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      分析化學(xué)課程網(wǎng)上實(shí)踐教學(xué)的組織與實(shí)施

      2022-06-25 11:03:15王丹任東
      高教學(xué)刊 2022年18期
      關(guān)鍵詞:化學(xué)課程開放教育

      王丹 任東

      摘 ?要:在環(huán)境專業(yè)眾多基礎(chǔ)課中,分析化學(xué)是學(xué)生將化學(xué)反應(yīng)原理應(yīng)用于實(shí)際的入門級課程,涵蓋環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域涉及的重難點(diǎn)知識。為解決當(dāng)前線上教育平臺(tái)不便于開展實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的難題,文章從分析化學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)的必要性、實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析、設(shè)計(jì)網(wǎng)上實(shí)踐教學(xué)方案以及組織與實(shí)施等多個(gè)方面進(jìn)行探討,以滿足線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展需求,從而提高環(huán)境專業(yè)學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)水平。

      關(guān)鍵詞:開放教育;化學(xué)課程;線上實(shí)踐教學(xué);組織與實(shí)施

      中圖分類號:G640 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A ? ? ? ? 文章編號:2096-000X(2022)18-0074-04

      Abstract: Among the many basic courses of environmental specialty, Analytical Chemistry is an introductory course for students to apply the principle of chemical reaction into practice, covering the important and difficult knowledge involved in environmental chemistry field. In order to solve the current implementation problems of experiment practice teaching in online education platform, this article discussed the possibility for experiment practice teaching implementation from the necessity of practice teaching in analytical chemical curriculum, practice teaching present situation analysis, design online practice teaching plan, and organization and execution to satisfy the demands of online experiment teaching development and to improve the general study skill of the environmental scholars.

      Keywords: open education; chemistry curriculum; online practice teaching; organization and implementation

      在線上開放教育過程中,實(shí)踐教學(xué)是關(guān)鍵組成部分之一,它與理論教學(xué)相輔相成,在對高等院校環(huán)境工程專業(yè)人才進(jìn)行培養(yǎng)時(shí),發(fā)揮著極其重要的作用。實(shí)踐教學(xué)既可以促進(jìn)素質(zhì)教育的全面發(fā)展,進(jìn)一步深化教學(xué)改革,又可以提高教學(xué)質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo),促進(jìn)理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合,對學(xué)生知識的掌握起到積極作用,鞏固和理解。同時(shí),拓展學(xué)生知識面,促進(jìn)理論知識向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化,培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學(xué)生個(gè)性品質(zhì),從而提高其綜合素質(zhì)。一般來說,在線上開放教育實(shí)踐性教學(xué)中,培養(yǎng)傳統(tǒng)教育十分重視專業(yè)能力,不僅要提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際的能力,還需要增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì),提高其自主學(xué)習(xí)能力,讓學(xué)生在面對現(xiàn)代教育技術(shù)環(huán)境時(shí),更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和時(shí)代需求,加強(qiáng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力,充分利用教育與現(xiàn)代交流的結(jié)合。因此,利用遠(yuǎn)程教育平臺(tái)怎樣展開實(shí)訓(xùn)教學(xué),使環(huán)境專業(yè)學(xué)生對環(huán)境化學(xué)涉及的實(shí)驗(yàn)操作技能進(jìn)行學(xué)習(xí)并在今后工作中加以實(shí)際應(yīng)用,提高其自身競爭力,是當(dāng)前環(huán)境專業(yè)教育工作者完善線上線下混合教學(xué)模式迫切需要解決的難題。

