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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)一直以來深受土木、機械等工程學(xué)科的重視，是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。
但材料力學(xué)概念多、公式多、數(shù)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(yīng)培養(yǎng)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(guī)律，并分析計算構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性，是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。
但這門課程概念多、公式多、數(shù)學(xué)計算多，內(nèi)容瑣碎而枯燥，為了適應(yīng)培養(yǎng)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
良好的開端是成功的一半。
“緒論”是材料力學(xué)課的總綱，重點強調(diào)材料力學(xué)來源于工程實際、服務(wù)于工程實際的本質(zhì)，并通過具體事例配合多媒體演示的方式詳細(xì)介紹材料力學(xué)在工程實踐中的應(yīng)用情況。
例如在介紹強度問題時，可以截取報紙等新聞媒體上的有關(guān)工程事故的報道，通過這些觸目驚心的畫面，使學(xué)生明白強度問題在工程實踐中的重要意義。
再如壓桿穩(wěn)定的提出，通過介紹19世紀(jì)最后25年，歐美發(fā)生過的最有影響的兩例失穩(wěn)事故：美國阿什特比拉河上同名橋失穩(wěn)事故和瑞士明漢斯太因村鐵路橋失穩(wěn)事故。
使橋梁等結(jié)構(gòu)設(shè)計由只強調(diào)強度設(shè)計，變?yōu)楸仨毧紤]強度、剛度與穩(wěn)定性并重的更完善的體系。
這一方面說明材料力學(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踐相互結(jié)合，才能更好地解決工程問題。
2.重視實驗教學(xué)
材料力學(xué)實驗作為理論教學(xué)的主要補充，對學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)有很重要的影響。
在實驗環(huán)節(jié)要注重發(fā)揮學(xué)生在實驗中的主觀能動性，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，可以鼓勵學(xué)生自己動手通過多種方法辨識外形相同的實驗試件。
在做圓截面桿扭轉(zhuǎn)實驗時，學(xué)生清晰地觀察到其失效斷裂是從外表面開始的，不同材料的試件發(fā)生扭轉(zhuǎn)并失效斷裂的形式不一樣，要求學(xué)生觀察畫出斷口的形狀并結(jié)合理論知識加以解釋。
這樣既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)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(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法
材料力學(xué)概念多、公式多，很多學(xué)生反映不能準(zhǔn)確記憶公式，在教學(xué)中應(yīng)注意運用比較法，將不同內(nèi)容聯(lián)系在一起。
例如，在總結(jié)橫截面應(yīng)力公式時，比較各種基本變形可以得出如下規(guī)律：應(yīng)力=內(nèi)力·分布規(guī)律/幾何量。
這樣可以幫助學(xué)生記憶，達(dá)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(yīng)的變形破壞規(guī)律，因此教師每講完一章后，可以對章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)。
以軸向拉壓為例，可建立起“外力—內(nèi)力—應(yīng)力—變形—強度—剛度”的基本解題主線，通過這條主線，在以后學(xué)習(xí)其他基本變形時，學(xué)生能夠從整體上掌握基本變形的要求，提高解決工程問題的力學(xué)素養(yǎng)。
再如在畫內(nèi)力圖時，大部分學(xué)生感到非常頭疼，特別是彎曲變形的內(nèi)力圖，不但要注意內(nèi)力的符號規(guī)定，還要畫出內(nèi)力沿軸線的變化趨勢。
通常在快速畫剪力圖時，其畫法歸納可以口訣形式給出，以從左向右為例，見到力向上則向上畫，力向下則向下畫，沒有力的為平直線，有均布荷載q為斜直線。
畫彎矩圖時，在滿足了相應(yīng)的圖線微分關(guān)系時，指定點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，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(rèn)識，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
可以盡量將一些原來需耗費大量時間在黑板上繪畫的作圖通過圖文音像等形式向?qū)W生展示，這樣能更好地幫助學(xué)生理解相應(yīng)的變化。
例如在講解壓桿穩(wěn)定內(nèi)容時，可以在開篇時放置大量與壓桿穩(wěn)定有關(guān)的工程實例圖片，包括液壓桿頂桿、腳手架中的壓桿、桁架結(jié)構(gòu)中的壓桿等，這些桿件有一個共同點就是又細(xì)又長，從而讓學(xué)生很直接地認(rèn)識到壓桿穩(wěn)定問題主要是針對細(xì)長桿件。
同時可以將壓桿穩(wěn)定失穩(wěn)的過程做成動畫，這樣就可以把隨著載荷F的增加，壓桿保持直線穩(wěn)態(tài)，保持微彎臨界平衡，最終發(fā)生失穩(wěn)的整個過程清晰地展現(xiàn)出來，加深學(xué)生對臨界力概念的理解，正確認(rèn)識穩(wěn)定性問題一般是先于強度問題發(fā)生的。
