강의와 그룹문제풀이가 균형을 이루는 플립러닝 기반 일반물리학 강좌에 대한 대학생의 인식 University Students' Perception on the Flipped-learning-based Introductory Physics Course in which Class Hour are Divided into Lectures and Group Problem Solving원문보기
최근에 대학 수준의 교수학습 강의 개선의 한 방안으로 플립러닝이 주목받고 있다. 또 일반물리학 수업에서 플립러닝을 시행하여 그 효과를 분석한 연구들도 발표되고 있다. 그런데 플립러닝과 같은 새로운 시도들이 성공적으로 안착, 확산되기 위해서는, 배경과 특징에 따라 학생들에게 플립러닝이 어떻게 받아들여지고, 어떤 효과를 낳는지에 대한 보다 상세한 탐색이 필요하다. 본 연구에서는 강의와 그룹문제풀이가 균형을 이루는 플립러닝에 기반한 일반물리학 강좌에서 학생들의 배경과 특징에 따른 플립러닝에 대한 인식과 성취도를 조사하였다. 학생들의 성취도는 강좌 수강 중 학습시간보다는 학기 시작 전 준비도에 더 영향을 받았다. 또 학생들은 대체로 플립러닝 기반 일반물리학 교수학습이라는 새로운 방식에 대해 매우 긍정적인 인식을 갖고 있었다. 그렇지만 상대적으로 선행학습이 부족하거나, 학습량이 적은 학생들은 플립러닝의 전반적인 확대시행보다 주의 깊은 과목선정을 통한 선별적 시행에 찬성하는 입장을 보였다.
최근에 대학 수준의 교수학습 강의 개선의 한 방안으로 플립러닝이 주목받고 있다. 또 일반물리학 수업에서 플립러닝을 시행하여 그 효과를 분석한 연구들도 발표되고 있다. 그런데 플립러닝과 같은 새로운 시도들이 성공적으로 안착, 확산되기 위해서는, 배경과 특징에 따라 학생들에게 플립러닝이 어떻게 받아들여지고, 어떤 효과를 낳는지에 대한 보다 상세한 탐색이 필요하다. 본 연구에서는 강의와 그룹문제풀이가 균형을 이루는 플립러닝에 기반한 일반물리학 강좌에서 학생들의 배경과 특징에 따른 플립러닝에 대한 인식과 성취도를 조사하였다. 학생들의 성취도는 강좌 수강 중 학습시간보다는 학기 시작 전 준비도에 더 영향을 받았다. 또 학생들은 대체로 플립러닝 기반 일반물리학 교수학습이라는 새로운 방식에 대해 매우 긍정적인 인식을 갖고 있었다. 그렇지만 상대적으로 선행학습이 부족하거나, 학습량이 적은 학생들은 플립러닝의 전반적인 확대시행보다 주의 깊은 과목선정을 통한 선별적 시행에 찬성하는 입장을 보였다.
Recently, flipped learning has been paid much attention as one of the improvement methods of teaching and learning at university level. Few studies investigated the effects of flipped learning in general physics classes. However, in order to be successfully established and spread new attempts such a...
Recently, flipped learning has been paid much attention as one of the improvement methods of teaching and learning at university level. Few studies investigated the effects of flipped learning in general physics classes. However, in order to be successfully established and spread new attempts such as flipped learning, it is necessary to investigate in detail the effect of flipped learning and the way it is perceived by students in accordance with other variables such as student's background and characteristic. In this study, we investigated differences in students' perception on the flipped learning and their achievement according to their background and characteristic in flipped-learning-based introductory physics course in which class hours are divided into lecture and group problem solving equally. Students' achievement was more influenced by their readiness before the beginning of the semester than their time consuming for learning during the semester. Students generally had a very positive perception of the new way of flipped-learning-based physics teaching. However, students of insufficient prior learning, or relatively not-hard learner agreed with careful selection of subjects rather than the overall expansion of flipped learning.
