞，而非撬動(dòng)課程改革深化的杠桿。馬云鵬［６］指出學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的全部總和并不等于學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，一方面，學(xué)科教學(xué)雖然是學(xué)校教育的重要組成部分，但并不是學(xué)校教育的全部，而在學(xué)校的學(xué)習(xí)也只是學(xué)生終身學(xué)習(xí)的一個(gè)階段；另一方面，學(xué)科核心素養(yǎng)需要具有各自學(xué)科的特征，反映各學(xué)科所應(yīng)該具備的本質(zhì)的內(nèi)容。東北師范大學(xué)教育學(xué)部殷春陽(yáng)認(rèn)為在學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)和學(xué)科核心素養(yǎng)的邏輯關(guān)系中，二者應(yīng)該是統(tǒng)一的，統(tǒng)一于學(xué)生作為一個(gè)完整的未來發(fā)展的個(gè)體，而且學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)應(yīng)該是處于上位的，學(xué)科核心素養(yǎng)是在學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的指導(dǎo)下構(gòu)建和完善的，而由于學(xué)科核心素養(yǎng)還包括其自身的學(xué)科特質(zhì)的內(nèi)容，可能有的內(nèi)容不能與學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)直接對(duì)應(yīng)，但是，學(xué)科核心素養(yǎng)應(yīng)該是以學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)作為指向的。因此，目前普遍認(rèn)為學(xué)科核心素養(yǎng)不是由學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)分解而來，學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)也不是學(xué)科核心素養(yǎng)的簡(jiǎn)單相加。核心素養(yǎng)是跨學(xué)科素養(yǎng)，任何核心素養(yǎng)都不是一門單獨(dú)的學(xué)科可以完成的。任何學(xué)科都有其對(duì)于核心素養(yǎng)發(fā)展的共性貢獻(xiàn)與個(gè)性貢獻(xiàn)。學(xué)科的育人價(jià)值主要在于對(duì)特定核心素養(yǎng)的貢獻(xiàn)，這是需要不斷明晰化的過程。只有明晰本學(xué)科在特定核心素養(yǎng)形成和提升上的教育意義，揭示學(xué)科與核心素養(yǎng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，才能發(fā)現(xiàn)學(xué)科的獨(dú)特育人價(jià)值。
２生物學(xué)科核心素養(yǎng)及組成要素
學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生經(jīng)過學(xué)習(xí)后形成的正確的價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)由生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任構(gòu)成［７］（見表２）。
３生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)生物學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要意義
首先，生物學(xué)課程從課程性質(zhì)上來說既屬于學(xué)科課程，又屬于科學(xué)課程，也是科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的一門重要課程。生物學(xué)課程作為科學(xué)課程，不僅要傳播科學(xué)的事實(shí)和概念，更要體現(xiàn)科學(xué)是一個(gè)探究的過程，因此科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)科的重要組成部分，這就為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)提供了極佳素材。其次，學(xué)生在親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)過程中能深刻地體會(huì)科學(xué)探究過程并且掌握科學(xué)探究方法，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過程中形成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S，通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與得出結(jié)論，學(xué)生形成了相應(yīng)的生命觀念。例如，探究“自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過參與科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)，運(yùn)用觀察法和數(shù)據(jù)分析法，直至最后探究出種群基因頻率變化的規(guī)律；學(xué)生既提升了科學(xué)探究能力，又運(yùn)用了科學(xué)思維解決問題，同時(shí)形成了“進(jìn)化與適應(yīng)”的生命觀念。此外，除了探究性實(shí)驗(yàn)外的其他實(shí)驗(yàn)也能培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。例如“制備真核細(xì)胞的三維空間結(jié)構(gòu)模型”運(yùn)用了模型與建模的方法說明了細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)統(tǒng)一的整體，形成了科學(xué)思維；“生物體維持ＰＨ穩(wěn)定的機(jī)制”的實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生形成“穩(wěn)態(tài)與平衡”的生命觀念。可見，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
４核心素養(yǎng)引領(lǐng)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)
�。矗苯滩姆治�
