基于学生创新能力培养的机械CADCAM技术UG课程改革实践总结剖析.docx
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基于学生创新能力培养的机械CADCAM技术UG课程改革实践总结剖析
基于学生创新能力培养的机械CAD/CAM技术（UG）课程改革实践总结
目录
第一章课程校内发展的主要历史沿革-1-
第二章课程在专业培养目标中的定位与特点-3-
第三章课程教学的设计-4-
一、教学计划-4-
二、教学内容-4-
三、课程的重点、难点及解决办法-5-
四、项目载体选择-5-
五、教学进度的安排-6-
第四章教学思路和做法-8-
一、“讲练训一体化”教学的总体思路-8-
二、“讲练训一体化”教学的难点及解决办法-8-
三、实践教学方法-11-
四、课程教学方法的实施过程-11-
五、课程教学方法的实施效果-11-
六、信息技术应用-11-
七、教学改革措施-12-
第五章考评方法改革-13-
第六章心得体会-14-
第一章课程校内发展的主要历史沿革
CAD/CAM技术是现代制造技术的核心，能极大程度的提高企业设计、制造、管理的能力，在机械行业中已经广泛采用CAD/CAM技术并应用与生产全过程。
目前，企业急需掌握CAD/CAM技术的专业人才。
为适应高等职业教育改革与发展的需要，体现高等职业教育特征，结合专业的培养要求，实现课程的教学目标，该课程在本校的建设与发展经历了三个阶段：
1、初期探索时期
在《机械制图》课程中引入计算机绘图内容，学校单独开设了《AutoCAD工程制图》课程，采用专门的绘图软件AutoCAD进行实践教学，教学学时数不断增加、实用性增强，培养了学生计算机绘图的能力，受到学生的广泛欢迎。
2、发展提高时期
随着CAD、CAE、CAPP、CAM等技术的迅速发展与广泛应用，将这些内容引入教学体系是培养工程应用型人才的迫切需求。
学校对《AutoCAD工程制图》课程进行改革，将Pro/E、MasterCAM、UG软件引入CAD/CAM技术课堂教学中，成为CAD/CAM技术实验课程、课程设计等实践环节主要软件平台，通过让学生参与课程实训、仿真练习、毕业设计、机加工实训等，吸收学生参与实际生产项目，培养学生的实践能力。
通过企业调研和毕业生跟踪调研以及对学生就业岗位群的分析，为适应目前企业对毕业生职业技能的需求，开设《CAD/CAM技术》课程，并将该课程作为一个大课题项目，依托UG软件平台，熟悉三维建模，工程制图、装配、数控加工等模块的功能，利用计算机辅助加工产品，将知识能力融入到各教学模块中，培养学生的基本技能、专项技能及课程综合技术应用技能。
每个小模块都采取以工作任务为导向的项目教学法模块化教学，使得各模块之间既紧密联系，又各自独立，教学效果富有成效。
3、改革创新时期
以学生为主体，以学生实践为基础，引导学生积极主动地参与教学活动，把学生学习的主动性、参与性、探索性与创造性很好地融合到一起。
在原有的机械设计课程设计中，改变二维平面图纸设计的模式，在Pro/E平台上进行减速器设计，锻炼了学生熟练操作三维软件和计算机辅助设计的能力。
依据国家职业资格标准，专业技能教师对学生进行“CAD中级、高级考证”培训，并将职业标准融合到课程教学内容中，优化教学过程，创新训练手段，提高学习效果，使学生在获得知识和学历证书的同时，顺利获得相应职业资格证书，实现“高等性”与“职业性”的融合。
同时，“以赛促学，以学助赛”，机械系定期举行“Pro/E技能节”，通过大赛的激励，学生充分利用课余时间，形成浓郁的学习氛围。
通过CAD/CAM相关课程的学习，对我系学生参加各项技能大赛都受益颇丰，并不断取得优异成绩。
CAD/CAM课程以培养学生的CAD/CAM软件应用基本能力为重点，突出基本操作的训练，使学生奠定好CAD/CAM软件应用的基础，为学生尽快适应未来机械设计和制造、数控机床编程、操作及技术管理等工作岗位作好前期准备。
