Concevoir et construire une haute tour
Gratte-ciel (strecosa, Pixabay)
Gratte-ciel (strecosa, Pixabay)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Les élèves travaillent en équipe pour concevoir et construire la plus haute tour autoportante possible avec les matériaux fournis.
Survol
Les élèves concevront et construiront la plus haute tour autoportante possible avec les matériaux fournis, et ils la testeront afin de savoir si elle satisfait aux critères de construction préétablis.
Durée
45-60 minutes
Mise en contexte
Habiletés et connaissances antérieures
Pour participer efficacement à ce défi Concevoir et construire, les élèves devraient être capables d’utiliser:
- des outils de découpage (p. ex., ciseaux)
- des fixations (p. ex., colle, ruban adhésif, trombones, attaches parisiennes)
- des matériaux de base (p. ex., papier journal, pailles, bâtonnets de bois, pâte à modeler)
Ils devraient aussi connaître les structures basiques. Il est recommandé que les élèves participent aux enquêtes Tout est dans la forme, Les formes solides : Les cylindres et/ou Quelle est la fixation qui convient le mieux? avant d’effectuer le présent défi Concevoir et construire.
Contexte
Les humains construisent des tours depuis les temps préhistoriques. Nombre des premières tours servaient de guet dans les fortifications entourant les habitations pour repérer de loin les envahisseurs. Les Chinois ont inclus des tours dans leur Grande Muraille. Les donjons, qui avaient à la fois un rôle d’habitation et de surveillance défensive, ont fait leur apparition en Irlande, en Écosse et en Angleterre au Moyen-âge avant de se répandre dans toute l’Europe. Beaucoup de châteaux intégraient des tours, et ces édifices sont devenus synonymes de grande richesse et de royauté.
Au cours des siècles, on a construit des tours de toutes formes, de toutes tailles et pour de multiples fonctions, mais le principal défi de leur construction a toujours été : « Quelle hauteur notre tour peut-elle atteindre? ».
Dans ce défi Concevoir et construire, les élèves concevront et construiront la plus haute tour autoportante possible avec les matériaux fournis, et ils la testeront afin de savoir si elle satisfait aux critères de construction préétablis.
Ce défi Concevoir et construire pourrait partir:
- des questions ou des commentaires émis par les élèves sur les hautes structures qu’ils ont remarquées ou qu’ils voient construire dans la collectivité. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
- « Où les humains puisent-ils leur inspiration pour construire des structures? »
- « À quoi servent les différentes tours qui se trouvent dans notre collectivité? »
- « Comment les très hautes structures sont-elles construites? Par quoi leur construction commence-t-elle? Quels matériaux utilise-t-on d’après ce que vous avez vu? Quels outils et machines utilise-t-on? »
- « De quelle manière une structure haute influe-t-elle sur le quartier, l’environnement local et le paysage? »
- « Quelles formes géométriques reconnaissez-vous dans la structure des tours? »
- de l’étude de photos tirées de Structures : Statues et tours. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
- « Quelles similarités trouvez-vous entre ces images? Parmi ces structures, lesquelles avez-vous déjà vues, en vrai ou en image? »
- « Quelles formes géométriques reconnaissez-vous dans la structure de ces statues et de ces tours? »
- « Quels sont les avantages apportés par les tours, qui font qu’on a envie d’en construire? »
- « Selon vous, à quoi devriez-vous réfléchir avant de construire une tour?
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- du visionnement d’une vidéo sur les Top 10 des plus grandes tours du monde sur YouTube afin de voir des exemples de très hautes tours qui existent dans le monde.
Lancez la discussion à l’aide de questions comme :- « Que remarquez-vous à propos de ces tours? »
- « Quelles sont les caractéristiques de la plupart de ces tours? »
- « Où ces tours ont-elles été construites? »
Critères de conception
Ensemble, les élèves de la classe proposent des idées de critères que leur prototype de haute tour doit respecter. Les éducateurs peuvent décider d’ajouter d’autres critères propres au programme d’études, comme utiliser des attaches ou des fixations, mesurer, employer des matériaux spécifiques, etc.
