最新精编高中人教版必修1高中生物31细胞膜系统的边界公开课优质课教学设计.docx
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最新精编高中人教版必修1高中生物31细胞膜系统的边界公开课优质课教学设计
第3章细胞的基本结构
●章节规划
细胞作为地球上最基本的生命系统,其结构复杂而精巧。
有边界,有分工合作的若干组分,有内部的调控机制。
各种结构组分配合协调,使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。
本章用系统的视角,从《细胞膜——系统的边界》《细胞器——系统内的分工合作》和《细胞核——系统的控制中心》等三个层面描述细胞的基本结构。
第1节《细胞膜——系统的边界》,主要介绍细胞膜的成分和细胞膜的主要功能两方面的内容。
细胞膜是如何提取,其成分是如何分析出来的呢?
教材安排了“体验制备细胞膜的方法”的实验。
这个实验的目的,不仅是让学生亲自动手,练习制备细胞膜,更重要的是让学生体验实验材料的正确选择对于科学研究的重要性,以及制备细胞膜的方法中所蕴涵的科学原理。
关于细胞膜的组成成分,学生只需知道“细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。
此外,还有少量的糖类。
其中脂质约占细胞膜总量的50%,蛋白质约占40%,糖类占2%~10%”就可以了。
细胞膜作为细胞系统的边界,其功能是多种多样的。
教材用学生能够理解的语言,采用类比、打比方等手法,深入浅出地介绍了“将细胞与外界环境分隔开”“控制物质进出细胞”“进行细胞间的信息交流”等几种主要功能。
至于其他功能,则以开放的处理方式,鼓励有兴趣的学生自己去探究。
植物细胞在细胞膜的外面还有一层细胞壁。
在介绍了细胞膜之后,还提到了细胞壁的化学组成和生理功能。
第2节《细胞器——系统内的分工合作》,主要讲述细胞质基质和细胞器、细胞器之间的协调配合以及生物膜系统三方面的内容。
把细胞器作为系统的组分,既谈它们的分工,也讲到它们之间的合作。
细胞内部就像一个繁忙的工厂,在细胞质中有许多忙碌不停的“车间”,这些“车间”就是细胞器,如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体、溶酶体等。
在了解细胞器是怎样既有分工,又密切合作之前,即了解细胞器的结构和功能之前,学生也许会有这样的疑惑:
科学家是怎样把各种细胞器分离开,分别研究它们的功能的呢?
为了解决学生的疑惑,同时进行科学方法的教育,教科书安排了“分离各种细胞器的方法”的介绍。
细胞质里,多种细胞器悬浮在细胞质基质当中。
细胞质基质呈胶质状态,含有多种无机化合物和有机化合物,是活细胞进行新陈代谢的主要场所。
线粒体和叶绿体是两种非常重要的细胞器,教材安排的《用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体》的实验,目的是让学生了解叶绿体和线粒体的形态和分布,增加对叶绿体和线粒体的感性认识,学习在光学显微镜下观察叶绿体和线粒体的方法。
学习了各种细胞器的结构和功能之后,“细胞器之间的协调配合”以分泌蛋白的合成和运输为例,通过让学生分析分泌蛋白合成并分泌到细胞外的过程,体会细胞器之间的分工和协调配合。
参与这一过程的细胞器大都具有膜,这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构,共同构成细胞的生物膜系统,由此引出下一个学习内容“细胞的生物膜系统”。
本节之后安排了“科学家的故事——细胞世界探微三例”。
这个阅读资料可以让学生体会到:
科学研究离不开探索精神、理性思维和技术手段的结合,受到情感态度价值观方面的启迪。
第3节《细胞核——系统的控制中心》,通过创设有利于学生开展探究性学习的情境,让学生对细胞核的重要性,以及结构与功能相适应的观点有深刻的领会。
