과학의 본성 지도자료 개발과 과학영재를 대상으로 한 시험적용 Development of Teaching Materials for the Nature of Science and Pilot Application to Scientifically Gifted Students원문보기
본 연구에서는 과학의 본성을 진술하는 총 42개의 진술문 각각에 대해서 1년간에 걸쳐 과학의 본성 지도자료 46개를 개발하였다. 개발한 자료는 구체적인 과학적 상황에서 과학의 본성을 이해할 수 있도록 과학개념과 탐구기능이 포함되도록 하였다. 각 자료는 학생용 활동지와 교사용 안내서로 개발되어 현장에 직접 적용할 수 있는 형태로 개발되었다. 개발된 자료 중, 과학적 사고의 본성에 대한 11개 자료를 과학 영재 3명을 대상으로 시험 적용하였다. 시험 적용 결과, 난이도는 적절했으며, 학생들은 과학개념이나 탐구활동 경험보다는 과학적 사고 자체에 대해 배웠다고 반응하였고, 마찬가지로 과학적 사고 자체가 흥미로운 내용이었다고 보고하였다. 그리고 학생의 반응과 교사의 관찰로부터 과학적 사고의 본성 이해가 과학적 탐구활동을 보다 참답게(authentic) 수행하는데 도움을 줄 수 있다고 판단되었다. 또한 학생들은 과학적 사고의 본성 이해가 과학적 창의성 개발에도 도움을 준다고 하였으며, 그러한 반응이 이전의 이론적인 논의(박종원, 2007a)와도 일치하여 과학적 사고의 본성 이해가 창의력 개발 프로그램으로 활용할 수 있다는 시사점을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 과학의 본성을 진술하는 총 42개의 진술문 각각에 대해서 1년간에 걸쳐 과학의 본성 지도자료 46개를 개발하였다. 개발한 자료는 구체적인 과학적 상황에서 과학의 본성을 이해할 수 있도록 과학개념과 탐구기능이 포함되도록 하였다. 각 자료는 학생용 활동지와 교사용 안내서로 개발되어 현장에 직접 적용할 수 있는 형태로 개발되었다. 개발된 자료 중, 과학적 사고의 본성에 대한 11개 자료를 과학 영재 3명을 대상으로 시험 적용하였다. 시험 적용 결과, 난이도는 적절했으며, 학생들은 과학개념이나 탐구활동 경험보다는 과학적 사고 자체에 대해 배웠다고 반응하였고, 마찬가지로 과학적 사고 자체가 흥미로운 내용이었다고 보고하였다. 그리고 학생의 반응과 교사의 관찰로부터 과학적 사고의 본성 이해가 과학적 탐구활동을 보다 참답게(authentic) 수행하는데 도움을 줄 수 있다고 판단되었다. 또한 학생들은 과학적 사고의 본성 이해가 과학적 창의성 개발에도 도움을 준다고 하였으며, 그러한 반응이 이전의 이론적인 논의(박종원, 2007a)와도 일치하여 과학적 사고의 본성 이해가 창의력 개발 프로그램으로 활용할 수 있다는 시사점을 얻을 수 있었다.
In this study, 46 teaching materials for understanding the nature of science (NOS) were developed based on the 42 statements describing the NOS. Each teaching material involves scientific knowledge and scientific inquiry skills as well as NOS statements. Teaching materials consist of students' learn...
In this study, 46 teaching materials for understanding the nature of science (NOS) were developed based on the 42 statements describing the NOS. Each teaching material involves scientific knowledge and scientific inquiry skills as well as NOS statements. Teaching materials consist of students' learning worksheets and teachers' guides. Among the materials, 11 materials for understanding the nature of scientific thinking (NOST) were applied to 3 scientifically gifted students. As results, the degree of difficulty was appropriate and students showed interests in scientific thinking rather than new concepts or inquiry activities involved in the materials. It was expected that understating the NOST would be helpful for conducting scientific inquiry in more authentic way. And similarly to the Park's (2007) theoretical discussions about the relationship between the NOS and scientific creativity, students actually responded that undertrading the NOST could help their creativity. Therefore, it was expected that teaching the NOST would be plausible elements for teaching scientific creativity.