為了活躍課堂氣氛，最好能聯(lián)系生活實際，還可適當(dāng)做一些課堂小實驗，通過直觀性的演示吸引學(xué)生解決材料力學(xué)問題的興趣。
例如，常見的輸電塔、冷卻塔等為什么沿高度是曲線變化的，可以引導(dǎo)學(xué)生計算一個軸壓柱的用料問題，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(xiàn)等強度柱用料最省，沿高度曲線變化，適用于實際情況。
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，我們可以通過一個小實驗說明。
在課堂上隨意選取一張白紙，將其置于桌面的兩個支承之上，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放置于支承上，此時則可以放置多支粉筆。
同樣一張紙經(jīng)過簡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(xí)興趣，加深了對相應(yīng)理論教學(xué)內(nèi)容的理解，值得我們不斷總結(jié)挖掘。
隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，我們應(yīng)將傳統(tǒng)黑板教學(xué)思維的連貫性、多媒體教學(xué)的豐富性和直觀性趣味教學(xué)的吸引性有機結(jié)合起來，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(xiàn)：
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改進(jìn)材料力學(xué)課程教學(xué)的體會【2】
摘 要 材料力學(xué)是高等學(xué)校工科類專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)課，在專業(yè)教學(xué)改革中占有重要的地位。
對這一傳統(tǒng)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(shè)性建議。
關(guān)鍵詞 材料力學(xué);實驗和實踐;信息技術(shù)
材料力學(xué)是高等學(xué)校工科類專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)課，是構(gòu)成專業(yè)課程的基礎(chǔ)支撐平臺，起著承上啟下的銜接作用，又緊密結(jié)合工程實際，實用性廣，對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力意義重大。
但該課程概念抽象，理論性強，且教學(xué)課時數(shù)被不斷壓縮，其課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都與當(dāng)前我國高等教育從以傳授知識為主的知識教育向以培養(yǎng)能力為主的素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)變很不適應(yīng)，與培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的要求存在明顯差距。
因此，必須在認(rèn)知規(guī)律的指導(dǎo)下，調(diào)整課程體系，整合教學(xué)內(nèi)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鍛煉學(xué)生實踐能力，加強創(chuàng)新思維培養(yǎng)，以實現(xiàn)“培養(yǎng)具有強烈創(chuàng)新意識和實踐能力的復(fù)合型人才”的目標(biāo)。
1 調(diào)整課程體系，整合教學(xué)內(nèi)容
材料力學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，知識點多，學(xué)生在短時間內(nèi)很難掌握，大多數(shù)學(xué)生學(xué)起來有一定的困難。
必須刪減教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)結(jié)構(gòu)，刪繁就簡，確保主干，理順關(guān)系，突出重點。
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(nèi)力、應(yīng)力、變形以及強度、剛度的同一次序進(jìn)行分析討論，對每種基本變形問題，又都采用“平面假設(shè)――變形幾何關(guān)系――物理關(guān)系――靜力平衡條件――應(yīng)力公式”這一相同的推導(dǎo)過程。
顯然，這種多重循環(huán)的知識體系內(nèi)容重復(fù)多，教學(xué)過程缺乏新意，花費學(xué)時量大，還不利于學(xué)生對知識的融會貫通，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
設(shè)想將課程內(nèi)容分為多個模塊，把各種基本變形的共性問題(如內(nèi)力、應(yīng)力、變形等)集中起來討論并加以分析，實現(xiàn)各種基本變形以及組合變形下桿件的內(nèi)力分析、應(yīng)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(nèi)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(yǎng)歸納綜合能力和知識滲透能力，也能避免重復(fù)循環(huán)，節(jié)約課時，取得事半功倍的效果。
1.2 通過異同對比分析實現(xiàn)認(rèn)識的由此及彼擴(kuò)展
依照學(xué)生學(xué)習(xí)知識的認(rèn)知規(guī)律，在講述新的概念時，要把新知識與舊知識(已學(xué)過的)聯(lián)系起來，在對比中理解其實質(zhì)異同。
如：吃透了力矩概念后就很容易建立一個力偶的概念;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(qū)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(rèn)，物體的變形成了事實。
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。
