[논문]과학기술특성화대학(KAIST)을 중심으로한 R&E 집중연구가 과학고등학교 학생에게 미치는 영향

최진수; 김영민; 이영주

doi:10.14697/jkase.2019.39.6.729

과학기술특성화대학(KAIST)을 중심으로한 R&E 집중연구가 과학고등학교 학생에게 미치는 영향
Effects of Science high school students' Competency through Intensive Research and Education Program in KAIST 원문보기

한국과학교육학회지 = Journal of the Korean association for science education, v.39 no.6, 2019년, pp.729 - 738

최진수 (한국과학기술원) , 김영민 (한국과학기술원) , 이영주 (한국과학기술원)

초록
AI-Helper

R&E 프로그램은 연구 중심의 자기주도적 학습을 통하여 과학영재들이 과학적 탐구능력과 창의적인 문제해결 능력을 신장시킬 수 있도록 하며, 관심 분야 전문가와의 긴밀한 만남과 과학탐구 경험을 통해 과학자로서의 연구 태도와 품성 및 자질을 함양하고, 창의성을 계발하도록 하는 것에 목적이 있다. R&E 프로그램의 교육적 효과로 미래과학기술 인력의 질적 향상뿐만 아니라 과학자들의 교육참여를 유도함으로써 교육 인력의 저변 확대를 통한 과학영재 교육의 질적 내실화를 도모할 수 있다. 본 연구에서는 R&E 프로그램이 미래 과학기술인력으로써 필요한 창의인재역량과 첨단과학기술 분야 진로 지향성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 KAIST 과학영재교육연구원의 R&E 프로그램에 참여한 D과학고등학교 1학년 학생 62명을 대상으로 집중연구 사전, 사후에 걸쳐 창의인재역량과 과학진로지향의 변화를 설문을 통해 분석하였다. 그 결과 학생들은 R&E 프로그램 참여 후 창의인재역량 중 인지적, 정의적 특성이 유의미하게 증가하였고, 사회적 특성에서는 유의한 변화가 없었으나 세부영역에서는 유의미한 증가를 확인하였다. 또한, 과학진로지향과 관련하여 과학학습, 과학진로에 대한 선호도, 과학진로에 대한 가치 인식 및 과학진로 정보의 필요성 항목에서 유의미한 변화가 없는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 R&E 프로그램의 교육적 효과를 보여줌으로써 대상과 지도목표에 따른 R&E 프로그램 모델의 개선방안을 제안하고자 하며, 나아가 연구역량 교육 및 과학진로진학을 지도하는데 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Research and Education(R&E) program has been emphasized for scientifically gifted students since it can improve scientific research abilities and problem solving abilities because it provides scientific research experiences with professional researchers. The purpose of this study is to investigate the effect of R&E program on creative leader competency and science career orientation. For this study, 62 science high school students participated from 78 science high school students participating in an R&E program. Pre and Post surveys of creative leader competency and science career orientation were administered to the students. The results showed that R&E program improved students' creative leader competency in intellectual and affective characteristic. However, there are no differences in science career orientation because science high school students already had high science career orientation. The implications of this study were discussed.

주제어

표/그림 (15)

그림 Figure 1. KAIST-R&E Program model
그림 Figure 2. Pictures of intensive research KAIST-R&E
표 Table 1. Comparison of R&E program’s characteristics
표 Table 2. Examine tools
표 Table 3. Domains and factors of creative leader competency (Chi et al., 2012)
표 Table 4. Domains of Science career orientation (Yoon et al., 2006)
표 Table 5. General characteristics of respondents
그림 Figure 3. Change by domain of creative leader competency
표 Table 6. Pre-Post test results of creative leader competency
그림 Figure 4. Change by domain of science career orientation
표 Table 7. Pre-Post test results of science career orientation
그림 Figure 5. Change of image for research
표 Table 8. Pre-Post test results of image for research
표 Table 9. Strength of KAIST-R&E program
표 Table 10. Educational Effects of KAIST-R&E program