      一、化學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)的必要性

      分析化學(xué)是化學(xué)類本科專業(yè)學(xué)生的主干基礎(chǔ)課之一,其理論和方法是其他一切與化學(xué)有關(guān)的課程以及專業(yè)的基礎(chǔ)。課程的具體教學(xué)目標(biāo)可歸納為下述幾點(diǎn):(1)掌握常量組分在定量分析中的基本知識、理論和分析方法;(2)掌握分析測定中誤差的來源和表征,以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理方法與表達(dá);(3)掌握四種常見的滴定方法的原理和計(jì)算,并掌握其他常用的定量分析方法;(4)初步了解分析化學(xué)在化工、生物、醫(yī)藥、能源和信息等領(lǐng)域中的應(yīng)用;同時(shí)理解其他學(xué)科發(fā)展的新技術(shù)、新成就對分析化學(xué)的促進(jìn)作用。分析化學(xué)的教學(xué)要求詳見表1。實(shí)踐教學(xué)是其重要的組成部分之一,在一定程度上對教學(xué)水平的提高起到促進(jìn)作用。通過實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn),能夠訓(xùn)練學(xué)生掌握正確的實(shí)驗(yàn)基本操作技能,使學(xué)生學(xué)會(huì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對誤差進(jìn)行處理及分析[1]?!傲俊笔腔瘜W(xué)分析中比較重要的一個(gè)概念,學(xué)生在掌握理論知識的基礎(chǔ)上,可以自行解決和處理在滴定分析法中發(fā)現(xiàn)的問題,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,提高其分析和解決問題的能力,從而增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)。此外,還能使環(huán)境專業(yè)本科學(xué)生的自身競爭力提高,有助于推動(dòng)日后其個(gè)人職業(yè)的發(fā)展。

      二、實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

      在線上教學(xué)中,因?yàn)槭艿街T多因素如管理、教學(xué)對象、環(huán)境、條件及觀念等的限制,實(shí)踐性教學(xué)往往成為較為常見的難點(diǎn)之一。通常開展開放教育實(shí)踐教學(xué)時(shí),對其產(chǎn)生制約的因素有很多,包括以下幾點(diǎn):(1)大部分環(huán)境專業(yè)學(xué)生課業(yè)安排緊,課時(shí)量繁多,而安排脫產(chǎn)實(shí)習(xí)又比較集中,無法順利進(jìn)行;(2)線上教學(xué)期間,由于學(xué)生處于分散狀態(tài),存在明顯的時(shí)空差距,而實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備相對集中,學(xué)生之間不能共享;(3)環(huán)境專業(yè)具有辦學(xué)規(guī)模大和學(xué)生數(shù)量多的特點(diǎn),而實(shí)踐教學(xué)則要求個(gè)性化、相對具體的實(shí)際應(yīng)用,無法滿足所有學(xué)生的學(xué)習(xí)需求;(4)由于實(shí)踐教學(xué)要求較高,但是不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力存在著一定的區(qū)別,并且學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力不一、個(gè)體學(xué)習(xí)基礎(chǔ)等也無法適應(yīng)實(shí)踐教學(xué)的統(tǒng)一要求?;谏鲜鲇绊懸蛩?,教師的教學(xué)組織難度增加,而實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量卻有所下降。

      相較于全日制在校學(xué)習(xí)而言,開放教育具有諸多優(yōu)點(diǎn),如:(1)線上教育可豐富學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),強(qiáng)調(diào)知識和生活積累,進(jìn)一步強(qiáng)化理論知識學(xué)習(xí);(2)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性增強(qiáng)。通常情況下,線上教育學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中,具有明確的目標(biāo),比如學(xué)歷與畢業(yè)后職業(yè)生涯的規(guī)劃、適應(yīng)就業(yè)單位的崗位需求或考研保研學(xué)校的錄取等。因此,學(xué)生更渴望獲得知識,具備較強(qiáng)的學(xué)習(xí)自主性。

      隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展,人們呈現(xiàn)出“針對性、碎片化、多樣化”的學(xué)習(xí)趨勢,其中碎片化學(xué)習(xí)在開放教育的學(xué)生中比較常見[2]。多樣化主要是因?yàn)楝F(xiàn)代人具有較多的學(xué)習(xí)媒介,比如電子圖書、手機(jī)以及電腦等。而在特定環(huán)境中(如新冠肺炎疫情期間),環(huán)境專業(yè)本科學(xué)生作為線上教育的學(xué)科之一,它沒有固定的學(xué)習(xí)時(shí)間,在學(xué)習(xí)的過程中也呈現(xiàn)出時(shí)空分離、工學(xué)矛盾的特征[3]。同時(shí),在畢業(yè)工作后,學(xué)習(xí)者依然能夠隨地、隨時(shí)、隨心地運(yùn)用多媒體手段,采取片段式學(xué)習(xí)理論知識,豐富自身知識儲(chǔ)備,從而提高專業(yè)技能。

