鄧偉
摘 要:新課改背景下的高中物理教學(xué)將更加注重對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培育,教師將通過(guò)系統(tǒng)完善的物理課程促進(jìn)學(xué)生物理觀(guān)念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)的同步發(fā)展。迷你實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生在親身實(shí)踐中探索物理現(xiàn)象,驗(yàn)證物理理論,從而深化對(duì)物理知識(shí)的理解和應(yīng)用,且有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和獨(dú)立思考能力,是推動(dòng)高中物理教學(xué)改革實(shí)施的重要手段。鑒于此,文章以迷你實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用為主題展開(kāi)探究,闡述迷你實(shí)驗(yàn)的概念,分析迷你實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值,再結(jié)合實(shí)踐案例提出具體的應(yīng)用方法與策略,以期不斷促進(jìn)高中物理課程教學(xué)改革的實(shí)施。
關(guān)鍵詞:迷你實(shí)驗(yàn);高中物理;教學(xué)應(yīng)用;策略
物理課程是高中教育的主體課程之一,在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、邏輯思維能力以及解決實(shí)際問(wèn)題能力等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而,在傳統(tǒng)的物理教學(xué)實(shí)踐中,由于課程時(shí)間的限制、實(shí)驗(yàn)器材的缺乏或過(guò)時(shí)等原因,部分學(xué)生難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程獲得充分的體驗(yàn)和深刻的理解。在此背景下,迷你實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生,通過(guò)規(guī)模小、時(shí)間短、成本低且易于操作的實(shí)驗(yàn)活動(dòng),不僅能夠大幅降低傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)間、空間及經(jīng)濟(jì)成本,還能以其高效和精練的特性,適應(yīng)快節(jié)奏的教學(xué)進(jìn)程,有效解決課堂時(shí)間有限等問(wèn)題。因此,探討迷你實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用,對(duì)于提升教學(xué)質(zhì)量、優(yōu)化教學(xué)方法具有重要意義。
一、迷你實(shí)驗(yàn)的概念
迷你實(shí)驗(yàn),從字面意思上看是指規(guī)模較小、操作簡(jiǎn)單、成本低廉的實(shí)驗(yàn)?!懊阅恪保╩ini)一詞來(lái)源于英語(yǔ),通常用來(lái)形容小型或縮小版的物品或概念?!懊阅銓?shí)驗(yàn)”側(cè)重于簡(jiǎn)化和縮小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)活動(dòng),旨在使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加高效、便捷,同時(shí)保持教學(xué)目的的達(dá)成。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)通常需要的資源較少,易于在有限的環(huán)境和條件下進(jìn)行,特別適合教育場(chǎng)景,使學(xué)生能夠在實(shí)踐中探索和學(xué)習(xí)科學(xué)原理。具體來(lái)講,迷你實(shí)驗(yàn)是一種符合新課改教學(xué)要求的現(xiàn)代教學(xué)方法,其核心特征包括操作的簡(jiǎn)便性、結(jié)果的直觀(guān)性和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的趣味性,教師可以采用最簡(jiǎn)潔的設(shè)備和材料,以最直接的方式演示物理現(xiàn)象或驗(yàn)證物理定律,從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的[1]。實(shí)踐中,迷你實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)往往圍繞教科書(shū)內(nèi)容展開(kāi),教師通過(guò)清晰、明了的教學(xué)欄目形式呈現(xiàn),旨在幫助學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐活動(dòng)深化對(duì)物理概念的理解和應(yīng)用,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣和認(rèn)知,再通過(guò)觀(guān)察、操作、思考和討論的過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維,為學(xué)生物理核心素養(yǎng)的全面發(fā)展提供支持。
二、迷你實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值
