CN111353074A - 一种大数据在线教学平台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大数据在线教学平台，包括：教学单元、教管单元和控制处理单元；所述教学单元与教管单元连接，教管单元和教学单元与控制处理单元连接；所述教学单元通过教管单元获得教学教务相关业务数据，所述控制处理单元通过教学单元获得结构化、半结构化和非结构化数据；所述控制处理单元将学习行为特征和教学质量分析结果反馈给教学单元和教管单元。本发明基于大数据技术对学生在线学习行为进行分析，对网络教学质量进行评估，提升学生在线学习质量，优化学习体验。

Description

一种大数据在线教学平台

技术领域

本发明涉及一种基于大数据在线教学平台，属于教学管理设备技术领域。

背景技术

目前网络教学平台主要提供非学历教育和学历继续教育，开放大学网络教学平台的建设需要以学习者为中心，以网络学习为主要学习形式，以数据融合共享为 目标，致力于改革传统人才培养模式，实行注册入学、弹性学制等开放灵活的学 习制度和多样化、个性化的教育服务模式，同时开放大学网络教学平台还是职业 教育与普通教育相互沟通、职前教育与职后教育有效衔接的终身学习平台和载体。

开放大学网络教学平台遵循以学科为引领，以专业为平台，以课程为中心的设计理念， 采用“顶层设计”的方法，基于面向服务的技术架构和优化的业务模型进行设计，通过大 量开放的接口，完成与整体信息化平台的融合，实现与其他系统之间的数据共享，在保证 权威数据一致性的基础下，减少大量的数据维护工作量；同时基于大数据技术，完成网络 教学平台的数据采集转换存储、数据共享机制和数据仓库存储，围绕网络教学平台人员、 机构、教学等主题，构建招生、学生、教学、师资等分析指标体系，满足数据上报和数据深入挖掘分析的需求，为管理业务的改进提供支撑，为面向领导的辅助决策提供支持。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技网络教学平台存在教学和管理分离，教学质量 缺少评估，数据难以共享的问题，提出一种大数据在线教学平台，可一站式在线提 供学生招生报名、在线学习、教学管理、教学质量评估等全生命周期的学习和管理服务，同时基于大数据技术对学生在线学习行为进行分析，对网络教学质量进行评估，提升学生 在线学习质量，优化学习体验。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种大数据在线教学平台，包括：教学单元、教管单元和控制处理单元；所述教学单元与教管单元连接，教管单元和教学单元与控制处理单元连接；所述教学单元通过教管单元获得教学教务相关业务数据，所述控制处理单元通过教学单元获得结构化、半结构化和非结构化数据；所述控制处理单元将学习行为特征和教学质量分析结果反馈给教学单元和教管单元。

进一步的根据本发明所述的大数据在线教学平台，其中，所述教学单元包括业务管理WebAPI接口、数据采集WebAPI接口和分析反馈WebAPI接口，所述教管单元包括业务管理WebAPI接口、数据采集WebAPI接口和分析反馈WebAPI接口，所述控制处理单元包括数据采集WebAPI接口和分析反馈WebAPI接口。

进一步的根据本发明所述的大数据在线教学平台，其中，所述教学单元的业务管理WebAPI接口与教管单元的业务管理WebAPI接口通过HTTP协议双向连接，用于教学教务相关业务数据的双向同步，教学单元的数据采集WebAPI接口与控制处理单元数据采集WebAPI接口连接，用于教学单元中结构化、半结构化和非结构化数据的采集，并存入控制处理单元中；所述教管单元数据采集WebAPI接口与控制处理单元数据采集WebAPI接口连接；所述控制处理单元分析反馈WebAPI接口分别与教学单元和教管单元的分析反馈WebAPI接口相连，用于将学习行为特征和教学质量分析结果反馈给教学单元和教管单元。

进一步的根据本发明所述的大数据在线教学平台，其中，所述教学单元包括课表模块、学习模块、交互模块、作管模块和档管模块；所述的课表模块与学习模块相连，用于课程学习资源的在线分发和播放；所述学习模块与交互模块相连，用于师生和学生之间对于所学课程资源的互动交流讨论；所述学习模块与作管模块相连，用于学生提交课程章节作业，教师可以在线辅助批阅学生作业，完成平时成绩的合成；所述档管模块分别与学习模块、交互模块、作管模块相连，用于学生学习过程和学习行为的收集和成绩的统计，以及教师教学过程和师生互动过程的统计，形成教学业务档案进行存档。