1.3 分散難點，各個擊破，避免陷入復(fù)雜的公式推導(dǎo)
材料力學(xué)公式多，推導(dǎo)過程繁雜，如果詳盡地給學(xué)生推導(dǎo)公式必然耗費大量課時，板書滿黑板，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(yīng)用力學(xué)中的基本方法和公式，是學(xué)好材料力學(xué)這門課程的基本要求。
如何才能使學(xué)生達(dá)到上述要求呢?當(dāng)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(dǎo)過程及適用范圍進(jìn)行明確的理解和掌握的基礎(chǔ)上運用自如。
應(yīng)該以讓學(xué)生理解和會應(yīng)用公式計算為目標(biāo)，把重點放在講清楚力學(xué)基本概念和結(jié)論以及公式適用范圍、使用注意事項。
公式本身講解盡量簡單，少講數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。
這樣既可以節(jié)約課時，又可以使問題簡單化，提高教學(xué)效率。
1.4 盡量不搞“滿堂灌”
在授課過程中每堂課都要安排一定的時間來進(jìn)行答疑，鼓勵學(xué)生發(fā)表自己的想法和見解，鼓勵學(xué)生通過互相討論的方式解決問題。
同時通過在教學(xué)內(nèi)容中增加一些與本學(xué)科聯(lián)系緊密的實際例題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強教學(xué)效果。
教學(xué)應(yīng)該始終注重理論聯(lián)系工程實際，以探討和啟發(fā)性思維的開放式教學(xué)為主，通過問題講義的方式，針對具體的工程問題進(jìn)行講解和討論。
注重學(xué)生對知識原理的理解和應(yīng)用，盡量通過工程實例，并結(jié)合知識內(nèi)容闡釋和理解在現(xiàn)實生活中所出現(xiàn)的現(xiàn)象，既加深對材料力學(xué)知識的理解，又著力培育學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。
這種從“教學(xué)資源導(dǎo)向型”教學(xué)方法向“能力訓(xùn)練導(dǎo)向型”教學(xué)方法轉(zhuǎn)變的實質(zhì)是要發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識，還可以進(jìn)一步豐富教師的教學(xué)內(nèi)容。
1.5 引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣于畫圖分析，培養(yǎng)形象思維
要引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣于依據(jù)所研究的問題畫出正確恰當(dāng)?shù)氖疽鈭D，創(chuàng)設(shè)形象的物理情形，經(jīng)過表示圖來指導(dǎo)學(xué)生用籠統(tǒng)的概念和規(guī)律來解答詳細(xì)形象的實踐問題，養(yǎng)成畫圖剖析的習(xí)慣。
圖形能幫助學(xué)生準(zhǔn)確了解題意，畫出正確的受力剖析圖是正確處理力學(xué)問題的關(guān)鍵。
不畫受力圖或圖畫得不正確，常常難以得出正確的結(jié)果。
即便一時能得出正確的答案，但養(yǎng)成了這種不良習(xí)慣，一旦遇到較為復(fù)雜的問題時，就不知道如何下手了。
在教學(xué)中要注重表示圖畫法的鍛煉，教會學(xué)生如何經(jīng)過審題，畫表示圖，從易到難，逐漸消除思想障礙。
同時要求學(xué)生把練習(xí)本的左側(cè)折出三分之一，特地用作畫圖區(qū)，把圖像作為樹立關(guān)系、列方程的根據(jù)。
畫圖習(xí)慣的培育需求一個過程，對應(yīng)該畫圖而沒有畫圖的答題應(yīng)扣去大局部的分?jǐn)?shù)或可讓學(xué)生重做，從嚴(yán)請求，使之形成習(xí)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(xiàn)和發(fā)明的重要思維方式。
1.6 開設(shè)討論課和習(xí)題課
讓學(xué)生運用所學(xué)知識解決各種問題，從而有效地掌握分析和解決問題的方法;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)計算語言，對材料力學(xué)中的某些問題進(jìn)行計算機模擬和分析，使學(xué)生在掌握MATLAB語言的同時，能夠運用計算機軟件來解決實際的力學(xué)問題。
2 教學(xué)信息化
2.1 使用現(xiàn)代信息技術(shù)將抽象的教學(xué)內(nèi)容形象化，盡可能由感性到理性
傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容都是經(jīng)過選擇、緊縮、改造而具典型化和簡約化，更具高度的籠統(tǒng)性。
若是照本宣科，學(xué)生很難理解，因此有必要應(yīng)用圖形圖片、電視錄像、多媒體課件等手段再現(xiàn)研究內(nèi)容的變化過程。
合理創(chuàng)作應(yīng)用電子教案、多媒體技術(shù)教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
制作多媒體教學(xué)課件、復(fù)習(xí)指導(dǎo)等教學(xué)輔助材料，實現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)手段(如課堂講授、上習(xí)題課)和現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)(多媒體教學(xué)等)的緊密結(jié)合。
通過課堂展示、提供交流和互動平臺，活躍課堂氣氛，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，取得較好的效果。
對于一些較為抽象、難以用語言描述清楚的教學(xué)內(nèi)容，還建議采用圖片、動畫視頻、聲音等多媒體技術(shù)，動靜結(jié)合，有聲有色，如材料破壞的動畫演示，從而增加學(xué)生的感性認(rèn)識，
