宗國慶

摘要： 基于FRA范式理論，運(yùn)用結(jié)構(gòu)性內(nèi)容分析法建構(gòu)教科書科學(xué)本質(zhì)表征評價(jià)工具。繼而運(yùn)用此工具收集了改革開放以來6套人教版高中化學(xué)教科書中所有科學(xué)本質(zhì)片段，對其進(jìn)行系統(tǒng)編碼與歸類，并從重視度、均衡性、外顯性與關(guān)聯(lián)性四指標(biāo)進(jìn)行分析，得出教科書科學(xué)本質(zhì)表征變遷呈現(xiàn)穩(wěn)定性與跨越性兼?zhèn)涞霓q證發(fā)展特征的結(jié)論。最后對該結(jié)論進(jìn)行解釋，提出相應(yīng)建議與未來研究展望。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)教科書； 科學(xué)本質(zhì)； 表征； 變遷

文章編號： 10056629（2023）11001507 中圖分類號： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)的公民是當(dāng)今世界各國科學(xué)教育改革的最重要目標(biāo)，努力提高學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)（Nature of Science， NOS）的理解已成為世界發(fā)達(dá)國家科學(xué)教育改革的廣泛共識［1］。作為溝通科學(xué)課程文件與課堂教學(xué)的中介，科學(xué)教科書對提高學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)理解意義重大。世紀(jì)之交的第八次課程改革以來，科學(xué)本質(zhì)逐漸得到重視，各科學(xué)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)及教科書中均進(jìn)行了一定程度的闡述。不過，實(shí)證研究表明，全球范圍內(nèi)幾乎所有學(xué)段、所有科學(xué)學(xué)科教科書的科學(xué)本質(zhì)表征均質(zhì)量堪憂［2］。這種實(shí)然與應(yīng)然的不一致促使人們對教科書的科學(xué)本質(zhì)表征質(zhì)量展開評價(jià)研究。

1 評價(jià)工具

當(dāng)前廣泛應(yīng)用的科學(xué)教科書科學(xué)本質(zhì)表征評價(jià)工具是萊德曼等開發(fā)的評價(jià)工具。該工具將共識范式細(xì)化為經(jīng)驗(yàn)性、推論性、創(chuàng)造性等10個(gè)方面，制定出詳備的指標(biāo)體系，對美國14套主流化學(xué)教科書進(jìn)行了系統(tǒng)評價(jià)［3］。該工具已應(yīng)用于跨國家、跨學(xué)科與跨時(shí)期的科學(xué)教科書評價(jià)研究中，得到諸多實(shí)證研究支持［4，5］。但近年來，該工具因?yàn)閷W(xué)科適用性不佳、評價(jià)廣度有限以及關(guān)聯(lián)性不足而受到批評。

在此背景下，國際上興起了一種稱之為家族相似性方法（family resemblance approach， FRA）的替代范式（以下簡稱FRA范式）。該范式將科學(xué)各分支學(xué)科視為相似性家族成員，其學(xué)科本質(zhì)之間既具相似性，又具差異性。彼此之間至少共享一個(gè)或多個(gè)科學(xué)本質(zhì)特征，任一分支領(lǐng)域只具有部分科學(xué)本質(zhì)特征。

在此范式指引下，研究者開發(fā)出教科書評價(jià)工具［6］。該工具包含認(rèn)知性維度與社會制度性維度。前者包含認(rèn)知目標(biāo)和價(jià)值觀、科學(xué)實(shí)踐、方法和方法論規(guī)則、科學(xué)知識4個(gè)類目；后者包含專業(yè)活動(dòng)、科學(xué)精神、社會認(rèn)證和傳播、科學(xué)的社會價(jià)值觀、社會組織和互動(dòng)、政治權(quán)力結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)體系7個(gè)類目。這些類目要素以動(dòng)態(tài)互動(dòng)的方式相互關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成同心圓體系。該體系兼顧科學(xué)各學(xué)科本質(zhì)的通用性與特異性。