“细胞核的功能”从“资料分析”开始,给学生提供一系列的科学实验事实,让学生分析细胞核的功能。
黑白美西螈的核移植实验、蝾螈受精卵的横缢实验、变形虫的切割实验、伞藻的嫁接实验和核移植实验,科学家分别用不同物种的细胞作实验材料,从几个方面有力地证明,细胞核是细胞代谢和遗传的“控制中心”。
细胞核能够控制细胞的代谢和遗传,是与细胞核的结构分不开的。
关于细胞核的结构,简要介绍核膜、核仁和染色质的知识。
最重要的结构是染色质。
教材重点阐述了DNA、染色质、染色体的关系。
正是由于DNA上储存着遗传信息,细胞核才能成为细胞代谢和遗传的控制中心。
在学习了细胞的结构和功能之后,安排学生在课后进行“模型建构——尝试制作真核细胞的三维结构模型”。
为学生提供了适当的方法指导和评价模型的参考指标,如科学性、艺术性、成本低廉等。
本章的重难点:
1.重点:
(1)细胞膜的制备和成分。
(2)细胞器的结构和功能。
(3)细胞核的结构和功能。
2.难点:
(1)细胞膜的功能。
(2)细胞器之间的分工和协调配合。
(3)细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。
本章的知识结构:
本章的教学价值:
1.知识目标:
(1)了解细胞膜的成分,理解细胞膜的结构特点和功能特点之间的关系。
(2)了解各种细胞器的分布、形态结构和功能特点。
(3)简述细胞膜系统的结构和功能。
(4)阐明细胞核的结构与功能。
理解染色质和染色体的相互转变。
2.能力目标:
(1)熟练使用显微镜,进一步提高实验技能。
(2)使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。
(3)尝试制作真核细胞的三维结构模型。
(4)训练学生利用资料分析判断问题,进行研究性学习的能力。
3.情感目标:
(1)体验制备细胞膜的方法。
(2)体会生命的精致完美,教育学生崇尚生命、热爱科学。
本章可安排5课时。
具体是:
第1节《细胞膜——系统的边界》,1课时;第2节《细胞器——系统内的分工合作》,2课时;第3节《细胞核——系统的控制中心》,2课时。
课文由组成细胞的分子引入,体会构成细胞的各种元素和化合物是生命活动的物质基础。
蛋白质、核酸、糖类、脂质……这些生物分子固然重要,但是光有分子还不能表现出生命活动。
只有当这些分子有机地组合在一起,形成细胞的各种结构,细胞才成为基本的生命系统。
以自行车的拆装为例,用类比的手法揭示细胞作为系统的基本特征:
系统不是其组分的简单堆砌,而是通过组分间结构和功能的密切联系形成的统一整体。
进而激发学生对细胞结构和功能进行探索的兴趣。
开篇首先要明确说明,研究对象以真核细胞为主。
作为系统,细胞有边界,有分工合作的若干组分,有信息中心对其代谢和遗传进行调控。
教学中尽量为学生提供各种素材,积极调动学生参与分析讨论;为学生创造实验条件,亲身参与探究过程,培养基本的生物学研究能力,提高科学素质。
细胞的基本结构中,细胞膜的组成和功能是比较重要的知识能力培养点。
要多花费一些精力和时间,让学生体会细胞膜的制备以及领会科学研究的方法。
膜的结构和物质跨膜运输的功能在第4章《细胞的物质输入和输出》将有详细介绍,因此在这节只是简单带过。
细胞器部分重点学习叶绿体和线粒体的结构,由于第5章《细胞的能量供应和利用》学习细胞呼吸和光合作用的有关内容的时候,还会进一步认识线粒体和叶绿体的结构和功能,因此功能方面不用涉及得太深。
细胞核部分重点讲清细胞核的结构;讲清染色体和染色质的关系。
其他内容将在细胞分裂以及遗传和变异部分再作深入探究分析。
教学资源充分利用实验、多媒体以及图片资料等组织教学。
第1节细胞膜——系统的边界
●从容说课
本节通过前言部分的教学,把组成细胞的分子与细胞结构建立起联系。
组成细胞的分子不能单独发挥生命功能,只有在细胞中以一定的方式有机地构建起来,才能表现生命。
