OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE NA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE Artigos

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1 Versão On-line ISBN Cadernos PDE OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE NA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE Artigos

2 MODELOS MOLECULARES: CONSTRUÇÃO E UTILIZAÇÃO NO ENSINO DE LIGAÇÃO COVALENTE E ESTRUTURA MOLECULAR Autora: Clistina Paula Soares da Costa Cruz 1 Orientadora: Profa. Dra. Rení Ventura Da Silva Alfaya 2 RESUMO Pensando que a escola deve incentivar a prática pedagógica fundamentada em diferentes metodologias, neste artigo é discutido o uso de uma metodologia para trabalhar o conteúdo de ligações covalentes, de maneira a facilitar o aprendizado dos alunos. Esta metodologia consistiu em construir e utilizar modelos moleculares como recurso didático para melhorar o estudo, a assimilação e o aprendizado de conceitos químicos que envolvem ligação covalente e estrutura molecular. Para esta atividade foram confeccionados modelos moleculares usando massa de biscuit e hastes flexíveis e com estes foram montados kits para serem usados em sala de aula. Este trabalho foi desenvolvido no primeiro trimestre do ano de 2014, no Colégio Estadual Souza Naves (CESN) - Rolândia - PR, com os alunos do primeiro ano do Ensino Médio. O conteúdo foi ensinado primeiro de maneira tradicional, na qual o professor explica o conteúdo e os alunos simplesmente escutam sem participação ativa e, em seguida, foi realizada uma avaliação. Em outra aula, foram montados os kits de modelos moleculares, momento no qual os alunos tiveram participação ativa tanto na montagem dos kits como no uso destes para representar a formação das moléculas. A análise das provas aplicadas tanto para os alunos que participaram do experimento como para aqueles que não, mostrou que os alunos que participaram do experimento tiveram um rendimento bem melhor, mostrando um melhor entendimento da formação das moléculas e do seu arranjo tridimensional. Palavras-chave: Modelos moleculares. Ligação covalente. Ensino médio. Recurso didático. Geometria molecular. 1 Professora PDE 2013, Especialista em Administração, Supervisão e Orientação Escolar pela UNOPAR, Especialista em Física para o Ensino Médio pela UEL, Bacharel e Licenciada em Química pela UEL Professora na área de Química no Colégio Estadual Souza Naves na cidade de Rolândia-PR. 2 Graduada em Licenciatura em Química pela Universidade Estadual de Maringá e Mestre e Doutora pela Universidade Estadual de Campinas Professora Associado C do Departamento de Química da Universidade Estadual de Londrina na cidade de Londrina-PR.

3 1. INTRODUÇÃO A preocupação com o desenvolvimento de materiais didáticos para o ensino de Química é muito grande e tem sido objeto de pesquisa de inúmeros pesquisadores em todo o mundo, uma vez que estes facilitam o processo de aprendizagem. A Lei Número 9.394/96 Lei De Diretrizes e Bases (LDB), no artigo 36 parágrafo II diz: adotará metodologias de ensino e de avaliação que estimulem a iniciativa dos estudantes. Portanto, o profissional do ensino da Química deve fazer isto e, ao fazê-lo, se puder construir seu próprio conjunto de material didático poderá adaptá-lo da melhor maneira possível e que julgar necessária, sempre com o intuito de melhorar o processo de ensino e aprendizagem. No caso de modelos moleculares, as vantagens frente aos comerciais são: número de peças suficiente; representação de moléculas de interesse para cada aula; versatilidade e baixo custo. No que diz respeito às dificuldades de aprendizagem de ligação covalente no Ensino Médio, estas normalmente estão relacionadas com a maneira como o assunto é abordado. No ensino de ligação covalente, quando se trata do arranjo estrutural das moléculas, tem-se uma dificuldade na visualização tridimensional destas estruturas. A utilização de modelos moleculares desenvolve uma habilidade de representação importante e facilita a visualização tridimensional das moléculas. Além disso, favorece a compreensão dos principais conceitos relativos ao estudo de ligações covalentes e geometria molecular no ensino médio. Diante do exposto surge um problema que é o fato da maioria dos alunos apresentarem muita dificuldade em imaginar as moléculas no espaço tridimensional, o que exige maior abstração por parte deles. Ainda assim, pouca ênfase é dada pela maioria dos professores no tratamento do assunto por meio de recursos didáticos diferentes, permanecendo na tradicional aula com a utilização de quadro negro e giz. Desta forma foi proposta a construção e a utilização de modelos moleculares, confeccionados pelos próprios alunos, orientados pela professora, como recurso didático para o ensino de ligação covalente visando uma aprendizagem mais significativa pelos alunos.

