教学设计
课题 0.03秒的生命守护——解密安全气囊中的化学反应速率
课型 新授课 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□
1.教学内容分析
本课时内容位于人教版高中化学必修二第六章《化学反应与能量》第二节第一课时。从学科知识体系来看,它是化学反应原理模块的入门核心内容,起到承上启下的关键枢纽作用。本课时以汽车安全气囊0.03秒极速救命的真实场景为核心,紧扣人教版高中化学必修二“化学反应速率”核心知识点,围绕“化学反应存在快慢差异、反应速率可定量表示、外界条件能调控反应速率”三大核心概念展开,将抽象的化学知识与生命安全、实际应用紧密结合,引导学生从真实问题出发,理解化学反应速率本质,掌握其表示方法与影响因素,建立“化学调控变化、守护生命安全”的学科认知。从知识关联来看,学生已学的物质的量、浓度及基础实验操作,为本节课的速率计算比较、实验探究提供了帮助,而本课时内容又为后续化学平衡、电化学等知识的学习做好铺垫,实现知识层层递进。
2.学习者分析
1、根据调查高一学生在生活中大多了解汽车安全气囊,对其“瞬间弹出、快速防护”的特点有直观感受,也熟知铁生锈、食物变质、燃烧快慢等日常现象,具备“化学反应有快有慢”的感性认知;同时已学习物质的量、浓度等化学知识,具备基础的化学计算与简单原理分析能力,为本节课的学习打下了扎实基础。 2、经过高一一学期的学习,学生已掌握小组合作探究、基本实验操作、实验现象描述、简单问题讨论等学习方法,能够规范使用试管、烧杯等实验仪器,可完成简单的对比实验操作与现象记录,具备一定的合作学习与自主探究能力。 3、困难:学生思维仍以感性认知为主,定量分析、科学规范表述的能力较弱,理解抽象的概念需要借助直观情境和实验现象逐步引导。
3.学习目标确定
1、能结合安全气囊、食物变质等实例,能准确认识化学反应的快慢,掌握化学反应速率的定义、表达式及单位,能独立完成基础速率计算与大小比较,落实核心知识掌握要求; 2、能通过实验探究、小组合作,学会运用变量控制法分析问题、设计实验分组对比实验,探究温度、催化剂对反应速率的影响,运用控制变量法归纳影响因素,能结合实验现象推导结论,提升证据推理、科学探究与规范表达能力,建立“宏观—微观—符号”三重表征思维,提升科学探究与证据推理能力; 3、能借助微观视角初步理解反应速率的调控本质,能以“化学解密师”身份,运用速率知识完整解密安全气囊0.03秒极速救命的工作原理,结合生活实例分析速率调控的实际意义;强化生命安全意识,深刻体会化学调控变化、守护生命、服务生活的学科价值,激发化学学习的内在兴趣与社会责任感。
4.学习重点难点
重点:化学反应速率的概念与表示方法,以及外界条件(浓度、温度、催化剂)对化学反应速率的影响; 难点:反应速率的基础定量计算
5.学习评价设计
评价维度评价内容评价方式评价工具评价要点评价等级知识获得1、化学反应快慢的定性辨识; 2、速率概念、表达式、单位的掌握; 3、基础速率计算准确率; 4、安全气囊原理解析准确度课堂即时问答、随堂检测、小组互评、原理提纲自查概念判断题单、速率计算题卡、知识掌握自查表、气囊原理解析提纲1、能快速列举生活中的快慢反应例子; 2、公式、单位书写正确规范; 3、计算题正确率≥80%; 4、能结合所学知识完整阐述气囊反应原理能力提升1、实验操作规范性; 2、控制变量法的运用; 3、实验现象归纳与结论推导;实验实操观察、小组成果展示、过程性表现点评实验操作评分细则、小组展示评价量表、教师课堂观察记录表1、实验器材使用规范; 2、能明确控制变量,设计合理对照方案; 3、现象记录详实,能归纳出温度/催化剂/浓度的影响规律;学习态度1、课堂参与积极性; 2、小组讨论活跃度; 3、实验探究专注度; 4、错题订正与反思主动性课堂行为观察、小组内部互评、学习表现自评课堂参与度记录表、学习态度自评表、小组互评意见单1、主动举手回答问题,参与度高 