      三、設(shè)計(jì)分析化學(xué)的網(wǎng)上實(shí)踐教學(xué)方案

      在對任何一門學(xué)科進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí),國外學(xué)者布魯納認(rèn)為良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建是其主要目的[4]。通過分析目前線上教育實(shí)踐教學(xué)中存在的問題,在掌握線上教育學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,再結(jié)合現(xiàn)代人的學(xué)習(xí)趨勢,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,設(shè)計(jì)分析化學(xué)課程時(shí),可以從這幾方面入手,即與學(xué)生學(xué)習(xí)的熟悉、理解、掌握和運(yùn)用四個(gè)層次相對應(yīng),化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)分析為四個(gè)模塊,分別為實(shí)驗(yàn)拓展設(shè)計(jì)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、視頻及多媒體(表2)。首先采用多媒體PPT課件教學(xué),學(xué)生能夠更加直觀、全面地了解學(xué)科知識,從而達(dá)到了解層次。進(jìn)而學(xué)生通過視頻的觀看和學(xué)習(xí),達(dá)到熟悉層次,進(jìn)一步通過參加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)或者校外實(shí)踐,達(dá)到實(shí)際運(yùn)用層次。最后以考核形式開展拓展實(shí)驗(yàn),在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)給予一定的指導(dǎo),并完善實(shí)驗(yàn)的全部流程,最終達(dá)到掌握層次,從而完成分析化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的銜接。同時(shí),通過科學(xué)、合理的設(shè)計(jì),能夠?qū)?shí)踐教學(xué)的個(gè)性發(fā)展和共性需求、知識與技能、媒體和策略、活動(dòng)和資源、評價(jià)和效果、方式和內(nèi)容、考核和過程、要求和目的等關(guān)系進(jìn)行處理,使過程得到優(yōu)化,從而提高教學(xué)質(zhì)量。

      四、分析化學(xué)網(wǎng)上實(shí)踐教學(xué)的組織與實(shí)施

      (一)資源建設(shè)

      1. 多媒體課件和視頻

      在教學(xué)過程中,通過運(yùn)用多媒體視頻和課件,能夠營造輕松、愉悅的教學(xué)氛圍,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的多種感官如聽覺、視覺等,全面展示知識發(fā)展的整個(gè)過程,增加學(xué)習(xí)興趣,有助于突出教學(xué)重點(diǎn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決教學(xué)難點(diǎn),從而提高教學(xué)效率[5]。同時(shí),將分析化學(xué)課程中的知識點(diǎn)作為基本依據(jù),制作多媒體課件,然后錄制實(shí)驗(yàn)流程的視頻,包括儀器和試劑、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)原理等。比如可以通過Flash動(dòng)畫來展示滴定過程,以及實(shí)驗(yàn)過程中需要用到的容量瓶、量筒、移液管、分析天平以及托盤天平等圖片,并且在制作時(shí),可以運(yùn)用Flash、FrontPage以及PowerPoint等軟件。