基于现代工业企业对工作在生产、建设、管理、服务第一线的高级技术应用型人才的需求确定了培养目标，根据我院的实际情况，采用“理论－实践－创作”一体化的教学模式，体现工学结合特色。
按照机械类设计人员和工艺人员的培养规律，我们将教学过程分解为三个互相联系的模块，整个过程将理论教学、实践、机械产品创作（制作）三大部分进行了一体化的组织设计，形成“理论－实践－创作”一体化的教学模式。
各个模块的有机衔接，教学组织过程依次展开，课堂理论教学、上机实际操作、方案设计讨论、企业项目设计、作业展览与评价都全部贯穿于整个教学活动之中，同时，根据教学内容，选择了灵活的教学方法，如现场教学、案例教学、项目驱动、真题实做等，加强了学生实际动手能力和创新能力的培养，从真正意义上实现了理论与实践互交互融和开放性教学，体现了工学结合特色。
第二章
课程在专业培养目标中的定位与特点
作为以培养应用型高级专门人才为目标的教学型高校的机械制造类专业，承担着学生与现代工业生产水平相对应的设计、制造、运行、实施、管理能力和素质的训练任务；与现代科技发展水平相适应的生产技能开发能力和创新能力的训练任务；与现代工程相适应的质量意识、安全意识、环境意识、竞争意识和协作意识的培养任务。
CAD/CAM软件是支撑学生从操作员岗位向车间技术和生产管理岗位迁移能力训练任务的适用工具。
因此，在大学的机械制造专业开设一两门CAD/CAM软件课程并且探索提高教学质量的方法非常必要。
CAD/CAM是一门实践性很强的课程，作为机械类以及近机类专业的专业必修课，其先修课程是计算机应用基础、机械制图、机械设计基础，机械制造基础、本课程是为了培养学生进行计算机辅助设计、制造及工艺分析等能力而开设的。
通过本课程的学习，使学生掌握CAD/CAM软件的使用方法，能够利用三维参数化软件建立某一产品零件部件的三维模型，建立该产品装配模型，生产该产品的工程图，利用CAM模块生成零件加工刀具轨迹和加工程序代码，并进行仿真加工。
通过CAD/CAM综合训练，掌握典型零件的设计与加工的技巧和方法，培养学生的实践能力、工程应用能力，为学生毕业后走向工作岗位打下良好的基础。
常用的CAD/CAM软件有CAXA制造工程师、MasterCAM、Pro/ENGINEER、UG等。
CAD/CAM软件课程的特点主要有以下三点：
1、CAD/CAM技术易于采用多媒体教学，应用各类素材和媒体（如实物、图片、动画、录像等）进行形象化教学，能突破视觉的限制，多角度地观察对象，有助于提高学生的空间想象能力。
2、教学活动全程在CAD/CAM机房和实训中心，实践教学与理论教学融为一体易于实施“讲练训一体化”，演示教学与操作训练并重，交互性强，学生有更多的参与，学习更为主动，有助于操作方法的掌握。
3、通过加强真实企业生产环境下的实践操作训练，有利于培养学生的职业素质和提高专业技术应用能力。
第三章
课程教学的设计
机械CAD/CAM是依托于机械设计与机械制造基础等专业课，应用相应专业软件完成计算机辅助设计和计算机辅助制造的一门专业课。
通过参加三维数字化技术高级师资研修班，开学后我承接了CAD1201-1202班《机械CAD/CAM技术（UG）》课程，。
为了更好地满足企业对高素质、高技能人才的需求，切实培养学生的创新能力，结合高职院校的教学特点，对机械CAD/CAM技术（UG）课程进行了改革创新。
一、教学计划
机械CAD/CAM课程最初的教学计划中，教学总学时196个，理论学时144个，综合实训2周（52学时）；考核方式为考查。
教学计划调整过程中，考虑到课程的综合性要求很高，课时总量要调高。
同时，要考虑到课程理论教学与实践环节的连贯性，课程设计和理论教学应安排在同一学年的同一学期，调整后的教学计划为总学时232个，理论学时180个，综合实训2周（52学时）；专业核心课程；考核方式为考试。
二、教学内容