進(jìn)一步審視FRA，可發(fā)現(xiàn)其11個(gè)類目間存在一定交叉。例如，“專業(yè)活動(dòng)”和“社會認(rèn)證與傳播”均涵蓋了科學(xué)家為同行評審期刊撰寫手稿的活動(dòng)和評估研究質(zhì)量的活動(dòng)，而“經(jīng)濟(jì)體系”屬于“制度約束”的下位范疇，這種交叉不利于其后續(xù)應(yīng)用。為此，將“社會認(rèn)證和傳播”并入“專業(yè)活動(dòng)”類別，將“經(jīng)濟(jì)體系”并入“制度約束”類目。同時(shí)，科學(xué)方法論與科學(xué)方法的內(nèi)涵不同，前者是關(guān)于科學(xué)方法的理論規(guī)則，比如實(shí)驗(yàn)控制規(guī)則；而后者是科學(xué)知識的直接獲取手段，比如歸納法、演繹法等，不宜將二者并入同一類目。為此，我們將初始的“方法和方法論規(guī)則”進(jìn)一步分成“方法”和“方法論規(guī)則”兩個(gè)獨(dú)立類目。

由此便得到10個(gè)一級類目，具體如表1所示?；诖?，運(yùn)用包含“演繹歸納”兩階段的結(jié)構(gòu)化內(nèi)容分析法進(jìn)一步建構(gòu)二級類目。所謂演繹即立足于10個(gè)一級類目對教科書中所有科學(xué)本質(zhì)片段進(jìn)行開放性摘錄，而歸納階段則是采用對演繹階段所收集的科學(xué)本質(zhì)片段進(jìn)行歸納，以生成更細(xì)粒度的二級子類目。通過此生成過程，建構(gòu)出適切于評價(jià)我國改革開放以來高中化學(xué)教科書科學(xué)本質(zhì)表征的包含10個(gè)一級類目及51個(gè)二級類目的評價(jià)工具（如表1所示）。

2 評價(jià)過程

2.1 分析樣本

選取由人民教育出版社出版的6套較具代表性的高中化學(xué)教科書作為樣本，具體信息如下：《全日制十年制學(xué)校高中課本（試用本）化學(xué)》（1979年，編碼A，A1即表示第1冊，下同）；《高級中學(xué)課本（試用）化學(xué)（甲種本）》（1983年，編碼B）；《高級中學(xué)課本 化學(xué)》（1995年，第2版，編碼C）；《全日制普通高級中學(xué)教科書 化學(xué)》（2003年，編碼D）；《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 化學(xué)》（2007年，編碼E）；《普通高中教科書 化學(xué)》（2019年，編碼F）。為保證6套教材主題內(nèi)容的一致性，選取了前4套全冊教材；而對后2套進(jìn)行了篩選，選取E的必修1、 2與選修3、 4和5；選取F的必修1、 2與選擇性必修1、 2和3。

2.2 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

秉持如下標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行片段收集與歸類：

（1） 多個(gè)類目位于同一片段時(shí)，各記為1次。

（2） 多個(gè)片段均清晰指向同一類目時(shí)，其片段長度將延至多個(gè)句子，并記為1次。

（3） 顯性與隱性片段均計(jì)入，亦即進(jìn)行推斷性歸類。如F第1冊第41頁的以下片段即為一例隱性片段，從其可推斷出應(yīng)弘揚(yáng)勇往直前的科學(xué)精神。

從氯氣的發(fā)現(xiàn)到氯被確認(rèn)為一種新的元素，時(shí)間長達(dá)三十多年，其間經(jīng)歷了數(shù)位科學(xué)家的不懈探索。你從這一史實(shí)中得到什么啟示？

（4） 由于教科書往往在演示實(shí)驗(yàn)之后隨即給出相應(yīng)結(jié)果，因此，本研究不統(tǒng)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)，而僅統(tǒng)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