      2. 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

      在分析化學(xué)課程的網(wǎng)上實(shí)踐教學(xué)中,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是比較重要的一個(gè)組成部分,具有諸多特點(diǎn),比如教學(xué)時(shí)空分離、學(xué)習(xí)多元化、實(shí)驗(yàn)交互性以及教學(xué)資源共享等,也是終身學(xué)習(xí)、靈活學(xué)習(xí)以及開放學(xué)習(xí)教育理念得以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要學(xué)習(xí)平臺(tái)[6]。在本次研究中,我們構(gòu)建了具有完善的網(wǎng)絡(luò)功能、較好交互性、較高沉浸感以及較強(qiáng)的一套滴定分析虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),分析化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)制作分為六個(gè)模塊,包括討論與思考、處理與記錄數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)試劑和儀器以及實(shí)驗(yàn)原理。在學(xué)習(xí)的過程中,學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際需求,選擇合適的學(xué)習(xí)模塊。在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí),應(yīng)考慮滴定分析實(shí)驗(yàn)的特殊性,尤其是涉及到的實(shí)驗(yàn)相關(guān)操作進(jìn)行模擬,并且設(shè)置相關(guān)參數(shù)如指示劑、滴定速度、稱重以及滴定劑濃度等,完成虛擬實(shí)驗(yàn),從而達(dá)到多過程和多變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞[7]。同時(shí),在設(shè)計(jì)的過程中,應(yīng)該使仿真實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)直觀性的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮,對因?yàn)椴僮麇e(cuò)誤產(chǎn)生的危險(xiǎn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)不能演示的操作錯(cuò)誤以及學(xué)生平時(shí)不細(xì)致觀察的操作步驟等充分展現(xiàn)出來,比如數(shù)據(jù)處理中保留有效數(shù)字、滴定終點(diǎn)的顏色變化、半滴和一滴的操作等,使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中,能夠?qū)瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中“量”的要求進(jìn)行認(rèn)真分析。通過多樣化的教學(xué)方法,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性,創(chuàng)設(shè)愉悅的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,對發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性起到一定的促進(jìn)作用,從而提高教學(xué)效率。

      3. 拓展實(shí)驗(yàn)

      在分析化學(xué)課程網(wǎng)上實(shí)踐教學(xué)中,可以運(yùn)用FastStone Capture屏幕錄制軟件對實(shí)驗(yàn)操作視頻進(jìn)行錄制。由于部分學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作水平不高,在使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境時(shí),不能很好地進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn),無法獲得較好的學(xué)習(xí)效果,加之時(shí)空限制,教師在線不能為學(xué)生操作計(jì)算機(jī)提供幫助。而在拓展實(shí)驗(yàn)中,使用屏幕記錄軟件將計(jì)算機(jī)操作的實(shí)際過程記錄為視頻文件,學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中,能夠?qū)⒁曨l文件的演示步驟作為基本依據(jù),從而推動(dòng)實(shí)驗(yàn)操作的順利進(jìn)行。同時(shí),通過拓展實(shí)驗(yàn),能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)意識,為學(xué)生有機(jī)會(huì)多次理解分析化學(xué)理論精髓,整合分析化學(xué)的精華知識,并樹立正確的“量”的核心概念。此外,分析化學(xué)應(yīng)該重視對學(xué)生解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng),利用拓展實(shí)驗(yàn),能夠使學(xué)生達(dá)到學(xué)以致用,在鞏固學(xué)習(xí)知識的基礎(chǔ)上提高邏輯思維能力[8]。

      (二)設(shè)計(jì)網(wǎng)上平臺(tái)

      本課程的運(yùn)行時(shí)間較長,組織和實(shí)施的具體方式包括以下幾點(diǎn):(1)組建學(xué)習(xí)小組。通過小組競爭模式,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;(2)地方組織。學(xué)生學(xué)習(xí)輔導(dǎo)由學(xué)務(wù)導(dǎo)師和地方輔導(dǎo)老師負(fù)責(zé),有助于鞏固基礎(chǔ)知識;(3)網(wǎng)上平臺(tái)。主要是虛擬仿真實(shí)驗(yàn),即通過網(wǎng)上平臺(tái),學(xué)生對仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬,了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程,以及對實(shí)驗(yàn)期過程中的細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)有所了解和掌握;(4)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。以多媒體視頻和課件為主,每個(gè)視頻時(shí)間較短,一般為3~5 min,由學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)完成,尤其適用于開放教育型學(xué)生。

      (三)實(shí)施與組織實(shí)踐課程

      在對實(shí)施與組織實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行介紹時(shí),一般以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為例,具體如下。

