natural science 「科学・技術講座」～圧倒的な基礎力と創造力をその手に～
知のコモディティ時代を切り拓き、次代の科学・技術イノベーションを担う人材の育成
近年、飛躍的な情報技術の進展に伴い、知や技術のコモディティ化が急速に進み、単なる知識であれば誰もがアクセスして容易に取得できる時代になりました。さらには、各種センサやデバイス等が安価かつ大量に普及し、それらをつなぐWEBテクノロジーが成熟化したことで、現実世界のアナログデータがインターネットと接続されることで生みだされるデジタル世界（IoT：Internet of Things）において新たな価値創造が求められる時代へと進展してきています。これが意味することは、それを使いこなす能力とアイディアさえあれば、企業のみならず個人でもアイディアを具現化できる時代が到来したということであり、逆に言えば、単なる知識習得ではもはや競合優位性を有さず、知を活用して“何を創るか？”、つまり、新しい価値を創造する力が今後ますます問われる時代になるということです。
ところが、そのような新たな時代が到来しているにも関わらず、日本の教育は、未だに従来の知識習得型の教育システムから、なかなか脱却できずにいるのが現状です。そのため、せっかく理数分野に関して卓越した意欲や能力があったとしても、それを活かす教育体制が不十分であることが、国際競争力の観点からみても、科学技術創造立国を標榜する我が国を根底から揺るがす致命的な社会的リスクであると言えます。
natural scienceは、文部科学省の外郭団体である国立研究開発法人科学技術振興機構（略称JST）から、科学技術コミュニケーション推進事業「ネットワーク形成地域型」の平成25年度（３ヵ年事業）の採択を受け（提案機関：宮城県、運営機関：特定非営利活動法人 natural science）、人材育成事業の一環として、大学生の科学コミュニケーター育成及び小中高生対象の科学講座の開発を行ってきました。そんな中、今後の技術トレンドとなる汎用化されたオープンな最新テクノロジーを活用しながら、まずは学生自身がおもしろいと思う「アイディアを形に」する育成段階の必要性を痛感し、アイディアを具現化し社会と共有化する力の育成を重点的に実践してきました。その成果は「国際ナノ・マイクロアプリケーションコンテスト2015」世界１位入賞や書籍化といった形で現れつつあります。
そのような人材育成を行う中で我々が痛感したのは、これから本格的に到来する知のコモディティ時代に真に求められる人材を、小中高生の段階から各成長段階に応じて、既存の五教科教育に加えて育成する必要性です。そこで、「知や技術のコモディティ時代において、ラピッドプロトタイピング環境を駆使し、目的やアイディア、方法論を自ら見つけ、多様な価値観を持つ他者と議論を交わしながら自らのアイディアを形にできる、“圧倒的な基礎力と創造力”を有する、科学・技術イノベーション人材」を我々の育てたい人物像と位置づけ、JST事業の最終目標のひとつである科学講座の受益者負担による中高生への提供を、大学生・院生の育成によって得られた人材育成ノウハウをもとに、体系化・高付加価値化して「natural science科学・技術講座」として平成28年度より本格提供を開始いたします。
育成ステップと習得する能力
科学・技術講座 ～圧倒的な基礎力と創造力をその手に～
| 育成ステップ | 習得する能力 | 講座・コース | |
|---|---|---|---|
| 創造力 自らアイディアを形にする |
【STEP４】各自の目標にむかってチャレンジしよう
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■ 理学的能力・物理量を測定する実験系構築（実験） ■工学的能力・各種センサとネットワークで |
チャレンジコースオーダーメイド形式 |
【STEP３】アイディアを自らの手で形にしようSTEP１～２で身につけた基礎力を道具として使いこなし現実世界の因果関係とつなぎ合わせ、それらを組み合わせ、目的解決のために自らアルゴリズムを構築する総合力（科学的思考力）を身につけ、自らのアイディアを形にすることができる力を養う。 |
■ 最新ウェブテクノロジーを用いたアプリケーション開発力・コンピュータグラフィックス |