2.2 建立材料力學(xué)課程試題庫及自學(xué)自測系統(tǒng)(學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng))
建立作業(yè)系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的實驗教學(xué)體系，可以利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率，督促學(xué)生課前、課后的學(xué)習(xí)，全程跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，這是一種比較有效可行的教學(xué)改革方法。
同時，教學(xué)信息化的技術(shù)是充分應(yīng)用計算機和網(wǎng)絡(luò)來完成教學(xué)前和教學(xué)后的工作，大大減少教師的勞動強度，非常值得學(xué)習(xí)和借鑒。
3 加強實驗和實踐環(huán)節(jié)
加強實驗和實踐環(huán)節(jié)，如自制實驗裝置，使實驗小型化、多樣化，從而增加學(xué)生動手操作的機會和時間。
壓縮理論教學(xué)環(huán)節(jié)，增加力學(xué)相關(guān)軟件和上機操作實踐。
值得注意的是，隨著素質(zhì)教育要求的不斷提高，材料力學(xué)實驗已經(jīng)成為課程的重要組成部分。
實驗教學(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(yǎng)學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用理論與實驗手段解決工程問題的能力。
理論教學(xué)與實驗教學(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驗教學(xué)，實驗教學(xué)必須為理論教學(xué)服務(wù)。
當(dāng)然，材料力學(xué)實驗并不應(yīng)當(dāng)停留在單純理論的驗證上，必須將培養(yǎng)學(xué)生能力作為重中之重，開設(shè)學(xué)生獨立實驗，使學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解更為深入，對實驗操作也做到心中有數(shù)。
另外，針對當(dāng)前實驗內(nèi)容較為簡單，缺乏思考性和啟發(fā)性的現(xiàn)狀，還應(yīng)適時更新實驗內(nèi)容，使實驗更加豐富有趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
在實驗教學(xué)中應(yīng)該借助現(xiàn)代力學(xué)手段，為學(xué)生提供更多的動手機會。
當(dāng)前由于實驗設(shè)備數(shù)量有限，大部分實驗還是演示性實驗，這種情況帶來的直接后果就是教師演示、學(xué)生觀看，學(xué)生處于被動地位，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。
為了培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和科學(xué)作風(fēng)，啟發(fā)學(xué)生的開創(chuàng)思維，應(yīng)大力創(chuàng)造條件采用開放實驗室，給學(xué)生留有充足的時間，給他們親自動手的機會，以充分發(fā)揮設(shè)備資源的潛力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，切實把理論知識和實驗技能密切結(jié)合起來，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(yǎng)，有利于教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高。
4 考核
隨著教學(xué)改革工作的深入發(fā)展，各個學(xué)科的課程評估工作已全面展開，而評估的核心是對考和學(xué)兩個方面的質(zhì)量評價和估計，其重要的手段之一是對學(xué)生進(jìn)行考試。
傳統(tǒng)的考試制度是任課教師“一包到底”，即誰任課，誰出題，誰閱卷。
這種考試無疑存在很大的弊病，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，由于每位教師在長期的教學(xué)中形成的自己傳統(tǒng)的教學(xué)與考試的特點和側(cè)重點，對檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)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、實現(xiàn)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(xí)成績，更重要的是對教師的教學(xué)水平、教學(xué)效果也是一個很好的檢驗。
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)工作起著積極的推動作用。
課程考核應(yīng)按平時成績和期末考試加權(quán)計算，平時成績按實驗成績、出勤、課堂提問、作業(yè)等綜合評定。
5 結(jié)束語
在材料力學(xué)課程教學(xué)改革與實踐中，通過課程體系和內(nèi)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(nèi)容的基礎(chǔ)上，盡可能提高該課程的起點，引入復(fù)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(fù)合材料)，介紹新的研究方法和設(shè)計思路(如可靠性設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計等)，廣泛采用多媒體研究手段，使課程教學(xué)改革富時代氣息，與時俱進(jìn)地推動材料力學(xué)課程教學(xué)改革持續(xù)、健康地向前發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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