然后由外而内分析细胞各部分结构特点与其功能的适应性。
本节中细胞膜的教学,通过制备细胞膜的实验和一些资料,介绍了两方面的内容:
(1)细胞膜的主要成分。
(2)细胞膜的功能。
通过本节的教学,使学生对第1章中有关组成细胞的元素和化合物的功能的认识具体化、结构化,使学生对细胞的结构和功能的认识物质化(达到分子水平)。
本节实验是一个体验性的“制备实验”,要让学生从实验中体会科学研究的思路和方法,培养基本的生物学研究能力,提高科学素质。
例如根据实验目的,如何选择合适的实验材料,用什么方法可以得到实验材料,以及如何纯化等等。
考虑实验操作的具体细节,在操作过程中,细观察,勤思考。
考虑如何克服实验中遇到的困难,改善实验,以达到最佳效果。
●三维目标
1.知识与技能
(1)简述细胞膜的成分和功能。
(2)临时装片的制作和显微镜的熟练操作。
2.过程与方法
(1)体验制备细胞膜的方法,学会调整视野与选择观察范围。
(2)通过设计和分析实验,培养学生的科学探究能力。
3.情感态度与价值观
(1)参与问题探讨与实验结果分析。
(2)通过对细胞结构和功能的学习让学生体会生命的精致完美,教育学生崇尚生命、热爱科学。
●教学重点
1.细胞膜的成分和功能。
2.实验技能的巩固提高。
●教学难点
1.制备细胞膜时,观察到红细胞的变化。
2.形象地理解细胞膜的功能,体会细胞膜作为细胞这个生命系统的边界的重要意义。
●教具准备
1.红细胞稀释液与相关实验用具。
2.显微投影。
3.演示文稿与图片。
●课时安排
1课时
●教学过程
[课前准备]
课前老师准备好人或哺乳动物(猪、兔等)的新鲜的红细胞稀释液(血液加适量的生理盐水),以及相关的实验用具。
[情境创设]
翟中和院士说:
“我确信哪怕一个最简单的细胞,也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧!
”,你们认为他这话说得对吗?
(学生思考,有的认为有道理,有的觉得很难判断)现代电脑的精密已经令人不可思议了,小小的一个细胞,怎么可能比电脑还精巧呢?
大家别忘了,电脑再精密,也是人造出来的,而人类尽管已经分析出细胞的成分以及结构,却至今造不出细胞。
为什么呢?
别小看了小小的细胞,因为细胞不是简单的物质的堆砌,组成细胞的分子只有在细胞中以一定的方式有机地构建起来,才能表现生命。
这就是细胞的精巧所在。
下面,就让我们来看看细胞的基本结构吧。
出示几张光学显微镜下的细胞图片(图3-1-1),包括植物细胞和动物细胞、染色的和未染色的细胞。
植物细胞经过染色的动物细胞未经染色的动物细胞
图3-1-1
[师生互动]
1.问题探讨
从学生使用高倍显微镜观察几种细胞的经验引入问题探讨。
教师:
懂得区分显微镜视野中的水泡、气泡和细胞吗?
(学生思考讨论回答)
参考答案:
水泡有一圈很粗的黑边,气泡是光亮的,水泡和气泡里面只有空气,而细胞可以观察到有具体的结构和内容物,如植物细胞的细胞壁,动植物细胞的细胞质、细胞核等。
细胞是立体的,在显微镜下,通过调节焦距可以看到它的不同层面。
教师:
光学显微镜下能不能看见细胞膜?
(学生思考讨论回答)
参考答案:
正常的植物细胞细胞膜紧贴着细胞壁,完全观察不到;动物细胞染色后很容易看出细胞与细胞之间,细胞与外界环境之间有明显的界限,未染色的动物细胞观察效果不明显,但仍然可以分辨它们的界限,这个界限我们判断就是细胞膜。
教师:
如何确定细胞膜的存在?
(学生思考讨论回答)
参考答案:
鸡蛋的卵黄部分就是一个细胞,轻轻碰触完整的卵黄表面,可以感受到它有弹性,用尖锐的物体挑破它,黄色的浆液就流散出来。
也就是说,那层包裹着黄色浆液的透明薄膜就是细胞膜了。
活细胞是具有生命活动的,每个活细胞都可以看作是一个独立的生命王国。
在我们深入探寻这个生命王国的运行秘密之前,首先要跨越它的边界——细胞膜。
教师:
这层神秘的屏障是由什么物质组成的?