      1. 實(shí)驗(yàn)選題的確定

      在對實(shí)驗(yàn)選題進(jìn)行確定時(shí),一方面要充分體現(xiàn)綜合應(yīng)用知識的融合特點(diǎn),一方面還應(yīng)該以學(xué)生掌握的理論知識為基本出發(fā)點(diǎn),進(jìn)行相應(yīng)的拓展。通常情況下,實(shí)驗(yàn)選題應(yīng)結(jié)合時(shí)下國民生活中的熱點(diǎn)問題,比如環(huán)境污染、生態(tài)修復(fù)、資源保護(hù)等[9]。通過提高選題的實(shí)用性,使學(xué)生對分析化學(xué)正確認(rèn)識,了解其是一門具有較強(qiáng)實(shí)用性的應(yīng)用科學(xué),使學(xué)生積極思考,主動(dòng)、大膽提問,從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和熱情[10]。

      2. 實(shí)驗(yàn)方案的制定

      在開展實(shí)驗(yàn)方案時(shí),應(yīng)該將線上教育學(xué)生的特點(diǎn)作為基本依據(jù),按照地域劃分分散的學(xué)生,組建學(xué)習(xí)小組,采用學(xué)習(xí)小組合作的方式推動(dòng)拓展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的完成。本文選擇測定礦泉水中的Ca2+含量(水的硬度)為具體案例介紹實(shí)施的過程。(1)教師將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)話題引出來,為學(xué)生提供豐富的背景知識。因?yàn)閷W(xué)生存在著個(gè)體差異性,不同學(xué)生的能力水平也存在著一定的區(qū)別,一些學(xué)生不熟悉文獻(xiàn)調(diào)研方法,無法順利開展實(shí)驗(yàn)。所以學(xué)生在動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí),教師要提前告知學(xué)生相關(guān)信息和文獻(xiàn)的獲取方法,比如檢索文獻(xiàn)的方法、使用數(shù)據(jù)庫等[11-12]。同時(shí),告知學(xué)生礦泉水中Ca2+含量的大致范圍,可以作為判斷的有效依據(jù);(2)學(xué)生調(diào)研資料。學(xué)生查閱文獻(xiàn)并總結(jié)文獻(xiàn)的背景知識;(3)小組討論設(shè)計(jì)方案。學(xué)習(xí)小組成員相互討論,設(shè)計(jì)模式有2種:a. 對于實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié),組長組織大家進(jìn)行討論,并且將實(shí)驗(yàn)方案提出來;b. 每個(gè)成員都需要對方案進(jìn)行設(shè)計(jì),并且召開討論會(huì),每個(gè)人對自己的方案進(jìn)行介紹,集思廣益,從而使小組的設(shè)計(jì)方案成形。在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程中,學(xué)生要充分發(fā)揮自身的自學(xué)能力和學(xué)習(xí)積極性,使實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合起來,比如Ca2+怎樣測定?測定礦泉水Ca2+需要哪些基準(zhǔn)物質(zhì)?在充分掌握理論課知識的基礎(chǔ)上,再與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合,能夠更加直觀、全面地學(xué)習(xí)知識,使學(xué)生對分析化學(xué)“量”的核心概念有一個(gè)正確的認(rèn)識和了解,豐富知識儲(chǔ)備;(4)學(xué)習(xí)小組提交設(shè)計(jì)方案,教師點(diǎn)評。教師組織學(xué)生進(jìn)行討論,對不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行點(diǎn)評,將學(xué)生設(shè)計(jì)的每個(gè)方案進(jìn)行比較,使學(xué)生了解和認(rèn)識實(shí)驗(yàn)過程,并且鞏固分析化學(xué)基本知識,從而提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

      五、結(jié)束語

      針對環(huán)境專業(yè)大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn),在對實(shí)踐教學(xué)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),分析學(xué)生的個(gè)體差異性,在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。最終不僅能夠滿足教學(xué)的基本要求和規(guī)定,還能為學(xué)生提供充足的學(xué)習(xí)空間,提高學(xué)習(xí)者自身的職業(yè)操作技能,對學(xué)生的創(chuàng)新性思維培養(yǎng)和個(gè)性發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用,從而推動(dòng)開放型大學(xué)實(shí)踐教學(xué)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

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