进一步的根据本发明所述的大数据在线教学平台，其中：所述教管单元包括招管模块、财管模块和教务管理模块；所述招管模块与财管模块相连，用于学生在线报名审核通过获得学籍之后，完成专业课程选课缴费的过程；所述财管模块与教务管理模块相连，用于缴费成功后，学生的专业培养方案、在线辅导、考务管理、学籍管理等教务管理相关业务。

进一步的根据本发明所述的大数据在线教学平台，其中：所述教务管理模块包括学科模块、教学运行模块、学籍模块和考务模块。

进一步的根据本发明所述的大数据在线教学平台，其中：所述控制处理单元包括大数据采集模块、大数据存储模块、网络教学分析模块、学生行为分析模块、网络教学评估模块；所述的大数据采集模块、大数据存储模块分别与网络教学分析模块、学生行为分析模块、网络教学评估模块利用WebAPI相连，用于将存储模块中的结构化数据和半结构化数据，根据网络教学主题、学习行为主题、教学评估主题进行分类筛选，提供给上述模块进行大数据加工分析。

本发明的技术效果：

本发明可一站式在线提供学生招生报名、在线学习、教学管理、教学质量评估等全生命周期的学习和管理服务，同时基于大数据技术对学生在线学习行为进行分析，对网络教学质量进行评估，提升学生在线学习质量，优化学习体验。

附图说明

图1为本发明所述大数据在线教学平台的系统结构示意图。

图2为本发明教学单元结构示意图。

图3为本发明教学管理系统结构示意图。

图4为本发明控制处理单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术或 产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。

如图1-4所示，本本发明所述的大数据在线教学平台，包括教学单元、 教管单元和控制处理单元，所述教学单元的业务管理WebAPI接口与教 务管理系统的业务管理WebAPI接口通过HTTP协议双向连接，用于学生和课程 基础数据、选课信息、考试编排、成绩录入、毕业申请等教学教务相关业务数据 的双向同步，教学单元的数据采集WebAPI接口与控制处理单元数据采集 WebAPI接口连接，用于教学单元中结构化、半结构化和非结构化数据的采集， 并存入控制处理单元中，所述教管单元数据采集WebAPI接口与大数据分 析系统数据采集WebAPI接口相连，所述控制处理单元分析反馈WebAPI接口

教学单元包括课表模块、学习模块、交互模块、作管模块和业务档 案管理模块，所述的课表模块与学习模块相连，用于课程学习资源的在线分发和 播放。所述的学习模块与交互模块相连，用于师生和学生之间对于所学课程资源 的互动交流讨论。所述的学习模块与作管模块相连，用于学生提交课程章节作业， 教师可以在线辅助批阅学生作业，完成平时成绩的合成。所述的档管模块分别与 学习模块、交互模块、作管模块相连，用于学生学习过程和学习行为的收集 和成绩的统计，以及教师教学过程和师生互动过程的统计，形成教学业务档案进行存档。

课表模块主要提供教学资源的上传、加密、转码、分类、分发、播放等相关功能。 针对教学单元教师角色用户，提供客户端和web在线两种方式的视频课程资源和电子文档 资源的上传功能，视频课程资源推荐采用客户端上传方式，提供断点续传等功能，电子文 档资源采用web在线方式，操作简单便利。课程资源服务器端部署方式支持本地和云端混 合部署模式，支持主流的云服务供应商。课程资源上传后，对视频资源进行切片和加密处 理，加密支持水印、防盗链等方式，根据多终端适配的需求生成多种格式的码流文件，电 子文档资源将不同的文件格式，如PDF、DOCX、XLSX、PPTX等，统一转码为PDF格式，方 便学生在多终端利用播放器进行播放，实现视频资源和电子文档资源的统一播放。课程资 源还可以根据主流的学科、专业、课程、应用领域等维度进行分类，便于学生进行快速选 择和查找。课程资源的分发，利用现有CDN网络进行分发，保障学生较好的在线课程资源 学习体验。课程资源的播放采用统一的在线H5播放器，可以根据用户终端类型和实时带 宽的状况，推荐合适码流和格式的课程资源进行播放。

