青岛版（五四制2017秋）科学四年级下册第七单元《创新与发明》大单元整体教学设计
文档属性
| 名称 | 青岛版（五四制2017秋）科学四年级下册第七单元《创新与发明》大单元整体教学设计 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 3.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 青岛版（五四制2017秋） | ||
| 科目 | 科学 | ||
| 更新时间 | 2025-07-28 21:21:58 | ||
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文档简介
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基本信息
学科 小学科学 版本 青岛版·五四制
年级 四年级下册
单元名称 第7单元《创新与发明》
单元主题 创新思维孵化营——从自然启示到科技创造
课时安排 4课时
一、单元主题
“创新思维孵化营——从自然启示到科技创造”
围绕仿生学原理、技术迭代规律、前沿科技应用及科技伦理，引导学生经历“观察→设计→创造→反思”的完整创新链条，培养工程思维与社会责任感。
二、单元大情景
“未来发明家训练营”挑战赛
学生化身“小小发明家”，通过四项任务获取“创新勋章”：
1.任务一：自然密码破译师（《生物的启示》）——破解生物结构中的仿生奥秘；
2.任务二：技术迭代工程师（《印刷术》）——探究技术升级的逻辑；
3.任务三：虚拟世界建筑师（《走进虚拟世界》）——设计VR科技应用方案；
任务四：科技伦理辩论员（《科技改变世界》）——分析技术发展的双面性。
最终目标：举办“校园科技博览会”，展示创新作品并发布《负责任创新宣言》。
三、课程标准分析
核心概念 13.工程设计与物化
学习内容 13.1 技术发明方法； 13.2 科技推动社会变革； 13.3 工程的关键是设计
学段目标 ①举例说明发明创造的常用方法； ②分析技术产品迭代规律； ③制作实物模型并解释科技应用的双面性。
四、单元教材分析
本单元包括《生物的启示》《印刷术》《走进虚拟世界》《科技改变世界》四课，围绕“创新思维与技术演进”主题，引导学生从自然仿生、技术迭代、虚拟科技到社会影响逐层探究，培养工程思维与创新意识。
（一）第24课《生物的启示》
1.核心内容：通过观察生物特征（如蜂巢结构、鸟翼形态）探究仿生学原理，分析生物结构与功能的适应性（如蜂巢轻质坚固启发现代建筑材料）。
2.关键活动：
（1）实验：对比不同结构承重能力（六边形 vs 四边形纸筒）；
（2）案例：模拟鲨鱼皮设计减阻泳衣，理解“形态–功能”映射关系。
（二）第25课《印刷术》
1.核心内容：梳理印刷技术迭代历程（雕版→活字→激光照排），聚焦技术优化的核心驱动力（效率、成本、精准度）。
2.关键活动：
（1）实践：用橡皮章制作活字印刷模型，体验模块化设计优势；
（2）对比：分析雕版印刷（耗时）与活字印刷（灵活）的差异，理解技术迭代的社会价值。
（三）第26课《走进虚拟世界》
1.核心内容：探究虚拟现实（VR）技术原理（光学成像、交互传感）及其应用场景（教育、医疗）。
2.关键活动：
（1）制作：简易VR眼镜（纸盒+凸透镜），观察全景视频成像；
（2）讨论：VR技术对学习方式的变革（如虚拟博物馆参观）。
（四）第27课《科技改变世界》
1.核心内容：辩证分析科技对社会的影响（如网络便利性 vs 信息安全），探讨可持续发展路径。
2.关键活动：
（1）案例研究：对比传统书信与电子通信的利弊；
（2）倡议设计：制定“绿色科技”行动方案（如减少电子垃圾）。
四课形成“自然启发→技术演进→应用创新→社会反思”的递进链条：