要分析细胞膜的化学成分,首先要把这层屏障从细胞上剥落下来单独地进行研究。
教师:
绝大多数的细胞个体都非常的小,如何才能使细胞膜和细胞的其他部分分离呢?
2.学生实验
下面我们通过一个实验来体验制备细胞膜的方法。
实验选材
教师:
动植物细胞都有细胞膜,细胞内的细胞核以及叶绿体、线粒体等等这些细胞器也有膜结构,我们选择什么样的材料进行实验才会使细胞膜制备起来更容易,而又不会跟其他的膜混在一起呢?
哺乳动物成熟的红细胞是一种很好的材料,因为它没有细胞核和叶绿体等众多的细胞器,也没有细胞壁。
因此我们可以选择人血、兔血或者猪血等容易取得的材料来进行实验。
如果能够使红细胞的细胞膜破裂,里面的物质都流出来,剩下的空壳不就是细胞膜了吗?
教师:
那么,用什么方法可以使红细胞的细胞膜破裂呢?
实验原理:
细胞吸水和失水的原理(图3-1-2)。
形态正常的人的红细胞红细胞吸水膨胀涨破的红细胞
图3-1-2
把红细胞放在蒸馏水当中,由于细胞内外浓度差的关系,水分就会不断进入细胞,细胞吸水开始膨胀,如同给气球吹气一样慢慢地鼓起来,太多的水分进入细胞,最后会将细胞膜撑破,使里面的物质流出来。
材料用具
兔(或人、猪)的新鲜的红细胞稀释液(血液加适量的生理盐水)、蒸馏水、滴管、吸水纸、载玻片、盖玻片、镊子、显微镜。
方法步骤
1.制作临时装片。
2.显微镜下观察。
3.滴加蒸馏水并吸引。
4.观察细胞变化。
操作要求
1.装片制作较好。
2.显微镜操作熟练。
3.蒸馏水的滴加不弄污镜头,吸引不吸走细胞。
4.寻找最先进水部分的细胞观察。
小结:
教师选取学生实验效果明显的装片,通过显微投影投示出来,大家观看,交流成功制备的经验,寻找实验失败的原因。
讨论:
如果不是在装片而是在试管进行实验,细胞破裂后,流出的内容物和细胞膜都混杂在蒸馏水中,还要用什么方法才能获得比较纯的细胞膜?
[教师精讲]
1.细胞膜的成分
科学家们通过电子显微镜观察细胞膜,并对细胞膜和细胞中其他各种膜进行微量化学成分分析,发现膜主要含有脂质和蛋白质两大类物质。
蛋白质约占膜干重的40%,脂质约占50%(图3-1-3),其中脂质以磷脂为主。
此外,细胞膜还含有约10%的碳水化合物,但是碳水化合物都是和膜蛋白质或脂质结合成糖蛋白或糖脂,分布在细胞膜的外表面(图3-1-4)。
图3-1-3图3-1-4
各种膜所含的蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关,机能活动较旺盛的膜,其蛋白质含量较高,因为膜的功能活动主要由蛋白质来承担。
下面我们来看看细胞膜有什么功能。
2.细胞膜的功能
细胞膜与细胞的物质交换、细胞识别、分泌、排泄、免疫等功能密切相关。
细胞膜的主要功能包括以下三个方面:
(1)将细胞与外界环境分隔开。
细胞膜的存在使细胞成为一个相对独立的系统,为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。
(2)控制物质进出细胞(图3-1-5)。
细胞膜最重要的特性之一是半透性或选择透过性,即有选择地允许物质通过扩散、渗透和主动运输等方式出入细胞,包括代谢底物的输入与代谢产物的排出,从而保证细胞正常代谢的进行。
图3-1-5图3-1-6
(3)进行细胞间的信息交流(图3-1-6)。
大多细胞膜上存在激素的受体、抗原结合点以及其他有关细胞识别的位点,所以细胞膜在激素作用、免疫反应和细胞通讯等过程中起着重要作用。
①受体:
通过电子显微镜观察可看到细胞膜上存在着受体。
受体是一种能够识别和选择性结合某种配基的大分子,与配基结合后,产生物理的或化学的信号,以启动一系列过程,最终表现为生物学效应,如神经细胞传递兴奋等。
许多免疫反应均是在细胞膜上进行的。
细胞膜上存在着细胞识别部位,这些识别部位均和细胞膜上的受体有关。
②细胞识别:
细胞膜能提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息的跨膜传递。
细胞识别是指生物细胞对同种和异种细胞的认识,对自身和异己物质的鉴别。