Recently, flipped learning has been paid much attention as one of the improvement methods of teaching and learning at university level. Few studies investigated the effects of flipped learning in general physics classes. However, in order to be successfully established and spread new attempts such as flipped learning, it is necessary to investigate in detail the effect of flipped learning and the way it is perceived by students in accordance with other variables such as student's background and characteristic. In this study, we investigated differences in students' perception on the flipped learning and their achievement according to their background and characteristic in flipped-learning-based introductory physics course in which class hours are divided into lecture and group problem solving equally. Students' achievement was more influenced by their readiness before the beginning of the semester than their time consuming for learning during the semester. Students generally had a very positive perception of the new way of flipped-learning-based physics teaching. However, students of insufficient prior learning, or relatively not-hard learner agreed with careful selection of subjects rather than the overall expansion of flipped learning.
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문제 정의
본 연구는 강의와 그룹문제풀이가 균형을 이룬 플립러닝 기반 일반물리학 강좌에 대한 학생의 인식과 학생의 성취에 영향을 미치는 요인을 탐색하는 것이다. 전통적인 강좌와 비교할 때 본 연구와 같은 세팅의 플립러닝 기반 일반물리학 강좌가 갖는 성취도 향상은 본 연구자들이 참여한 미발표 연구에서 확인한 바 있기 때문에, 본 연구에서 플립러닝의 효과를 확인하는 목적으로 별도로 실험군(플립러닝)과 대조군(전통적인 강좌)을 설정한 비교연구를 수행하지는 않았다.
본 연구에서는 학생의 성취도를 판단하기 위한 목적으로 중간, 기말 시험이외에도 학기 초와 학기 말에 Force Concept Inventory(Hestenes, Wells &Swackhamer, 1992) 평가를 실시하였다.
학생의 참여보다는 잘 다듬어진 내용지식 전달에 초점을 맞추는 강의기반 강좌에 익숙한 우리나라의 학생들에게 플립러닝처럼 적극적 참여를 강조하는 수업방식은 준비된 학생들에게만 유리한 불공평한 수업방식으로 비춰지기도한다. 수업 현장에서 접할 수 있는 이러한 반응을 고려하여 본 연구에서는 선행학습 정도 등 학생들의 배경에 따라 플립러닝 기반 일반물리학 강좌,플립러닝이라는 새로운 수업방식, 플립러닝의 대학 전반으로의 확대에 대한 학생의 인식이 어떻게 달라지는 지도 조사하였다.
한편 일반물리에서 플립러닝의 긍정적인 효과에 대한 선행연구의 보고들은 주로 플립러닝 기반 강좌를 수강하는 학생집단 전체에 대한 효과에 초점을 맞추었고, 수업참여 학생들의 특징에 따른 플립러닝의 효과를 분석하는 연구는 드문 편이다. 여기에 주목하여 본 연구는 수업참여 학생들을 규정하는 여러 배경요인에 따라 플립러닝 기반 강좌를 수강하는 학생들의 성취도가 어떻게 달라지는 지를 탐색하였다. 특히 본 연구에서는 학생의 고교시절 선행학습 정도, 학습량 등에 따라 성취도가 어떻게 달라지는 지를 조사하였다.
강좌에 대한 학생의 인식을 조사하는 설문지는 2012년에 초안을 개발하여 매 학기말에 수강생들에게 투입하였다. 이러한 사전연구를 바탕으로 본 연구의 최종 설문지를 개발하여 학기말에 수강생들에게 투입하였다.
여기에 주목하여 본 연구는 수업참여 학생들을 규정하는 여러 배경요인에 따라 플립러닝 기반 강좌를 수강하는 학생들의 성취도가 어떻게 달라지는 지를 탐색하였다. 특히 본 연구에서는 학생의 고교시절 선행학습 정도, 학습량 등에 따라 성취도가 어떻게 달라지는 지를 조사하였다.
제안 방법
평균 115명이 수강하는 대형 강의실에서 그룹문제풀이 시간에 강의교수와 보조강의자(assistant instructor), 4-5명의 조교가 강의실을 돌며 학생들의 질문에 답하였다. 그룹문제풀이에서 학생의 참여와 강의진과의 활발한 소통을 유도하기 위해 문제풀이시간 말미에 당일 풀었던 문제를 바탕으로 퀴즈를 보았다.