作為自然科學(xué)的一個(gè)重要分支,物理學(xué)不僅涵蓋了廣泛的理論知識(shí),同時(shí)還可通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)促進(jìn)學(xué)生理論與實(shí)踐的結(jié)合,幫助學(xué)生深入理解物理定律和原理。而迷你實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)的應(yīng)用,能更有效地促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展[2]。一方面,迷你實(shí)驗(yàn)具有簡(jiǎn)便易行的特性,可以大大減少傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)間和資源投入,教師可以在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)高效完成更多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,從而豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。高效率的實(shí)驗(yàn)?zāi)J讲粌H為學(xué)生提供了更多直觀(guān)感受物理現(xiàn)象和驗(yàn)證物理定律的機(jī)會(huì),還可有效提升課堂的動(dòng)態(tài)性和互動(dòng)性,進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣和好奇心[3]。另一方面,迷你實(shí)驗(yàn)的操作簡(jiǎn)單和結(jié)果直觀(guān),學(xué)生能夠在實(shí)踐中快速理解和掌握復(fù)雜的物理概念和原理,有助于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐,學(xué)生能夠更好地將理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合,加深對(duì)物理定律的認(rèn)識(shí),培養(yǎng)科學(xué)探究和創(chuàng)新思維。除此之外,迷你實(shí)驗(yàn)的引入還為教師提供了一種靈活的教學(xué)工具,使得物理教學(xué)更加個(gè)性化和多樣化。教師可以根據(jù)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)進(jìn)度,靈活設(shè)計(jì)或調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,滿(mǎn)足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué),從而在實(shí)踐探究的過(guò)程中培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力,為其全人發(fā)展提供了支持,對(duì)促進(jìn)學(xué)生綜合能力的提高具有重要意義[4]。
三、迷你實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用策略
(一)分析教學(xué)目標(biāo),精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
在迷你實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容選擇方面,教師首先需要對(duì)高中物理的教學(xué)大綱進(jìn)行細(xì)致研究,從中提煉出關(guān)鍵的教學(xué)點(diǎn)和學(xué)生應(yīng)掌握的核心物理概念。接下來(lái),教師需要將這些教學(xué)目標(biāo)與可能的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)相對(duì)應(yīng),精心挑選出既能夠有效展示物理原理和現(xiàn)象,又能緊密聯(lián)系學(xué)生日常生活經(jīng)驗(yàn)的迷你實(shí)驗(yàn)[5]。這一過(guò)程中,教師需綜合考慮實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值和實(shí)際操作的可行性,優(yōu)先選擇能夠激發(fā)學(xué)生好奇心、引發(fā)探索欲望并具有高度參與感的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如,教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生理解光的折射原理,教師可以選擇用水杯和激光筆的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn),因其不僅操作簡(jiǎn)便,成本低廉,且能直觀(guān)展現(xiàn)光在不同介質(zhì)間傳播時(shí)的變化,易于學(xué)生理解和記憶。通過(guò)精心選擇和設(shè)計(jì),迷你實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺蔀檫B接理論與實(shí)踐,提高學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣和深化知識(shí)理解的有效橋梁。
以魯科版高中物理必修2中“勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的描述”的教學(xué)為例,學(xué)生需要理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)的基本概念,掌握描述圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量,包括線(xiàn)速度和角速度的定義及其計(jì)算方法等。為達(dá)成這一教學(xué)目標(biāo),教師需要選擇能夠直觀(guān)展示圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及線(xiàn)速度和角速度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。首先,教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的齒輪組實(shí)驗(yàn),利用日常生活中常見(jiàn)的“齒輪”(如樂(lè)高)進(jìn)行設(shè)計(jì),讓學(xué)生觀(guān)察小輪轉(zhuǎn)動(dòng)多圈、大輪轉(zhuǎn)一圈的現(xiàn)象,從而引出線(xiàn)速度的概念,且可在推導(dǎo)線(xiàn)速度公式時(shí)提供直觀(guān)的理解,有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和實(shí)驗(yàn)參與度。同時(shí),為了讓學(xué)生直接參與到圓周運(yùn)動(dòng)中,感受線(xiàn)速度和角速度的差異,教師還可以設(shè)計(jì)“圓周運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生實(shí)際體驗(yàn)到不同位置上的線(xiàn)速度差異和角速度的相同性。