1.纵向递进：
（1）《生物的启示》提供创新灵感来源（仿生学基础）；
（2）《印刷术》展示技术优化路径（工程实践）；
（3）《走进虚拟世界》延伸至前沿科技应用（创新转化）；
（4）《科技改变世界》引导批判性反思（责任意识）。
2.横向整合：
仿生学（生物结构）→ 印刷术（机械工程）→ 虚拟现实（信息技术）→ 科技伦理（社会科学），体现STEM跨学科融合。
本单元以“科技源于自然、服务于社会”为暗线，通过实验制作、案例分析、伦理辩论等活动，引导学生经历完整创新流程，呼应青岛版教材“知行合一”的编写理念，为五年级《工程设计与物化》单元奠定基础。
五、教学目标
科学观念 1. 理解仿生学中“结构-功能”关系（如蜂巢轻质承重）；
2. 归纳技术迭代规律（效率提升、成本降低）；
3. 解释VR成像原理（透镜折射、交互反馈）。
科学思维 1. 通过对比实验验证结构性能差异（六边形 vs 四边形承重）；
2. 用流程图分析技术升级路径（雕版→活字→数码印刷）。
探究实践 1. 制作活字印刷模型并测试效率；
2. 设计VR眼镜并优化成像清晰度。
态度责任 1. 树立“科技服务人类”的价值观；
2. 提出降低科技风险的可行方案（如隐私保护协议）。
六、学情分析
1.年龄特点：四年级学生以具象思维为主，对动手实验兴趣浓厚，但对抽象概念（如“交互传感”）需借助模型理解。
2.认知基础：已知“动物适应环境”（三年级），但对“仿生设计”“技术迭代”缺乏系统认知；能操作简单工具（雕刻刀、透镜）。
3.学习难点：理解VR技术的立体视觉原理；平衡科技创新与伦理约束（如AI隐私风险）。
七、活动设置
课时 活动主题 活动目标 达成方式（含跨学科融合）
《生物的启示》 自然界的专利发明 1. 分析生物结构的功能优势；
2. 设计仿生解决方案。 1. 实验：蜂巢承重对比（科学+数学：记录形变量）；
2. 美术：绘制“仿生设计海报”（鲨鱼皮泳衣+高铁车头）。
《印刷术》 穿越千年的技术革命 1. 对比不同印刷技术效率；
2. 理解模块化设计价值。 1. 实践：雕刻橡皮活字印刷《静夜思》（语文+劳动）；
2. 数学：统计雕版 vs 活字印刷耗时折线图。
《走进虚拟世界》 虚实交织的科技魔法 1. 理解VR成像原理；
2. 解决晕动症问题。 1. 工程：用纸盒+凸透镜制作VR眼镜（焦距调试）；
2. 技术：用手机APP测试全景视频沉浸感。
《科技改变世界》 科技与未来的对话 1. 辩证分析技术双面性；
2. 设计负责任创新方案。 1. 辩论赛：“该不该用无人机送快递？”（伦理+逻辑）；
2. 社会：制定《班级电子设备使用公约》。
八、教学方法
1.问题链驱动法：
示例：追问“蜂巢为何是六边形？”→“六边形承重优势如何量化？”→“能否用此结构加固课桌椅？”
2.迭代设计法：
VR眼镜制作流程：设计草图→测试成像模糊→调整透镜焦距→优化佩戴舒适度→解决晕动问题。
3.争议性议题讨论：
针对《科技改变世界》设置辩题：“刷脸支付利大于弊？”，引导学生从便利性、隐私风险、监管措施多角度举证。
九、学习方法
1.类比迁移法：
将印刷术迭代类比手机发展（大哥大→智能手机），理解“需求推动创新”规律。
2.故障树分析法：
VR眼镜成像模糊的可能原因：透镜焦距错误→手机屏幕分辨率低→视频源非全景→逐一排查并解决。
3.社会调查法：
采访社区老人对“智能医疗设备”的态度（如血糖仪），撰写调查报告（科技适老化需求）。
十、评价策略
（一）单元总体评价策略
过程性评价 （60%） 实验记录单（30%）+模型迭代日志（20%）+小组协作（10%） 学习单、观察记录表
成果性评价 （40%） 科技博览会作品（创意性30%+功能性10%） 作品评分表、答辩表现
（二）分活动评价表