4 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Sabemos que os alunos, de uma maneira geral, demonstram dificuldades em aprender Química, nos diversos níveis de ensino, porque não percebem o significado ou a importância do que estudam. Para Freire (1996), na educação, ensinar exige alegria e esperança. Portanto, para tornar o ensino e a aprendizagem de Química, menos cansativo e um pouco mais atraente, devemos investir em procedimentos didáticos alternativos, em que os alunos possam adquirir conhecimentos mais significativos, tentando então o professor desvincular-se de metodologias mais tradicionais e que ainda estão presentes nas salas de aula. A reflexão sobre o ensino de Química e o seu papel na escola, mais especificamente no Ensino Médio, passa pela caracterização do conhecimento químico, de sua produção científica, representando a caminhada do pensamento da sociedade humana, como tradução da realidade da natureza. O conjunto de conhecimentos de Química, acumulado ao longo dos tempos, trata da composição dos materiais, das transformações químicas sofridas por estes e das variações energéticas que as acompanham. (Urquieta, 1991). Segundo este mesmo autor essas considerações implicam que ensinar Química pressupõe a compreensão da natureza e do seu processo de elaboração, além do compromisso com os conhecimentos elaborados universalmente e convalidados. A Química é uma ciência que apresenta intensas relações com as atividades desenvolvidas pelo ser humano, pois desempenha nelas papel de grande importância. Nesse sentido, contudo, é preciso reconhecer que a compreensão do significado real dos fenômenos químicos surgiu a relativamente pouco tempo, tendo em vista que foi a partir do século XVIII que a Química começou a atingir foros de ciência. (Giesbrecht, 1979). Hoje, devido à enorme utilização do conhecimento químico, tem-se atribuído relevante importância à pesquisa das relações entre ciência e tecnologia, de modo a fornecer meios para que o estudante, em função da sua aprendizagem, possa distinguir e avaliar o avanço tecnológico científico, equacionando-o pela relação de causa e efeito.

5 A compreensão do conhecimento químico e de sua aplicação como um todo, como uma unidade, é, por sua vez, parte do conhecimento universal com o qual deverá estar relacionado. Para que atinja o todo geral, torna-se importante a oportuna análise e correlação dos pontos de interface desses conhecimentos com o de outras áreas exatas. O caráter integrado que a Química possui com as ciências mais próximas requer uma abordagem mais adequada e realista, pois a interdisciplinaridade deve permear o conteúdo de cada ciência em separado, de tal forma que as relações entre diversas disciplinas se revestirão de extrema importância para apresentar a Química como um fator de integração social, conforme aponta Giesbrecht (1979). Com o objetivo de promover o entendimento conceitual em estudantes do Ensino Médio tem-se buscado várias alternativas e, a construção de conjuntos de modelos moleculares surge como uma ferramenta de grande importância que deve facilitar a visualização do arranjo espacial das moléculas, sua assimilação e o aprendizado de conceitos que envolvam ligação covalente, geometria molecular entre outros. Atualmente, diversos trabalhos, como os de Ferreira (2008), Clement (2000), e Chassot (2003) enaltecem a importância do uso de modelos moleculares na mediação da aprendizagem, gerando discussões acerca do significado dos mesmos para o ensino e aprendizado das ciências, e das concepções dos professores a respeito de seu uso como recurso didático de ensino. Segundo Lima e Neto (1999), a forma como alguns temas específicos de Química são abordados em sala de aula, leva o estudante do Ensino médio a imaginar a Química como uma ciência puramente abstrata. Neste aspecto, diversos fatores colaboram para isso, como por exemplo, no caso de ensinar geometria molecular, o fato dos discentes não conseguirem imaginar o espaço tridimensional. No século XIX muitos químicos criaram modelos em escala para entender melhor a estrutura molecular. Temos uma ideia mais clara das características que afetam a estrutura e a reatividade molecular quando examinamos a forma tridimensional de uma molécula. (Francis A. Carey. Química Orgânica, 7 a edição, Editora Bookman, 2011)