2、积极参与小组讨论; 3、实验操作专注,认真记录; 4、能主动修改错题,并进行反思学习方法1、控制变量法的掌握与运用; 2、知识梳理与归纳能力;实验方案查阅、知识框架检查、小组过程复盘实验设计方案评价表、知识框架梳理评分标准、学习方法运用反馈单1、能独立设计对照实验,控制变量明确; 2、能梳理出概念-公式-影响因素-应用的知识框架思维发展1、宏观-微观-符号的三重表征思维; 2、证据推理、定性到定量的逻辑思维; 3、知识迁移解决实际问题的能力课堂提问追问、原理解析点评、问题解决思路复盘思维表现评价量表、课堂问答反馈表、思路分析诊断单1、能从微观有效碰撞角度解释速率影响本质; 2、能基于实验证据推导结论,逻辑清晰3、能将速率知识迁移到食品保鲜、化工生产等实际场景价值观念1、生命安全意识的树立; 2、化学服务生活、守护生命的价值认同; 3、科学严谨与绿色化学理念课堂发言反馈、情境感悟分享、价值认知自评价值观念感悟表、课堂发言评价表、学科价值认同问卷1、能认识到安全气囊中化学知识的生命守护价值;
2、能体会速率调控在生活中的实际意义; 3、认同化学对人类生活的积极作用
6.学习活动设计
教师活动学生活动环节一:情境激趣,感知反应快慢教师活动1 【情景导入】 1、播放安全气囊碰撞0.03秒极速产气救命视频,搭配铁生锈、食物变质缓慢进行的实景图,构建“快慢化学反应对比”真实情境; 【教师】 同样是化学反应,为何安全气囊能极速产气救命,而铁生锈、食物变质却十分缓慢?化学反应的快慢该如何判断与描述? 【教师】 说得特别到位,这就是咱们对化学反应快慢的定性感知!那大家结合生活经验,再想想还有哪些快慢不同的化学反应,和同桌互相说一说。 【教师】 大家列举的实例都很贴合生活,很棒!不过大家目前都是从生活角度粗略描述快慢,后续咱们就要用更专业的化学语言,精准定量地表示反应快慢,也就是今天要学的化学反应速率。老师刚刚也观察了大家的发言情况,每位同学参与度都很高,个别同学表述不够全面的,课后可以再补充完善。学生活动1 【学生】 置身真实情境,直观感受化学反应的快慢差异; 【学生】 安全气囊产气反应特别快,瞬间就能完成;铁生锈、食物变质要很久才会显现变化,反应很慢。我们可以看反应完成的时间、有没有明显现象(比如气泡、颜色变化)来判断反应快慢。 【学生】 快的反应有烟花燃放、火药爆炸、蜡烛燃烧等;慢的反应有金属锈蚀、食物腐烂、杯子塑料老化等。 活动意图说明:本环节依托真实生命安全情境切入,贴合主题内核,以驱动性问题点燃探究欲,自然铺垫速率概念。预设学生仅能从生活视角定性描述,缺乏化学专业表述,通过教师引导纠正思维错漏。教与学深度联动,落实宏观辨识与微观探析素养,达成“辨识反应快慢”的基础目标,为后续定性转定量的学习搭建桥梁,同时借助过程性评价调动课堂参与积极性。环节二:初识定义,建构速率概念教师活动2 【情景导入】【教师】 咱们刚刚只靠肉眼、靠时间定性判断反应快慢,不够精准,就像安全气囊产气,我们只知道快,但到底有多快,没法精准表述。接下来结合安全气囊产气的定量数据,咱们一起探究,怎么把定性感知变成定量表示。 【安全气囊产气定性感知】【视频】 1.安全气囊瞬间爆开; 2.产气非常快; 3.气体量很大; 4.反应很剧烈。 【安全气囊产气定量数据参考】 安全气囊核心产气反应为: 2NaN3 = 2Na + 3N2; 常规气体发生器内装填约50g NaN ,撞击后0.03s内完全反应(瞬间爆开),生成标准状况下约25.8 L N (产气非常快); 气囊内部容积约50 L(气体量很大),反应后N 浓度Δc ≈ 0.023 mol L 1,N 生成速率为v(N2)≈0.77 mol L 1 s 1,反应速率极快。 【教师】 那到底如何精准、定量地表示化学反应的快慢?又该用怎样的化学语言,规范描述反应速率呢? 【教师】 迁移得非常好,化学里的反应速率,就是借鉴了物理速度的研究思路。