活动1：《生物的启示》分活动评价表
实验操作规范性 完成蜂巢承重实验，但步骤不完整（如未控制变量）。 规范操作实验，记录3组数据并对比六边形与四边形承重差异。 优化实验设计（如测试组合蜂窝结构），分析数据误差原因。
仿生原理理解 列举1种仿生案例（如鲨鱼皮泳衣）。 解释2种生物结构（蜂巢/鲨鱼皮）的功能优势。 用“结构-功能”原理解释自选仿生设计（如鸟嘴飞机头）。
创新应用能力 绘制简单仿生设计草图。 设计实用仿生方案（如减震书包）并标注核心结构。 制作模型并测试性能，提出迭代改进建议。
活动2：《印刷术》分活动评价表
技术迭代分析 复述雕版、活字印刷的基本步骤。 对比雕版与活字印刷的效率差异（如耗时、灵活性）。 关联现代印刷技术（如3D打印），分析技术升级共性规律。
实践操作能力 完成橡皮活字雕刻，但印刷模糊。 雕刻清晰活字并成功印刷古诗，排版整齐。 改进活字材料（如软木防滑），解决油墨渗透问题。
历史关联意识 知道毕昇发明活字印刷术。 说明活字印刷对文化传播的影响（如书籍普及）。 对比中西印刷术发展，论证技术与社会互动关系。
活动3：《走进虚拟世界》分活动评价表
原理理解 说出VR眼镜需要透镜和手机屏。 解释凸透镜成像原理（如“光线折射放大虚像”）。 分析陀螺仪在动态交互中的作用（如头部转动视角变化）。
模型制作 组装纸盒VR眼镜，但成像模糊。 调整透镜焦距使成像清晰，佩戴舒适。 优化设计（如添加鼻托防滑），解决晕动症问题。
应用迁移 列举1个VR应用场景（如游戏）。 设计VR教育方案（如虚拟博物馆），说明优势。 提出“VR适老化”改进建议（如字体放大、简化操作）。
活动4：《科技改变世界》分活动评价表
辩证思维 指出1项科技利弊（如无人机送快递快但可能坠毁）。 分析2项技术双面性（如AI诊断高效 vs 隐私泄露）。 提出平衡方案（如“加密医疗数据+医生复核”）。
方案设计 列出2条电子垃圾处理方法（如回收旧手机）。 设计“校园电池回收箱”放置方案。 制定回收流程（分类→消毒→拆解），论证环保效益。
伦理责任感 知道科技需遵守规则。 撰写《AI助手守则》3条（如“不窃听对话”）。 组织班级公约签署，监督执行情况。
十一、分层作业设计
活动1：《生物的启示》分层作业设计及评价标准
基础作业 列举3种仿生设计实例（如雷达仿蝙蝠）。 ★：1例；
★★：2例+功能描述；
★★★：3例+科学原理解释
提升作业 用纸筒测试六边形承重优势并记录数据。 ★：记录1组数据；
★★：3组数据+折线图；
★★★：分析数据差异原因
拓展作业 设计“仿生减震书包”方案并绘制结构图。 ★：草图；
★★：标注减震结构功能；
★★★：材料清单+可行性论证
活动2：《印刷术》分层作业设计及评价标准
基础作业 绘制印刷术发展时间轴（雕版→活字→数码）。 ★：标注2阶段；
★★：4阶段+关键发明；
★★★：添加技术突破意义
提升作业 对比手抄与活字印刷效率（计时实验）。 ★：定性描述（如“活字更快”）；
★★：记录3次实验时间；
★★★：计算效率提升百分比
拓展作业 设计“环保墨水”配方（果汁+淀粉）。 ★：提出配方；
★★：测试干燥速度；
★★★：分析成分安全性
活动3：《走进虚拟世界》分层作业设计及评价标准
基础作业 标注VR眼镜结构图（透镜/支架/手机槽）。 ★：标1部件；
★★：标3部件；
★★★：说明各部件功能
提升作业 测试不同焦距透镜成像效果（5cm/10cm）。 ★：记录成像模糊/清晰；
★★：测量最佳视距；
★★★：分析焦距与视场角关系
拓展作业 设计“VR安全教育课”（如火灾逃生）。 ★：主题设想；
★★：场景描述；
★★★：交互动作设计
活动4：《科技改变世界》分层作业设计及评价标准
基础作业 列举3项科技利弊（如刷脸支付）。 ★：1项；
★★：2项+简单分析；
★★★：3项+解决方案