6 Segundo Ferreira (2000) a utilização de material didático no ensino de Química, usado em sala de aula ou em laboratórios didáticos, tem importância historicamente reconhecida no processo de ensino e aprendizagem. No entanto, alguns dos materiais didáticos (livros, apostilas, modelos moleculares, etc.) utilizados nesse processo, foram desenvolvidos há décadas e continuam sendo utilizados sem terem sofrido alterações significativas. O autor cita ainda que a década de 1970 foi marcada pelo desenvolvimento de projetos que visavam a preparação de professores e a adequação de materiais didáticos para o uso em sala de aula. São apontadas inúmeras dificuldades em se alcançar essas metas, devido à falta de condições mínimas (laboratórios, equipamentos, salas de aula, etc.), nas escolas públicas, para o desenvolvimento das aulas. Portanto, diante da dificuldade de aquisição de materiais didáticos, principalmente no sistema público de ensino, o ensino de Química desperta pouco interesse do aluno e isso dificulta o trabalho do professor, uma vez que o aluno não tem motivação para aprender. Pensando nisto foi proposta uma metodologia diferenciada para o ensino de um conteúdo, na qual professor e alunos trabalharam juntos para promover a aprendizagem, com intuito de tornar a aula mais atraente e os alunos mais interessados em aprender. O conteúdo em foco foi o de ligações covalentes, dando ênfase à forma das moléculas formadas por este tipo de ligações, e foi desenvolvido por meio da construção de modelos moleculares e utilização destes na simulação da formação de substâncias moleculares. Para esta simulação foram montados kits de modelos moleculares confeccionados com massa de biscuit e hastes flexíveis. Estes conteúdos são muito importantes porque há muito se sabe que as propriedades de uma substância dependem do tipo de ligação química que une seus átomos e da sua estrutura. São muitos os exemplos de compostos formados por ligações covalentes: o líquido mais precioso presente em nosso planeta, a água (H 2 O); os combustíveis comuns têm muitos compostos covalentes como o metano (CH 4 ), o etanol (CH 3 CH 2 OH); os gases presentes na nossa atmosfera como o H 2, O 2, N 2 e CO 2 ; os polímeros como o PET (polietileno tereftalato), o PVC

7 (policloreto de vinila); a molécula de ácido desoxirribonucleico, o ADN, ou mais conhecido como DNA por causa do nome em inglês (deoxyribonucleic acid). Embora os princípios básicos sobre estrutura e ligação sejam exemplificados utilizando-se moléculas ou íons formados por uns poucos átomos, estes princípios podem ser aplicados a moléculas com dimensões muito maiores, como, por exemplo, o DNA. (KOTZ, 2002). Todos os compostos orgânicos e muitos dos inorgânicos são compostos moleculares, logo, formados por ligações covalentes A LIGAÇÃO COVALENTE E ESTRUTURA MOLECULAR Segundo Kotz e Treichel (1998), forma-se uma ligação covalente simples quando dois átomos compartilham um par de elétrons. A ligação covalente ocorre, em geral, entre não metais, elementos que estão no canto superior direito da tabela periódica. O compartilhamento de elétrons entre átomos acontece quando a transferência de elétrons é energeticamente desfavorável. Os elétrons compartilhados atraem os núcleos e isso provoca uma diminuição da energia potencial dos átomos quando a ligação covalente se forma. Uma ligação covalente resulta do compartilhamento de um par de elétrons entre átomos. A força de ligação resulta da atração entre estes elétrons compartilhados e os núcleos positivos dos átomos que participam da ligação. (BRADY, RUSSELL e HOLUM, 2002). Ex.: Quando átomos se unem por meio de ligações covalentes são formadas moléculas e quando se fala de molécula não se pode deixar de lado o seu arranjo estrutural, o qual pode ser conhecido determinando-se sua geometria molecular. A geometria molecular descreve como os núcleos estão posicionados uns em relação aos outros, segundo Peruzzo e Do Canto (2010).