2.3 具體過程

在具體評價(jià)開始之前，3名評價(jià)者均系統(tǒng)學(xué)習(xí)了FRA相關(guān)理論。在演繹階段，隨機(jī)選取3冊教材，由3名評價(jià)者對評價(jià)工具進(jìn)行測試——對照評價(jià)工具對其提及的所有NOS片段編碼歸類至10個(gè)一級類目中，其信度系數(shù)（Fleiss kappa）為0.8（表明其內(nèi)部一致性較好）。繼而歸納所有片段，以得出二級類目，其信度系數(shù)（Fleiss kappa）為0.85，表明3位評價(jià)者的二級類目編碼的內(nèi)部一致性亦滿足要求，并制定編碼指南（包含摘錄示例）。最后對演繹與歸納兩階段中存在的每一處編碼分歧充分討論，以進(jìn)一步加深評分者對評價(jià)框架與編碼標(biāo)準(zhǔn)的理解，提高一致性。在此基礎(chǔ)上，將此評價(jià)過程運(yùn)用于所有教科書，并將每個(gè)片段均歸類至所有類目，得到原始數(shù)據(jù)。

在此基礎(chǔ)上，首先對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行頻次與百分比的定量分析；同時(shí)結(jié)合認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定性分析，以得出其科學(xué)本質(zhì)表征脈絡(luò)。進(jìn)而，對6套教科書的所有內(nèi)容進(jìn)行綜合比較。重點(diǎn)分析關(guān)聯(lián)性、均衡性、外顯性與重視度四個(gè)指標(biāo)。其中，關(guān)聯(lián)性指標(biāo)最能突顯FRA范式特色，側(cè)重衡量教科書科學(xué)本質(zhì)類目間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)弱。外顯性側(cè)重評價(jià)教科書科學(xué)本質(zhì)的表征方式，其吸取自共識范式教科書科學(xué)本質(zhì)表征評價(jià)工具。重視度與均衡性則側(cè)重于教科書科學(xué)本質(zhì)類目的規(guī)模與分布。

3 研究發(fā)現(xiàn)

3.1 重視度變遷呈跳躍式發(fā)展特征

總體而言，改革開放以來我國高中化學(xué)教科書NOS的重視度變遷具有跳躍式發(fā)展特征。若以20年為單位，則可將其劃分為前期20年的“徘徊式發(fā)展”與后期20年的“跳躍式發(fā)展”兩個(gè)發(fā)展階段。后3套教科書對NOS的重視度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前3套教科書（如圖1所示），無論是教科書科學(xué)本質(zhì)表征的規(guī)模（量的表征，包括科學(xué)本質(zhì)單元片段總數(shù)與科學(xué)本質(zhì)類目頻次總數(shù)），抑或教科書科學(xué)本質(zhì)表征的位置（質(zhì)的表征）均是如此。

這種跨越式發(fā)展特征亦表現(xiàn)在科學(xué)本質(zhì)各一級類目的表征規(guī)模上（見圖2）。在社會目標(biāo)與價(jià)值觀、科學(xué)實(shí)踐、方法、方法論規(guī)則、知識、專業(yè)活動(dòng)、科學(xué)精神、社會價(jià)值、社會組織與互動(dòng)以及制度約束維度，后3套的科學(xué)本質(zhì)一級類目表征規(guī)模均遠(yuǎn)高于前3套教科書。

這種重視度的跨越式發(fā)展還體現(xiàn)在出現(xiàn)位置的愈益多樣、全面與專門化。具體而言，所謂愈加多樣與全面，即指與前3套相比，后3套科學(xué)本質(zhì)片段可以出現(xiàn)在教科書中的任何位置。不僅出現(xiàn)在正文、實(shí)驗(yàn)、閱讀材料、選學(xué)、章（節(jié)）引言、腳注等位置，亦大量出現(xiàn)在新增緒言、結(jié)束語及圖片、旁注、科學(xué)視野、科學(xué)史話、化學(xué)與職業(yè)、科學(xué)·技術(shù)·社會等諸多欄目中。為科學(xué)本質(zhì)的規(guī)模擴(kuò)展及其教育教學(xué)功能的充分發(fā)揮提供了充足的物理空間與欄目載體。所謂愈加專門化，即指后3套教科書除了繼續(xù)將科學(xué)本質(zhì)與正文內(nèi)容相互融合呈現(xiàn)，同時(shí)更加自覺地專設(shè)能夠進(jìn)一步發(fā)揮科學(xué)本質(zhì)教育教學(xué)功能的相關(guān)欄目，如科學(xué)·技術(shù)·社會、科學(xué)史話、科學(xué)視野、化學(xué)與職業(yè)。科學(xué)本質(zhì)雖然不是其新設(shè)欄目與章節(jié)的唯一原因，但毫無疑問是其考慮的主要因素之一。