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| 基礎力 最新技術群を使いこなす |
【STEP２】要素技術群を体系的に理解して、整理してまとめ、他人と共有化しようSTEP1で習得した既存の科学・技術を体系的に理解して整理しまとめ、他人と共有化する力を養う。 |
■ラピッドプロトタイピング開発力
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アドバンスコースカリキュラム形式 |
【STEP１】最新技術群の使い方の基本を理解しよう汎用化された最新技術群や、数学や物理学、プログラミング言語等の基礎学力を習得し、目的を達成するための手段（道具）として認識し、科学的に正しい方法で活用する力を養う。また、仕様書やデーターシートなど原典にあたり適切に情報を取得し自ら判断し活用する情報リテラシーを養う。 |
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主体的にものごとに取り組む姿勢や態度、科学技術に関する素養を養う（器づくり）単に知識を暗記するのではなく、実感を伴いながら科学的な因果関係を認識し、主体的にものごとに取り組む姿勢や態度を養う。カリキュラム（全12章、約300コマ）に沿って、自学自習スタイルで進め、ものづくりやアルゴリズム等の基礎を習得する。 |
■ものづくりの心得■アルゴリズムの考え方■各種要素技術の基礎（配線、電子部品、計測、電子回路、科学法則、機械工作、コンピュータリテラシー、C言語、マイコンプログラミング、JavaScript、HTML5等） |
①ものづくり講座
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講座・コースのポイント
基礎編（ものづくり講座・アルゴリズム講座）
基礎編（ものづくり講座・アルゴリズム講座）では、単に知識を暗記するのではなく、実感を伴いながら科学的な因果関係を認識し、主体的にものごとに取り組む姿勢や態度を養うことを目的とします。カリキュラム（全12章、約300コマ）に沿って自学自習スタイルで進め、ものづくりやアルゴリズムの基礎を習得します（カリキュラム等の詳細はこちら）。
【受講費用】月額8,000円（月４回、1回2時間）＋付帯費用
発展編（アドバンスコース・チャレンジコース）
【発展編のポイント】
① 数学やプログラミング言語を「道具」として使いこなし問題を解決する「科学的思考力」を育成する
科学的思考力は、単に公式を暗記するだけでは当然ながら身に付けることはできません。既存の体系を正しく理解し、数学やプログラミング言語、既存の技術群等を“目的“ではなく“手段”（道具）として使いこなし、現実世界の因果関係とつなぎ合わせて、それらを組み合わせ、目的解決のために自らアルゴリズムを構築していく総合力が必要となります。そのために必要な知識とスキルに加え、現象から因果関係を認識する洞察力、それらを統合的に構築していくための論理的思考力、すなわち科学的思考力を養うことを目的とします。
② 着実な基礎学力に加えて、最新技術群を使いこなす圧倒的な基礎力を育成
これからの高度情報社会の到来を見据えて、数学や物理学、情報科学などの基礎学力を着実に身につけるだけでなく、最新技術群（※）を目的に応じて組み合わせて利用すると同時に、原理・原則を深く理解して使いこなす力を育成します。
※最新技術群：最新ウェブテクノロジー、各種センサー（加速度センサー、ジャイロセンサー、フローセンサー等）、通信（赤外線通信、Bluetooth、Wi-Fi等）、デジタル加工機（レーザー加工機、３Dプリンター、切削加工機等） 等。
③ 個々人の興味や特性に応じたオーダーメイド形式の指導で、外部コンテストや世界にチャレンジ
受講生の興味や志向に応じて、外部コンテストや学会発表等の目標を設定し、目標達成までの道筋を完全オーダーメイド形式で、担当講師が責任をもって指導します。最先端科学・技術のコンテストである「国際ナノ・マイクロアプリケーションコンテスト」世界１位入賞の指導実績を活かし、博士号取得者である主担当講師や、専門課程を学ぶ大学生・大学院生たちが受講生と徹底的な議論を行い、個々人の興味や特性に応じて、計画立案から進捗管理、科学・技術指導、プレゼン指導、文章添削、そして、国際大会出場等までを総合的に指導します。