8 Pode-se prever a forma das moléculas utilizando a chamada teoria da repulsão do par eletrônico da camada de valência (RPECV). Esta teoria é baseada na noção de que os pares de elétrons da camada de valência, carregados negativamente, permanecem tão separados quanto possível, de modo a minimizar suas repulsões mútuas. (BRADY, RUSSELL e HOLUM, 2002). São cinco as geometrias previstas para as moléculas pela teoria RPECV, mostradas na Figura 1, para que os pares de elétrons ligados ao átomo central fiquem mais afastados possível uns dos outros. Estas são as geometrias de par de elétrons (GPE). Figura 1. Geometrias de par de elétrons previstas pela teoria RPECV. Para determinar a geometria da molécula (GM) ou a forma da molécula só se considera os pares de elétrons ligados entre dois átomos. Então, se sobre o átomo central não tiver nenhum par de elétrons isolados as geometrias, GPE e GM, coincidem, caso contrário elas são diferentes. Por exemplo, as moléculas de CH 4, NH 3, H 2 O têm quatro pares de elétrons em volta do átomo central, logo, todas têm GPE tetraédrica, mas a GM ou a forma da molécula são, respectivamente, tetraédrica, pirâmide trigonal e angular, como mostra a Figura 2.

9 Figura 2. Geometria das moléculas ou forma das moléculas de CH 4, NH 3, H 2 O. Quando se determina a geometria molecular, um parâmetro muito importante é o ângulo de ligação. Por exemplo, nas moléculas lineares como CO 2 e BeF 2 ele vale 180 ; na trigonal como o BF 3, vale 120 ; e nas tetraédricas como CH 4 e CCl 4, vale 109,5. Na água, H 2 O, (angular) e na amônia, NH 3, (pirâmide trigonal), os ângulos entre as ligações valem, respectivamente, 105 e 107,5. O fato destes ângulos serem menores do que 109,5 é explicado pela acentuada repulsão que existe entre os pares de elétrons não compartilhados. (PERUZZO e DO CANTO, 2010). 3. METODOLOGIA O projeto foi desenvolvido no primeiro trimestre do ano de 2014, no CESN - Rolândia - PR, localizado na Rua Monteiro Lobato, n o 421, com os alunos do primeiro ano do ensino médio do período matutino. Com o projeto pretendeu-se dar condições para os alunos compreenderem como ocorre a formação de substâncias nas quais os átomos são unidos por ligações covalentes e suas formas moleculares, por meio da construção e utilização de kits de modelos moleculares. Assim, o desenvolvimento do projeto foi realizado por meio da aplicação do conteúdo de uma unidade didática e seguiu as etapas abaixo. Etapa 1

10 A professora ensinou como ocorrem as ligações covalentes e estrutura molecular, focando qual a forma das moléculas, utilizando exemplos de compostos formados por estas ligações que são comuns no dia a dia dos alunos e ao final verificou o que os alunos aprenderam por meio de um questionário avaliativo. Nesta aula os recursos utilizados foram somente o quadro negro e giz. Etapa 2 Após a avaliação do questionário, a professora propôs aos alunos a realização de um experimento no qual montaram, passo a passo, kits de modelos moleculares para representar a formação das ligações covalentes e as estruturas moleculares, visando facilitar e melhorar o entendimento deste conteúdo. Os alunos foram divididos em cinco grupos. Os materiais necessários para os kits e o procedimento para a montagem destes são descritos a seguir. Materiais - Massa de biscuit - Hastes flexíveis -Tinta acrílica (preto, azul, branco, vermelho, verde-escuro, verde-claro, amarelo, púrpura) -Tesoura - Transferidor - Balança digital Procedimento A massa de biscuit foi usada para elaboração dos modelos moleculares, tendo cuidado de selecionar as devidas cores de acordo com a tabela padrão dos elementos, encontrada nos modelos comerciais (Tabela 1) (GONÇALVES ET AL, 2007). Para a representação dos átomos individuais, utilizando a massa de biscuit, foi preciso fazer pequenas esferas, com um tamanho relativo de acordo com a massa de cada elemento, isto é, átomos maiores foram representados por esferas maiores e os menores por esferas menores, pesando-se então