化学反应速率,通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示,表达式就是v = Δc/Δt,大家跟着我一起推导一遍,记住这个公式。这里老师要强调几个易错点:1.单位要规范,常用mol/(L·s)或mol/(L·min);2.速率取值永远为正;3.固体和纯液体的浓度视为定值,不能用来表示反应速率。 【教师】 现在老师给大家发概念判断题单,大家做完后小组内互相打分,遇到共性误区咱们集中讲解,之后大家填写知识掌握自查表,看看自己有没有吃透这些基础概念,有理解错漏的地方及时提出来。 化学反应速率——概念判断题单 判断下列说法是否正确,对的打√,错的打 ×。 1.化学反应速率是用来衡量化学反应快慢的物理量。() 2.化学反应速率可以用单位时间内任意一种反应物或生成物的物质的量变化来表示。() 3.化学反应速率可以用固体或纯液体的浓度变化来表示。() 4.同一化学反应里,用不同物质表示的反应速率数值一定相同。() 5.同一化学反应里,各物质的反应速率之比等于它们的化学计量数之比。() 6.化学反应速率的单位只能是 mol L s 。() 7.反应速率 v=Δc/Δt 计算出的是一段时间内的平均速率,不是瞬时速率。() 8.无论用反应物还是生成物表示,化学反应速率的数值都取正值。()学生活动2 【学生活动】 1、立足真实问题情境,跟随教师思路分析任务,理解定量表示反应速率的必要性; 【学生】 可以跟物理上学的速度一样,用单位时间内的变化量来表示;反应速率肯定和反应物变少、生成物变多的量有关,得有固定的公式和单位,不能光凭感觉说快慢。 【学生活动】 认真聆听教师讲解,记录反应速率定义、表达式、单位与易错点,梳理核心知识点; 【学生活动】 独立完成概念判断题,小组内互评纠错,主动请教不懂的问题,厘清认知误区。 化学反应速率——概念判断题单(答案) 1.√解析:化学反应速率的物理意义就是表示反应快慢。 2.×解析:必须用浓度变化,不是物质的量变化。 3.×解析:固体、纯液体浓度视为常数,不能用来表示反应速率。 4.×解析:不同物质表示的速率数值可能不同,但意义等效。 5.√解析:速率之比 = 化学计量数之比,是本节核心规律。 6.×解析:单位还可以是mol L min 等,只要是浓度 / 时间即可。 7.√解析:公式计算的是平均速率。 8.√解析:反应速率只取正值。 活动意图说明 本环节聚焦核心概念建构,突破定性转定量的思维难点。预设学生易混淆单位、忽略易错前提,通过教师示范指导、分层评价突破瓶颈。教为主导、学为主体,紧扣知识与技能目标,落实证据推理与模型认知素养,夯实理论基础,借助多元评价督促学生扎实掌握概念,为后续计算、实验环节筑牢根基。环节三:即时演练,夯实速率计算教师活动3 【情景导入】【教师】 咱们已经掌握了化学反应速率的定义和公式,现在就结合安全气囊产气的实际情境,做几道计算题,把知识转化为解题技能,看看大家能不能灵活运用公式。 化学反应速率计算题(安全气囊情境2道) 1.安全气囊产气反应:2NaN3 = 2Na+3N2↑,在碰撞触发后,0.03秒内,气囊中N2的浓度从0上升到0.023 mol·L-1。请计算:(1) v(N2);(2) 若v(NaN3) : v(N2) = 2:3,求v(NaN3) 2.某安全气囊发生器中,NaN3完全分解用时0.03s。已知反应中v(N2) = 0.77 mol L 1 s 1,求这段时间内N2的浓度变化量Δc(N2)。 【教师】 请大家运用所学速率公式,规范完成反应速率计算与大小比较,先思考一下,解题的时候要注意哪些关键细节,避免出错? 【教师】 总结得非常全面,这些都是解题的核心要点!大家看黑板,老师板书演示完整解题流程,从审题、找已知量、代入公式,到单位书写、步骤梳理,一步步给大家讲清楚,一定要养成严谨计算、规范作答的习惯。 【教师】 现在大家做速率计算题卡,老师巡视课堂,收集大家的共性错题,针对性答疑纠错。