无论是单细胞生物,还是高等动植物,许多重要的生命活动都和细胞间的识别能力密切相关。
例如,单细胞生物有性生殖过程中的细胞结合,开花植物的雌蕊能否接受花粉进行受精,都要靠细胞识别能力。
高等动物和人类的免疫功能更要依靠细胞的识别能力,如当细菌侵入体内时,就会被白细胞吞噬,但白细胞从不吞噬循环血液中的正常细胞。
现已知道,细胞识别的部位是在细胞膜上,细胞相互识别的分子基础是细胞膜上的糖蛋白。
③介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接。
例如高等植物细胞之间的胞间连丝(图3-1-7),使相邻两个细胞之间形成通道,携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
图3-1-7
细胞膜的这些功能,与它的结构密切相关。
在第4章我们将会深入地体会到细胞膜的功能与结构相适应的关系。
3.细胞壁
在植物细胞膜外还有由细胞分泌的纤维素、果胶等物质构成的细胞壁。
对细胞具有机械支持和保护的作用,同时还能防止细胞吸涨而破裂,保持细胞正常形态。
举例:
用纤维素酶除掉细胞壁的植物细胞不再保持原来的形态。
将这样的细胞放置在清水中时,它会像红细胞一样吸水破裂。
[评价反馈]
1.实验过程性评价
实验名称
体验制备细胞膜的方法
姓名
评价项目
自评
小组互评
老师评价
1.能制作出观察效果良好的临时装片
2.能熟练正确操作显微镜
3.能适当处理问题和改善操作方法
4.及时记录观察结果
说明:
评价采用“A、B、C、D”四个等级
2.精选练习
(1)将红细胞放在质量分数为9%的食盐溶液中制成装片后,用显微镜观察,可以发现红细胞的状态变化是
A.不能判定B.正常状态C.细胞膜破裂D.细胞皱缩
(2)实验中先用显微镜的10倍物镜观察细胞,然后转换40倍的物镜继续观察,其结果是
A.视野变亮,看到的细胞数目变多B.视野变亮,看到的细胞数目变少
C.视野变暗,看到的细胞数目变多D.视野变暗,看到的细胞数目变少
(3)在视野右上方发现一细胞,要将其移至视野正中,应将装片向什么方向移动
A.左上方B.左下方C.右上方D.右下方
(4)1985年Overton在研究各种未受精卵细胞的透性时,发现脂溶性物质易透过细胞膜,不溶于脂质的物质透过细胞膜十分困难。
这表明组成细胞膜的主要成分中有___________。
后来,科学家还发现细胞膜除了会被溶解脂质的溶剂溶解,也会被蛋白酶分解,这说明组成细胞膜的物质中还有___________。
(5)你能解释细胞为什么这么小吗?
(直径小于0.1毫米)
参考答案:
(1)D
(2)D(3)C(4)磷脂(脂质)蛋白质(5)体积越小,相对膜面积越大,越有利于新陈代谢。
[课堂小结]
无论植物细胞还是动物细胞,其原生质的最外层都是细胞膜。
提取细胞膜通过电子显微镜观察并进行化学成分分析得知,细胞膜主要由蛋白质分子和磷脂分子构成。
细胞膜的生理功能主要包括保护作用、信息传递作用以及进行细胞内外的物质交换等。
[布置作业]
课本P43一、基础题,二、拓展题。
学习册P36~P37
(一)基础达标,
(二)拓展创新。
[课后拓展]
体现活细胞的细胞膜功能的实验
用新鲜的花生(玉米或小麦等种子也可以)若干粒,晒干的种子先浸水吸涨(干的玉米或小麦种子等30~35℃时约浸5小时,20℃时浸15小时),然后用小刀将每粒花生(或玉米)沿中线切成两半,分成两组。
其中一组放入烧杯加清水煮沸10分钟,另一组放入烧杯加清水室温放置10分钟。
然后将两组种子分别放入两个培养皿中,都倒入稀释的红墨水中(1份红墨水加10份清水),浸没5分钟后取出,洗去浮色,观察染色情况:
煮过的那一组种子的胚全染上了红色,而没煮过的那一组种子的胚,仅表层带有浅浅的红色。
可见,活细胞的细胞膜有选择透过性的特点,所以不吸收红墨水;当煮沸杀死后便失去这一特性,红墨水进入细胞把胚染成红色。
这说明活细胞的细胞膜有控制物质进出的功能。
●板书设计
第3章细胞的基本结构
第1节细胞膜——系统的边界
一、制备细胞膜
为什么要用哺乳动物红细胞作材料研究膜的组成?