11 massas diferentes dependendo do tamanho do átomo. Sendo assim, o átomo de hidrogênio foi representado pela esfera de menor tamanho. Antes da massa de biscuit secar por completo, as esferas foram perfuradas com o palito em posições de acordo com a geometria da molécula a ser representada e foram medidos, com transferidor, os ângulos de ligação. As esferas tinham diferentes cores, dependendo do átomo representado, a esfera teve uma determinada cor. Teve-se o cuidado de não deixar as esferas entrarem em contato umas com as outras durante a secagem. A massa foi deixada secar ao ar, por um período entre 12 e 48h. As hastes flexíveis foram usadas para as ligações entre as esferas. Para isto, foram retiradas das mesmas as pontas de algodão e cortadas, com uma tesoura, em pedaços de comprimento entre 2,5 e 3 cm. Tabela 1: Identificação dos elementos por cores de acordo com a tabela padrão dos elementos (GONÇALVES ET AL, 2007). ELEMENTO COR Carbono Preto Nitrogênio Azul Hidrogênio Branco Oxigênio Vermelho Cloro Verde-escuro Flúor Verde-claro Enxofre Amarelo Fósforo Púrpura As moléculas escolhidas para serem representadas pelos modelos de biscuit foram H 2, O 2, N 2, CO 2, H 2 O, NH 3, CH 4, CH 3 CH 2 OH, H 2 SO 4, HCl,, CF 4, PH 3, entre outras, porque são bastante conhecidas no cotidiano dos alunos. Etapa 3 Depois da preparação dos kits e da utilização destes para a montagem de moléculas, utilizando vários exemplos diferentes de compostos e da discussão destes exemplos, a professora voltou a questionar os alunos sobre seu conhecimento de ligações covalentes, para verificar o quanto o uso dos kits contribuiu para que estes alunos compreendessem melhor o conteúdo

12 trabalhado. Outra maneira de avaliar a eficiência do uso dos kits foi a comparação das notas das provas dos alunos que participaram desta experiência com as notas daqueles que não participaram. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Ensinar os conteúdos de Química já não é uma tarefa fácil, ainda mais sendo esta uma matéria considerada pelos alunos como de difícil aprendizagem, portanto, a construção e a utilização de modelos moleculares tiveram como objetivo melhorar o aprendizado do conteúdo ligação covalente e estrutura molecular. Em uma primeira averiguação com os alunos foi verificado que eles não tinham conhecimento sobre ligações covalentes, forma das moléculas, e qual a influência que a forma da molécula tem nas suas propriedades. A professora então deu várias aulas referentes alguns conteúdos, tabela periódica, teoria do octeto, ligação iônica, ligação covalente e geometria molecular. Iniciando o assunto ligação covalente utilizou-se vários exemplos de moléculas de compostos que são comuns no cotidiano dos alunos de modo que estes pudessem ver que era importante aprender este conteúdo. Depois disso foi feita uma avaliação, por escrito, sobre e quanto os alunos tinham aprendido do conteúdo ensinado e verificou que para a maioria ainda não tinha entendido bem o conteúdo em questão. Visto isto, partiu-se para uma estratégia de ensino diferente, onde a professora e os alunos montaram os kits conforme descrito anteriormente, na parte de metodologia, para ajudar na visualização da forma das moléculas. Foi bastante interessante porque mesmo os alunos que não demonstravam nenhum interesse pelo assunto passaram a querer montar as moléculas e querer entender porque tinham esta e não aquela forma. Foi interessante notar como a turma se transformou, indo de uma apatia geral quando a professora deu uma aula expositiva para uma turma totalmente interessada e participativa durante a aula em que montaram e utilizaram os kits para o estudo das moléculas. As fotos apresentadas nas figuras mostram os materiais necessários para preparar os kits, a pesagem, a medição do ângulo de

13 ligação, representações dos átomos, (Figura 1, Figura 2, Figura 3) e depois com várias moléculas montadas pelos alunos (Figura 4). Figura 1. Pesagem da massa de biscuit. Figura 2. Medindo o ângulo de ligação.