Exemples de critères de conception :
- La tour doit être la plus haute possible.
- La tour doit intégrer au moins deux formes géométriques différentes dans sa structure.
- La tour doit uniquement être constituée des matériaux et fixations fournis.
- La tour doit être autoportante et elle ne doit pas être attachée à une structure ou un support externe (p. ex., mur, bureau, plafond), à l’exception du sol si les élèves le souhaitent.
- Facultatif : la structure doit coûter moins de XXX dollars (approche entrepreneuriale).
Détails
Matériel
- Crayons et papier pour dessiner le plan de la tour
- Matériaux de construction possibles : papier journal recyclé ou autres produits de papier recyclé, pailles en papier, spaghettis, bâtonnets de bois, etc.
- Systèmes d’assemblage et de fixation possibles : ruban adhésif, colle, pâte à modeler, guimauves, bonbons
- Ciseaux
- Outils de construction (selon les matériaux choisis)
- Outils de mesure : règles, mètres, rubans à mesurer
- Outils de consignation : crayons, papier, blocs-notes scientifiques, appareil photo ou appareil électronique portable
- Facultatif : argent factice pour l’aspect entrepreneurial
Matériel
- Crayons et papier pour dessiner le plan de la tour
- Matériaux de construction possibles : papier journal recyclé ou autres produits de papier recyclé, pailles en papier, spaghettis, bâtonnets de bois, etc.
- Systèmes d’assemblage et de fixation possibles : ruban adhésif, colle, pâte à modeler, guimauves, bonbons
- Ciseaux
- Outils de construction (selon les matériaux choisis)
- Outils de mesure : règles, mètres, rubans à mesurer
- Outils de consignation : crayons, papier, blocs-notes scientifiques, appareil photo ou appareil électronique portable
- Facultatif : argent factice pour l’aspect entrepreneurial
Préparation
- Sélectionnez le type de matériaux que les élèves devront utiliser pour leur construction. Vous pouvez restreindre le matériel à un seul type de matériau de construction (p. ex., papier journal) et à un seul type de fixation (p. ex., ruban-cache) ou laisser les élèves choisir leurs matériaux et fixations.
Remarque : Veuillez toujours respecter les directives de l’administration locale au moment de choisir les matériaux pour ce défi Concevoir et construire.
- Rassemblez les matériaux recyclés ou neufs, les fixations et les outils que les élèves utiliseront pour construire leur tour (p. ex., papier journal, pailles, papillons adhésifs, bâtonnets de bois, carton, ruban adhésif, colle, ciseaux).
- Organisez des postes d’approvisionnement selon le type de matériaux. Vous pouvez aussi préparer des assortiments de matériaux à remettre à chaque élève ou groupe de travail.
- Montrez aux élèves comment utiliser correctement et en toute sécurité tous les outils fournis.
Facultatif : donnez aux élèves une somme d’argent factice qu’ils utiliseront pour « acheter » leurs matériaux dans un espace « magasin » prévu à cet effet. Ceci peut faire partie des critères de conception (p. ex., vous devez dépenser au minimum 5 $ et au maximum 10 $ pour acheter vos matériaux).
Préparation
- Sélectionnez le type de matériaux que les élèves devront utiliser pour leur construction. Vous pouvez restreindre le matériel à un seul type de matériau de construction (p. ex., papier journal) et à un seul type de fixation (p. ex., ruban-cache) ou laisser les élèves choisir leurs matériaux et fixations.
Remarque : Veuillez toujours respecter les directives de l’administration locale au moment de choisir les matériaux pour ce défi Concevoir et construire.
- Rassemblez les matériaux recyclés ou neufs, les fixations et les outils que les élèves utiliseront pour construire leur tour (p. ex., papier journal, pailles, papillons adhésifs, bâtonnets de bois, carton, ruban adhésif, colle, ciseaux).
- Organisez des postes d’approvisionnement selon le type de matériaux. Vous pouvez aussi préparer des assortiments de matériaux à remettre à chaque élève ou groupe de travail.