전통적인 일반물리학 강좌에서는 수업 전 활동은 강조되지 않고, 수업 활동으로 교수자의 강의가 이루어지며, 수업 후 활동으로 학생의 개별과제 수행이 이루어진다. 본 연구는 플립러닝에 기반하여 재구조화되지만, 강의자가 사전 강의동영상을 따로 제작하지 않는 일반물리학 강좌를 기반으로 한다. 예습용 강의동영상 대신에 학습자의 수업 전 활동을 활성화하기 위해, 교재와 함께 수업 전 강의노트, 시범실험 등을 담고 있는 동영상 클립 등이 제공되었다.
설문지는 학생의 배경에 대한 정보, 플립러닝과 집단문제풀이에 대한 학생의 인식, 기타 여러 가지 강좌 운영 방식의 효과성에 대한 인식을 포함하는 문항들로 구성되었다. 인식 조사를 위해 설문지는 연구자들이 개설한 강좌에 초점을 맞춘 문항과 보다 일반적으로 플립러닝에 초점을 맞춘 문항을 두루 포함하였고, 구체적으로는 표 2에 제시된 항목들과 같이 수업방식의 효과에 대한 인식을 묻거나 수업방식에 대한 선호 여부를 물었다.
수업은 75분씩 2차시로 이루어지며 첫째 수업은 강의위주로, 둘째 수업은 그룹문제풀이 위주로 진행되었다. 강의는 전반적으로 모든 내용을 다루지만, 전통식 강의보다 강의진행이 빠르며, 기초적인 예제풀이는 거의 생략하였다.
이로 인한 문제를 완화하기 위해 학생들에게 학기 시작 전에 3주간 진행되는 온라인 보충 프로그램을 이수할 수 있는 기회를 제공하였고, 본 연구에 참여한 수강생의 2/3 정도가 사전 프로그램을 이수하였다. 이 프로그램을 통해 온라인 비디오 강의, 강의노트, 연습문제 등이 제공되었고, 수업내용에 대한 학생의 성취를 측정하기 위한 온라인 평가도 진행되었다. 프로그램은 통상적인 일반물리학 교재를 기반으로 역학파트의 일부(운동의 기술부터 역학적 에너지 보존까지)를 다루었다.
, 2015). 이러한 문제의식에서 본 연구는 보다 급진적인 플립러닝 대신에 강의와 그룹문제풀이가 균형을 이루는 플립러닝 방식을 일반물리학 강좌에 적용하였다.
한편 학생의 고교시절 물리학 관련과목 이수정도에 따라 일반물리학을 수강하는 학생들의 수업준비도가 크게 다를 수 있다. 이로 인한 문제를 완화하기 위해 학생들에게 학기 시작 전에 3주간 진행되는 온라인 보충 프로그램을 이수할 수 있는 기회를 제공하였고, 본 연구에 참여한 수강생의 2/3 정도가 사전 프로그램을 이수하였다. 이 프로그램을 통해 온라인 비디오 강의, 강의노트, 연습문제 등이 제공되었고, 수업내용에 대한 학생의 성취를 측정하기 위한 온라인 평가도 진행되었다.
이상과 같은 이유로 본 연구에서는 타 연구와의 직접 비교가 가능한 FCI 검사 대신 중간기말시험 합산 점수로 학생의 성취도를 판단하기로 최종 결정하였다. 또한 성취도에 따라 학생을 범주화하여 묶은 집단의 차이를 분석할 때에도 동일한 합산점수를 활용하였다.
일반물리학을 수강하는 학생들은 고교시절의 물리학 학습 이력이 다르고, 과목을 수강하기 위해 준비된 정도도 다르다. 이와 관련된 배경정보를 확인하기 위해서 학생들의 출신고교 유형, 고교시절 물리학 관련 이수과목, 학기 시작 전 온라인 보충물리학 프로그램 참여여부 및 성취도를 조사했다.
설문지는 학생의 배경에 대한 정보, 플립러닝과 집단문제풀이에 대한 학생의 인식, 기타 여러 가지 강좌 운영 방식의 효과성에 대한 인식을 포함하는 문항들로 구성되었다. 인식 조사를 위해 설문지는 연구자들이 개설한 강좌에 초점을 맞춘 문항과 보다 일반적으로 플립러닝에 초점을 맞춘 문항을 두루 포함하였고, 구체적으로는 표 2에 제시된 항목들과 같이 수업방식의 효과에 대한 인식을 묻거나 수업방식에 대한 선호 여부를 물었다. 표 2의 설문 문항 중에서 수업 중 강의시간의 비율에 대한 선호도, 플립러닝의 타과목 확대에 대한 의견은 문항에 특화된 보기를 선택하는 문항들이었고, 학생의 인식과 관련한 나머지 문항들은 모두 5점의 리커트 척도로 문항을 구성했다.