通过广泛深入地到相关企业进行调研，充分听取企业对CAD/CAM技术人员的专业技能、职业素质方面的要求，重新构建专业课程体系，按照职业岗位需要的综合能力来设置课程，制定合理的课程计划。
根据高等职业技术教育机电类专业人才培养方案的要求，课程体系包括通识课程、专业课程、拓展课程三大组成部分。
CAD/CAM技术属于专业课程中的后期综合课程，课程目标是使学生掌握计算机辅助设计的基础知识，具备使用软件进行3D产品模型设计（CAD）能力，和数控加工编程（CAM）能力，主要内容包括基础零件设计、高级曲面造型设计、二维零件图、产品装配和数控加工编程仿真。
CAD/CAM技术的快速发展也促进了CAD/CAM应用软件的兴起，如UGNX、Solidworks、CATIA、CAXA等等，这些软件各有特色。
根据企业选择使用CAD/CAM软件的现状，结合本校毕业生的就业地域及行业分布情况，选择UGNX作为CAD/CAM教学软件。
UGNX软件采用参数化、单一数据库技术，企业应用广泛、功能丰富。
三、课程的重点、难点及解决办法
CAD/CAM技术是计算机与工程设计紧密结合的综合应用技术，它涵盖了计算机技术、机械设计与制造、机械加工工艺、数控加工等学科知识，所涉及的基础理论知识较宽较深，在教学中传授的知识既要有广度，又要具有一定的应用性。
1、课程的重点
本课程的重点就是使学生在完成本课程中的学习任务和综合应用实训内容后，能够对CAD/CAM技术有深刻的理解，并能熟练完成项目内容（包括：
产品造型设计、装配图与工程图的绘制、CAM模块的数控加工编程）的实际操作。
2、课程的难点
本课程的难点是涉及如何把理论知识与实际操作内容进行有机整合，开发适合学生训练的独立项目，而且项目有合适的难度，每个训练项目都具有很强的实用性和针对性，涉及对机械设计与制造的全面理解掌握，设计CAD/CAM软件的综合应用。
3、解决办法
为使学生掌握这门课程，教学过程中采取了以下措施：
①注重教学内容的合理取舍。
教学过程中注重应用性知识和技能的介绍，着重要传授常用软件的设计思想及对其功能实现的作用，利于学生掌握有关内容并在应用中融会贯通。
②以学生为主体，教学方法的灵活多变。
通过对零部件生产过程技能训练项目的讲授，实际操作性演示，重点与难点问题解答与辅导，同时采用现代教育技术，运用PPT、AVI等多种不同类型课件结合一起进行教学，做到精讲多练。
③灌输“做中学”的学习方法和理念。
课程设置包含若干“设计、制作”实践项目，既有基础层次项目，也有高层次项目。
基础层次项目使学生掌握软件的基本应用，高层次项目使学生掌握软件的综合应用。
使学生在实践中熟悉和理解CAD/CAM的基本概念、基本方法，掌握CAD/CAM的应用技术。
四、项目载体选择
CAD/CAM项目式教学法采取将理论知识、操作技能融合到企业生产实例中开展教学。
将复杂丰富的知识点、操作技能有序地融入到教学内容，需要设计若干包含不同操作技能的教学项目，形成基本知识、专项技术应用技能与综合实践能力有机结合的CAD/CAM教学体系。
市场是产品设计的源泉，项目载体的选择必须充分体现市场发展变化，切实反映企业生产实际状况。
为此教师进行了大量企业调研活动，积极参加工业设计研讨会和数字化产品展览会，为CAD/CAM教学项目载体的选择提供了必要的参考资源。
同时教学过程必须符合人类认知的基本规律，按照由简单到复杂的顺序逐层次推进。
在CAD/CAM项目式教学中，产品3D模型基础设计的项目载体选取机械设计中的典型零部件，如法兰盘、弹簧、螺栓和滚动轴承等；高级造型设计的项目载体则来源于日常生活用品，如水杯、旋转楼梯、药瓶、灯罩等。
这些比较熟悉常见的项目载体提高了学生学习的兴趣和积极性，同时每个项目包含若干知识点和应用技能，引导学生循序渐进地掌握3D建模设计的方法和技巧。
项目实施过程中，产品的造型设计不仅要考虑结构、加工工艺的合理可行性，也要满足审美、心理等文化需求，这些综合素质的锻炼对提高学生的职业技能和创新能力起到了重要作用。