- Montrez aux élèves comment utiliser correctement et en toute sécurité tous les outils fournis.
Facultatif : donnez aux élèves une somme d’argent factice qu’ils utiliseront pour « acheter » leurs matériaux dans un espace « magasin » prévu à cet effet. Ceci peut faire partie des critères de conception (p. ex., vous devez dépenser au minimum 5 $ et au maximum 10 $ pour acheter vos matériaux).
Quoi Faire
Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés propres au processus Concevoir et construire en concevant, fabriquant et testant un prototype de tour.
Les élèves suivent les étapes du processus Concevoir et construire :
- ils identifient le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire;
- ils font un remue-méninges pour déterminer les critères que le prototype doit respecter;
- ils partagent leurs questionnements et idées de solutions au problème ou au besoin;
- ils discutent des avantages et inconvénients de chaque solution envisagée afin de choisir celle qu’ils testeront;
- ils imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent des croquis de ce qu’ils visualisent;
- ils élaborent un plan de conception (p. ex., déterminer les tâches ou les principales étapes nécessaires à l’élaboration de la solution, choisir les outils et les matériaux nécessaires, inclure des croquis annotés);
- ils construisent/élaborent leur idée de prototype à partir du plan de conception;
- ils testent leur prototype et vérifient s’il répond aux critères de conception;
- au besoin, ils modifient le prototype et vérifient à nouveau s’il répond aux critères;
- ils réfléchissent au résultat obtenu et établissent ce qui pourrait être fait pour améliorer leur prototype.
Quoi Faire
Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés propres au processus Concevoir et construire en concevant, fabriquant et testant un prototype de tour.
Les élèves suivent les étapes du processus Concevoir et construire :
- ils identifient le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire;
- ils font un remue-méninges pour déterminer les critères que le prototype doit respecter;
- ils partagent leurs questionnements et idées de solutions au problème ou au besoin;
- ils discutent des avantages et inconvénients de chaque solution envisagée afin de choisir celle qu’ils testeront;
- ils imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent des croquis de ce qu’ils visualisent;
- ils élaborent un plan de conception (p. ex., déterminer les tâches ou les principales étapes nécessaires à l’élaboration de la solution, choisir les outils et les matériaux nécessaires, inclure des croquis annotés);
- ils construisent/élaborent leur idée de prototype à partir du plan de conception;
- ils testent leur prototype et vérifient s’il répond aux critères de conception;
- au besoin, ils modifient le prototype et vérifient à nouveau s’il répond aux critères;
- ils réfléchissent au résultat obtenu et établissent ce qui pourrait être fait pour améliorer leur prototype.
Évaluation
Observez et consignez, à l’aide de commentaires annotés, de photos ou de vidéos, la capacité des élèves à :
- Travailler en équipe – Les élèves travaillent en équipe pour réaliser une tâche et ils évaluent le fonctionnement de leur groupe tout au long du processus Concevoir et construire.
- Générer des idées – Les élèves utilisent des stratégies de génération d’idées, comme le remue-méninges, afin d’identifier les solutions possibles et prennent des décisions en se fondant sur les avantages et les inconvénients de chacune.
- Communiquer – Les élèves utilisent des mots, des dessins, des photos et/ou des vidéos pour communiquer leurs idées et ce qu’ils apprennent (p. ex., dans un plan de conception comprenant des croquis en deux dimensions, dans la description des principales étapes ou tâches de conception et dans les listes de matériaux, d’équipement ou d’outils nécessaires).
- Travailler en toute sécurité – Les élèves font preuve de prudence lorsqu’ils manipulent divers outils et matériaux pour construire leur prototype.
- Réfléchir – Les élèves réfléchissent aux résultats des tests de leur prototype et proposent des changements qui pourraient l’améliorer.
Évaluation
Observez et consignez, à l’aide de commentaires annotés, de photos ou de vidéos, la capacité des élèves à :
- Travailler en équipe – Les élèves travaillent en équipe pour réaliser une tâche et ils évaluent le fonctionnement de leur groupe tout au long du processus Concevoir et construire.