学习模块提供学生的身份验证、资源浏览、资源收藏、学习笔记、学习进度、在线测试，成绩查询，待办事项等相关功能。学生角色用户通过SSO单点登录进行用户身份 验证后，可以进入学习模块，根据人才培养方案的选课计划或者课程资源的导航，进 入课程资源页面浏览资源，可以通过手机APP、PAD、PC等学习终端利用H5播放器浏览课 程资源，课程资源的阅读进度可以在多个学习终端之间同步，对于课程资源中的重点难点， 学生可以对资源进行收藏，学习过程中课堂笔记也可以在线记录，收藏的资源和学习笔记 都可以在线方便快捷的检索和阅读。学习进度功能，可以根据教师的教学进度，提醒学生 当前阶段需要完成的学习任务，包括课程资源学习、课程作业、师生互动交流等。在线测 试功能是课程作业的有利补充，课程责任教师根据教学安排，对课程章节的重点内容，从 题库中选择题目，组织在线测试试卷，学生根据学习进度安排完成相应课程章节的在线测 试，进一步巩固课程知识。成绩查询功能，提供学生已学所有课程的成绩查询，包括已修 课程、统考课程、实验实训课程、毕业设计课程等。待办事项是教管单元根据教学运 行安排，利用消息系统进行管理信息推送，代办事项包括选课推荐、考试安排、退费申请、 毕业申请、学位申请等。

交互模块提供任务编排、实时在线和离线式师生互动交流功能。针对师生分离的学习模式，根据教学进度，课程责任教师定期面向学习者进行在线互动交流，由于互动交流模块的系统容量限制，课程责任教师需要提前申报互动交流任务，模块统一进行任务编排，避免选课学生参与互动交流时间冲突，最终生成任务编排清单，并通过教学平台消息机制，以短信、Email、站内通知等方式推送给课程责任教师和选课学生。交互模块 采用实时在线直播和录播的方式按时对学生进行重点难点讲解，互动交流时学生可以对教 师进行在线提问，课程责任教师优先选择大家关心的问题进行讲解，由于学习对象的多样 性，针对不能参与实时讨论的学生，可以通过互动模块查阅历史互动交流录播的视频。

作管模块提供作业布置、作业查阅、作业提交、作业批阅、平时成绩等功能，课程责任教师进入课程管理页面，可以在具体的章节布置作业，作业布置可以采用在线编辑或者word文档上传两种模式，作业统一在线展示。学生角色用户可以在线查阅作业要求、作业内容和作业分值比重等内容，完成作业后，可以在线进行作业提交，图文混合型作业可以在线编辑提交，设计类创作类等其他类型作业，可以通过作业附件模块进行提交。课程辅导老师在线对学生提交的作业进行批阅并打分，作管模块将多次作业成绩合称为最终作业

档管模块提供学生学习档案和教师教学业务档案的归档功能。网络教学模式 为根据课程的选课结果进行分班教学，形成课程的教学班，缺乏普通教育中行政班，因此 教学业务档案的归档需要根据课程教学班进行归档。学生选课课程的学习档案的归档内容 包括学生在线课程学习的学习资料、作业、师生互动(BBS论坛讨论主题贴跟帖)、课程资 源的观看记录、学习成绩、实训成绩和终考成绩等。教师课程教学业务档案的归档内容包 括课程学习资料、作业批阅、师生互动内容(BBS讨论主题帖和跟帖)、课程实训成绩终考 成绩等。教学业务档案归档后，可供学生、教师及教学督导进行查阅，但不能更改业务档案归档内容。

教管单元包括招管模块、财管模块和教务管理模块，所述招管模块 与财管模块相连，用于学生在线报名审核通过获得学籍之后，完成专业课程选课缴费 的过程。所述财管模块与教务管理模块相连，用于缴费成功后，学生的专业培养方案、 在线辅导、考务管理、学籍管理等教务管理相关业务。