In this study, 46 teaching materials for understanding the nature of science (NOS) were developed based on the 42 statements describing the NOS. Each teaching material involves scientific knowledge and scientific inquiry skills as well as NOS statements. Teaching materials consist of students' learning worksheets and teachers' guides. Among the materials, 11 materials for understanding the nature of scientific thinking (NOST) were applied to 3 scientifically gifted students. As results, the degree of difficulty was appropriate and students showed interests in scientific thinking rather than new concepts or inquiry activities involved in the materials. It was expected that understating the NOST would be helpful for conducting scientific inquiry in more authentic way. And similarly to the Park's (2007) theoretical discussions about the relationship between the NOS and scientific creativity, students actually responded that undertrading the NOST could help their creativity. Therefore, it was expected that teaching the NOST would be plausible elements for teaching scientific creativity.
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문제 정의
난이도 조사는 추후에 대상을 달리하여(예를 들면, 과학고나 일반고 학생 등) 적용하기 위해서도 필요한 자료라고 판단하였다. 그리고 내용에 대한 흥미도도 함께 조사하였다.
따라서 본 연구에서는 구체적인 과학개념이 포함되고 실제적인 과학적 탐구활동을 수행하는 과정 속에서 과학의 본성 이해를 돕고자 한다.
그리고 박종원 (2007a)은 과학의 본성 이해가 기본적으로 창의성 개발에도 도움을 준다고 가정한 바 있다. 따라서 이러한 점들을 알아보기 위해 본 자료가 실제로 과학적 탐구 활동과 창의성 신장에 도움이 된다고 생각하는지를 조사하였다 (표 3).
본 연구에서는 과학의 본성 이해를 최종목표로 하고 과학적 탐구활동을 수단으로 보고자 한다. 즉 과학적 탐구활동을 통해 과학의 본성 이해를 돕고자 한다.
본 연구에서는 과학의 본성을 진술하는 총 42개의 진술문 각각에 대해서 1년간에 걸쳐 과학의 본성 지도자료 46개를 개발하였다. 개발한 자료는 구체적인 과학적 상황에서 과학의 본성을 이해할 수 있도록 과학 개념과 탐구기능이 포함되도록 하였다.
본 자료는 과학적 본성의 이해뿐 아니라, 과학 개념의 이해와 과학적 탐구기능 습득도 목표로 하고 있다. 이러한 의도가 학생들에게 어느 정도 받아들여졌는지를 알아보기 위해, 학생들에게 무엇을 배웠다고 생각하는지를 조사하였다.
본 자료는 과학적 본성의 이해뿐 아니라, 과학 개념의 이해와 과학적 탐구기능 습득도 목표로 하고 있다. 이러한 의도가 학생들에게 어느 정도 받아들여졌는지를 알아보기 위해, 학생들에게 무엇을 배웠다고 생각하는지를 조사하였다.
가설 설정
이러한 논의에 기초하여 박종원 (2007b)은 과학의 본성 이해를 통한 과학적 탐구활동 모형을 3가지로 제안하기도 하였다: 반성적 모델, 상호작용모델, 직접적 모델. 이 모델에서는 과학의 본성 이해가 보다 참다운 과학적 탐구활동의 수행을 위해 필요한 조건으로 가정하였다.
제안 방법
(2) 과학적 사고의 본성 자료를 과학영재에게 시험 적용하고 반응을 분석한다.
개발은 본 연구자가 실시한 과학의 본성에 대한 사전 연구들(박종원, 2007a, 2007b; Park, 2007; Park, under review)에 기초하여 개발하였고, 개발 후 교사와 함께 실제 수업에의 적용가능성을 탐색하면서 수정하였다.
본 연구에서 개발된 지도 자료의 특징을 요약하면 다음과 같다: (1) 과학의 본성을 구체적으로 진술한 진술문에 대해 각각 활동지를 개발하였으며, (2) 학생용 활동지뿐 아니라 활동지마다 교사용 안내서도 함께 개발하였고, (3) 과학의 본성, 과학개념, 그리고 과학적 탐구가 함께 포함되도록 하였다.
본 연구에서는 표 1에서 나타낸 총 42개의 진술문 각각에 대해 학습 자료를 개발하였다. 본 자료의 개발에는 총 1년의 시간이 소요되었다.