이들 시험에는 일반물리학 교재의 예제나 연습문제와 유사한 전형적인 시험문제뿐 아니라 선다형의 개념문항들도 출제되었다. 중간시험과 기말시험이 다루는 범위가 다르므로 두 점수를 합산한 점수를 성취도로 보았다. 한편 성취도를 파악하기 위한 보조수단으로 학기 초와 학기 말에 두 차례에 걸쳐 학생들이 FCI(force concept inventory) 검사를 풀게 하였다.
특히 FCI 검사를 사용하여 다음과 같은 normalized gain < g >를 구하여 수업의 효과를 분석한다.
이 프로그램을 통해 온라인 비디오 강의, 강의노트, 연습문제 등이 제공되었고, 수업내용에 대한 학생의 성취를 측정하기 위한 온라인 평가도 진행되었다. 프로그램은 통상적인 일반물리학 교재를 기반으로 역학파트의 일부(운동의 기술부터 역학적 에너지 보존까지)를 다루었다.
학생의 성취도를 조사하기 위해 중간시험과 기말시험의 점수를 수집했다. 이들 시험에는 일반물리학 교재의 예제나 연습문제와 유사한 전형적인 시험문제뿐 아니라 선다형의 개념문항들도 출제되었다.
한편 수업 전과 수업 후로 나눌 때 학생들이 1주일에 평균 몇 시간동안 물리학을 학습했는지를 조사했다. 학생들은 평균적으로 수업 전에 2.
한편 학기 전 온라인 보충 물리학 프로그램과 관련해서 과정에 참여하지 않은 학생이 67 명, 과정에 참여하여 프로그램 말미의 성취도 검사에서 평균이하의 성취를 올린 학생은 71 명, 평균이상의 성취를 보인 학생은 55 명으로 조사되었다. 해당 프로그램은 본 강좌와 동일한 교재를 사용하고, 강좌의 전반부인 역학부분을 다루었다. 따라서 보충프로그램과 관련해서는 참여하지 않은 학생이 일반물리학 강좌를 위한 사전준비가 가장 부족한 것으로, 과정에 참여해서 평균이상의 성취를 보인 학생이 과목이수를 위해 가장 학습준비가 잘 된 것으로 해석할 수 있다.
대상 데이터
본 연구에는 연구자 중 한명이 개설한 플립러닝 기반 일반물리학 강좌를 이수하는 194명의 자연대학 혹은 공과대학 학생들이 참여하였다. 이들 중 18명은 외국인이며, 강좌 운영이 전반적으로 영어를 기반으로 이루어졌다.
우선 본 연구자가 참여한 미발표 연구에서 본 연구와 동일한 플립러닝 기반 수업 처치집단과 전통적인 수업을 경험하는 비교집단의 중간기말시험 합산점수를 비교한 결과 플립러닝을 적용한 수업집단의 점수가 높았다. 이 연구는 대학생 337 명을 대상으로 하였고, 두 집단 간의 차이는 t 검정으로 비교했을 때 유의수준 5 %에서 유의미한 것이었다. 한편 < g >는 사전검사 평균이 50 % 이상인 집단에 대해서는 개념 이해를 과소평가할 수 있으며,사전검사 평균이 50 % 미만인 경우에는 그 반대가 될 수 있다는 지적이 있다(Lee, Kim & Lee,2013).
48로 집단 간의 차이가 거의 없었다. 특이할 점으로 매주 10 시간 이상 학습한다고 응답할 정도로 매우 많은 노력을 들여 물리학을 공부한 학생들(22 명)이 있었다. 이중에는 심지어 수업 전 후에 각각 10 시간씩 학습한다는 학생들도 있었다.