招管模块提供招生批次、报名表管理、生成学号等功能，招生批次一般分为春秋两季招生，可以根据实际需要调整为每季度招生一次或者设置常年招生。报考学生前置学历初审之后可以进行报名表录入，录入教育部学信网需求的关键属性以及前置学历的相关证件电子档，审核通过后，为报名学生生成学号便于后期的教学和教务管理。

财管模块提供网络教学相关的收费标准管理、缴费管理、退费管理、发票管理等功能。收费标准管理是根据上级物价局审批的收费标准进行设置，如本科、专科每学分收费标准，考试每场次收费标准，报名费收费标准等。缴费管理根据学生的选课结果生成订单，并通过二维码统一扫码支付、在线网银、公对公汇款等方式完成订单支付，确认课程选课结果，可以在设定的时间期限内，学生可以自助完成课程的退费，生成退费订单，退 费支持订单的全额退费和部分退费，退费流程通过缴费流程原路退回。超过设定的退费期 限后，有财务根据缴费审核结果，为学生打印发票收据或者在线提供电子发票。

教务管理模块包括学科模块、教学运行模块、学籍模块和考务模块，提供各专业人才 培养方案、课程管理、师资管理、考务管理、学籍管理等功能。专业人才培养方案是专业申报、人次培养、课程设置、毕业审核、学位授予的指导文件，一般根据专业不同主要分 为专业必修课、专业选修课、通识课等三个课程类别，以及专业学分要求和学位授予条件。 课程管理是网络教学平台的关键，包括课程适用层次、课程教学内容组织、课程学分等， 课程适用层次包括适用本科、专科还是本专共享，课程教学内容组织是按照章节或者教学 周组织，课程学分根据课程的教学内容和教学时间进行设定，学分是课程的基础属性，也 是学生选课缴费的直接依据，以及课程的推荐配套教材等。师资管理是对网络教学平台中 师资的相关属性进行管理，包括教师的职称、专业方向、所属机构学院等信息，是教师课 程任课和工作量系数的重要参考依据。考务管理包括考试组织和成绩管理两个部分，考试 组织包括考试批次、开考课程、考试包括、考场编排、试卷订单等，成绩管理包括成绩录 入、成绩合成、成绩发布等，其中考场编排是与第三方考试系统，如网络考试系统对接的 基础数据。学籍管理提供基本学籍、学分转换、毕业管理、学位管理相关功能，学生可以 根据学分银行的相关规定，进行学分转换申请和免修免考申请，对于符合毕业条件的学生 可以进行毕业申请，符合学位授予条件的学生可以进行学位申请。

控制处理单元包括大数据采集模块、大数据存储模块、网络教学分析模块、学生学习 行为分析模块、网络教学评估模块，所述的大数据采集模块、大数据存储模块分别与网络教 学平台主题分析模块、学生行为分析模块、网络教学评估模块利用WebAPI 相连，用于将存储模块中的结构化数据和半结构化数据，根据网络教学主题、学习行为主 题、教学评估主题进行分类筛选，提供给上述模块进行大数据加工分析。

采集和存储模块提供教学平台基于Hadoop集群的数据采集和数据存储功能，数据采 集主要采集教学平台业务数据和日志数据，采集的内容包括招生、教务管理、教学管理、学生在线学习行为记录、教学平台用户的操作日志等，数据存储在HBase数据仓库中，Hadoop集群中HDFS文件系统提供高可靠的底层存储支持，Hadoop集群中Mapreduce机制 提供高性能的计算能力。

网络教学分析模块在Hadoop集群Hbase数据仓库的基础上，针对大数据分 析场景，对网络教学平台进行主题分析，主要分为人员主题、机构主题、财务主题、学习主题、管理主题、消息主题。数据采集和存储功能是按照各个主题从现有教学平台关系数据库中抽取业务数据和日志数据，加载转换后存储到Hbase数据仓库中。

学生行为分析模块可以根据采集的数据，对学生学习行为进行分类、查询和统计，如基础学习行为包括课程资源的浏览、点击、收藏、评分等；进阶学习行为包括完成作业、评价资源、信息发布、师生互动等；高级学习行为包括信息加工、高级查询、整理个人学 习笔记、提问辅导老师、总结反省等。上述学生行为分析功能有利于开展专业教学督导和 课程建设质量的评估。