과학적 사고의 본성을 지도하는 데에는 2명의 연구자가 모두 참여하였다. 수업 중 학생을 함께 지도하였고, 학생의 학습활동을 관찰하였다. 수업 후에는 2명의 연구자가 수업 적용에 대한 반성을 하였고, 이러한 수업이 어떤 의미를 가질 수 있는지 등을 논의하였다.
수업 중 학생을 함께 지도하였고, 학생의 학습활동을 관찰하였다. 수업 후에는 2명의 연구자가 수업 적용에 대한 반성을 하였고, 이러한 수업이 어떤 의미를 가질 수 있는지 등을 논의하였다.
수업이 모두 끝난 후에 설문지를 통해 수업에 대한 학생의 생각을 조사하였다. 먼저 영재학생이라고 하더라도 내용의 수준이 학생들에게 적절한지 알아보기 위해 자료의 난이도를 조사할 필요가 있었다.
이러한 시험 적용에는 과학의 본성 3가지 측면(과학 지식의 본성, 과학적 탐구의 본성, 과학적 사고의 본성) 중에서 학생들이 가장 접해보지 못한 주제라고 생각되는 과학적 사고의 본성만을 선정하였다. 왜냐하면, 최승희(2007)의 연구에 의하면, 7차 교육과정 10학년에서 다루는 과학의 본성 내용을 분석한 결과, 과학 지식의 본성에 대한 내용은 61%, 과학적 탐구의 본성에 대한 내용은 32%로 많으나 과학적 사고의 본성에 대한 내용은 7%만이 다루어지고 있는 것으로 나타났기 때문이다.
대상 데이터
각 자료는 학생용 활동지와 교사용 안내서로 개발되어 현장에 직접 적용할 수 있는 형태로 개발되었다. 개발된 자료 중, 과학적 사고의 본성에 대한 11개 자료를 과학 영재 3명을 대상으로 시험 적용하였다. 시험 적용 결과, 난이도는 적절했으며, 학생들은 과학개념이나 탐구활동 경험보다는 과학적 사고 자체에 대해 배웠다고 반응하였고, 마찬가지로 과학적 사고 자체가 흥미로운 내용이었다고 보고하였다.
개발된 총 46개의 자료들 중에서 과학적 사고의 본성에 대한 활동지 11개(표 2)를 3명의 과학영재들에게 적용하였다. 본 연구에 참여한 과학영재들은 대학 과학영재교육원에서 기초과정과 심화과정을 각각 1년간 이수한 후에 선발되어 사사교육에 참여하게 된 3명의 학생들이다.
과학적 사고의 본성을 지도하는 데에는 2명의 연구자가 모두 참여하였다. 수업 중 학생을 함께 지도하였고, 학생의 학습활동을 관찰하였다.
개발된 총 46개의 자료들 중에서 과학적 사고의 본성에 대한 활동지 11개(표 2)를 3명의 과학영재들에게 적용하였다. 본 연구에 참여한 과학영재들은 대학 과학영재교육원에서 기초과정과 심화과정을 각각 1년간 이수한 후에 선발되어 사사교육에 참여하게 된 3명의 학생들이다. 참여 학생들은 모두 남학생이었고 고등학교 1학년이 1명, 중학교 3학년이 1명, 중학교 2학년이 1명이었다.
본 연구에서 1년간에 걸쳐 개발한 자료의 수는 총 46개였다. 각 자료는 학생용 활동지(그림 2)와 교사용 안내서(그림 3)로 구성되어 있고.
Park(2007)은 과학의 본성에 대한 포괄적 문헌 연구를 통해 과학의 본성을 크게 3 영역-과학적 사고의 본성, 과학적 탐구의 본성, 과학적 지식의 본성-으로 나누고, 각 영역에서 과학의 본성을 나타내는 진술문을정리하였다. 본 연구에서는 그 연구결과를 수정 보완하여 표 1과 같이 과학의 본성을 나타내는 진술문을 총 42개로 정리하였다 (표 1).