做完后先自己对照答案自查,再小组互助修改,通过自评、互评找到自己的问题,强化计算能力。学生活动3 【学生活动】 结合真实情境分析计算任务,明确解题要求; 【学生】 要先找准反应物或者生成物的浓度变化量,确定反应的时间,代入公式的时候单位必须统一,不能漏掉单位;速率都是正数,比较速率大小时,要先把单位统一,再对比数值大小。 【学生活动】 观看教师示范,掌握规范解题步骤与易错点; 【学生活动】 独立完成基础计算题,对照标准自查、小组互助讲解错题,做好笔记。 【学生】 (1) v(N2) = 0.77 mol L 1 s 1; (2) v(NaN3)=0.51 mol L 1 s 1 解析:(1) v(N2) = Δc/Δt = 0.023/0.03 ≈ 0.77 mol L 1 s 1;(2) 速率之比=计量数之比v(NaN3):v(N2) = 2:3;v(NaN3)=32×0.77 ≈ 0.51 mol L 1 s 1 2. Δc(N2)=0.023 mol L 1 解析:由公式v = Δt/Δc Δc=v×Δt;代入:Δc(N2)=0.77×0.03≈0.023 mol L 1活动意图说明 本环节针对计算难点开展实操演练,实现知识向技能的转化。预设学生解题步骤不规范、单位遗漏、数据代入错误,通过示范指导、即时评价突破难点。教、学、练深度融合,紧扣知识目标,提升学生定量运算与规范表达能力,落实证据推理素养,借助过程性评价查漏补缺,助力学生扎实突破学习难点。环节四:实验设计,初探影响因素教师活动4 【情景导入】【教师】 大家看安全气囊内部的产气反应方程式,安全气囊核心产气反应为: 2NaN3 = 2Na + 3N2↑,想要让气囊在0.03秒极速产气,就得调控反应速率,那到底哪些外界条件能改变反应速率(联系初中的S与Fe在空气/氧气中燃烧现象的对比),咱们又该怎么验证自己的猜想呢?接下来咱们就分组设计实验,一探究竟。 【教师】 大胆猜想一下,哪些外界条件能调控反应速率?怎么设计实验,才能严谨验证你们的猜想呢? 【教师】 猜想很合理,实验思路也踩中了核心!这就是咱们做对比实验的关键——控制变量法,一定要保证单一变量,其余条件保持一致。现在大家以小组为单位,围绕过氧化氢分解反应,设计对照实验,老师巡回指导,有思路不清晰的地方随时问。 【教师】 老师看了各小组的实验设计表,大部分小组方案很合理,个别小组变量控制不到位,老师现场帮大家优化思路,大家一定要严谨思考,完善实验方案,为后续实操做好准备。 学生活动4 【学生活动】 立足探究情境,分析实验任务,小组讨论猜想浓度、温度、催化剂对反应速率的影响 【学生】 温度、反应物浓度、催化剂应该都能影响反应速率;温度越高反应越快,浓度越大反应越快;催化剂能加快反应。设计实验的时候,要控制其他所有条件都不变,只改变一个条件,做对照实验,才能准确看出这个条件的影响。 【学生活动】 运用变量控制法,围绕过氧化氢分解反应设计对照实验;填写实验报告,明确试剂用量、操作步骤与相关现象,完善实验方案,提升实验设计能力。 活动设计意图 本环节以真实问题驱动实验设计,培养科学探究思维。预设学生对控制变量法理解不透彻、方案设计不严谨,通过教师指导、针对性评价优化设计思路。教为引导、学为核心,落实过程与方法目标,培育严谨实验思维,落实科学探究与创新意识素养,借助表现性评价督促学生规范设计,为后续实验实操做好铺垫。环节五:分组实操,归纳调控规律教师活动5 【情景导入】【教师】 各小组的实验方案都已经完善好了,老师已经给大家分发了实验器材和试剂,接下来大家分组实操,严格按照方案完成实验,仔细观察现象、推导结论,要注意安全。 【教师】 请大家规范完成浓度、温度、催化剂三组对比实验,详实记录实验现象,结合现象归纳外界条件对反应速率的影响规律,各小组代表分享一下你们的实验结果。 【教师】 实验现象观察到位,结论归纳得也很准确!