※開講日時は、主に毎週土曜日午後を予定しております（担当講師により開講日時が決定）
【例】受講生のチャレンジ内容（2016年2月現在）
「三次元コンピュータグラフィックスを使ってアプリを開発して大会に出たい」（小学５年生）
「情報五輪出場を目指して、C++を究めたい」（高校１年生）
「センサーを活用してアプリを開発し、国際ナノ・マイクロアプリケーションコンテスト出場を目指したい」（高校２年生）
「電子工学をもっと深く理解したい」（高専３年生）
「最新WEBテクノロジーを使ってアプリを開発したい」（小学６年生）
カリキュラム
基礎編（ものづくり講座・アルゴリズム講座）
基礎編（ものづくり講座・アルゴリズム講座）では、単に知識を暗記するのではなく、実感を伴いながら科学的な因果関係を認識し、主体的にものごとに取り組む姿勢や態度を養うことを目的とします。カリキュラム（全12章、約300コマ）に沿って自学自習スタイルで進め、ものづくりやアルゴリズムの基礎を習得します。
【受講費用】月額8,000円（４回）＋付帯費用
【カリキュラム】
第１章：配線の草原 ～自分で回路を作る力を身につけよう!!～
第２章：回路図の森 ～回路図を理解し様々な回路を作れるようになろう！！～
第３章：パソコンの小屋 ～パソコンの使い方を身につけよう！！～
第４章：測定の橋 ～いろんな物理量を測ってみよう!!～
第５章：法則の渓谷 ～法則を活用してトラブルシューティングしよう!!～
第６章：プログラミングの高原 ～C言語を学び，マイコンを制御しよう!!～
第７章：製作の頂 ～学んだ知識・技術をいかし製作しよう!!～
第８章：ロボコンへの道 ～これまで学んだ能力を駆使しよう!!～
音の章：音の大空 ～音階と波形の対応関係を理解しよう！！ ～
道場の章
其の一：加速度可視化装置を作ろう!
其の二：携帯型ゲーム機を作ろう!(初級編)
其の三：簡易照度計を作ろう!
其の四：コンデンサ,トランジスタの使い方を極めよう！
発展編（アドバンスコース・チャレンジコース）
本格的な高度情報社会の到来を見据え、数学や物理学、情報科学などの基礎学力を着実に身につけるだけでなく、目的に応じて最新技術群を組合せて利用すると同時に、原理・原則を深く理解する、科学的思考力を育成します。カリキュラム形式に沿って指導する「アドバンスコース」と、受講生の希望する目標達成までの道筋をオーダーメイド形式で指導する「チャレンジコース」の２コースから選べます
【受講費用】月額16,000円（４回）＋付帯費用
仮想物理実験室（物理シミュレーション）構築シリーズ
１．「はじき」ではじめる物理シミュレーション入門 ～最新ウェブテクノロジーで仮想物理実験室を構築しよう！～
２．質点運動シミュレーション編
３． 振動運動シミュレーション編
４．拘束力のある運動のシミュレーション編
５．剛体球運動シミュレーション編
６．拡散現象・波動現象シミュレーション編
最新ウェブテクノロジー（HTML5）を用いたアプリケーション開発力
■ コンピュータ内に仮想世界を構築！～３次元コンピュータ・グラフィックス（3DCG）入門～
■ 最新ウェブテクノロジーでオリジナル音色電子楽器アプリケーションを作ろう！
理学的能力・工学的能力
１．自由落下運動の計測実験系の構築
２．電気ってそもそもなんだろう？
３．光ってそもそもなんだろう？
４．自作センサー開発シリーズ：加速度センサーを開発しよう！
５．加速度センサーを用いた運動計測
６．VFD電波時計をつくろう
ラピッドプロトタイピング開発力（Arduinoによる新しいものづくり力）
１．Arduino入門
２．レーザーカッターによる筐体設計
３．デジタルオシロスコープによる交流波形計測
４．はじめてのサーミスタ
５．【Arduinoで簡単データ取得】温度センサー編
６．【通信に挑戦！】Bluetoothによる無線通信編
７．【Arduinoで簡単データ取得】振動センサー編
８．【Arduinoで簡単データ取得】照度センサー編
９．【電子回路設計】回路シミュレータLTspice IVによる回路設計入門
10．【測定機器で高精度データ取得】発振回路＆ファンクション・ジェネレータ入門
11．回路図エディタKiCadの使い方
12．デジタル基板加工機の使い方
発展編カリキュラムの一例
仮想物理実験室（物理シミュレーション）構築シリーズ