14 Figura 3. Representações dos átomos colocados para secar após pintar. Figura 4. Alguns modelos de moléculas montados pelos alunos. A montagem das moléculas facilitou muito o entendimento de porque as moléculas têm determinadas formas e é muito importante que os alunos entendam bem isto uma vez que as propriedades dos compostos moleculares estão relacionadas com a forma das moléculas. A água (Figura 5), por

15 exemplo, é polar por causa de sua forma angular, já o dióxido de carbono, apesar de ter ligações polares, é um composto apolar porque sua molécula é linear. Figura 5. Representação da molécula da H 2 O. Após terem trabalhado bastante com os kits (Figura 6), montando moléculas de várias formas moléculas diferentes, principalmente de compostos bem comuns no dia a dia dos alunos, a professora voltou a questionar os alunos e pode verificar que estes apresentaram uma compreensão bem maior do conteúdo trabalhado. Isto mostra que o fato dos alunos montarem as moléculas com os kits, fez com que eles conseguissem visualizar a forma desta e não ficar simplesmente imaginando como ela seria. Então o uso destes modelos ajudou muito na aprendizagem dos alunos.

16 Figura 6. Kits de modelos moleculares prontos. Com os kits de modelos moleculares em mãos, foram escolhidos alguns alunos da turma que já tinha participado do experimento e com o auxílio destes, atuando como monitores, a metodologia foi aplicada em outra turma. Os monitores explicaram a atividade e auxiliaram os alunos na montagem e uso dos modelos moleculares, tudo isto com a supervisão da professora. Logo após o encerramento da atividade, foi solicitado aos alunos monitores que descrevessem o que sentiram no momento em que estavam explicando aos colegas e a seguir são citadas algumas falas destes: Aluno 1: De início pareceu ser fácil, mas explicar para eles na prática não foi nada fácil. Alguns eu tive que explicar desde a tabela periódica, outros já sabiam, mas o mais desgastante é ter que forçar a voz. Se me perguntassem Como foi ser professor? eu diria sem dúvida: Difícil, desgastante e cansativo, mas gostei da experiência, foi legal. Aluno 2: Na parte da explicação que foi complicado pois alguns alunos tinham dificuldade na hora de entender e outros muita facilidade. Depois que você explica para as pessoas você vê o apuro que o professor passa pra explicar pra sala toda. Aluno 3: A minha sensação no momento que tive que explicar os modelos aos alunos foi de nervosismo, mas com o avanço da aula, já me

17 sentia mais confortável e seguro, sendo assim, consegui explicar os modelos melhor e acho que os alunos também entenderam melhor o conteúdo. A partir das respostas obtidas pode-se afirmar que não é fácil a tarefa ensinar, mas faz parte do processo ensino e aprendizagem, melhorando o relacionamento entre aluno-professor e aluno-aluno tornando as aulas mais dinâmicas e significativas. É importante usar uma metodologia diferenciada, um recurso didático para ensinar porque facilita o ensino e os alunos ficam muito mais interessados em aprender. Este experimento pode ser realizado em qualquer escola, pois os itens necessários para a preparação dos kits são materiais baratos e fáceis de ser obtidos, inclusive com uma boa parte podendo ser providenciado pelos próprios alunos fazendo com que eles se sintam mais incluídos no processo. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS O projeto de intervenção pedagógica, proposto no Programa de Desenvolvimento Educacional (PDE) foi desenvolvido no primeiro trimestre do ano de 2014, no CESN Rolândia - PR, localizado na Rua Monteiro Lobato, n ọ 421, com os alunos do primeiro ano do ensino médio matutino. A observação de que os alunos inicialmente não tinham conhecimento sobre o conteúdo e que mesmo após assistirem uma aula tradicional sobre o assunto estes ainda não tinham conseguido entender, a professora viu a necessidade de aplicar uma metodologia diferente que foi a aula experimental onde usaram os kits para montar as moléculas. A partir daí os alunos se tornaram muito mais interessados no conteúdo e tiveram um aproveitamento bem melhor do que tinham apresentado antes do experimento. Estes kits, preparados de maneira muito simples e com materiais baratos e acessíveis, logo podendo ser utilizado em qualquer escola por mais simples que seja, transformou a aula em um evento muito mais atrativo e os alunos se sentiram parte do processo, pois participaram na confecção dos kits e na utilização destes para montagem das formas das moléculas.

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