大家实操的时候一定要注意实验安全,规范操作,老师巡回指导的时候,发现个别小组操作不规范、现象记录不全,已经现场纠正了。接下来各小组展示实验成果,小组之间互相点评,老师也会针对疏漏补充讲解,帮大家吃透速率调控规律。学生活动5 【学生活动】 小组分工协作,严格按照实验方案,完成三组对比实验,严守实验安全规范;专注观察实验现象,详实记录气泡产生的快慢、剧烈程度,不遗漏细节,并推导出实验结论 【学生】 我们小组发现,温度越高,过氧化氢分解产生气泡的速度越快;过氧化氢溶液浓度越大,反应越剧烈,气泡越多;加入二氧化锰催化剂后,瞬间产生大量气泡,反应速率大幅提升。总结来说,升高温度、增大反应物浓度、加入催化剂,都能加快化学反应速率。 【学生活动】 小组内分析实验现象、推导实验结论,代表上台分享,倾听他人点评完善结论。 活动意图说明 本环节开展分组实操探究,凸显学生主体地位,实现“做中学”。预设学生操作不规范、现象记录不全、结论归纳不准,通过教师全程指导、多元评价化解障碍。教、学、做合一,落实过程与方法目标,深化小组合作与深度互动,培育实验实操、证据推理能力,落实科学探究与社会责任素养,以评促学,助力学生掌握速率调控核心规律。环节六:解密气囊,总结提升升华教师活动6 【情景导入】【教师】 咱们学完了化学反应速率的概念、计算、影响因素,现在回归课堂开头的安全气囊情境,再结合食品保鲜、化工生产的实例,把知识整合起来,解密安全气囊极速产气的奥秘,体会化学的实用价值。 【教师】 哪位同学能结合本节课所学,说说安全气囊为什么能在0.03秒极速产气,实现救命效果? 【教师】 理解得非常透彻,完美结合了本节课的核心知识!大家跟着老师一起,搭建“概念—公式—计算—影响因素—应用”的完整知识框架,把零散的知识点串起来,学会知识的整合与迁移。 【教师】 老师查看大家的原理解析提纲,整体完成度很高,个别同学知识应用有偏差,老师已经逐一纠正。希望大家通过这节课,不仅掌握化学知识,更能体会化学守护生命、服务生活的价值(阐述安全气囊注意事项),课后完成作业,继续深化所学。 【安全气囊注意事项】 1. 必须系好安全带;2. 12岁以下儿童不能坐副驾;3. 副驾不要放东西、不要垫坐垫;4. 乘车姿势要端正;5. 方向盘不要正对胸口;6. 不要私自拆、改、遮盖气囊;7. 气囊爆过一次就必须更换;8. 老人、孕妇尽量坐后排。学生活动6 【学生活动】 回归安全气囊核心情境,小组合作整合速率知识,完成安全气囊原理解析,吃透核心知识点; 【学生】 安全气囊内部的产气药剂,通过优化反应条件,比如把控合适的温度、添加高效催化剂,大幅加快了产气反应的速率,让反应在极短时间内快速完成,瞬间产生大量气体,所以能瞬间弹开护住驾驶员。 【学生活动】 跟随教师引导,自主梳理课堂知识点,搭建完整知识框架,做好课堂总结;结合生活实例感悟化学学科价值,主动分享学习心得。 活动意图说明 本环节回归主题闭环,实现知识应用与价值升华。预设学生难以将理论与实际结合,通过教师引导搭建知识与生活的桥梁。教与学协同推进,落实素养与价值目标,强化生命安全意识,深化学科价值认同,借助总结性评价检验学习成效,推动学生思维、能力与核心素养同步发展,达成课堂育人目标。
7.板书设计
一、化学反应速率(定量表示快慢) 1、概念:表示化学反应快慢程度的物理量 定义:单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量 表达式: 单位: 关键点:不能用固体/纯液体表示反应速率;速率恒为正值 2、化学反应速率的计算 ①不同物质表示速率可能不同,必须指明具体物质 ②速率之比=化学计量数之比: 3、大小比较 方法1:单位统一,换算为同一物质速率再比较 方法2:比较速率与化学计量数的比值大小 二、影响化学反应速率的因素 温度:升温→速率增大;降温→速率减小 浓度:增大反应物浓度→速率增大(固、纯液除外) 催化剂:加入催化剂→显著加快反应速率 接触面积:接触面积增大,速率增大 三、学以致用 安全气囊:控温+催化剂→极速产气(提速) 生活应用:食品保鲜(降温、密封)、金属防腐(减速)