AI 본문요약
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문제 정의

또한 과학진로 선호도, 과학학습에 대한 선호도 등을 종합적으로 조사하여 KAIST-R&E 프로그램 참여 전후 학생들의 과학진로지향도의 변화를 분석하고자 한다.
본 연구에서는 R&E 프로그램 참여를 통한 과학진로지향도 변화 분석을 통해 과학영재 학생들이 과학관련 진로에 대한 선호도와 진로에 대해 어떤 가치를 부여하는지, 어떠한 정보를 필요로 하고 기준으로 삼는지를 확인할 수 있으며, 이러한 결과를 토대로 과학영재학생들의 진로지도를 위한 R&E 프로그램의 방향 설정 및 개발에 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
특히, KAIST 과학영재교육연구원에서는 다른 R&E 프로그램과 달리 약 2주간 집중 연구 기간을 갖고, 교수 및 연구원과 함께 일련의 연구 과정을 수행한다. 본 연구에서는 과학자와 학생 간에 친밀하게 유대감을 형성하는 기간인 집중 연구의 교육적 효과를 살펴보고자 하였다. 연구의 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 학생주도의 KAIST-R&E 프로그램을 소개하고 대학연구실 및 연구자원을 활용한 집중연구를 통해 과학영재학생들에게 미치는 교육효과성을 밝히는데 의의가 있다.
본 연구에서의 측정 결과는 학생 개개인의 역량을 수치화한 결과가 아닌 참여 집단의 평균적인 특성을 이해하기 위함이며, KAIST-R&E 프로그램의 집중연구 참여 경험에 따른 변화양상을 살펴보고자 활용하였다.
본 연구에서는 KIAST-R&E 프로그램이 과학적 탐구능력과 창의적 문제 해결 능력 신장을 위해 도입된 만큼, 과학고 학생들의 창의인재역량 향상에 어떠한 영향을 미치는지 논의하고자 하였다.
이 연구에서는 KAIST-R&E 프로그램의 집중연구 활동이 과학영재 학생들에게 과학적 탐구능력과 창의적 사고능력 등 미래 과학기술 인력으로써 필요한 창의인재역량을 신장시키는데 어떠한 영향이 있는지 살펴본다.

제안 방법

D과학고의 KAIST-R&E 프로그램에 참여한 학생들을 대상으로 KAIST-R&E 프로그램에 대한 참여동기와 만족도를 조사하였다.
이러한 결과를 토대로 KAIST-R&E 프로그램의 교육적 효과를 입증할 수 있으며, 추가적으로 연구에 대한 이미지 변화를 살펴봄으로써 학생들이 R&E 프로그램 참여를 통해 연구에 대한 인식의 변화를 분석하였다.
조사 도구는 창의인재역량에 대한 인식을 분석한 선행연구와 과학 진로지향에 대한 변화를 분석한 선행연구의 조사 도구를 이 연구의 목적에 맞춰 수정하여 적용하였으며, 연구에 대한 이미지 차이를 분석하기 위해 선행연구를 활용하여 설문지를 구성하였으며, 영재교육, 과학교육 전문가 총 3인의 합의를 통해서 결정하였다. 최종 개발된 설문지는 Table 2와 같다.
집중 연구에서 지도교수와 KAIST 석⋅박사 과정의 연구원들이 연구과제에 대한 안내자로서 연구 방향 및 연구방법을 지도하고, 사전⋅사후 연구 과정에서는 연구과제에 대해 교과목과 연계하여 자문이 이루어질 수 있도록 소속학교의 담당교사를 과제별로 배치하였다.