親身體驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法不僅能夠深化學(xué)生對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的理解,還增強(qiáng)理論知識(shí)與實(shí)際現(xiàn)象之間的聯(lián)系。通過(guò)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn),教師能夠有效地達(dá)成教學(xué)目標(biāo),即讓學(xué)生通過(guò)直觀(guān)、互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)深刻理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)概念和物理量,同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高物理學(xué)習(xí)的效果。
(二)使用日常物品,制作實(shí)驗(yàn)材料
在迷你實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐中,教師需要發(fā)揮創(chuàng)新思維,將日常生活物品作為主要實(shí)驗(yàn)材料,以達(dá)到既經(jīng)濟(jì)又高效的教學(xué)效果。為此,教師需要精準(zhǔn)識(shí)別隱藏在學(xué)生日常生活中且可用作物理實(shí)驗(yàn)的普通物品,例如,使用瓶蓋演示慣性定律,或利用橡皮筋和吸管構(gòu)建簡(jiǎn)易的彈簧測(cè)力計(jì),這些都是典型的將日常物品應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)例。接下來(lái),教師需評(píng)估所選物品的適用性與安全性,確保這些物品在實(shí)驗(yàn)中的使用不僅能達(dá)到教學(xué)目的,而且不會(huì)產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。然后,教師需考慮如何將生活物品與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的改造或組合方式,使其能夠有效地演示特定的物理現(xiàn)象或原理。通過(guò)這種方式,日常物品可被賦予新的教育價(jià)值,使物理實(shí)驗(yàn)不再局限于專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備,不僅可以極大地降低物理實(shí)驗(yàn)的成本,而且更加貼近學(xué)生的生活,更易于激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣和熱情。
在魯科版高中物理必修2中“勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的描述”中“圓周運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,教師就可以利用日常物品制作實(shí)驗(yàn)材料。例如,教師可以使用一根繩子和幾個(gè)小物品(如小球、圓環(huán)或重物)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中,繩子的一端固定或由學(xué)生持握,另一端綁定小物品作為旋轉(zhuǎn)體,通過(guò)手臂的旋轉(zhuǎn)讓綁定的小物品在水平面或垂直面內(nèi)進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)。通過(guò)這種設(shè)置,學(xué)生可以直接觀(guān)察并體驗(yàn)到隨著旋轉(zhuǎn)半徑的變化,即它們與旋轉(zhuǎn)中心的距離不同,所感受到的線(xiàn)速度變化,同時(shí)理解在同一旋轉(zhuǎn)速度下,不同半徑上的點(diǎn)角速度保持不變的原理。同時(shí),教師還可以引入彩色標(biāo)簽或彩帶,將其貼在繩上不同的位置,幫助學(xué)生更清晰地觀(guān)察和區(qū)分線(xiàn)速度的差異,使得抽象的物理概念“圓周運(yùn)動(dòng)的線(xiàn)速度和角速度”直觀(guān)易懂,不僅能夠深刻理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)概念,還能激發(fā)他們探索物理世界的熱情。
(三)結(jié)合學(xué)生能力,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程
在設(shè)計(jì)迷你實(shí)驗(yàn)流程時(shí),教師必須細(xì)致考慮學(xué)生的個(gè)體差異,包括他們的認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)背景及操作技能,以確保實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)既能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又不會(huì)因難度過(guò)高而挫敗他們的積極性。首先,教師應(yīng)評(píng)估學(xué)生對(duì)即將進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的物理概念的理解程度,據(jù)此調(diào)整實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性,確保實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既能夠挑戰(zhàn)學(xué)生,又能讓他們感到可行和有成就感。接下來(lái),在實(shí)驗(yàn)的組織過(guò)程中,教師需采用分組合作的形式,不僅可以根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)和能力分配不同的實(shí)驗(yàn)角色,還可以借此機(jī)會(huì)培養(yǎng)學(xué)生之間的溝通與協(xié)作能力。此外,為了讓學(xué)生能夠順利完成實(shí)驗(yàn),教師需要提前準(zhǔn)備詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),包括清晰的步驟說(shuō)明、目標(biāo)解釋以及可能遇到的問(wèn)題和應(yīng)對(duì)策略,并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示,使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有一個(gè)直觀(guān)的認(rèn)識(shí)。通過(guò)這樣有條不紊的流程設(shè)計(jì),迷你實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟诖_保教學(xué)質(zhì)量的同時(shí),最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與熱情,促進(jìn)他們的全面發(fā)展。
