張孟婷 袁柳

（陜西師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119）

摘要：中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科中圖形化編程教學(xué)備受歡迎，針對(duì)編程教學(xué)過(guò)程中重知識(shí)輕能力的問(wèn)題，首先分析了PBL教學(xué)模式在編程中培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力的契合點(diǎn)，隨后從學(xué)生問(wèn)題解決能力培養(yǎng)、師生活動(dòng)及教學(xué)環(huán)節(jié)三個(gè)層面出發(fā)，構(gòu)建了信息技術(shù)教學(xué)中PBL教學(xué)模式的應(yīng)用框架；最后，基于編程貓平臺(tái)，通過(guò)《跨欄比賽》教學(xué)案例的實(shí)踐，為教師提供了可參考的編程教學(xué)設(shè)計(jì)一般流程，證明了PBL教學(xué)模式對(duì)提升問(wèn)題解決能力有一定促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)模式；問(wèn)題解決能力；圖形化編程；編程貓；編程教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）06-0001-04

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

0 引言

信息時(shí)代需要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，問(wèn)題解決能力是創(chuàng)新型人才的必備技能，也是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵能力[1-2]，是有機(jī)整合各種能力的基礎(chǔ)[3]。圖形化編程在中小學(xué)備受歡迎，編程貓是國(guó)內(nèi)研發(fā)的功能強(qiáng)大的圖形化編程平臺(tái)，學(xué)生只需要拖動(dòng)封裝好的語(yǔ)法命令積木模塊，便可以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)算法操作，不必過(guò)度關(guān)注語(yǔ)法，并且提供了教師教學(xué)專(zhuān)用平臺(tái)。

但在實(shí)際編程教學(xué)過(guò)程中仍存在以下幾方面問(wèn)題：教師通常采用傳統(tǒng)的講授法開(kāi)展編程教學(xué)，學(xué)生自主探究的時(shí)間較少；部分學(xué)生缺乏編程信心，很難自主解決所遇到的編程困難；實(shí)踐操作多以模仿為主，不清楚積木邏輯；教師往往更關(guān)注學(xué)生的編程學(xué)習(xí)結(jié)果，容易忽略形成性評(píng)價(jià)與編程學(xué)習(xí)體驗(yàn)[4]。相比于傳統(tǒng)講授式編程教學(xué)，基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)PBL（Problem-Based Learning）模式對(duì)長(zhǎng)期知識(shí)保留、以技能為導(dǎo)向的表現(xiàn)以及學(xué)生和教師的滿(mǎn)意度效果更佳[5]。通過(guò)構(gòu)建基于問(wèn)題學(xué)習(xí)的PBL模式在編程教學(xué)中的應(yīng)用框架，豐富信息技術(shù)課程教學(xué)模式，為教師提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力提供理論與實(shí)踐參考。

1? 在編程中利用PBL教學(xué)模式培養(yǎng)問(wèn)題解決能力的契合點(diǎn)

1.1 PBL教學(xué)模式

PBL是以問(wèn)題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)，也稱(chēng)為問(wèn)題式學(xué)習(xí)。在建構(gòu)主義的理論基礎(chǔ)上，主張讓學(xué)生解決真實(shí)世界中的問(wèn)題，或完成源自真實(shí)世界經(jīng)驗(yàn)且需要深度思考的任務(wù)[6]，具有聯(lián)系實(shí)際、體現(xiàn)學(xué)生自主性、問(wèn)題解決方法開(kāi)放性，即對(duì)于一個(gè)問(wèn)題而言有多種解決方法的三個(gè)明顯特征[7]。PBL教學(xué)模式實(shí)施的一般步驟為創(chuàng)設(shè)情境、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題、評(píng)價(jià)問(wèn)題；包括六個(gè)教學(xué)要素[8]，如圖1所示。六個(gè)核心要素指出PBL教學(xué)應(yīng)基于真實(shí)情境引導(dǎo)學(xué)生探究問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、展示分享成果、評(píng)價(jià)反思。針對(duì)編程教學(xué)的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)PBL教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充強(qiáng)調(diào)分析問(wèn)題的過(guò)程，并給出教師在編程課程前期準(zhǔn)備的教學(xué)設(shè)計(jì)方法，可操作性強(qiáng)，便于借鑒實(shí)施。