- Générer des idées – Les élèves utilisent des stratégies de génération d’idées, comme le remue-méninges, afin d’identifier les solutions possibles et prennent des décisions en se fondant sur les avantages et les inconvénients de chacune.
- Communiquer – Les élèves utilisent des mots, des dessins, des photos et/ou des vidéos pour communiquer leurs idées et ce qu’ils apprennent (p. ex., dans un plan de conception comprenant des croquis en deux dimensions, dans la description des principales étapes ou tâches de conception et dans les listes de matériaux, d’équipement ou d’outils nécessaires).
- Travailler en toute sécurité – Les élèves font preuve de prudence lorsqu’ils manipulent divers outils et matériaux pour construire leur prototype.
- Réfléchir – Les élèves réfléchissent aux résultats des tests de leur prototype et proposent des changements qui pourraient l’améliorer.
Co-construction des Connaissances
| Les élèves : parler, faire et représenter |
Les éducateurs : interagir en répondant et en questionnant |
|---|---|
| Les élèves identifient et affinent le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire. |
|
| Les élèves proposent des critères auxquels la tour doit répondre et ils les consignent. |
|
| Les élèves imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent des croquis sur la base de ce qu’ils visualisent. |
|
| Les élèves élaborent un plan de conception (p. ex., étapes de la création d’un prototype, choix des outils et des matériaux). |
|
| Les élèves construisent ou élaborent leur idée de solution en se basant sur leurs croquis et leur plan de conception et la testent (créent le « prototype »). |
|
| Si nécessaire, les élèves modifient leur prototype et le testent de nouveau pour vérifier s’il répond aux critères de conception. |
|
| Les élèves réfléchissent aux résultats de leurs tests et déterminent ce qui pourrait être fait autrement une prochaine fois. |
|
Co-construction des Connaissances
| Les élèves : parler, faire et représenter |
Les éducateurs : interagir en répondant et en questionnant |
|---|---|
| Les élèves identifient et affinent le problème à résoudre ou le besoin à satisfaire. |
|
| Les élèves proposent des critères auxquels la tour doit répondre et ils les consignent. |
|
| Les élèves imaginent à quoi la solution pourrait ressembler et produisent des croquis sur la base de ce qu’ils visualisent. |
|
| Les élèves élaborent un plan de conception (p. ex., étapes de la création d’un prototype, choix des outils et des matériaux). |
|
| Les élèves construisent ou élaborent leur idée de solution en se basant sur leurs croquis et leur plan de conception et la testent (créent le « prototype »). |
|
| Si nécessaire, les élèves modifient leur prototype et le testent de nouveau pour vérifier s’il répond aux critères de conception. |
|
| Les élèves réfléchissent aux résultats de leurs tests et déterminent ce qui pourrait être fait autrement une prochaine fois. |
|
Liens Interdisciplinaires
Littératie
- Poser des questions. Par exemple :
- « Pourquoi construit-on des tours? »
- « Pourquoi veut-on bâtir des tours toujours plus hautes? »
- « Des tours réelles se sont-elles déjà effondrées ou ont-elles eu des problèmes? »
- Communiquer des pensées, des sentiments et des idées (p. ex., discuter de la fonction de différents types de tours, comme les silos de stockage, les châteaux d’eau, les pylônes de télécommunication, les cheminées, le tourisme, les tours de bureaux, les tours de logements et les tours commerciales).
- Travailler en équipe (p. ex., trouver des solutions aux problèmes de construction).
Pensée mathématique
- Mesurer et consigner la longueur, la largeur, la hauteur et la masse à l’aide d’unités standards et non standards . Par exemple:
- les dimensions de la tour
- la longueur des morceaux de certains matériaux en centimètres
- le poids en grammes que la tour peut supporter)
Consigner les données en utilisant diverses méthodes (p. ex., un tableau).
Arts visuels
- Réaliser diverses œuvres d’art en deux et trois dimensions pour communiquer des sentiments, des idées et des vues (p. ex., concevoir la tour à l’aide d’un programme de dessin numérique; photographier la tour sous différents angles pour documenter les étapes de sa construction).