提升作业 调查家庭电子垃圾类型（手机/电池）。 ★：列举2类；
★★：统计数量；
★★★：提出回收方案
拓展作业 撰写《AI助手伦理守则》（如隐私保护）。 ★：3条规则；
★★：结合案例说明；
★★★：设计监督机制
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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基本信息
学科 小学科学 版本 青岛版·五四制
年级 四年级下册
单元名称 第7单元《创新与发明》
单元主题 创新思维孵化营——从自然启示到科技创造
课时安排 4课时
一、单元主题
“创新思维孵化营——从自然启示到科技创造”
围绕仿生学原理、技术迭代规律、前沿科技应用及科技伦理，引导学生经历“观察→设计→创造→反思”的完整创新链条，培养工程思维与社会责任感。
二、单元大情景
“未来发明家训练营”挑战赛
学生化身“小小发明家”，通过四项任务获取“创新勋章”：
1.任务一：自然密码破译师（《生物的启示》）——破解生物结构中的仿生奥秘；
2.任务二：技术迭代工程师（《印刷术》）——探究技术升级的逻辑；
3.任务三：虚拟世界建筑师（《走进虚拟世界》）——设计VR科技应用方案；
任务四：科技伦理辩论员（《科技改变世界》）——分析技术发展的双面性。
最终目标：举办“校园科技博览会”，展示创新作品并发布《负责任创新宣言》。
三、课程标准分析
核心概念 13.工程设计与物化
学习内容 13.1 技术发明方法； 13.2 科技推动社会变革； 13.3 工程的关键是设计
学段目标 ①举例说明发明创造的常用方法； ②分析技术产品迭代规律； ③制作实物模型并解释科技应用的双面性。
四、单元教材分析
本单元包括《生物的启示》《印刷术》《走进虚拟世界》《科技改变世界》四课，围绕“创新思维与技术演进”主题，引导学生从自然仿生、技术迭代、虚拟科技到社会影响逐层探究，培养工程思维与创新意识。
（一）第24课《生物的启示》
1.核心内容：通过观察生物特征（如蜂巢结构、鸟翼形态）探究仿生学原理，分析生物结构与功能的适应性（如蜂巢轻质坚固启发现代建筑材料）。
2.关键活动：
（1）实验：对比不同结构承重能力（六边形 vs 四边形纸筒）；
（2）案例：模拟鲨鱼皮设计减阻泳衣，理解“形态–功能”映射关系。
（二）第25课《印刷术》
1.核心内容：梳理印刷技术迭代历程（雕版→活字→激光照排），聚焦技术优化的核心驱动力（效率、成本、精准度）。
2.关键活动：
（1）实践：用橡皮章制作活字印刷模型，体验模块化设计优势；
（2）对比：分析雕版印刷（耗时）与活字印刷（灵活）的差异，理解技术迭代的社会价值。
（三）第26课《走进虚拟世界》
1.核心内容：探究虚拟现实（VR）技术原理（光学成像、交互传感）及其应用场景（教育、医疗）。
2.关键活动：
（1）制作：简易VR眼镜（纸盒+凸透镜），观察全景视频成像；
（2）讨论：VR技术对学习方式的变革（如虚拟博物馆参观）。
（四）第27课《科技改变世界》
1.核心内容：辩证分析科技对社会的影响（如网络便利性 vs 信息安全），探讨可持续发展路径。
2.关键活动：
（1）案例研究：对比传统书信与电子通信的利弊；
（2）倡议设计：制定“绿色科技”行动方案（如减少电子垃圾）。
四课形成“自然启发→技术演进→应用创新→社会反思”的递进链条：
1.纵向递进：
（1）《生物的启示》提供创新灵感来源（仿生学基础）；
（2）《印刷术》展示技术优化路径（工程实践）；
（3）《走进虚拟世界》延伸至前沿科技应用（创新转化）；
（4）《科技改变世界》引导批判性反思（责任意识）。
2.横向整合：
仿生学（生物结构）→ 印刷术（机械工程）→ 虚拟现实（信息技术）→ 科技伦理（社会科学），体现STEM跨学科融合。