대상 데이터

KAIST-R&E 프로그램 모델은 Figure 1과 같이 사전연구, 집중연구 및 사후연구까지 총 10주 동안의 3단계 연구 활동으로 구성되어있다.
자료 수집은 다른 연구 과정의 영향을 최대한 배제할 수 있도록 집중연구 시작일인 2019년 1월 2일 사전 설문을 실시하고, 9박10일간의 집중연구가 종료되는 2019년 1월 11일 사후 설문을 실시하였다. 사전 설문조사에는 78명(회수율 100.0%), 사후 설문조사에는 71명 (회수율 91.0%)이 응답하였고, 사전, 사후 대응 분석을 위하여 불성실한 응답지를 제외하고 총 62명의 응답 결과를 분석에 활용하였다.
연구의 대상은 2018년 9월부터 2019년 1월까지 KAIST 과학영재 교육연구원에서 지원하는 KAIST-R&E 프로그램에 참여한 D과학고등학교 1학년 학생 78명이다.
이번 R&E 집중연구에서는 연구지도와 자문을 위해서 KAIST 12개 학과의 17명의 교수진과 대학원 과정 연구원 24명(석사과정 5명, 박사 및 연수과정 19명)이 참여하였고, 과목별 담당교사가 과제별 1명이 배정되어 총 20명의 교사가 참여하였다.
자료 수집은 다른 연구 과정의 영향을 최대한 배제할 수 있도록 집중연구 시작일인 2019년 1월 2일 사전 설문을 실시하고, 9박10일간의 집중연구가 종료되는 2019년 1월 11일 사후 설문을 실시하였다. 사전 설문조사에는 78명(회수율 100.

데이터처리

자료 분석에는 IBM SPSS Statistics 25.0 for Windows 프로그램을 활용하였으며, 평균, 빈도, 비율의 기술통계와 유의수준을 5%로 설정하여 대응표본 t-검증, 공분산분석을 실시하였다.

이론/모형

과학진로지향도를 살펴보기 위하여 본 연구에서는 Yoon et al. (2006)가 제안한 과학진로지향 측정 도구를 활용하였다. 각 요인별 문항이 2개씩 구성되어있으며, 문항에 대해 Likert 5점 척도로 응답하였다.
창의인재역량을 측정하기 위하여 본 연구에서는 Chi et al. (2012)가 제안한 창의적 인재역량 측정 도구를 활용하였다. 각 요인별 문항이 3∼5개로 구성되어있으며, 문항에 대해 Likert 5점 척도로 응답하였다.