五、教学进度的安排
以UGNX教学为例，技能项目训练分为若干个项目进行实用教学。
整个教学过程采取了项目（案例）穿插教学，以项目为驱动，以任务为引领，以能力为核心。
以第一学期（90学时）为例，各项目对应的子项目、能力训练任务名称及学时安排如表1所示。
表1机械CAD/CAM技术（UG）教学进度安排
第一学期90学时
教学项目名称
子项目名称
示范模拟能力训练任务名称
变通运用能力训练任务名称
建议学时
UGNX基础知识和2D草图绘制
UGNX概述和入门
创建一个简单零件特征和训练基本操作
（暂无）
2
2D草图绘制
基本几何图形的绘制、编辑、几何约束、尺寸标注和修改、综合实例示范
题库中草绘题目
10
基本实体特征
拉伸特征
拉伸增料、创建切口、创建薄壁，深度类型（对称/到选定的）
题库中基本实体造型题目
6
旋转特征
基本回转体、旋转增料、去除材料、创建薄壁
题库中基本实体造型题目
6
扫描特征
水杯造型、弯管造型
阀体造型
6
混合特征
天圆地方造型、吹风机造型
烟囱造型、盖章造型
6
基准平面
端盖造型
拉伸到选定的
4
工程特征设计
法兰盘造型
题库中基本实体造型题目
6
特征的复制、阵列
旋转楼梯造型
题库中基本实体造型题目
6
高级实体特征和曲面特征
扫描混合特征、螺旋扫描特征、曲面特征
方向盘造型
烟斗造型
4
弹簧造型、螺栓造型
苹果造型
6
药瓶造型、灯罩造型
题库中曲面造型题目
8
装配设计
装配约束类型及基本操作
刷子、千斤顶、轴承座装配设计
滚动轴承装配设计
8
工程图制作
工程图操作
固定钳座的三视图制作
活动钳口的三视图制作
2
创建剖视图
方块螺母剖视图创建
固定钳座剖视图创建
4
尺寸、上下偏差、形位公差等的标注
法兰盘工程图标注
阀盖的工程图标注
4
工程图的输出
转子泵工程图的制作与输出
套杯工程图的制作与输出
2
第四章
教学思路和做法
一、“讲练训一体化”教学的总体思路
在项目实践过程中，依照“讲练训一体化”的教学思路，根据学生特点，打破传统的学科知识体系，不再围绕菜单讲解，而是以职业活动为导向组织教学，将技能项目训练贯穿始终，项目任务驱动，穿插讲解涉及到的相关命令和技能，边讲边练，以练为主，突出能力目标。
“讲练训一体化”的教学分技能项目训练和技能强化训练两部分。
技能项目训练全程在我系CAD/CAM机房，每人一台电脑。
四节课连堂以保证学生有充分且连贯的练习和接受辅导的时间，应充分让学生动手、动口、动脑。
整个教学过程分为六步：
“知识讲解→示范操作→模仿操作→变通运用→复述总结→任务考评”。
第1节45分钟的课程中，教师讲解理论10分钟，实践演示20分钟，学生上机实践模仿操作15分钟；第2节45分钟，教师就学生在模仿操作中出现的问题做相应的指导：
典型问题集中再讲解示范；个别问题单独辅导，保证每位学生能完成教材上的例题。
当有学生完成例题时要求其保存，教师布置课后题库中与本次课相关的练习。
第3节45分钟，学生独立思考，变通运用完成练习，教师可给予适当的启发式引导。
第4节45分钟，教师根据学生完成任务的情况进行相关知识及操作要点的复述总结，有必要的做相应的示范。
最后20分钟的时间进行任务考评，逐一检查每位学生的作品，详细登记成绩，并给予恰当的评价。
作品中出现新的思路，教师可在班上大力提倡并给予该生加分鼓励；作品完成质量好的，给予积极而有效的评价；遇到完成不理想的学生，以鼓励为主，要激励他们战胜困难，少批评和挖苦。
通过这种交流，让学生体验成功的喜悦，树立学习的信心。
技能项目模块训练之后马上安排1-2周技能强化训练，避免学生只“会”不“熟”的现象。
将教师承接的企业委托项目用于学生的生产实训，从而实现讲、练、训的一体化。
二、“讲练训一体化”教学的难点及解决办法
（一）学生基础和兴趣问题及对策
CAD/CAM软件课要求学生既要有一定的空间想象能力，又要有一定的抽象思维能力。