物理現象をコンピュータ内に再現する「物理シミュレーション」は、これまで自然科学や工学の分野で「数値シミュレーション」「計算物理学」「計算機実験」などと呼ばれ、自然科学や工学の分野における一手法として発展してきました。「実験」と「理論」が主な手法であった物理学においても第３の科学的手法として無くてはならない存在になりました。しかしながら、この「物理シミュレーション」は物理学の公式を単に暗記しているだけでは構築することができません。物理学を正しく理解し、数学を道具として使いこなし、現実世界の因果関係を数理モデルとして表現し、コンピュータやプログラミング言語を理解して、それらを組み合わせて構築していく総合力が必要となってきます。そこで物理シミュレーションを構築するために必要な知識とスキルに加え、現象を正しく理解するための洞察力、それらを統合的に構築していくための論理的思考力、つまり、科学的思考力を養うことを目的として、本シリーズを開講いたします。
| 「はじき」ではじめる物理シミュレーション入門 ～最新ウェブテクノロジーで仮想物理実験室を構築しよう！～ | |
|---|---|
 本講座では、仮想物理実験室を構築するために必要なコンピュータ・グラフィックスや２次元グラフの描画方法の習得を行い、小学生で学習する速度・時間・距離の関係を表す「はじきの公式」から物体の運動を計算する計算アルゴリズムを導出し、等速運動、等加速度運動といった運動のシミュレーションを行います。【講師】 遠藤理平 （特定非営利活動法人natural science 代表理事、博士（理学）） 【使用テキスト】 HTML5による物理シミュレーション 遠藤理平 株式会社カットシステム（978-4-87783-303-9） 【時間】 55時間～ |
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| 目次 | 時間数 |
 第１章 ３次元コンピュータ・グラフィックス入門 1.1 WebGLとThree.js |
15時間 |
 第２章 jqPlot を利用した２次元グラフ描画入門 2.1 jqPlotの準備 |
10時間 |
第３章 物理シミュレーション環境の構築 3.1 JavaScriptライブラリ「jQuery」の準備 |
５時間 |
 
第４章 「はじき」からはじめる計算アルゴリズム 4.1 そもそも物理シミュレーションとは？ |
25時間 |
発展編（アドバンスコース／チャレンジコース） 講師・開講日
■発展編 講師紹介
| 講師名 | 紹介 | 得意技 |
|---|---|---|
遠藤 理平natural science代表理事、博士（理学） |
各種物理現象を仮想3次元空間中で再現する仮想物理実験室を最新WEBテクノロジー（HTML5）で構築することをライフワークにしている。HTML5関連書籍を、計7冊出版。「国際ナノ・マイクロアプリケーションコンテスト2015世界大会」（米国）にて本講座講師陣チームを世界１位に導いた指導実績有。 | ・理論物理 ・物理シミュレーション ・コンピュータグラフィックス ・最新WEBテクノロジー（HTML5）全般 |
渡辺 慶太郎natural science理事、東北大学大学院理学研究科修士１年 |
数多ある部品から最適な部品を選び、部品の個性を深く理解しながら、回路設計をするのが好き。高校生の頃から電子工作に熱中し、2011年から「ものづくり講座」講師として活躍、現在、最古参。同講座では「音の章」の開発を担当した。「国際ナノ・マイクロアプリケーションコンテスト2012世界大会」（中国）世界３位入賞チームメンバー。「知能ロボットコンテスト」出場経験有。 | ・電子回路 ・デジタル加工機 （CNCフライス） ・回路計測 ・ロボット制御 ・文章添削 |
平岡 孝一natural science理事、大阪大学大学院生命機能研究科博士１年 |
かつて飛行機設計を夢見た科学少年は将来、地元福岡での科学講座立ち上げを目標に、現在仙台で修行中。柔道有段者（黒帯）。「国際ナノ・マイクロアプリケーションコンテスト2015世界大会」（米国）世界１位入賞チームメンバー。 | ・Arduino |
岩崎 将明東北大学理学部３年 |
将来の夢は理科教員。レーザー加工機による古生物の再現に熱中。高校時代は「科学の祭典」に出場、獅子奮迅の働き。クイズと聞けば、即反応するクイズ好き。 | ・レーザー加工機 |