성능/효과

R&E 프로그램의 집중연구 참여 전과 후, Table 8과 같이 ‘어려움-쉬운, 참신한-진부한, 빠른-느린’ 총 3개의 형용사 쌍에서 유의미한 차이가 나타났다.
가장 높은 응답은 ‘대학원 학생들과의 협업을 통한 연구’가 29.0%로 나타났고, 다음으로 ‘첨단 연구 장비 및 설비의 사용’과 ‘KAIST 대학 생활의 간접 경험’이 각각 21.0%와 19.4%로 높게 나타났다.
과학고 학생들의 과학진로지향 정도는 사전과 사후 대부분 평균 4.00 이상으로 매우 높게 나타났으며, 특히 R&E 프로그램 집중연구 전에는 다양한 진로를 위한 과학의 가치가 M=4.53으로 가장 높게 나타났고, 다음으로 학교과학 활동에 대한 선호도, 과학 진로에서의 자기 효능감, 과학 진로의 가치가 각각 M=4.42로 높게 나타났다.
각 요인별 문항이 2개씩 구성되어있으며, 문항에 대해 Likert 5점 척도로 응답하였다. 그 결과, 과학진로지향에 대한 전체 평균은 사전(M=4.34, SD=0.48), 사후(M=4.34, SD=0.46)로 변화가 없었다. 영역별로 비교한 결과, 4개 영역 중에서 과학 진로 정보의 필요성은 다소 감소하고, 다른 3개 영역은 모두 미세하게 증가하였으나, 유의미하지 않았다.
34이상으로 매우 높게 나타났다. 그 결과, 사후 검사결과에서 과학학습선호도, 과학진로선호도, 과학진로 가치 인식 정도가 증가하였다. 그러나 유의미한 차이는 나타나지 않았는데, 이는 과학고 학생들이 이미 과학고등학교를 진학함에 있어 높은 과학 진로지향도를 가지고 있었으며, 유사한 자기주도적 탐구학습의 기회를 많이 접하기 때문에 R&E 프로그램을 통한 과학진로지도를 위해서는 연구 활동 외에 구체적인 진로지도 프로그램이 포함되어야 필요할 것으로 보인다.
그 결과, 창의인재역량 전체 평균이 사전(M=4.15, SD=0.41), 사후 (M=4.28, SD=0.49)로 유의미하게 증가(t=-3.188, p<.01)하였다.
그러나 STEAM R&E 프로그램에 참여한 과학고, 영재학교 학생의 경우 창의인재역량 변화가 미세하고 오히려 감소하는 영역도 있는 것으로 나타났다.
38)로 유의미하게 증가하였으며, 그 증가 폭이 가장 큰 것으로 나타났다. 다음으로 창의적 특성에서는 호기심, 개방성, 감수성, 과제 집착력의 하위요인이 모두 증가하였으나, 그중에서 감수성만이 사전 (M=3.94), 사후(M=4.10)로 유의미하게 증가한 것을 확인할 수 있다. 사회적 특성은 사회 가치추구, 협동 및 배려의 하위요인으로 구성되어 있으며, 협동 및 배려에 대한 요인이 사전(M=4.
둘째, 과학고 학생들의 과학진로지향도는 R&E 프로그램 집중 연구에 참여하기 전에 평균 4.34이상으로 매우 높게 나타났다.
또한, KAIST-R&E 프로그램에 참여한 연구원들의 참여 소감에서 과학자로서 과학교육에 직접적으로 참여하는 데 긍정적인 인식이 나타났음을 파악할 수 있었다.
셋째, 과학고 학생들은 연구에 대해서 긍정적으로 인식하고 있었으며, 연구에 대한 이미지 중에서도 어렵고, 다소 진부하고, 느리다고 생각했던 이미지가 R&E 프로그램의 집중 연구에 참여함으로써 보다 쉽고, 참신하고, 빠르다는 이미지로 유의미하게 인식이 변화하였다.