1.2 問(wèn)題解決能力

當(dāng)現(xiàn)有狀態(tài)和待實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)狀態(tài)間存在差距和困難時(shí)就出現(xiàn)了問(wèn)題，而問(wèn)題解決能力就是克服和消除困難和差距的能力[9]。培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力要求學(xué)生能結(jié)合已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到問(wèn)題解決得多種方法，并能積極尋找腳手架，最終解決問(wèn)題。在信息時(shí)代，腳手架還包括創(chuàng)造性使用數(shù)字化工具解決問(wèn)題?；谝延醒芯康膯?wèn)題解決模式，總結(jié)歸納問(wèn)題解決步驟為：發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題、分析描述問(wèn)題、提出方案、驗(yàn)證方案、反思評(píng)價(jià)，以此引申出學(xué)生問(wèn)題解決的子能力：理解問(wèn)題、表征問(wèn)題、解決問(wèn)題、反思交流。在科學(xué)理論的指導(dǎo)下，根據(jù)此步驟開(kāi)展編程課堂中培養(yǎng)問(wèn)題解決能力的實(shí)踐，并通過(guò)形成性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，驗(yàn)證基于PBL教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力的效果。

1.3 編程中兩者的契合點(diǎn)

1.3.1 編程過(guò)程中不斷試錯(cuò)糾錯(cuò)能培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)問(wèn)題的態(tài)度

學(xué)習(xí)編程會(huì)讓兒童體會(huì)到：很少有人第一次編程就能成功[10]。學(xué)生在剛開(kāi)始接觸編程時(shí)，如果編寫(xiě)的程序未能達(dá)到預(yù)期效果，一般會(huì)選擇放棄自主探索求助他人，或刪掉整段程序重新編寫(xiě)，這種不找錯(cuò)誤根源的學(xué)習(xí)方法是非常低效的。編程教學(xué)能讓他們改變面對(duì)錯(cuò)誤的態(tài)度，如調(diào)試程序的過(guò)程就是分析程序運(yùn)行結(jié)果、找到錯(cuò)誤所在并修改程序的過(guò)程，少兒編程先驅(qū)西蒙佩珀特認(rèn)為這個(gè)過(guò)程是最有意義的學(xué)習(xí)。PBL教學(xué)圍繞問(wèn)題展開(kāi)，將PBL模式引入編程教學(xué)中能逐漸引導(dǎo)學(xué)生在面對(duì)問(wèn)題時(shí)形成新的思維模式，糾正對(duì)“錯(cuò)誤”的認(rèn)識(shí)，而不是遇到問(wèn)題就放棄，覺(jué)得自己不可能再成功了，這種轉(zhuǎn)變會(huì)讓學(xué)生受益終身。

1.3.2 編程中結(jié)構(gòu)化的思想有助于從系統(tǒng)到局部分析解決問(wèn)題

PBL模式強(qiáng)調(diào)創(chuàng)建貼近學(xué)生生活的真實(shí)問(wèn)題情境，賦予學(xué)生角色感和使命感自主參與探究學(xué)習(xí)。教師呈現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)，即程序成功運(yùn)行后的完整效果，學(xué)生對(duì)作品整體框架進(jìn)行分析、拆解，再針對(duì)程序中每個(gè)具體的角色進(jìn)行編程，分解、描述角色行為，在具體的編程過(guò)程中又包括針對(duì)角色的各個(gè)功能、行為進(jìn)行函數(shù)封裝。這樣從系統(tǒng)到局部層層深入，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)的過(guò)程能幫助學(xué)生提高問(wèn)題解決效率，形成將大問(wèn)題逐漸拆解為小問(wèn)題逐一攻破的問(wèn)題解決習(xí)慣。

2? PBL教學(xué)模式構(gòu)建

2.1 模式構(gòu)建

在創(chuàng)設(shè)情境、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題、評(píng)價(jià)問(wèn)題的PBL模式基礎(chǔ)上，結(jié)合PBL教學(xué)六要素和問(wèn)題解決步驟，搭建了編程教學(xué)中PBL教學(xué)模式的應(yīng)用框架，如圖2所示。