本单元以“科技源于自然、服务于社会”为暗线，通过实验制作、案例分析、伦理辩论等活动，引导学生经历完整创新流程，呼应青岛版教材“知行合一”的编写理念，为五年级《工程设计与物化》单元奠定基础。
五、教学目标
科学观念 1. 理解仿生学中“结构-功能”关系（如蜂巢轻质承重）；
2. 归纳技术迭代规律（效率提升、成本降低）；
3. 解释VR成像原理（透镜折射、交互反馈）。
科学思维 1. 通过对比实验验证结构性能差异（六边形 vs 四边形承重）；
2. 用流程图分析技术升级路径（雕版→活字→数码印刷）。
探究实践 1. 制作活字印刷模型并测试效率；
2. 设计VR眼镜并优化成像清晰度。
态度责任 1. 树立“科技服务人类”的价值观；
2. 提出降低科技风险的可行方案（如隐私保护协议）。
六、学情分析
1.年龄特点：四年级学生以具象思维为主，对动手实验兴趣浓厚，但对抽象概念（如“交互传感”）需借助模型理解。
2.认知基础：已知“动物适应环境”（三年级），但对“仿生设计”“技术迭代”缺乏系统认知；能操作简单工具（雕刻刀、透镜）。
3.学习难点：理解VR技术的立体视觉原理；平衡科技创新与伦理约束（如AI隐私风险）。
七、活动设置
课时 活动主题 活动目标 达成方式（含跨学科融合）
《生物的启示》 自然界的专利发明 1. 分析生物结构的功能优势；
2. 设计仿生解决方案。 1. 实验：蜂巢承重对比（科学+数学：记录形变量）；
2. 美术：绘制“仿生设计海报”（鲨鱼皮泳衣+高铁车头）。
《印刷术》 穿越千年的技术革命 1. 对比不同印刷技术效率；
2. 理解模块化设计价值。 1. 实践：雕刻橡皮活字印刷《静夜思》（语文+劳动）；
2. 数学：统计雕版 vs 活字印刷耗时折线图。
《走进虚拟世界》 虚实交织的科技魔法 1. 理解VR成像原理；
2. 解决晕动症问题。 1. 工程：用纸盒+凸透镜制作VR眼镜（焦距调试）；
2. 技术：用手机APP测试全景视频沉浸感。
《科技改变世界》 科技与未来的对话 1. 辩证分析技术双面性；
2. 设计负责任创新方案。 1. 辩论赛：“该不该用无人机送快递？”（伦理+逻辑）；
2. 社会：制定《班级电子设备使用公约》。
八、教学方法
1.问题链驱动法：
示例：追问“蜂巢为何是六边形？”→“六边形承重优势如何量化？”→“能否用此结构加固课桌椅？”
2.迭代设计法：
VR眼镜制作流程：设计草图→测试成像模糊→调整透镜焦距→优化佩戴舒适度→解决晕动问题。
3.争议性议题讨论：
针对《科技改变世界》设置辩题：“刷脸支付利大于弊？”，引导学生从便利性、隐私风险、监管措施多角度举证。
九、学习方法
1.类比迁移法：
将印刷术迭代类比手机发展（大哥大→智能手机），理解“需求推动创新”规律。
2.故障树分析法：
VR眼镜成像模糊的可能原因：透镜焦距错误→手机屏幕分辨率低→视频源非全景→逐一排查并解决。
3.社会调查法：
采访社区老人对“智能医疗设备”的态度（如血糖仪），撰写调查报告（科技适老化需求）。
十、评价策略
（一）单元总体评价策略
过程性评价 （60%） 实验记录单（30%）+模型迭代日志（20%）+小组协作（10%） 学习单、观察记录表
成果性评价 （40%） 科技博览会作品（创意性30%+功能性10%） 作品评分表、答辩表现
（二）分活动评价表
活动1：《生物的启示》分活动评价表
实验操作规范性 完成蜂巢承重实验，但步骤不完整（如未控制变量）。 规范操作实验，记录3组数据并对比六边形与四边形承重差异。 优化实验设计（如测试组合蜂窝结构），分析数据误差原因。
仿生原理理解 列举1种仿生案例（如鲨鱼皮泳衣）。 解释2种生物结构（蜂巢/鲨鱼皮）的功能优势。 用“结构-功能”原理解释自选仿生设计（如鸟嘴飞机头）。