二、细胞膜的成分
脂质(约50%)、蛋白质(约40%)、糖类(约2%~10%)。
三、细胞膜的功能
1.将细胞与外界环境分隔开
2.控制物质进出细胞
3.进行细胞间的信息交流
四、细胞壁
化学成分:
纤维素和果胶
功能:
支持和保护
细胞壁是全通透的
●习题详解
一、练习(课本P43)
(一)基础题
1.C2.A3.C
(二)拓展题
1.把细胞膜与窗纱进行类比,有一定的合理性,因为两者都具有相同的特点:
容许一些物质出入而阻挡另外一些物质的出入。
但两者进行类比,又有不妥之处。
物质是否透过细胞膜主要取决于膜的特点和细胞的需要,细胞对物质的透过有主动选择的作用。
而物质是否透过窗纱取决于物质颗粒的大小,窗纱只是被动地在起作用。
两者控制物质进出的作用在本质上是不同的。
2.细胞活力的测定有许多方法,最简便最常用的方法是台盼蓝染色法。
台盼蓝又称锥蓝,是一种阴离子型染料,这种染料不能透过活细胞正常完整的细胞膜,因为活细胞的细胞膜能够控制物质的进出,细胞不需要的或者对细胞有害的物质不容易进入细胞,所以活细胞不着色。
但当细胞死亡后,细胞膜就失去了这种控制作用,染料就可以通过细胞膜进入细胞,细胞被染成蓝色。
染色排除法可以根据细胞染色与否鉴别细胞的活力。
二、问题探讨(课本P40)
1.气泡是光亮的,里面只有空气,而细胞可以观察到有具体的结构和内容物,如植物细胞的细胞壁,动植物细胞的细胞质、细胞核等。
细胞是立体的,在显微镜下,通过调节焦距可以看到它的不同层面。
光学显微镜下不能直接看见细胞膜,动物细胞可以从细胞内与细胞外的界限分辨出细胞膜的位置,而正常植物细胞的细胞膜紧贴着细胞壁更难观察,只有在细胞失水,发生质壁分离的情况下可以感受到细胞膜的存在。
2.科学家的研究发现,不同的物质进出细胞的速度和难易程度不同,说明细胞有一道屏障对进出细胞的物质有选择和控制作用。
我们也可以确定细胞膜的存在:
鸡蛋的卵黄部分是一个细胞,轻轻碰触完整的卵黄表面,可以感受到它有弹性,用尖锐的物体挑破它,黄色的浆液就流散出来。
也就是说,那层包裹着黄色浆液的透明薄膜就是细胞膜了。
三、本节聚焦(课本P40)
1.细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质,脂质约占细胞膜总量的50%,蛋白质约占40%。
2.把哺乳动物的红细胞放置在低渗溶液(清水)中,使细胞吸水涨破,里面的物质流出来,从而获得细胞膜。
3.细胞膜的主要功能有:
将细胞与外界环境分隔开,控制物质进出细胞,进行细胞间的信息交流等。
四、实验(课本P41)
如果实验在试管中进行,细胞破裂后,细胞膜以及细胞中的其他物质混在一起组成匀浆,可以将匀浆放入离心管中,用高速离心机在一定的转速下进行离心,利用离心速度所产生的离心力,将细胞膜与其他物质分离开,这种方法可以获得较纯的细胞膜。
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