教材分析是教學(xué)設(shè)計(jì)的重要組成部分，要分析教材的地位與作用、內(nèi)容與課程要求，教師需要在自己理解核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上挖掘教材中哪些內(nèi)容可以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。首先，第一類是教材中專門設(shè)置的實(shí)驗(yàn)，其中探究性實(shí)驗(yàn)是最容易體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的素材。但書中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容少，這就需要教師對(duì)書中其他資料進(jìn)行挖掘，判斷能否嘗試將其設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。例如“細(xì)胞核———系統(tǒng)的控制中心”一節(jié)內(nèi)容，關(guān)于功能的資料分析，是組織學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)的好素材，將其設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，組織學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，重點(diǎn)讓學(xué)生感受到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則（單一變量原則、對(duì)照原則），培養(yǎng)學(xué)生在尊重事實(shí)與證據(jù)的基礎(chǔ)上運(yùn)用歸納與概括等思維方法，探討細(xì)胞核的功能。同時(shí)本節(jié)課還組織學(xué)生動(dòng)手制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，學(xué)生感受到細(xì)胞作為基本的生命系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精巧，學(xué)會(huì)了依據(jù)“事實(shí)和證據(jù)”運(yùn)用“模型與建�！钡姆椒▉碚J(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象，有助于學(xué)生科學(xué)思維的形成。通過上面對(duì)教材的深入挖掘，體現(xiàn)了教材內(nèi)容融合了科學(xué)探究、科學(xué)思維等核心素養(yǎng)。
�。矗矞�(zhǔn)確設(shè)置教學(xué)目標(biāo)
核心素養(yǎng)來自三維目標(biāo)，又高于三維目標(biāo)。從形成機(jī)制來講，核心素養(yǎng)來自三維目標(biāo)，是三維目標(biāo)的進(jìn)一步提煉與整合，是通過系統(tǒng)的學(xué)科學(xué)習(xí)之后而獲得的；從表現(xiàn)形態(tài)來講，學(xué)科核心素養(yǎng)又高于三維目標(biāo)，是個(gè)體在知識(shí)經(jīng)濟(jì)和信息化時(shí)代，面對(duì)復(fù)雜的、不確定的情境時(shí)，綜合應(yīng)用學(xué)科的知識(shí)、觀念與方法解決現(xiàn)實(shí)問題所表現(xiàn)出來的關(guān)鍵能力與必備品格。顯然，三維目標(biāo)不是教學(xué)的終極目標(biāo)，教學(xué)的終極目標(biāo)是能力和品格［８］。從課程改革的工作推進(jìn)上講，核心素養(yǎng)是三維目標(biāo)的深化、具體化。因此，要形成核心素養(yǎng)，離不開三維目標(biāo)，但三維目標(biāo)不是終極的目標(biāo)，而是核心素養(yǎng)形成的要素和路徑。教師在課堂中應(yīng)做到為核心素養(yǎng)而教，在明確學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)教學(xué)、優(yōu)化課堂，將學(xué)科核心素養(yǎng)的培育具體化。教師在設(shè)計(jì)課時(shí)及教學(xué)目標(biāo)時(shí)，要以學(xué)生核心素養(yǎng)和學(xué)科核心素養(yǎng)為依據(jù)，例如，細(xì)胞核這節(jié)內(nèi)容，設(shè)計(jì)如下三維教學(xué)目標(biāo)：（１）知識(shí)目標(biāo)。闡明細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，根據(jù)資料，分析、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，說出細(xì)胞核的`功能。（２）能力目標(biāo)。嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，提高動(dòng)手能力、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、探究細(xì)胞核的功能。（３）情感態(tài)度價(jià)值觀目標(biāo)。認(rèn)同結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的生命觀念，體驗(yàn)科學(xué)探究的方法，養(yǎng)成利用科學(xué)方法解決問題的習(xí)慣，通過建構(gòu)模型，增強(qiáng)對(duì)生物學(xué)學(xué)習(xí)的熱情。
�。矗郴诤诵乃仞B(yǎng)選擇多樣化教學(xué)方法
教學(xué)方法要依據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生身心發(fā)展特點(diǎn)來０３實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理選擇，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，需要教師發(fā)揮學(xué)生的主體地位，做學(xué)生的引導(dǎo)者，積極創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)和探究性學(xué)習(xí)的能力，需要教師精心選擇教學(xué)方法。目前，教師在實(shí)驗(yàn)課上大多數(shù)選擇講授與演示法，即教師講解實(shí)驗(yàn)的操作步驟并進(jìn)行演示，讓學(xué)生模仿操作。實(shí)際上，有些探究性實(shí)驗(yàn)，教師可以直接組織學(xué)生去做，可以不局限于教材中的實(shí)驗(yàn)材料，例如探究影響酶的活性條件，書中給的實(shí)驗(yàn)材料是淀粉溶液和淀粉酶、過氧化氫溶液和豬肝研磨液，實(shí)際上這２組實(shí)驗(yàn)材料并不理想，很多文獻(xiàn)中已經(jīng)對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了材料上的創(chuàng)新，因此教師可以嘗試組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，選擇其他材料。因此，在教學(xué)方法上教師可以嘗試注重合作探究法的運(yùn)用，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、合作能力、探究能力以及科學(xué)思維能力。