高橋 佑生東北大学工学部３年 |
後世に名を残すべく、学問の世界に飛び込む。WEBテクノロジーに可能性を感じ、現在修行中。「国際ナノ・マイクロアプリケーションコンテスト2015世界大会」（米国）世界１位入賞チームメンバー。 | ・コンピュータグラフィックス ・画像処理 |
■発展編 開講日
| 月 | 火 | 水 | 木 | 金 | 土 |
|---|---|---|---|---|---|
| 19：00～21：00 渡辺 |
19：00～21：00 岩崎 |
19：00～21：00 平岡／高橋 |
19：00～21：00 渡辺 |
19：00～21：00 岩崎 |
15：00～17：00 遠藤／渡辺／高橋 |
※受講日は講師とご相談の上、調整させていただきます。
出張短期講座（基礎編・発展編）
外部の教育機関等とも連携して、既存の五教科教育と融合した新しい教育の流れを効果的につくり、かつ、お互いの活動の相乗効果を図りたいと考えています。アドバンスコースは、短期や外部会場での実施が可能です。ご興味のある方はご相談ください。
【受講費用】8,000円（4時間）＋付帯費用
| ３次元コンピュータ・グラフィックスに挑戦！～はじめてのプログラミング＆アルゴリズム～ | |
|---|---|
| 【内容】映画やゲームでもお馴染みの３次元コンピュータグラフィックスですが、実は、数学やアルゴリズムの固まりです。本講座ではプログラミングが初めての方を対象に、わずか４時間でプログラミングの基礎からアルゴリズムの構築方法、コンピュータグラフィックスの基本、３次元オブジェクトの作成から制御方法まで、書籍著者自ら１から実践的に指導します。最新WEBテクノロジーで３次元コンピュータグラフィックスの仮想世界をつくることを通じて、数学やアルゴリズムの概念を実感しながら学べます。 【講師】 遠藤理平 （特定非営利活動法人natural science 代表理事、博士（理学）） 【体験できるSTEM】最新WEBテクノロジー（WebGL）、プログラム言語（JavaScript）、アルゴリズム（３次元グラフィックス）、算数・数学（行列、ベクトル）  【使用テキスト】three.jsによるHTML5 3Dグラフィックス（上） 遠藤理平（著） 株式会社カットシステム（978-4-87783-324-4）【時間】 4時間 【対象】 プログラミング初心者：①小学５～６年生、②中学１年生～高校３年生 【定員】 10名 【費用】 8,000円（4時間）＋書籍代（本体価格3,400円） ※税抜価格 【備考】 PC（Win7以上）は各自ご持参ください。（希望者はPCレンタル可：1回500円） |
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| 目次 | |
 第１章 はじめてのプログラミング＆アルゴリズム
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| 物理シミュレーションに挑戦！～はじめてのプログラミング＆アルゴリズム～ | |
|---|---|
| 【内容】コンピュータの性能が飛躍的に向上した現在では、コンピュータ内で仮想的に実験を行う「シミュレーション」が様々な分野で活躍しています。本講座ではプログラミングが初めての方を対象に、わずか４時間でプログラミングの基礎から小学生で学習する速度・時間・距離の関係を表す「はじきの公式」から物体の運動を計算する計算アルゴリズムを導出し、等速運動、等加速度運動といった運動のシミュレーションを、書籍著者自ら１から実践的に指導します。 【体験できるSTEM】最新WEBテクノロジー（WebGL, Canvas2D）、プログラム言語（JavaScript）、アルゴリズム（数値計算）、算数・数学（位置、速度、加速度ベクトルなどのベクトル量） 【講師】 遠藤理平 （特定非営利活動法人natural science 代表理事、博士（理学）） 【使用テキスト】HTML5による物理シミュレーション 遠藤理平（著） 株式会社カットシステム（978-4-87783-303-9）【時間】 4時間 【対象】 プログラミング初心者：①小学５～６年生、②中学１年生～高校３年生 【定員】 10名 【費用】 8,000円（4時間）＋書籍代（本体価格3,800円） ※税抜価格 【備考】 PC（Win7以上）は各自ご持参ください。（希望者はPCレンタル可：1回500円） |