3.2 均衡性變遷呈辯證發(fā)展特征

從教科書所覆蓋的一級類目種類以及類目之間百分比差異兩方面發(fā)現(xiàn)，6套教科書科學(xué)本質(zhì)均衡性變遷呈跨越與穩(wěn)定兼?zhèn)涞霓q證發(fā)展特征。具體而言，在一級類目均衡性變遷上，其覆蓋種類與百分比差異均表現(xiàn)出前3套的“徘徊式發(fā)展”與后3套的跨越式發(fā)展特征（如圖3所示）。

在一級類目百分比差異上，以科學(xué)本質(zhì)頻次占比前6的“社會價(jià)值”“科學(xué)實(shí)踐”“認(rèn)知目標(biāo)與價(jià)值觀”“科學(xué)精神”“科學(xué)知識”“制度約束”類目為例，社會價(jià)值在前3套中占比均超40%。而后3套的該類目占比得到大幅縮減，最高亦不足40%。而所減比重被進(jìn)一步分配至占比相對較低的“認(rèn)知目標(biāo)與價(jià)值觀”“科學(xué)知識”“科學(xué)精神”與“制度約束”，后3套教科書實(shí)現(xiàn)了一定程度上的跨越式發(fā)展。

但同時(shí)，亦應(yīng)看到6套教科書均衡性變遷的穩(wěn)定性。諸如“社會價(jià)值”“科學(xué)實(shí)踐”等6類目的百分比始終占據(jù)前列（總和均超90%）。這種極高占比反映出此6類目在高中化學(xué)教科書科學(xué)本質(zhì)中的關(guān)鍵地位——認(rèn)知性維度本質(zhì)以“認(rèn)知目標(biāo)與價(jià)值觀”“科學(xué)知識”與“科學(xué)實(shí)踐”為主，社會制度性維度本質(zhì)以“社會價(jià)值”與“制度約束”為主，且二者在相互關(guān)聯(lián)中構(gòu)成了高中化學(xué)教科書科學(xué)本質(zhì)主體。

3.3 外顯性變遷呈辯證發(fā)展特征

6套教科書科學(xué)本質(zhì)外顯性變遷亦呈穩(wěn)定性與跨越性兼?zhèn)涞霓q證發(fā)展特征。其穩(wěn)定性表現(xiàn)在科學(xué)本質(zhì)片段以隱性表征為主，顯性表征為輔——隱性片段百分比均超92%，顯性片段頻次均不足8%，兩者相差均超過10倍（如圖4所示）。

這種穩(wěn)定性折射出隱性方式在教科書科學(xué)本質(zhì)表征中的絕對主體性。原因可能是隱性表征具有更好的內(nèi)容嵌入性，可以基于學(xué)科具體知識語境向外延伸至相關(guān)科學(xué)本質(zhì)。如進(jìn)行“社會價(jià)值”類目教育時(shí)，多基于具體化合物知識語境展開。

由于前3套教科書隱性片段均為內(nèi)容嵌入型，且其顯性片段20年未發(fā)生變化（為同樣的2個(gè)片段）。進(jìn)入新世紀(jì)后，通過顯性片段數(shù)目與百分比的提高，這種“徘徊式”局面得到一定程度的改善。后3套的整體外顯性得到了一定程度的提升（顯性與隱性百分比之間的差距亦逐步縮?。?。這種提升與其相應(yīng)非內(nèi)容章節(jié)（引言與結(jié)束語）的設(shè)置有關(guān)，亦與其內(nèi)容主題（如“化學(xué)科學(xué)與實(shí)驗(yàn)探究”與“化學(xué)與社會發(fā)展”）的設(shè)置和相應(yīng)欄目（如“方法導(dǎo)引”“化學(xué)與職業(yè)”）設(shè)置有關(guān)。