此外，基于種種原因很多實(shí)驗(yàn)不能組織學(xué)生去做，例如有些實(shí)驗(yàn)需要經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的培養(yǎng)過程才能看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)；有些實(shí)驗(yàn)材料和器具的安排存在安全性問題，如“綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)”中層析液成分“苯”有劇毒［９］。對(duì)于學(xué)生無法親自動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)，教師可以將現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)運(yùn)用到教學(xué)中，例如恰當(dāng)運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)＋”技術(shù)等，可以為學(xué)生提供寬松的實(shí)驗(yàn)空間，從而彌補(bǔ)理論課堂上的不足［１０］。
�。矗辞稍O(shè)探究性實(shí)驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)
在學(xué)科教學(xué)中，要遵循教育教學(xué)的基本原則和要求，基于學(xué)科核心素養(yǎng)精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程［１１］。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生的科學(xué)探究能力及動(dòng)手能力的提升，基于課時(shí)及條件的限制，大多數(shù)學(xué)校很難做到將教材中的實(shí)驗(yàn)一一做完，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不意味著必須親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，教師可以利用書中的科學(xué)史資料將其設(shè)計(jì)成探究實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而使學(xué)生感受科學(xué)探究的一般步驟與方法，學(xué)生通過提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，體會(huì)科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性，而實(shí)驗(yàn)過程可以通過動(dòng)畫模擬操作過程，最后通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。在細(xì)胞核一節(jié)中，將傘藻的嫁接與核移植實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成探究性實(shí)驗(yàn)。首先介紹傘藻特點(diǎn)（單細(xì)胞生物、易操作、再生能力強(qiáng)及傘藻的不同類型），然后引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究“傘藻形狀是由假根控制還是傘柄控制”，基于前面的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論，學(xué)生可以設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，接著需要教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)方案（實(shí)驗(yàn)的自變量是誰(shuí)———傘柄和假根的組合方式，實(shí)驗(yàn)中有對(duì)照嗎？屬于什么類型的對(duì)照？———將不同類型傘藻的傘柄與假根嫁接，其中２個(gè)均為實(shí)驗(yàn)組，因此屬于相互對(duì)照），之后教師采用動(dòng)畫方式展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生說出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，結(jié)論的得出一定讓學(xué)生去概括總結(jié)，這樣可以很好地提升學(xué)生的理性思維。核移植實(shí)驗(yàn)的引出也可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，例如通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師認(rèn)為傘帽的形狀是由細(xì)胞核控制的，學(xué)生通過思考會(huì)想到：假根中不僅有細(xì)胞核還有其他物質(zhì)，教師這樣的結(jié)論是不正確的�？梢�，這里可以鼓勵(lì)學(xué)生勇于質(zhì)疑，同時(shí)也能提升學(xué)生的思維能力。接著教師提問學(xué)生，“傘帽的形狀是由假根中的細(xì)胞核控制的還是其他物質(zhì)控制的”，學(xué)生可以提出假設(shè)，并且設(shè)計(jì)出核移植實(shí)驗(yàn)�？梢钥闯�，將傘藻的嫁接實(shí)驗(yàn)和傘藻的核移植實(shí)驗(yàn)巧妙地設(shè)計(jì)成探究性實(shí)驗(yàn)以后，學(xué)生感受到了科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，掌握了科學(xué)探究的一般步驟，進(jìn)而提升了學(xué)生的科學(xué)探究能力，形成了理性思維等生物學(xué)科核心素養(yǎng)。
５結(jié)語(yǔ)
發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)是國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)教育改革與發(fā)展的重難點(diǎn)［１２］。鐘啟泉教授認(rèn)為，核心素養(yǎng)是當(dāng)今國(guó)際教育界的潮流，“核心素養(yǎng)—課程標(biāo)準(zhǔn)（學(xué)科素養(yǎng)／跨學(xué)科素養(yǎng)）—單元設(shè)計(jì)—課時(shí)計(jì)劃”，這是環(huán)環(huán)相扣的教師教育活動(dòng)的基本環(huán)節(jié)［１３］。教師將核心素養(yǎng)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，進(jìn)而融入生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提升，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，對(duì)新課程改革下的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革有著重要意義。
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