网络教学评估模块是利用采集的数据，对课程质量和教师教学质量进行评估 分析，评估紧扣以下关键点，包括课程教学师资队伍专业水准和职称结构，课程资源和教 材的类别和等级，教学内容是否紧扣大纲，教学方法是否采用多种网络教学辅助方式，学 生评教的分数，教师自评的分数，同行专家对课程的抽样评分。

根据业务的处理和使用流程，大概分为7个层次。数据源层包括教学单元和教学管理 系统运行库中的结构化业务数据，以及系统运行过程中用户产生的学习行为数据和日志流 式数据；数据集成层采用ETL工具Kettle对结构化数据进行收集转换，利用Flume软件对流式数据进行收集转换；数据存储层将kettle和flume采集到的数据，存入Hadoop分 布式集群中，集群文件系统采用HDFS，数据存入HBASE列式数据仓库，满足大量结构化数 据和流式数据的存储，以及后续的数据分析要求。数据分析层通过多采集的数据，利用统 计分析的方法，将数据分类存入行为特征库、学习特征库和资源特征库中。应用分析层是 然后根据上述三类特征库，进行学习主题、教务管理主题、学习行为以及教学质量进行应 用分析，根据应用分析结果然后对学习系统和教管单元进行评价反馈，主要反馈包括 对学生的个性化智能学习反馈、对教师和教务管理人员的教学质量反馈，以及教学平台中 资源使用情况的反馈等。网络教学平台用户根据各类的评价反馈结果改进学习方法、管理 机制和监督方式，促进网络教学平台的功能完善，对平台的后续改进和功能更新提供较好 的参照机制。

本基于大数据的网络教学平台用于管理网络教学过程的方法包括进行教学管理、教务 管理和大数据分析。

进行教学管理的方法是：学生通过教学单元报名通过招生复审后，利用教务系统生成 的学号登录统一身份认证系统，进入教学单元进行学习，根据选课分班的结果，进入所在 课程的班级，然后根据课程导师的要求查看和阅读每一章节的课程辅导教材，按时完成课 程作业、单元评测，并积极参加课程的论坛讨论，对于课程中有疑问的内容，可以跟辅导 老师在线交流，教学单元会记录学生的阅读进度、作业完成情况、互动交流内容，以及每次课程作业的得分情况，上述学习环节作为学生平时形考成绩的重要参考指标，如果课程为终考课程，课程导师需要录入学生的终考成绩，最后合成学生本门课程的成绩。教学单元中学生可以完成学历教育过程中相关的业务路程，如选课推荐、退课申请、学籍异动申请、成绩查询、毕业申请、学位申请、考试报名、考场编排查看等相关业务。课程负责人 可以在教学过程中完成课程团队组建、课程资源组织和编排、团队工作量核算、团队教学 检查等工作。

进行教务管理的方法是：学生通过教管单元据招生部门发布到招生信息，选择有意向的专业进行报名，招生部门或者办学点，对报名学生进行报名初审后，提交招生部门进行复审，复审通过后为学生生成学号，同时复审数据报学信网进行学籍注册。学生根据教务系统中所报专业的人才培养方案选择课程和报考，在线缴纳学分费和考试费后，进入教学单元进行学习。教务管理部门需要为学生在线分配班级和课程导师，学生课程学习结束后，课程导师会根据学生课程的学习情况在线录入学生的终考成绩，如果课程为终考课程，考务系统需要生成考场编排，考点组织学生进行纸笔考试，完成考试过程。如果学生 满足所学专业的学制、学分已经毕业论文的课程要求，可以申请毕业，如果学分达到学位 的要求，可以申请所学专业的学位。