성능/효과
한편 플립러닝 관련 가장 적절한 강의시간의 비율을 묻는 질문에 대한 여러 선택지 중에서 학생들은 강의와 그룹문제풀이의 1 : 1 조합을 가장 선호했다. 강의 없이 그룹문제풀이로만 수업이 진행되어야 한다는 의견은 14 명 (8.0 %), 강의와 그룹문제풀이의 1 : 3 조합으로 그룹문제풀이 위주가 되어야 한다는 응답이 33 명 (20 %), 강의와 그룹문제풀이가 1 : 1이어야 한다는 의견이 89 명(51.1 %), 강의와 그룹문제풀이가 3 : 1로 강의위주여야 한다는 의견이 33 명 (20.0 %), 강의만으로 수업이 진행되어야 한다는 의견이 5 명 (2.9 %)이었다. 강의가 3/4이상인 수업을 플립러닝보다는 강의기반 수업에 가까운 것으로 본다면 결과적으로 22.
결과적으로 고교시절의 물리과목 이수여부, 혹은 사전 보충프로그램의 참여 및 성취도 수준과 중간기말 합산점수는 상관이 있으며, 학기 중 학습시간과 합산점수는 상관이 없었다. 이것은 곧 학기가 진행되는 동안의 학습보다는 학기 시작 전에 일반물리학 과목에 대한 준비 정도가 학생들의 성취도에서 중요할 수 있다는 것을 의미한다.
결과적으로 본 연구에서 ‘학생의 인식’은 수업의 효과성에 대한 인식, 수업 방식에 대한선호도, 수업방식의 확장 적용에 대한 견해를 모두 포함하는 넓은 의미를 갖는다.
4 %에 그쳤다. 결과적으로 학생들은 물리학습의 방법으로 그룹문제풀이의 효과에 대해서 부정응답이 없을 정도로 매우 긍정적이었다. 수업에서 강의의 일부를 그룹문제풀이로 대체하는 것에 대해서 일부 부정응답이 있었지만, 전체적으로는 매우 긍정적으로 평가했고, 개별 문제풀이, 강의 후 문제풀이와의 비교 등 다른 비교문항에서도 비슷한 양상이 나타났다.
이들은 예습 대비 복습의 비율이 가장 많은 경향도 보였다. 결과적으로 학생의 선행학습이 적어서 일반물리학 과목 수업준비도가 낮을수록, 학생의 학기 중 학습시간이 늘어났다. 그러나 집단 간의 차이가 통계적으로 유의미하지는 않았다.
즉 다수의 학생들은 자신이 갖는 여건과 시간제한 속에서 물리학 학습에 상당한 시간을 투자하여 과목에 대한 성취를 관리한 것으로 보인다. 그 결과 학기 중 학습 시간이 상대적인 성취도에 큰 영향을 주지 못하고, 대신에 과목수강에 대한 준비정도에 따라 상대적인 성취가 영향을 받은 것으로 보인다.
이 때 수업 1은 강의와 그룹문제풀이의 비중을 1 : 2로, 수업 2는 둘의 비중을 1 : 1로 하여 두 집단의 학업성취도와 수업의 효과에 대한 인식을 조사하였는데, 두 지표 모두 집단별 차이가 거의 나타나지 않았다. 대조적으로 본 연구에서 학생들이 직접 선택하게 했을 때 강의와 그룹문제풀이의 1 : 1 비중에 대한 선택이 매우 높았다.
이것은 학습에 많은 시간을 투자하지 않는 학생일수록, 자기 주도적 성격이 강한 플립러닝에 대한 부담을 갖고 있는 것으로 해석할 수 있다. 반면 학습시간이 많은 적극적인 학생일수록 플립러닝의 전면적인 확대가 바람직하다고 생각하는 비율이 높았다.
여기서 < pre >, < post >는 각각 1 점을 만점으로 하는 학생들의 사전검사 점수, 사후검사 점수 평균이다. 본 연구의 참여 학생들은 사전검사에서 66.5 %의 정답률을 보였고 사후검사에서는 71.7 % 의 정답률을 보였다. 결과적으로 본 연구에서 학생들의 < g >값은 0.
79이었다. 세 집단의 성취도 차이가 통계적으로 유의미한지 확인하기 위해 ANOVA를 실시한 결과 집단 간에 유의확률 0.05를 기준으로 유의미한 차이가 나타났다. Turkey 방법을 활용한 사후검사에서 물리 2까지 이수한 집단은 다른 집단에 비해 유의미하게 우수한 성취를 보였다.