Liens Interdisciplinaires
Littératie
- Poser des questions. Par exemple :
- « Pourquoi construit-on des tours? »
- « Pourquoi veut-on bâtir des tours toujours plus hautes? »
- « Des tours réelles se sont-elles déjà effondrées ou ont-elles eu des problèmes? »
- Communiquer des pensées, des sentiments et des idées (p. ex., discuter de la fonction de différents types de tours, comme les silos de stockage, les châteaux d’eau, les pylônes de télécommunication, les cheminées, le tourisme, les tours de bureaux, les tours de logements et les tours commerciales).
- Travailler en équipe (p. ex., trouver des solutions aux problèmes de construction).
Pensée mathématique
- Mesurer et consigner la longueur, la largeur, la hauteur et la masse à l’aide d’unités standards et non standards . Par exemple:
- les dimensions de la tour
- la longueur des morceaux de certains matériaux en centimètres
- le poids en grammes que la tour peut supporter)
Consigner les données en utilisant diverses méthodes (p. ex., un tableau).
Arts visuels
- Réaliser diverses œuvres d’art en deux et trois dimensions pour communiquer des sentiments, des idées et des vues (p. ex., concevoir la tour à l’aide d’un programme de dessin numérique; photographier la tour sous différents angles pour documenter les étapes de sa construction).
Enrichissement
Si vos élèves souhaitent en apprendre plus, voici quelques pistes pour stimuler leur curiosité:
- Faites le lien entre ce défi Concevoir et construire et le rôle et la carrière d’un/e architecte en lisant un livre comme Petit Frank, Architecte, de Frank Viva. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
- « Quel est le rôle des architectes? »
- « Selon vous, quelles compétences un/e architecte doit-il/elle posséder? Dans quelle mesure vos centres d’intérêt pourraient-ils vous influencer à choisir une carrière d’architecte? »
- « Où les architectes puisent-ils leur inspiration et leurs idées pour leurs créations? »
- « Si vous deveniez architecte, que voudriez-vous concevoir et construire? Pourquoi? »
- Étudiez les photos illustrant certaines tâches que font les architectes sur notre page Carrières : Architecte. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
- « Selon vous, que font les architectes avant de dessiner un plan? »
- « Quels types d’outils les architectes utilisent-ils/elles? »
- « Quelles compétences et qualités un/e architecte doit-il/elle posséder? »
- « Pourquoi les architecte font-ils/elles une maquette de leurs projets? »
- Étudiez les plus hauts édifices du Canada ou d’autres hautes structures uniques en visionnant une vidéo.
- Lisez un livre comme Animaux architectes, de Daniel Nassar et Julio Antonio Blasco, afin d’étudier les extraordinaires constructeurs du règne animal. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
- « Quels animaux construisent des structures en forme de tour? »
- « Quelles formes géométriques pouvez-vous reconnaître dans les structures fabriquées par les animaux? »
- « Quelles sont les différentes fonctions ou utilisations de ces structures construites par les animaux? Que se passe-t-il à l’intérieur des habitations des animaux? » (p. ex., les cigognes construisent un nid pour incuber leurs œufs, puis nourrir et protéger leurs oisillons, la chenille Monarque fabrique une chrysalide pour se transformer – se métamorphoser – en papillon)
- « En quoi la manière dont les animaux utilisent les matériaux de construction est-elle similaire à ce que font les humains? Quels types de matériaux et de méthodes de construction sont différents de ceux utilisés par les humains? »
Enrichissement
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- « Selon vous, quelles compétences un/e architecte doit-il/elle posséder? Dans quelle mesure vos centres d’intérêt pourraient-ils vous influencer à choisir une carrière d’architecte? »
- « Où les architectes puisent-ils leur inspiration et leurs idées pour leurs créations? »
- « Si vous deveniez architecte, que voudriez-vous concevoir et construire? Pourquoi? »
- Étudiez les photos illustrant certaines tâches que font les architectes sur notre page Carrières : Architecte. Lancez la discussion à l’aide de questions comme :
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- « Quels types d’outils les architectes utilisent-ils/elles? »
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- « Quelles sont les différentes fonctions ou utilisations de ces structures construites par les animaux? Que se passe-t-il à l’intérieur des habitations des animaux? » (p. ex., les cigognes construisent un nid pour incuber leurs œufs, puis nourrir et protéger leurs oisillons, la chenille Monarque fabrique une chrysalide pour se transformer – se métamorphoser – en papillon)
- « En quoi la manière dont les animaux utilisent les matériaux de construction est-elle similaire à ce que font les humains? Quels types de matériaux et de méthodes de construction sont différents de ceux utilisés par les humains? »
Support mediatique
Livres
Petit Frank, Architecte
de Frank Viva
Young Frank is an architect. He lives with his grandfather, Old Frank, who is also an architect and his spotted dog, Eddie. Young Frank builds using anything he can get his hands on: macaroni, pillows, toilet paper, shoes. Young Frank likes to build buildings that twist, chairs with zig zag legs and even entire cities. But Old Frank disapproves, saying architects only build buildings.