該框架以編程貓平臺(tái)圖形化編程課程為應(yīng)用載體，以培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力為主線(xiàn)，根據(jù)教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的原則設(shè)計(jì)，包括教師前期準(zhǔn)備、課中實(shí)施、課后反思三部分。在課中實(shí)施環(huán)節(jié)，結(jié)合問(wèn)題解決過(guò)程，在傳統(tǒng)PBL模式基礎(chǔ)上補(bǔ)充強(qiáng)調(diào)分析描述問(wèn)題在編程教學(xué)中的重要性，并結(jié)合編程教學(xué)環(huán)節(jié)特點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)PBL教學(xué)模式改進(jìn)為：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、確定方案、實(shí)施方案、評(píng)價(jià)反思五個(gè)環(huán)節(jié)。在該應(yīng)用框架的指導(dǎo)下，教師可以更得心應(yīng)手地在編程課程中運(yùn)用PBL教學(xué)模式，設(shè)計(jì)契合學(xué)生身心發(fā)展和認(rèn)知特點(diǎn)的教學(xué)活動(dòng)，結(jié)合圖形化編程的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生完成小組合作編程探究活動(dòng)，提升學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力。

2.2 環(huán)節(jié)分析

2.2.1 教師前期準(zhǔn)備

教師根據(jù)學(xué)生學(xué)情自主設(shè)計(jì)難度適中的編程作品，或參考編程貓官網(wǎng)的示范課進(jìn)行改編設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)不同的是，在編程作品設(shè)計(jì)完成后，教師模擬學(xué)生編程狀態(tài)，從空白的素材作品著手，每一步“自然而然”地操作都要多問(wèn)幾個(gè)為什么，在不參考完整作品積木代碼的情況下，逐步實(shí)現(xiàn)作品效果，記錄過(guò)程中遇到的問(wèn)題，預(yù)設(shè)學(xué)生可能遇到的問(wèn)題及解決方案，并以此為根據(jù)，在多次體驗(yàn)、實(shí)踐之后得出教學(xué)重難點(diǎn)。

2.2.2 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景是學(xué)習(xí)者解決問(wèn)題的首要因素，教師在教學(xué)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)應(yīng)創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活的真實(shí)情境，賦予學(xué)生使命感，引導(dǎo)學(xué)生積極參與問(wèn)題探究，這也是學(xué)生積累經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵。同時(shí)教師還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生在探究過(guò)程中多思考、多問(wèn)“為什么”“不這樣行不行”的習(xí)慣，明白每一步操作的原因及必要性，總結(jié)知識(shí)的適用場(chǎng)景，提高學(xué)習(xí)效率，真正掌握知識(shí)并靈活遷移應(yīng)用。

2.2.3分析問(wèn)題

分析問(wèn)題是問(wèn)題解決的第二個(gè)環(huán)節(jié)，也是決定后續(xù)探究能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括拆解程序和描述角色行為兩個(gè)子能力。教師呈現(xiàn)完整編程作品的效果，也可以根據(jù)實(shí)際情況邀請(qǐng)學(xué)生體驗(yàn)，之后學(xué)生在教師引導(dǎo)下拆解作品，描述每個(gè)角色的行為，描述越細(xì)致，后續(xù)的探究實(shí)踐就越高效。隨著編程學(xué)習(xí)進(jìn)行，學(xué)生會(huì)逐漸形成遇到大問(wèn)題拆解成小問(wèn)題逐一突破的思維習(xí)慣，并能較為完整準(zhǔn)確地描述角色行為。

2.2.4 確定方案

確定方案是問(wèn)題解決的第三個(gè)環(huán)節(jié)，也是小組合作的重要環(huán)節(jié)。教師對(duì)學(xué)生拆解作品、角色行為描述進(jìn)行梳理總結(jié)，劃分任務(wù)并逐一發(fā)布。學(xué)生按小組分工合作，通過(guò)思維導(dǎo)圖等工具確定成員分工、明確編程目標(biāo)為編程實(shí)踐做準(zhǔn)備。

2.2.5實(shí)施方案

實(shí)施方案是問(wèn)題解決的第四個(gè)環(huán)節(jié)，是學(xué)生實(shí)踐的主要環(huán)節(jié)。教師觀(guān)察各小組探究完成情況，根據(jù)實(shí)際情況輔助點(diǎn)播，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)查閱資料、小組討論、求助老師等方法積極提出自己遇到的問(wèn)題并解決。每完成一個(gè)任務(wù)后，教師對(duì)學(xué)生探究過(guò)程中出現(xiàn)的普遍問(wèn)題進(jìn)行講解，總結(jié)歸納知識(shí)點(diǎn)。