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| 目次 | |
 第１章 はじめてのプログラミング＆アルゴリズム
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| オリジナル電子楽器づくりに挑戦しよう！～音楽と数学と物理のつながりがわかる、はじめてのプログラミング＆アルゴリズム～ | |
|---|---|
| 【内容】音楽と数学、一見関係がなさそうですが、「ドレミファソラシド」の音階は数学者ピタゴラスによって発案されたように、実は音楽と数学には深い関係があります。音楽を科学で理解し、音色の周波数分布を参考にしながら、最新WEBテクノロジーを使って、オリジナルの電子楽器をつくるプログラミングに挑戦しよう。音の正体を物理的に理解でき、プログラミングを通じて音楽と数学のつながりを実感できます。プログラミングとアルゴリズムがはじめての方でも大丈夫。書籍著者自ら１から実践的に指導します。 【体験できるSTEM】最新WEBテクノロジー（WebAudioAPI）、プログラム言語（JavaScript）、アルゴリズム（周波数解析）、物理（波の性質）、音楽と数学（音階と数学の関係） 【講師】 遠藤理平 （特定非営利活動法人natural science 代表理事、博士（理学））  【使用テキスト】HTML5+Web Audio APIによるオーディオデータプロセッシング 遠藤理平（著） 株式会社カットシステム（978-4-87783-375-6）【時間】 4時間 【対象】 プログラミング初心者：①小学５～６年生、②中学１年生～高校３年生 【定員】 10名 【費用】 8,000円（4時間）＋書籍代（本体価格3,800円） ※税抜価格 【備考】 PC（Win7以上）は各自ご持参ください。（希望者はPCレンタル可：1回500円） |
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| 目次 | |
 第１章 はじめてのプログラミング＆アルゴリズム
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受講について
| 小学生低学年 | (1) 「natural science ものづくり講座」の受講をお勧めします（申込はこちら）。 (2) 受講生の理解度と興味、気質、進捗に応じて、アドバンスコース・チャレンジコースのご提案を行います。 |
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| 小学生高学年 | (1) 指導内容に強いご希望がない場合「natural science ものづくり講座」の受講をお勧めします（申込はこちら）。 (2) 指導内容にご希望がある場合、面談を行い、指導方針・指導内容を決定します（お問い合わせはこちら）。 (3) 受講生の理解度と興味、気質、進捗に応じて、アドバンスコース・チャレンジコースのご提案を行います。 |
| 中学生・高校生 |
(1) まず面談を行います。指導方針・指導内容を決定します（お問い合わせはこちら）。 (2) 受講生の理解度と興味、気質、進捗に応じて、アドバンスコース・チャレンジコースのご提案を行います。 |
| 連絡先 |
メールフォーム：こちら メールアドレス：info@natural-science.or.jp 電話番号：０２２－７２１ー２０３５ |
| 【例】受講生のチャレンジ内容（2016年2月現在） | |
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「三次元コンピュータグラフィックスを使ってアプリを開発して大会に出たい」（小学５年生） 「情報五輪出場を目指して、C++を究めたい」（高校１年生） 「センサーを活用してアプリを開発し、国際ナノ・マイクロアプリケーションコンテスト出場を目指したい」（高校３年生） 「電子工学をもっと深く理解したい」（高専３年生） 「最新WEBテクノロジーを使ってアプリを開発したい」（小学６年生） |
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