성능/효과
실제로 과학영재들을 대상으로 시험 적용한 결과, 학생들은 난이도가 보통이라고 응답한 것으로 나타나, 과학고에도 적용가능할 것으로 예상되었다. 그리고 학생들이 흥미롭다고 한 내용과 배운 내용이 특정한 과학개념이나 새로운 실험경험보다는 대부분 과학적 사고의 본성 내용을 기술한 것으로 나타나, 본 자료가 과학의 본성을 이해시키려는 목적에 부합되었고 과학의 본성 내용 자체가 충분히 학생들의 흥미를 유발할 수 있다고 판단되었다.
둘째, 영재들이기 때문에 일반 학생들에 비해 좀 더 깊고 넓은 과학적 지식을 가지고 있었지만, 그러한 과학지식을 다양한 방식으로 자유롭게 적용하는 데에는 익숙하지 않음을 알 수 있었다. 이러한 것은 특히 새로운 과학적 가설을 제안하는 활동에서 볼 수 있었다.
즉, ‘학교나 집에서 해보기 힘든 실험을 해서 좋았다’는 1개 반응과 구리봉에서 떨어지는 자석실험 외에는 특정 과학개념이나 실험 내용에 대해서 좋았다는 경우는 없었고, 대부분 과학의 본성 내용 자체가 재미있었다는 반응이었다. 사실 학생의 흥미를 위해서는 재미있는 실험이나 경험, 일상생활과의 연계성 등을 강조해 왔는데, 본 연구에서는 좀 추상적이지만 과학적 사고가 무엇인지에 대한 내용도 학생들에게 충분히 흥미를 불러일으킬 수 있었음을 알 수 있었다. 물론 이러한 특징은 과학 영재에게만 나타나는 것일 수도 있으므로 앞으로 추가 연구를 통해 일반학생들을 대상으로 조사하여 비교해 볼 필요가 있다고 본다.
셋째, 과학적 사고의 본성 지도를 통해 과학적 탐구를 보다 참답게 지도하기 위한 방향들을 찾을 수 있었다. 예를 들면, 일반적으로 대부분의 학생들과 과학교사들은 실험이 이론이 옳다는 것을 증명해 줄 수 있는 역할을 수행한다고 믿어왔다.
실제로 과학영재들을 대상으로 시험 적용한 결과, 학생들은 난이도가 보통이라고 응답한 것으로 나타나, 과학고에도 적용가능할 것으로 예상되었다. 그리고 학생들이 흥미롭다고 한 내용과 배운 내용이 특정한 과학개념이나 새로운 실험경험보다는 대부분 과학적 사고의 본성 내용을 기술한 것으로 나타나, 본 자료가 과학의 본성을 이해시키려는 목적에 부합되었고 과학의 본성 내용 자체가 충분히 학생들의 흥미를 유발할 수 있다고 판단되었다.
학생들에게 과학적 사고의 본성이 창의성에 도움이 되는지 조사한 결과 (표 8), 한 학생이 귀추적 사고에 대해서 ‘특별히 없음’이라고 언급한 경우를 제외하고는 모두 나름대로 창의적인 사고에 도움이 된다고 하였다. 요약하면, (1) 귀납적 사고에서 결과가 참이라고 말할 수 없다는 점, (2) 규칙을 찾는 과정이 다양한 해석과 분석을 통해 이루어진다는 점, (3) 연역적 사고에서는가설이 지지되는 실험결과가 있더라도 참이 아닐 수 있다는 점, (4) 논리적 설명과정에서 필요한 조건을 찾을 때 창의성이 필요하다는 점, (5) 새로운 가설을 제안할 때, 끊임없는 사고와 창의적인 사고를 통해 새로운 유사성을 찾아야 한다는 점에서 과학적 사고의 본성 이해가 창의성에 도움을 준다고 하였다.
그러나 (표 6)에 의해서도 분석되었듯이, 학생들은 과학적 사고의 본성을 이해하면서 비록 지지하는 실험결과가 있다고 하더라도 새로운 가설의 가능성을 알게 되었고 따라서 학생들은 가설의 옳고 그름을 더욱 신중하게 판단할 수 있게 되었다. 이 외에도 본 활동에 포함된 탐구활동들이 다른 요리책 식의 탐구활동보다 훨씬 학생들에게 흥미와 사고를 유발시킨다는 것을 관찰할 수 있었다.