8.作业与拓展学习设计
1、将1.0 mol N2和3.0 mol H2在2 L的密闭容器中发生反应:反应经2秒后,剩余的N2为0.6 mol,求2秒内N2的反应速率。 答案: 2、反应A(g) + 3B(g) = 2C(g) + 2D (g)在四种不同情况下的反应速率为: ①v(A)=0.45mol·L-1·min-1 ②v(B)=0.6mol·L-1·s-1 ③v(C)=0.4mol·L-1·s-1 ④v(D)=0.45mol·L-1·s-1 则该反应速率的快慢顺序为( ) A.④>③=②>① B.④<③=②<① C.①>②=③>④ D.④>③>②>① 答案:A 3、对于反应:下列措施不能增大该反应的反应速率的是 A.压缩容器的体积 B.容器体积不变,充入气体 C.容器体积不变,充入 D.容器体积不变,充入氩气 E.容器体积可变,充入氩气 答案:C、D 4、下列各组反应(物质均为反应物),反应刚开始时,放出H2的速率最大的是 答案:D 5、用等质量的锌与等体积过量盐酸在不同条件下进行如下5组实验,测定收集相同条件下等体积的氢气所用时间。 回答下列问题: (1)探究浓度对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据____。 (2)探究温度对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据____。 (3)探究接触面积对化学反应速率的影响应选用哪两组实验数据____。 (4)上述5组实验中测定收集等体积的氢气需要时间最短的是___。 (5)实验完成后,某同学又用A组实验药品滴加两滴氯化铜,发现产生氢气的速率明显加快,解释速率加快的原因是____________________________ ____________________________________________。 BC; (2)CE; (3)DE; (4)E; (5)Zn与Cu2+反应生成Cu单质,加快化学反应速率 [注]:课后完成作业,巩固知识。
9.特色学习资源分析、技术手段应用说明
1、本课时选用安全气囊碰撞0.03秒极速产气视频构建“化学反应快慢对比”的真实生命安全情境,摒弃枯燥的理论导入,让学生直观感受到化学反应的快慢差异,自然引出“反应速率”核心课题。同时拓展食品保鲜、金属防腐等生活实例,让抽象的速率知识变得具象可感,解决了“化学知识离生活远”的教学痛点; 2、围绕“影响化学反应速率的因素”核心探究点,配套标准化实验器材与试剂(过氧化氢溶液、二氧化锰、烧杯、温度计等)、实验报告单等资源,贴合分组实操、对照探究的教学需求。突破了“实验设计不严谨、变量控制不到位”的学习难点,真正实现“做中学、探中悟”,强化了学生动手实操与证据推理能力; 3、设计概念判断题单、速率计算题卡、知识掌握自查表三类分层习题资源,贴合课堂教学节奏,实现“学练结合、即时巩固”; 4、课堂导入环节运用多媒体视频播放、高清图片展示技术,播放安全气囊碰撞产气动态视频,搭配铁生锈、食物变质静态实景图,通过视听结合的方式,打破时空限制,让学生直观感受极速反应与缓慢反应的强烈反差,快速聚焦课堂主题,降低知识入门难度; 5、依托6人小组为单位,分工协作,借助实验设计、讨论交流、代表发言、成果互评等互动形式,搭建了生生互动、师生互动的课堂平台,充分凸显学生主体地位,打破“教师讲、学生听”的传统教学模式。
10.教学反思与改进
(单节课教与学的经验性总结,基于学习者分析和目标达成度进行对比反思,教学自我评估与教学改进设想。课后及时撰写,突出单元整体实施的改进策略,后续课时教学如何运用本课学习成果,如何持续促进学生发展)
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