46)로 변화가 없었다. 영역별로 비교한 결과, 4개 영역 중에서 과학 진로 정보의 필요성은 다소 감소하고, 다른 3개 영역은 모두 미세하게 증가하였으나, 유의미하지 않았다. 하위 10개 영역별로 비교한 결과는 Table 7과 같다.
이와 달리 본 연구와 비교한 결과, 과학고등학교 학생들(M=4.15, SD=0.41)의 창의인재역량이 일반 고등학교 학생들(M=3.99, SD=0.15)보다 더 높게 나타났으며, 그럼에도 불구하고 KAIST-R&E 프로그램을 통해 과학고 학생들의 창의인재역량이 영역별로 유의미하게 증가하였음을 확인할 수 있다.
9개 하위요인별 변화는 Table 6과 같다. 인지적 특성의 3개 하위요인 중에서 고차적 사고력이 사전(M=4.16), 사후(M=4.35)로 유의미하게 증가하였으며, 확산적 사고력은 사전(M=3.97), 사후(M=4.11)로 그 변화가 유의미하게 증가하였고, 문제해결력은 사전(M=4.15), 사후 (M=4.38)로 유의미하게 증가하였으며, 그 증가 폭이 가장 큰 것으로 나타났다. 다음으로 창의적 특성에서는 호기심, 개방성, 감수성, 과제 집착력의 하위요인이 모두 증가하였으나, 그중에서 감수성만이 사전 (M=3.
일부 형용사 쌍의 유의미한 결과를 토대로 R&E 프로그램 참여를 통해 연구에 대한 긍정적인 이미지를 더욱 강해지는 교육적 효과를 살펴볼 수 있었다.
전체 평균이 M=4.42(SD=0.23)으로 높게 나타났으며, KAIST-R&E 프로그램에 참여하는 동기로 프로그램 참여 전에는 연구경험을 쌓기 위함이라고 응답한 학생이 54.0%, 학교 및 교사가 권유하거나 친구들이 신청하기 때문에 참여하게 되었다는 의견이 29.0%를 차지하였으나, 집중 연구가 완료된 시점에서는 연구경험을 쌓기 위함(61.3%), 대학 진학 및 전공선택에 도움이 될 것 같다는 인식이 25.8%로 크게 증가하였다.
즉 R&E 프로그램 집중 연구를 참여함으로써 연구에 대한 긍정적인 인식이 유의미하게 증가하였으며, 창의인재역량 향상에 교육적 효과가 있음을 알 수 있었다.
즉, R&E 프로그램 집중 연구를 통해 과학고 학생들은 창의인재역량이 유의미하게 향상되었으며, 특히 인지적 특성과 관련된 요인들이 크게 증가한 것으로 나타났다.
첫째, 과학고 학생들은 창의인재역량의 요소들이 모두 보통이상인 것으로 인식하고 있었으며, 약 2주간의 집중 연구에 참여함으로써 창의인재역량 중에서도 인지적 특성과 창의적 특성이 유의미하게 향상되었다. 하위영역별로는 고차적 사고력과 확산적 사고력, 문제해결력, 감수성, 협동 및 배려심이 유의미하게 향상하여 R&E 프로그램 집중 연구가 과학고 학생들의 창의적 인재역량을 향상하는 데 효과적인 것으로 나타났다.
하위영역별로는 고차적 사고력과 확산적 사고력, 문제해결력, 감수성, 협동 및 배려심이 유의미하게 향상하여 R&E 프로그램 집중 연구가 과학고 학생들의 창의적 인재역량을 향상하는 데 효과적인 것으로 나타났다.