한 학생의 경우에는 처음에는 자신이 이러한 방식의 사고에 익숙하지 않다면서 자신감이 없어 보이는 행동을 보였으나1) 계속 진지하게 참여하면서 후반에는 다른 학생들보다 더 새로운 아이디어를 제안하게 되는 것도 볼 수 있었다. 이러한 점에서 비록 본 연구에서는 과학적 사고를 명확하게 정의하고 그에 따라 과학적 사고의 발달과정을 분석하지는 않았지만, 과학적 사고의 본성 지도가 과학적 사고의 발달에도 긍정적일 것이라는 생각을 할 수 있었다. 이 점은 앞으로의 연구주제로도 가능하다고 생각한다.
그리고 학생들이 과학적 사고의 본성 이해가 창의적인 사고에 도움을 준다고 한 응답 결과는 박종원(2007a)의 논의와 유사하게 나타났다. 이로부터 과학적 사고의 본성 이해가 과학적 창의력 신장 프로그램으로 활용할 가능성도 있음을 알 수 있었다.
적용된 활동 중에서 ‘원운동을 설명해 보자’가 평균 4.0점으로 상대적으로 가장 어려운 활동으로 나타났고, ‘귀납과 연역 구별하기’활동이 평균 2점으로 상대적으로 가장 쉬운 것으로 나타났다.
첫째, 과학적 사고의 본성을 지도하면서 학생들이 기존의 과학수업 내용과 다름에도 불구하고 진지하게 참여하는 것을 볼 수 있었다. 한 학생의 경우에는 처음에는 자신이 이러한 방식의 사고에 익숙하지 않다면서 자신감이 없어 보이는 행동을 보였으나1) 계속 진지하게 참여하면서 후반에는 다른 학생들보다 더 새로운 아이디어를 제안하게 되는 것도 볼 수 있었다.
후속연구
학생들은 (1) 귀납적 사고의 본성을 이해함으로서 과학적 탐구에서 규칙성을 찾는 활동에 관심을 더 가지게되었고, (2) 연역적 사고의 본성을 이해함으로서 실험 설계과정에 도움이 되었으며, (3) 가설을 쉽게 받아들이기 보다는 진위를 좀 더 신중하게 생각하게 하는데 도움을 받았다고 응답하였다. (4) 그리고 앞으로 새로운 가설을 제안하는 활동에서 학생들은 기존의 유사한 지식을 활용하려 할 것으로 기대되었다.
본 연구결과는 매우 적은 학생을 대상으로 하였고, 특별히 과학영재를 대상으로 하였으므로, 일반 학생을 대상으로 한 과학지도를 위해 일반화하는데 제한점이 있을 것이다. 그러나 개발한 자료를 처음부터 대규모로 적용하면서 성급하게 개발 자료의 효과나 문제점 등을 논의하기 보다는 본 연구에서와 같이 소수이지만 자세 하게 특징들을 살펴보는 것이 앞으로 좀 더 효과적인 적용을 위해 실질적인 기반을 제공해 줄 수 있다고 본다. 다음 연구에서 과학고 학생을 대상으로 자세하게 분석해 본다면 점차로 일반화할 수 있은 결론들이 얻어질 수 있고, 그러면 일반고 학생들에게까지 적용되어질 것으로 기대해 본다.
5점이 ‘매우 어렵다’이고, 3점이 ‘보통이다’, 1점이 ‘매우 쉽다’를 나타낸 것이므로 전체적으로는 활동지의 난이도는 보통인 것으로 나타났다. 그러나 본 연구에서는 활동지가 과학영재들에게 적용된 것이므로, 일반학생을 대상으로 적용하기 위해서는 좀 더 쉽게 수정할 필요도 있다고 판단되었다. 그러나 과학고에 적용하기에는 적절하다고 판단된다.
그러나 개발한 자료를 처음부터 대규모로 적용하면서 성급하게 개발 자료의 효과나 문제점 등을 논의하기 보다는 본 연구에서와 같이 소수이지만 자세 하게 특징들을 살펴보는 것이 앞으로 좀 더 효과적인 적용을 위해 실질적인 기반을 제공해 줄 수 있다고 본다. 다음 연구에서 과학고 학생을 대상으로 자세하게 분석해 본다면 점차로 일반화할 수 있은 결론들이 얻어질 수 있고, 그러면 일반고 학생들에게까지 적용되어질 것으로 기대해 본다.