2.2.6評(píng)價(jià)反思

評(píng)價(jià)反思是問(wèn)題解決的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是塑造學(xué)生問(wèn)題解決品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生在小組展示環(huán)節(jié)根據(jù)分工講解自己的作品，總結(jié)探究過(guò)程中遇到的問(wèn)題，解決的方法及收獲。評(píng)價(jià)包括多種角度：教師評(píng)價(jià)、組間評(píng)價(jià)、組內(nèi)評(píng)價(jià)、習(xí)題測(cè)評(píng)等。教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)評(píng)價(jià)學(xué)生作品完成情況，同時(shí)也要根據(jù)學(xué)生探究過(guò)程及成果，及時(shí)修正完善自己的教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.2.7課后反思

教師回顧課堂教學(xué)過(guò)程中的不足，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，針對(duì)學(xué)生問(wèn)題出現(xiàn)較多環(huán)節(jié)調(diào)整重難點(diǎn)，結(jié)合課上學(xué)生的創(chuàng)新點(diǎn)優(yōu)化作品，針對(duì)課堂反饋效果調(diào)整問(wèn)題難度，設(shè)計(jì)針對(duì)班級(jí)學(xué)習(xí)情況的習(xí)題，為下節(jié)課溫故知新做準(zhǔn)備。鼓勵(lì)學(xué)生課后積極交流分享，在編程貓學(xué)習(xí)社區(qū)上發(fā)表自己的編程作品，互相學(xué)習(xí)。

3? PBL教學(xué)模式實(shí)踐——《跨欄比賽》

3.1 教師前期準(zhǔn)備

以《跨欄比賽》為例，教師前期為教學(xué)設(shè)計(jì)所做的準(zhǔn)備如表1所示。

3.2 教師前期準(zhǔn)備

根據(jù)PBL模式的應(yīng)用框架，在西安舉辦十四運(yùn)前夕設(shè)計(jì)了《跨欄比賽》編程作品，程序效果如圖3所示，具體的教學(xué)活動(dòng)實(shí)施過(guò)程如表2所示。

3.3 課后反思

學(xué)生在分享作品環(huán)節(jié)表現(xiàn)突出，體現(xiàn)了學(xué)生豐富的想象力和創(chuàng)造力，原本的基礎(chǔ)作品效果僅為學(xué)生角色在碰到欄架后，生命值減少一格，生命值為0時(shí)游戲失敗。為了給玩家更好的游戲體驗(yàn)，學(xué)生針對(duì)點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕后玩家還來(lái)不及反應(yīng)游戲就已經(jīng)結(jié)束的問(wèn)題，添加了游戲操作說(shuō)明和開(kāi)始按鈕；還有學(xué)生完成了課程開(kāi)始時(shí)自己設(shè)計(jì)的跨欄比賽游戲，更新了游戲規(guī)則，如100米跨欄用時(shí)最短者獲勝等。課后教師根據(jù)收集的學(xué)生作品，在完善設(shè)計(jì)的示例作品后，將編程任務(wù)分為基礎(chǔ)任務(wù)和拓展任務(wù)，并合理安排課時(shí)，給予學(xué)生充分創(chuàng)造的時(shí)間和展示表達(dá)的機(jī)會(huì)。

4 PBL教學(xué)模式的實(shí)踐總結(jié)及效果分析

4.1 實(shí)踐總結(jié)

在前期準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，由于對(duì)作品中的角色拆解得不夠細(xì)致，導(dǎo)致學(xué)生在具體的實(shí)踐環(huán)節(jié)思路不清晰，難度較大。對(duì)于欄架角色可以再細(xì)化，明確為移動(dòng)并再次出現(xiàn)，碰到學(xué)生后倒下兩個(gè)步驟。因此總結(jié)對(duì)角色進(jìn)行描述時(shí)，先梳理該角色的所有行為，再總結(jié)歸納為具體明確的動(dòng)作。前期的教學(xué)設(shè)計(jì)還需結(jié)合實(shí)際教學(xué)再修正完善，除了自己反復(fù)拆解程序，直至對(duì)每個(gè)角色的所有積木拼接都了然于心之外，還可以無(wú)生試講，錄制講解視頻觀(guān)看，盡力做好前期的準(zhǔn)備工作。

在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，十四運(yùn)的宣傳片以及運(yùn)動(dòng)員的比賽視頻激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)作動(dòng)力，學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)游戲作品興致很高，分享欲強(qiáng)烈。但后續(xù)應(yīng)該把握好導(dǎo)入環(huán)節(jié)的時(shí)間，評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)時(shí)間緊張，評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性無(wú)法保證。