如果学生对这门课程不感兴趣，则根本无法学好。
因此应激发学生的学习兴趣、充分调动学生的学习积极性。
俗语说“兴趣是最好的老师”，是推动学生主动学习的内动力。
那么，怎样激发学生的学习兴趣呢？
教师在教学过程中必须遵循“教为主导，学为主体”的教学原则，在教学中根据教学内容的特点和学生的可接受程度，灵活使用教学方法，以充分调动并激发起学生的学习动机和学习兴趣。
1、利用学生的好奇心激发求知欲望。
在讲《机械CAD/CAM技术（UG）》第一节课时，教师不必急于讲书本理论，可事先准备几个漂亮的用UG造型的现实作品展示给学生欣赏。
由于CAD/CAM软件在不同专业的应用方向不同，针对不同专业的学生，展示UG与其专业相关的应用实例，让学生体会到CAD/CAM软件在专业学习中的地位和作用。
例如，数控技术专业主要承担着培养数控加工的工艺设计与实施任务，在数控专业班级，配合三维动态加工仿真让学生在最短时间内了解自动编程流程；由于模具属于单件小批量生产，具有产品质量要求高，加工时间长等特点，使得模具制造行业成为最早使用CAD/CAM软件的行业之一。
CAD/CAM技术能使模具设计与制造借助于计算机对产品结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。
在模具专业班级，演示某实体的模具型腔的生成过程。
然后总结学习的方法，从而使学生产生浓厚的兴趣和跃跃欲试的求知心理。
2、创造生动活泼的课堂气氛调动学生兴趣。
采用启发式、讨论式教学方法，在课堂上充分发挥学生的群体活动能力。
先导学演示，指导要点，然后把学生分成几个项目小组，围绕实践任务进行实际操作，放手让学生探究讨论知识，给学生提供尽可能多的讨论分析、创造反思的机会，使学生在知识方面相互补充，在学习方法上互相借鉴，善于合作，取长补短，共同进步。
如在零件装配设计教学中，可将学生分组，每个小组成员完成不同的零件图，最后共同完成装配体。
这种教学法不仅让学生体会到团队配合协同工作的重要性，还有利于学生形成新的认知结构和培养自我学习能力。
（二）学生层次差异问题的分析及对策
在“讲练训一体化”教学中，学生的学习态度、思维能力和对新事物的接受能力不一样，掌握程度也会出现层次差异，学习CAD/CAM课程差异性尤为明显。
十根手指还有长短，更别说是来自各个家庭的性格迥异的学生了，学生之间的个体差异是有多种原因形成的，因为每个学生都受到不同的遗传因素、家庭因素、个人因素及社会环境的影响，这必然使个人的发展存在着不同的客观差异。
其差异主要有：
基础性差异、动力性差异，操作性差异和方向性差异等。
如何在教学中缩小差异，这是提高教学质量必须关注的问题。
因材施教是一条永不改变的教育原则。
实施分层教学是因材施教的具体体现。
通过对学生的分层教学，分层练习，分层辅导，分层评价，分层矫正，调动学生学习可能性的易变因素，使教学要求与学生学习可能性相互适应。
以达到各类学生产生接受效应，共振效应，使每一个学生都能在原有基础上获得充分的发展。
1、分层教学，分层练习。
教师必须认真准备具有层次性的教学内容、方法步骤。
在教学内容的安排上，以中等生为基准，兼顾“两头”，问题的设计考虑不同层次学生的需求，难易适中，具有梯度，既安排统一授课的内容，又安排不同层次的作业训练，学生共同练习，教师个别辅导，从而在多样化的、开放性的作业训练中培养学生的创造性思维。
开放性的作业设计是分层教学的关键。
对学习较困难的学生只要求做基础的，带有模仿性的练习；中上水平学生则要求做变式的、综合的练习；基础扎实、认知水平较高的学生则设计一些有利于发展思维，拓展能力的题目。
对于同一题目，也可以有弹性的要求。
这样可使每个学生在自己原有的基础上有所发展，既使中等生、困难生“吃好”，又使优等生“吃饱”。
使不同水平的学生都有题可做，有新知识可学。
这样，给全班学生都受到必要的能力训练，达以分层教学的目的。
2、分层辅导，分层评价，分层矫正。