수업이 모두 끝난 후에 설문지를 통해 수업에 대한 학생의 생각을 조사하였다. 먼저 영재학생이라고 하더라도 내용의 수준이 학생들에게 적절한지 알아보기 위해 자료의 난이도를 조사할 필요가 있었다. 난이도 조사는 추후에 대상을 달리하여(예를 들면, 과학고나 일반고 학생 등) 적용하기 위해서도 필요한 자료라고 판단하였다.
사실 학생의 흥미를 위해서는 재미있는 실험이나 경험, 일상생활과의 연계성 등을 강조해 왔는데, 본 연구에서는 좀 추상적이지만 과학적 사고가 무엇인지에 대한 내용도 학생들에게 충분히 흥미를 불러일으킬 수 있었음을 알 수 있었다. 물론 이러한 특징은 과학 영재에게만 나타나는 것일 수도 있으므로 앞으로 추가 연구를 통해 일반학생들을 대상으로 조사하여 비교해 볼 필요가 있다고 본다.
본 연구결과는 매우 적은 학생을 대상으로 하였고, 특별히 과학영재를 대상으로 하였으므로, 일반 학생을 대상으로 한 과학지도를 위해 일반화하는데 제한점이 있을 것이다. 그러나 개발한 자료를 처음부터 대규모로 적용하면서 성급하게 개발 자료의 효과나 문제점 등을 논의하기 보다는 본 연구에서와 같이 소수이지만 자세 하게 특징들을 살펴보는 것이 앞으로 좀 더 효과적인 적용을 위해 실질적인 기반을 제공해 줄 수 있다고 본다.
따라서 실제 학생을 대상으로 한 분석결과가 박종원 (2007a)의 이론적 논의와 상당히 일치하는 것으로 나타나, 학생들이 과학적 사고의 본성 이해를 통해서 창의적인 태도를 갖게 하는데 도움이 될 것으로 판단되었다. 즉 과학의 본성 이해 지도 자료가 과학적 창의력 신장을 위한 프로그램으로 활용될 수 있을 것으로 기대되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
시험 적용이란 무엇을 의미하는가?
여기에서 시험 적용(pilot application)이란 개발된 자료를 보다 많은 학생을 대상으로 보다 다양한 상황에서 적용하기에 앞서, 먼저 소수의 학생을 대상으로 지도하면서 구체적으로 학습과정을 관찰함으로서 적용 상의 특징을 추출하여 앞으로의 보다 효과적인 적용을 위한 시사점들을 추출하기 위한 적용을 의미한다.
과학의 본성은 무엇을 포함하는가?
이러한 측면은 과학의 본성과 과학적 탐구를 긴밀하게 연결시키지 못해왔기 때문이기도 하다 (Park, under review; Sandoval, 2005; Lederman, 1998; Matthews, 1998). 과학의 본성은 과학지식의 본성뿐 아니라 과학적 사고의 본성과 과학적 탐구의 본성도 포함한다(Park, 2007). 과학적 사고인 귀납적 사고는 관찰로부터 규칙성을 찾는 과정에서, 연역적 사고는 자연현상을 설명하거나 예측할 때 (Park & Han, 2002), 그리고 과학적 가설을 검증하는 과정에서 (Park et al.
박종원(2007a)이 과학적 탐구 자체에 이미 창의적인 사고가 내재되어 있다고 분석한 내용은 무엇인가?
박종원(2007a)은 과학적 탐구 자체에 이미 창의적인 사고가 내재되어 있다고 분석한 바 있는데, 간략하게 정리하면 다음과 같다; (1) 귀납적 과정은 자연에 숨겨진 진리를 찾는 과정이라기보다는 과학자의 상상력과 추론에 의해 고안된 것이다. (2) 귀납적 결론은 참임을 보장할 수 없으므로 항상 새로운 지식이 가능하다. (3) 과학적 가설을 지지하는 실험결과가 있더라도 그 과학적 가설은 참이라고 단정할 수 없다. 따라서 새로운 가설의 가능성은 항상 열려 있다. (4) 새로운 가설은 기존의 지식과 경험으로부터 나올 수 있다. 이때 연관 없어 보이는 것들 사이에 유사성을 새롭게 인식하고 연관시킬 때 창의성이 필요하다.
참고문헌 (37)
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