进行大数据分析的方法是：基于Hadoop集群软件构建控制处理单元，数据的存储和管理采用HDFS分布式文件系统和HBASE列式数据仓库。数据集成利用kettle软件根据数据字典抽取教学单元和教学管理系统的数据，对于带有时间字段数据，可以直接进行抽取并写入仓库，对于状态型数据，在抽取的时候需要添加时间戳字段，便于对数据进行分析。学生学习行为数据和系统产生的流式日志，利用Cloudera的Flume软件进行流式数 据的抽取，将采集数据通过Sink接收端输出到HBASE数据仓库。在数据仓库的基础上， 根据辅助决策的需求，选择不同的主题进行多维度的分析，如学生主题、教师主题、课程 主题、资源主题、消息等主题，进行主题分析、学习行为分析、教学质量分析并将分析结 果存入行为特征库、学习特征库、资源特征库等数据分析库，数据分析库采用Mysql一般 关系型数据库，通过主题分析、学习行为分析和教学质量分析对各类平台用户进行反馈， 如对学生的个性化智能学习反馈，教师的教学质量反馈、管理资源建设质量反馈等，以此 为辅助决策提供数据支撑，也为网络教学平台功能更新和改进提供了参照。

上面结合附图对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内 容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下 对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等 同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大数据在线教学平台，其特征在于：包括：教学单元、教管单元和控制处理单元；所述教学单元与教管单元连接，教管单元和教学单元与控制处理单元连接；所述教学单元通过教管单元获得教学教务相关业务数据，所述控制处理单元通过教学单元获得结构化、半结构化和非结构化数据；所述控制处理单元将学习行为特征和教学质量分析结果反馈给教学单元和教管单元。

2.根据权利要求1所述的大数据在线教学平台，其特征在于，所述教学单元包括业务管理WebAPI接口、数据采集WebAPI接口和分析反馈WebAPI接口，所述教管单元包括业务管理WebAPI接口、数据采集WebAPI接口和分析反馈WebAPI接口，所述控制处理单元包括数据采集WebAPI接口和分析反馈WebAPI接口。

3.根据权利要求2所述的大数据在线教学平台，其特征在于，所述教学单元的业务管理WebAPI接口与教管单元的业务管理WebAPI接口通过HTTP协议双向连接，用于教学教务相关业务数据的双向同步，教学单元的数据采集WebAPI接口与控制处理单元数据采集WebAPI接口连接，用于教学单元中结构化、半结构化和非结构化数据的采集，并存入控制处理单元中；所述教管单元数据采集WebAPI接口与控制处理单元数据采集WebAPI接口连接；所述控制处理单元分析反馈WebAPI接口分别与教学单元和教管单元的分析反馈WebAPI接口相连，用于将学习行为特征和教学质量分析结果反馈给教学单元和教管单元。

4.根据权利要求1-3任一项所述的大数据在线教学平台，其特征在于，所述教学单元包括课表模块、学习模块、交互模块、作管模块和档管模块；所述的课表模块与学习模块相连，用于课程学习资源的在线分发和播放；所述学习模块与交互模块相连，用于师生和学生之间对于所学课程资源的互动交流讨论；所述学习模块与作管模块相连，用于学生提交课程章节作业，教师可以在线辅助批阅学生作业，完成平时成绩的合成；所述档管模块分别与学习模块、交互模块、作管模块相连，用于学生学习过程和学习行为的收集和成绩的统计，以及教师教学过程和师生互动过程的统计，形成教学业务档案进行存档。

5.根据权利要求4所述的大数据在线教学平台，其特征在于：所述教管单元包括招管模块、财管模块和教务管理模块；所述招管模块与财管模块相连，用于学生在线报名审核通过获得学籍之后，完成专业课程选课缴费的过程；所述财管模块与教务管理模块相连，用于缴费成功后，学生的专业培养方案、在线辅导、考务管理、学籍管理等教务管理相关业务。

6.根据权利要求5所述的大数据在线教学平台，其特征在于：所述教务管理模块包括学科模块、教学运行模块、学籍模块和考务模块。

7.根据权利要求1-6任一项所述的大数据在线教学平台，其特征在于：所述控制处理单元包括大数据采集模块、大数据存储模块、网络教学分析模块、学生行为分析模块、网络教学评估模块；所述的大数据采集模块、大数据存储模块分别与网络教学分析模块、学生行为分析模块、网络教学评估模块利用WebAPI相连，用于将存储模块中的结构化数据和半结构化数据，根据网络教学主题、学习行为主题、教学评估主题进行分类筛选，提供给上述模块进行大数据加工分析。

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