ISBN: 9788874396382
Animaux architectes
par Daniel Nassar and Julio Antonio BlascoLes humains ne sont pas les seuls à vivre dans des maisons ! Les castors, les araignées, les cigognes ou les termites ont mis au point des constructions étonnantes et ingénieuses, dont se sont inspirés les architectes.
ISBN: 9782226401786
Images
Structures: Statues et tours Images
8 images de statues (Statue de la Liberté ou autres) et de tours du monde entier (Tour Eiffel, Tour CN, Tour de la cloche de Xi’an, etc.).
Carrières : Architecte Images
5 images d’activités effectuées par les architectes (concevoir des bâtiments, réaliser un plan, etc.).
Videos
Top 10 des plus grandes tours du monde (2015) L'Observator -- Images avec musique et les noms hauteurs et emplacements écrits en dessous d'eux en français (vidéo, 4 min 05 sec).
Top 10 des tours plus hautes du monde (voire même un peu trop haute) (2013) Topito - Une page de photos et de brèves descriptions. Aussi une courte vidéo (2 min 50 sec) de photos et de musique sur lesquelles des faits en français sont écrits.
Ces étonnants projets de gratte-ciels sont en bois (2018) Business Insider France -- Des images avec de la musique et du texte en français dessus, ainsi qu'une transcription sur la page ci-dessous (vidéo, 2 min 04 sec).
Support mediatique
Livres
Petit Frank, Architecte
de Frank Viva
Young Frank is an architect. He lives with his grandfather, Old Frank, who is also an architect and his spotted dog, Eddie. Young Frank builds using anything he can get his hands on: macaroni, pillows, toilet paper, shoes. Young Frank likes to build buildings that twist, chairs with zig zag legs and even entire cities. But Old Frank disapproves, saying architects only build buildings.
ISBN: 9788874396382
Animaux architectes
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ISBN: 9782226401786
Images
Structures: Statues et tours Images
8 images de statues (Statue de la Liberté ou autres) et de tours du monde entier (Tour Eiffel, Tour CN, Tour de la cloche de Xi’an, etc.).
Carrières : Architecte Images
5 images d’activités effectuées par les architectes (concevoir des bâtiments, réaliser un plan, etc.).
Videos
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Pour en savoir plus
Tout est dans la forme (Leçons)
Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés « observer », « comparer ou différencier » et « tirer des conclusions » en étudiant la solidité de différentes formes utilisées dans des structures.
Les formes solides à : Les cylindres (Leçons)
Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés « comparer ou différencier », « observer » et « prédire » en étudiant la solidité de cylindres fabriqués avec différents matériaux.
Trier et classer des fixations (Leçons)
Les élèves développent et mettent en pratique les habiletés trier et classer, comparer ou différencier et communiquer en examinant différents types de fixations et leurs utilisations possibles.
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Êtes-vous prêt à renoncer à une friandise sucrée pour le bien de la science ? Pouvez-vous concevoir une structure forte et stable à partir de quelque chose de doux et moelleux ?
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