创新应用能力 绘制简单仿生设计草图。 设计实用仿生方案（如减震书包）并标注核心结构。 制作模型并测试性能，提出迭代改进建议。
活动2：《印刷术》分活动评价表
技术迭代分析 复述雕版、活字印刷的基本步骤。 对比雕版与活字印刷的效率差异（如耗时、灵活性）。 关联现代印刷技术（如3D打印），分析技术升级共性规律。
实践操作能力 完成橡皮活字雕刻，但印刷模糊。 雕刻清晰活字并成功印刷古诗，排版整齐。 改进活字材料（如软木防滑），解决油墨渗透问题。
历史关联意识 知道毕昇发明活字印刷术。 说明活字印刷对文化传播的影响（如书籍普及）。 对比中西印刷术发展，论证技术与社会互动关系。
活动3：《走进虚拟世界》分活动评价表
原理理解 说出VR眼镜需要透镜和手机屏。 解释凸透镜成像原理（如“光线折射放大虚像”）。 分析陀螺仪在动态交互中的作用（如头部转动视角变化）。
模型制作 组装纸盒VR眼镜，但成像模糊。 调整透镜焦距使成像清晰，佩戴舒适。 优化设计（如添加鼻托防滑），解决晕动症问题。
应用迁移 列举1个VR应用场景（如游戏）。 设计VR教育方案（如虚拟博物馆），说明优势。 提出“VR适老化”改进建议（如字体放大、简化操作）。
活动4：《科技改变世界》分活动评价表
辩证思维 指出1项科技利弊（如无人机送快递快但可能坠毁）。 分析2项技术双面性（如AI诊断高效 vs 隐私泄露）。 提出平衡方案（如“加密医疗数据+医生复核”）。
方案设计 列出2条电子垃圾处理方法（如回收旧手机）。 设计“校园电池回收箱”放置方案。 制定回收流程（分类→消毒→拆解），论证环保效益。
伦理责任感 知道科技需遵守规则。 撰写《AI助手守则》3条（如“不窃听对话”）。 组织班级公约签署，监督执行情况。
十一、分层作业设计
活动1：《生物的启示》分层作业设计及评价标准
基础作业 列举3种仿生设计实例（如雷达仿蝙蝠）。 ★：1例；
★★：2例+功能描述；
★★★：3例+科学原理解释
提升作业 用纸筒测试六边形承重优势并记录数据。 ★：记录1组数据；
★★：3组数据+折线图；
★★★：分析数据差异原因
拓展作业 设计“仿生减震书包”方案并绘制结构图。 ★：草图；
★★：标注减震结构功能；
★★★：材料清单+可行性论证
活动2：《印刷术》分层作业设计及评价标准
基础作业 绘制印刷术发展时间轴（雕版→活字→数码）。 ★：标注2阶段；
★★：4阶段+关键发明；
★★★：添加技术突破意义
提升作业 对比手抄与活字印刷效率（计时实验）。 ★：定性描述（如“活字更快”）；
★★：记录3次实验时间；
★★★：计算效率提升百分比
拓展作业 设计“环保墨水”配方（果汁+淀粉）。 ★：提出配方；
★★：测试干燥速度；
★★★：分析成分安全性
活动3：《走进虚拟世界》分层作业设计及评价标准
基础作业 标注VR眼镜结构图（透镜/支架/手机槽）。 ★：标1部件；
★★：标3部件；
★★★：说明各部件功能
提升作业 测试不同焦距透镜成像效果（5cm/10cm）。 ★：记录成像模糊/清晰；
★★：测量最佳视距；
★★★：分析焦距与视场角关系
拓展作业 设计“VR安全教育课”（如火灾逃生）。 ★：主题设想；
★★：场景描述；
★★★：交互动作设计
活动4：《科技改变世界》分层作业设计及评价标准
基础作业 列举3项科技利弊（如刷脸支付）。 ★：1项；
★★：2项+简单分析；
★★★：3项+解决方案
提升作业 调查家庭电子垃圾类型（手机/电池）。 ★：列举2类；
★★：统计数量；
★★★：提出回收方案
拓展作业 撰写《AI助手伦理守则》（如隐私保护）。 ★：3条规则；
★★：结合案例说明；
★★★：设计监督机制
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