辅导的主要任务是：
解难释疑，查漏补缺；发展个性，培养特长；打稳基础，讲求实效；端正态度，指导方法。
当教师在辅导学生操作时，教师要根据不同的辅导对象掌握程度不同，区别对待，确定具体的辅导任务。
既要有小组形式的辅导，又要有个别形式的辅导，兼顾“培尖、提中与补差”，切实增强辅导的针对性和实效性，便于不同的学生掌握到适合自己的技能，当然会用一种基本的技能标准来要求学生。
学生学完本门课程后，每个人都具备最基本的技能，多数学生可以达到较高要求，少数学生可以达到准专业水平。
对于思维敏捷的学生，加强指导，强化知识。
努力缩小学生之间的差距，促进全体学生的共同发展。
另外，在做辅导的过程中对学生灌输做事细致、耐心和有毅力的思想，以提高学生坚韧的意志品质。
技能强化训练的项目大多来自于企业生产的真实项目，由任课教师与企业工程师合作根据专业定位及岗位能力要求来选取符合课程设计的生产项目。
在技能强化训练过程中，学生分组进行，根据一个具体的产品（如法兰盘）进行产品工业造型设计、产品三维结构设计，绘出产品装配图和零件二维图，对产品进行数控编程和上机加工。
总之，“讲练训一体化”教学切实提高了学生的职业能力和就业竞争力，能更好地保证学生在今后的实际工作中具有可持续发展能力。
三、实践教学方法
本课程的实践教学环节包括课内实验、课外实验、综合实践训练、创新实践几个模块，针对不同的教学模块采用的教学方法有所区别。
课内实验：
主要采用现场演示、训练教学。
同时加强学生对实验预习的检查，提高学生的实验效率，加强对实验过程和实验结果的检查，提高实验的效果。
课外实验：
主要采用引导方法。
让学生了解这部分实验的作用，帮助学生解答训练过程中的遇到的难题。
综合实践训练：
采用集中讲解与个别辅导相结合的方法。
集中讲解实践环节中的难点和重点，在实践活动中进行现场进行辅导，避免了理论教学与实践教学脱节现象，切实地提高学生的实际动手能力，避免了眼高手低现象的发生。
创新实践：
采用引导启发式教学方法。
引导学生进行创新，讲解创新的方法，对创新活动中所运用的工作原理，方法、可行性进行指导与评价。
四、课程教学方法的实施过程
为突出本课程教学方法的教学效果，在实施过程中遵循了下列原则：
先易后难，难易适中；先讲后练，讲练结合；课内课外，内外交互；产教合作，校企互补。
五、课程教学方法的实施效果
为了提高该课程的教学效果，学生人数控制在40人以内，该课程改革实施三年以来，一直受到企业专家、同行与学生们的积极地肯定，经过后续的专业课程综合实训检验，证明了本课程突出的教学效果。
六、信息技术应用
利用学校的网络资源，建立《CAD/CAM技术》课程的教学网站，实现教与学的互动、作为学生学习本课程的第二课堂。
教学网站的功能主要体现在以下几方面：
（1）将《CAD/CAM技术》课程的教学大纲、教学进度表、教案、多媒体课件等教学文件放置在课程教学网站上，供学生随时学习和查阅之用。
（2）在每章中布置与教学内容的相应练习习题，供学生课外练习，获得进一步的训练。
（3）设置与教学内容相对应的工程项目案例，启发学生的思维。
（4）提供学生进行交流、展示、答疑辅导的平台。
七、教学改革措施
（1）对《CAD/CAM技术》课程的内容体系进行改革，合理地处理了课程中的新技术与传统技术的关系、课程知识点之间的联系。
（2）研究了不同专业的CAD技术应用的行业背景，根据不同专业特点安排教学内容、合理分配学时。
（3）进行了CAD/CAM课程群研究，明确《CAD/CAM技术》课程与《计算机图形学》、《计算机集成制造系统-CIMS》、《计算机绘图》等课程之间的相互关系。
（4）《CAD/CAM技术》课程教学中，明解了处理算法、软件使用和实际的动手能力（如建模、仿真、有限元分析）之间的相互关系。
（5）对于课内作业采
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