우선 본 연구자가 참여한 미발표 연구에서 본 연구와 동일한 플립러닝 기반 수업 처치집단과 전통적인 수업을 경험하는 비교집단의 중간기말시험 합산점수를 비교한 결과 플립러닝을 적용한 수업집단의 점수가 높았다. 이 연구는 대학생 337 명을 대상으로 하였고, 두 집단 간의 차이는 t 검정으로 비교했을 때 유의수준 5 %에서 유의미한 것이었다.
세 그룹의 차이는 통계적으로도 유의미하게 나타났다. 즉 ANOVA와 사후분석 결과 모든 그룹간의 성취도의 차이가 유의확률 0.05를 기준으로 유의미한 것으로 나타났다. 결과적으로 고교시절의 물리과목 이수여부보다 본격적인 학기가 시작하기 전의 온라인 보충 프로그램의 참여 및 성취를 기준으로 한 그룹별 차이가 더 컸다고 할 수 있다.
한편 과목수강 과정에서 수업을 제외한 1주일 평균 물리학 학습시간과 성취도의 관계를 분석한 결과, 학습시간과 중간기말 합산점수의 상관관계는 매우 작았다. 이를테면 두 변인 사이의 피어슨 상관계수는 0.
한편 학기 전 온라인 보충 프로그램 이수여부 및 성적을 기준으로 일반물리학 과목에 대한 학생의 준비 정도를 구분하여 성취도를 비교한 결과에서는 집단 간에 더 뚜렷한 차이가 나타났다. 보충프로그램을 이수하지 않은 67 명의 합산점수 평균은 106.
후속연구
본 연구는 강의와 그룹문제풀이가 균형을 이룬 플립러닝 기반 일반물리학 강좌에 대한 학생의 인식과 학생의 성취에 영향을 미치는 요인을 탐색하는 것이다. 전통적인 강좌와 비교할 때 본 연구와 같은 세팅의 플립러닝 기반 일반물리학 강좌가 갖는 성취도 향상은 본 연구자들이 참여한 미발표 연구에서 확인한 바 있기 때문에, 본 연구에서 플립러닝의 효과를 확인하는 목적으로 별도로 실험군(플립러닝)과 대조군(전통적인 강좌)을 설정한 비교연구를 수행하지는 않았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ISLE은 무엇인가?
튜토리얼은 학생들의 오개념에 대한 실증적 조사에 기반하여 개념의 형성과 정성적 추론을 강조한 교수자료, 혹은 교수법이다(Shaffer & McDermott,1992; McDermott, Shaffer & Somers, 1994;McDermott & Shaffer, 2002). ISLE은 과학의 탐구방법에 대한 이해와 개념지식에 대한 이해를 융합한 교수학습 방안이다(Etkina & Van Heuvelen,2001; Etkina et al., 2010; Karelina & Etkina,2007).
플립러닝의 효과는 무엇인가?
최근에 대학교육에서도 학습자 중심의 교육방법 중 하나로 플립러닝에 대한 관심이 커지고 있다. 플립러닝의 효과에 대해서는 여러 가지 다른 결과가 보고되기도 하지만, 일반적으로 플립러닝은 대학생의 자기효능감, 자기주도적 학습, 협동역량의 향상을 이끄는 것으로 알려져 있다(Kim, Chun & Choi,2014; Kim & Lee, 2015; Van Vliet, Winnips &Brouwer, 2015). 플립러닝에서 교수자는 수업의 전 과정을 조정하고 학생의 학습을 안내, 촉진하는 역할을 갖게 된다
선수학습이 부족하거나, 학습량이 상대적으로 적은 학생들이 플립러닝에서 상대적인 불이익을 받는지 속단할 수 없는 이유는 무엇인가?
선수학습이 부족하거나, 학습량이 상대적으로 적은 학생들이 실제로 플립러닝에서 상대적인 불이익을 받는지는 속단할 수 없다. 이것은 전통적인 강의식 학습과의 비교를 포함한 복잡성을 갖고 있기 때문이다. 다만 본 과목에서 플립러닝을 접한 해당 학생들의 강의 대비 플립러닝에 대한 부정적인 인식은 이후에 이들이 접할 플립러닝 기반 강좌에서 해당 학생들의 학습에 부정적 영향을 줄 수 있다.
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