3.4 關(guān)聯(lián)性變遷呈辯證發(fā)展特征

運(yùn)用謝弗（Shaffer）開發(fā)的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析（Epistemic Network Analysis， ENA）技術(shù)制作工具，畫出表征教科書科學(xué)本質(zhì)關(guān)聯(lián)性的可視化模型，并在此基礎(chǔ)上透視其40年變遷（見圖5）。

由上圖知，6套教科書一級類目關(guān)聯(lián)性變遷兼具穩(wěn)定性與跨越性的辯證發(fā)展特征。穩(wěn)定性體現(xiàn)于均十分重視“AV—SP”“AV—KN”“AV—SV”“AV—SE”“SP—ME”及“SE—SV”六類關(guān)聯(lián)（這些符號即前文表1中的一級類目的英文首字母縮寫）。對于MR、 SO、 PA與IC等類目間關(guān)聯(lián)均相對忽視。

這種穩(wěn)定性凸顯出40年來教科書NOS關(guān)聯(lián)性表征的兩方面特色：一是“AV—SP”“SP—ME”與“SP—KN”三類關(guān)聯(lián)凸顯出的“認(rèn)知實(shí)踐性”，即注重“科學(xué)實(shí)踐”的認(rèn)知性導(dǎo)引，使“科學(xué)實(shí)踐”成為認(rèn)知目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基本方式，并在與“認(rèn)知目標(biāo)”“知識”“方法”的結(jié)合中，發(fā)揮整體功能。二是“AV—SV”“AV—SE”與“SE—SV”三類關(guān)聯(lián)構(gòu)成的“AV—SE—SV”關(guān)聯(lián)環(huán)所凸顯出的“認(rèn)知實(shí)用性”，即兼顧化學(xué)學(xué)科的認(rèn)知目標(biāo)的同時(shí)，更加注重發(fā)揮化學(xué)學(xué)科積極的精神涵養(yǎng)與正向的社會變革功能。而“方法論規(guī)則”“社會組織與互動(dòng)”“專業(yè)活動(dòng)”與“制度約束”的缺失則凸顯出教科書對于“認(rèn)知社會性”的忽視（包括對科學(xué)實(shí)踐的社會性以及科學(xué)知識的社會性的忽視）。尤其對于化學(xué)共同體及社會政治經(jīng)濟(jì)文化制度對于科學(xué)知識生產(chǎn)和最終形式的制約與影響關(guān)注不足，最終使教科書的科學(xué)本質(zhì)表征的“實(shí)在論”色彩過濃，“建構(gòu)論”色彩較淡。例如，多強(qiáng)調(diào)化學(xué)認(rèn)知的邏輯性與真理性，而對于其約定性和建構(gòu)性關(guān)注不足；僅強(qiáng)調(diào)化學(xué)學(xué)科的單向正面意義，而對于其可能的制度嵌入性與負(fù)面性關(guān)注不足。

而在關(guān)聯(lián)性差異上，則表現(xiàn)出跨越性特征。既包括關(guān)聯(lián)共現(xiàn)頻次（以ENA模型的節(jié)點(diǎn)大小及其連線粗細(xì)表征），亦包括關(guān)聯(lián)強(qiáng)度（以ENA模型節(jié)點(diǎn)連線的疏密復(fù)雜程度表征）?？蓪⑶?套與后3套各作為一個(gè)整體，畫出如圖6所示的ENA疊減圖。

由上圖可知，無論質(zhì)或量，前后3套教科書的NOS一級類目關(guān)聯(lián)性均呈顯著差異。后3套教科書認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)模型連線更粗，更加復(fù)雜、緊密與多樣，在“SP—SV”“SP—SE”“SE—SV”的閉環(huán)“SP—SE—SV”關(guān)聯(lián)環(huán)上尤為如此，后3套實(shí)現(xiàn)了“跨越式”發(fā)展。