在具體實(shí)踐環(huán)節(jié)，部分學(xué)生一遇到問(wèn)題就舉手提問(wèn)，大部分都是基礎(chǔ)問(wèn)題，如某塊積木找不到在哪，某塊積木位置拼接錯(cuò)了效果沒(méi)能實(shí)現(xiàn)等。圖形化編程的優(yōu)勢(shì)是能將學(xué)生的思維可視化，學(xué)生拼接的積木效果隨時(shí)都可以點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，在左側(cè)的舞臺(tái)區(qū)看到已經(jīng)拼接積木的運(yùn)行效果，但學(xué)生一遇到問(wèn)題，沒(méi)有達(dá)到自己的預(yù)期效果就立馬求助教師，沒(méi)有自己了解問(wèn)題原因、嘗試解決問(wèn)題的過(guò)程。因此在教學(xué)過(guò)程中除了基礎(chǔ)的編程知識(shí)講解外，還要培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決的習(xí)慣，營(yíng)造寬松的課堂氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生積極提問(wèn)，但也要引導(dǎo)學(xué)生先自己嘗試解決問(wèn)題，在獨(dú)立思考之后仍然無(wú)法解決再求助同學(xué)或老師。

在作品展示環(huán)節(jié)，很多小組結(jié)合課程開(kāi)始自己設(shè)想的跨欄比賽作品，對(duì)課上的基礎(chǔ)作品進(jìn)行了補(bǔ)充，如添加跳躍的音效，增加跑道上欄架的列數(shù)，學(xué)生角色可以上下移動(dòng)跨越，設(shè)計(jì)自己的游戲規(guī)則，添加新的屏幕等等。因此可以將課時(shí)延長(zhǎng)，規(guī)劃好后續(xù)每個(gè)作品的課時(shí)，給每個(gè)小組分享展示的機(jī)會(huì)，互相學(xué)習(xí)創(chuàng)新點(diǎn)及不同的實(shí)現(xiàn)方法，拓展思維，評(píng)價(jià)反思環(huán)節(jié)也能進(jìn)行得更充分。

4.2 效果分析

“學(xué)生作品總分=自評(píng)×35%+互評(píng)×30%+師評(píng)×35%”的評(píng)分細(xì)則計(jì)算作品得分。該班學(xué)生的作品成績(jī)?nèi)绫?所示，在50名學(xué)生中獲得A的學(xué)生達(dá)到了32人，占總?cè)藬?shù)的64%。由此可見(jiàn)，PBL教學(xué)模式的編程教學(xué)活動(dòng)中產(chǎn)生了良好的學(xué)習(xí)效果。

教師記錄的課堂觀(guān)察數(shù)據(jù)表從理解問(wèn)題、描述問(wèn)題、制定實(shí)施問(wèn)題解決方案、評(píng)價(jià)反思四個(gè)方面記錄，分析數(shù)據(jù)得出，多數(shù)學(xué)生配合小組分工，完成了探究任務(wù)，有明確的任務(wù)框架和編程目標(biāo)，邏輯清晰。在描述角色行為時(shí)多數(shù)學(xué)生的描述不完整，在后續(xù)的編程課程中還需多加練習(xí)。很多學(xué)生在課堂上能積極主動(dòng)地進(jìn)行思考和探究，在教師的引導(dǎo)下主動(dòng)根據(jù)相關(guān)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，能主動(dòng)反思在探究過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案，遇到問(wèn)題能先自主思考再求助同伴或教師。絕大部分學(xué)生能完成三個(gè)編程任務(wù)并能明確講解編程邏輯、步驟。

5 結(jié)束語(yǔ)

PBL教學(xué)模式相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)模式而言，更強(qiáng)調(diào)基于真實(shí)問(wèn)題的學(xué)習(xí)，實(shí)踐證明學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和問(wèn)題解決能力得到提高。同時(shí)，該模式應(yīng)用于編程教學(xué)中進(jìn)行框架構(gòu)建，豐富了編程教學(xué)的理論。通過(guò)案例展示，提供了編程教學(xué)前期進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的一般思路，為中小學(xué)信息技術(shù)教師提供了可參考的框架應(yīng)用范例，以期促進(jìn)中小學(xué)編程教學(xué)發(fā)展。

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