후속연구

그 결과, KAIST-R&E 프로그램 집중 연구의 창의인재역량과 과학진로지향과 관련된 교육적 효과를 보여줌으로써 대상과 지도목표에 따른 R&E 프로그램 모델의 개선방안을 제안하고자 하며, 나아가 연구역량 교육 및 과학진로진학을 지도하는 데 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다.
집중 연구에서 지도교수와 KAIST 석⋅박사 과정의 연구원들이 연구과제에 대한 안내자로서 연구 방향 및 연구방법을 지도하고, 사전⋅사후 연구 과정에서는 연구과제에 대해 교과목과 연계하여 자문이 이루어질 수 있도록 소속학교의 담당교사를 과제별로 배치하였다. 그 결과, 학생들의 창의성과 탐구능력 신장뿐만 아니라 과학자들의 직접적인 교육참여로 과학기술 교육의 질적 내실화를 도모할 수 있을 것이다.
그러나 창의인재역량 중에서도 정의적 특성의 ‘감수성’과 사회적 영역에 해당하는 ‘사회적 가치추구’ 측면에서는 STEAM R&E 프로그램의 교육적 효과가 높은 것으로 보여지는데, 이러한 점은 STEAM R&E 프로그램의 사회적 문제 인식과 여러 교과목을 연계한 주제를 선정하는 등의 특징을 고려하여 KAIST-R&E 프로그램을 보완한다면, 창의인재역량의 역량별 교육을 더욱 효과적으로 수행할 수 있을 것으로 생각된다.
더불어 과학고 학생들의 과학기술분야 진로지도에 도움이 될 수 있도록 R&E 프로그램 중 연구뿐만 아니라 연구원과의 진로멘토링 프로그램을 개발하여 도입하고, 교수와의 면담시간을 확보하는 것이 필요하다.
또한, 뛰어난 인재를 과학기술분야로 유인하기 위해서 과학과 연구에 대한 중요성과 필요성을 인지할 수 있도록 시기적절한 진로교육이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 R&E 프로그램 참여를 통한 과학진로지향도 변화 분석을 통해 과학영재 학생들이 과학관련 진로에 대한 선호도와 진로에 대해 어떤 가치를 부여하는지, 어떠한 정보를 필요로 하고 기준으로 삼는지를 확인할 수 있으며, 이러한 결과를 토대로 과학영재학생들의 진로지도를 위한 R&E 프로그램의 방향 설정 및 개발에 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
또한, 본 연구의 경우 과학고 학생들이 자가진단하여 답변한 결과를 토대로 분석이 이루어졌으므로 R&E 프로그램에 참여한 교수 및 연구원과 교사의 인식 조사를 함께 실시하여 비교할 필요가 있으며, 집중연구 뿐만 아니라 전체 프로그램의 사전, 사후연구에서도 검사를 실시하여 학생들의 인식이 어떻게 변화하는지 추적하여 살펴볼 필요가 있다.
이와 같은 KAIST를 비롯한 다양한 분야의 교수 및 연구원들의 지속적인 관심과 교육참여는 과학고 학생들에게 심도있는 교육을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 과학기술 교육의 질적 내실화를 도모할 수 있을 것으로 기대된다.
이와 같이 R&E 프로그램 개선방안을 마련하고 확대함으로써 미래 과학기술 인력의 질적 향상과 과학기술교육의 내실화를 도모할 수 있을 것이다.
집중 연구 이후에는 실험 결과를 정리, 분석하여 연구보고서를 작성하는데 4주간의 사후연구 기간을 갖는데, 이는 R&E 프로그램 운영 기본 모형에서 평가 및 종료 단계에 해당한다.
추가적인 비교연구를 위해 과학고 외에 다른 학생들에게도 동일 프로그램을 도입하여 R&E 프로그램 집중 연구의 영향을 분석하는 것도 의미가 있을 것이다.
향후 R&E 프로그램은 학생들이 심도있는 연구를 수행할 수 있도록 집중 연구의 기간을 늘리거나, 과학고 정규 교육과정으로 편성하는 등 더욱 강화하여 과학고 학생의 창의인재역량을 향상시키고 과학 진로에 대한 흥미과 연구에 대한 이미지를 긍정적으로 증진시킬 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	R&E 프로그램의 교육적 기대효과는?	R&E 프로그램은 연구 중심의 자기주도적 학습을 통하여 과학영재들이 과학적 탐구능력과 창의적인 문제해결 능력을 신장시킬 수 있도록 하며, 관심 분야 전문가와의 긴밀한 만남과 과학탐구 경험을 통해 과학자로서의 연구 태도와 품성 및 자질을 함양하고, 창의성을 계발하도록 하는 것에 목적이 있다. R&E 프로그램의 교육적 효과로 미래과학기술 인력의 질적 향상뿐만 아니라 과학자들의 교육참여를 유도함으로써 교육 인력의 저변 확대를 통한 과학영재 교육의 질적 내실화를 도모할 수 있다. 본 연구에서는 R&E 프로그램이 미래 과학기술인력으로써 필요한 창의인재역량과 첨단과학기술 분야 진로 지향성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 KAIST 과학영재교육연구원의 R&E 프로그램에 참여한 D과학고등학교 1학년 학생 62명을 대상으로 집중연구 사전, 사후에 걸쳐 창의인재역량과 과학진로지향의 변화를 설문을 통해 분석하였다.
	R&E 프로그램의 목적은?	R&E 프로그램은 연구 중심의 자기주도적 학습을 통하여 과학영재들이 과학적 탐구능력과 창의적인 문제해결 능력을 신장시킬 수 있도록 하며, 관심 분야 전문가와의 긴밀한 만남과 과학탐구 경험을 통해 과학자로서의 연구 태도와 품성 및 자질을 함양하고, 창의성을 계발하도록 하는 것에 목적이 있다. R&E 프로그램의 교육적 효과로 미래과학기술 인력의 질적 향상뿐만 아니라 과학자들의 교육참여를 유도함으로써 교육 인력의 저변 확대를 통한 과학영재 교육의 질적 내실화를 도모할 수 있다.
	과학영재 학생들의 연구역량을 향상시키기 위한 교육과정을 수립하고, 다양한 교육방을 시도하는 이유는?	이와 같은 학교들에서는 과학 분야에서 심화된 교육과 더불어 탐구활동 중심의 연구 활동이 이루어진다는 특징을 가지고 있다. 과학고 및 영재학교 졸업생 진학 현황에 따르면 과학영재 학생들의 이공계 대학진학과 이공계열 진로선택 비율이 해마다 증가하고 있으며(KAIST 2016a; 2016b; 2017a; 2017b; 2018a; 2018b), 선행연구에서도 과학영재 학생들이 미래의 과학자로서 연구 분야의 자질과 역량을 기르기 위해서는 연구에 대한 교육과 지도를 위한 교육 프로그램의 필요성을 강조하였다(Lee & Yoo, 2013; Yun & Park, 2013).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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