圖6亦清晰表明前后3套教科書一級類目的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)質(zhì)心分布位置呈現(xiàn)明顯差異。其中，前3套教科書認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)質(zhì)心位于X軸左側(cè)，后3套教科書質(zhì)心則位于X軸右側(cè)。且兩者疊減后，僅剩下后3套教科書的“SP—SV”“SP—SE”“SE—SV”三類關(guān)聯(lián)構(gòu)成的“SP—SE—SV”關(guān)聯(lián)環(huán)，從而表明前后3套NOS一級類目結(jié)構(gòu)已發(fā)生深刻變化，亦即在增強(qiáng)“SE—SV”關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上，又大幅增強(qiáng)了“SP—SV”“SP—SE”的關(guān)聯(lián)性。亦即增強(qiáng)了認(rèn)知性維度與制度性維度之間的關(guān)聯(lián)性以及制度性維度內(nèi)部的關(guān)聯(lián)性。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

改革開放以來我國高中化學(xué)教科書的科學(xué)本質(zhì)表征變遷總體呈現(xiàn)穩(wěn)定性與跨越性兼?zhèn)涞霓q證發(fā)展特征。凸顯出我國高中化學(xué)教科書科學(xué)本質(zhì)表征變遷既兼顧了對歷史傳統(tǒng)的繼承，亦兼顧了對課程改革和社會發(fā)展的時(shí)代性適應(yīng)，而能夠不斷推陳出新。在這個(gè)意義上可以說，我國高中化學(xué)教科書科學(xué)本質(zhì)表征變遷秉持了歷史與當(dāng)代、繼承與發(fā)展對立統(tǒng)一的辯證邏輯，因而是科學(xué)的、合理的。

4.2 解釋、建議與展望

我們認(rèn)為，這種辯證發(fā)展特征的主導(dǎo)因素是課程文件，是一種“課程文件效應(yīng)”。前3套教科書所對應(yīng)的課程文件完全隱性表征科學(xué)本質(zhì)，進(jìn)入新世紀(jì)后，后3套教科書對應(yīng)的課程文件的科學(xué)本質(zhì)表征方取得較大突破——尤其是E與F對應(yīng)的課程文件，突破性地以顯性方式在多個(gè)位置對科學(xué)本質(zhì)進(jìn)行了表征，并明確提及科學(xué)本質(zhì)概念、意義以及教材表征建議。這種顯性表征尤其是相應(yīng)“教材編寫建議”為后3套教科書科學(xué)本質(zhì)表征的跨越式發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的制度基礎(chǔ)與政策依據(jù)。

這種“課程文件效應(yīng)”表明“高中化學(xué)教科書科學(xué)本質(zhì)表征”與“科學(xué)本質(zhì)在課程文件所處地位”緊密相關(guān)。新世紀(jì)以來，盡管我國高中化學(xué)課程文件愈益重視科學(xué)本質(zhì)，不過科學(xué)本質(zhì)多數(shù)出現(xiàn)在“課程性質(zhì)”“教科書編寫建議”“教學(xué)策略”“教學(xué)提示”與“學(xué)業(yè)要求”“教材編寫建議”等邊緣位置。因此，進(jìn)一步提高我國課程文件對科學(xué)本質(zhì)的重視度，尤其是將其表征于“課程目標(biāo)”“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”和“評價(jià)建議”等主體部分顯得較為必要。

此外，未來教材必將呈現(xiàn)數(shù)字化趨勢，可對廣具前景的數(shù)字教科書的科學(xué)本質(zhì)表征作進(jìn)一步研究。國際上已有學(xué)者敏銳捕捉到這一極富前沿性的課題［7］。數(shù)字教科書與紙質(zhì)教科書的科學(xué)本質(zhì)表征有何區(qū)別？如何在數(shù)字教科書中進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)表征？如何發(fā)揮數(shù)字教科書的獨(dú)特優(yōu)勢（如超文本性和交互性）以彌補(bǔ)紙質(zhì)教科書科學(xué)本質(zhì)表征上的缺陷與不足？這些均是未來亟待研究的重要問題。

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