例如,在設(shè)計(jì)“勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的描述”主題下“圓周運(yùn)動(dòng)——彩色標(biāo)簽或彩帶”的迷你實(shí)驗(yàn)中,考慮到學(xué)生的不同認(rèn)知水平和操作能力,教師要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可行的實(shí)驗(yàn)流程。第一步:觀(guān)察學(xué)習(xí)。學(xué)生需要認(rèn)真觀(guān)察教師的實(shí)驗(yàn)演示,教師將大致展示如何使用彩色標(biāo)簽或彩帶在繩子的不同位置進(jìn)行標(biāo)記,以便在圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)觀(guān)察這些標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)情況。第二步:分組討論。學(xué)生分成小組,討論決定在繩子上的哪些位置貼上彩色標(biāo)簽或彩帶,以此代表圓周運(yùn)動(dòng)中不同半徑上的點(diǎn),旨在讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作理解半徑對(duì)線(xiàn)速度的影響。第三步:實(shí)驗(yàn)操作。一名學(xué)生持繩子一端固定在中心點(diǎn)(可以是手持或固定在桌面上的小鉤子),另一端綁上小物品作為旋轉(zhuǎn)體,如小球或其他輕質(zhì)物品,確保它可以自由旋轉(zhuǎn)。學(xué)生輕輕旋轉(zhuǎn)繩子,讓綁有小物品的繩子在水平面內(nèi)進(jìn)行勻速圓周運(yùn)動(dòng)。第四步:觀(guān)察記錄。旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,其他組員觀(guān)察并記錄不同顏色標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)情況,尤其是它們的運(yùn)動(dòng)速度。同時(shí),學(xué)生需要觀(guān)察和討論,哪些標(biāo)簽移動(dòng)得更快,哪些移動(dòng)得慢,分析速度快慢與它們?cè)诶K子上的位置(即半徑大小)有何關(guān)系。第五步:總結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,每組學(xué)生需要基于觀(guān)察結(jié)果,共同討論并總結(jié)勻速圓周運(yùn)動(dòng)中線(xiàn)速度和角速度的關(guān)系,尤其是不同半徑對(duì)線(xiàn)速度的影響,進(jìn)而通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)直觀(guān)地理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)概念。
(四)開(kāi)展課后反思,總結(jié)實(shí)驗(yàn)收獲
迷你實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,教師還應(yīng)重視總結(jié)反思,這是優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果的重要步驟。首先,教師應(yīng)組織學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行全面回顧,包括實(shí)驗(yàn)操作、觀(guān)察記錄以及結(jié)果分析等方面,鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)自己的看法和感受。其次,教師可以指導(dǎo)學(xué)生識(shí)別實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題和不足,如操作失誤、數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確或結(jié)論推理上的邏輯漏洞,從而加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解和應(yīng)用。接著,教師與學(xué)生共同探討如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作方法,提出具體的改進(jìn)建議和策略。通過(guò)這樣的課后反思活動(dòng),不僅能夠促進(jìn)學(xué)生的自我評(píng)價(jià)和批判性思維能力,還能激發(fā)他們對(duì)物理學(xué)習(xí)的持續(xù)興趣和探究精神。
例如,在“勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的描述”主題下“圓周運(yùn)動(dòng)——彩色標(biāo)簽或彩帶”迷你實(shí)驗(yàn)之后,教師課組織一次課后反思會(huì)議,學(xué)生分享自己在實(shí)驗(yàn)中的觀(guān)察、困惑以及收獲??偨Y(jié)中,一位學(xué)生提到,通過(guò)觀(guān)察不同顏色標(biāo)簽在繩子上的運(yùn)動(dòng),他明顯感受到了離旋轉(zhuǎn)中心越遠(yuǎn),標(biāo)簽移動(dòng)得越快,直觀(guān)地驗(yàn)證線(xiàn)速度與半徑大小的關(guān)系。同時(shí),還有一個(gè)小組分享了自己遇到的實(shí)際問(wèn)題:在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí),他們沒(méi)有將彩色標(biāo)簽牢固地粘貼在繩子上,在進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí),由于旋轉(zhuǎn)速度的增加,部分彩色標(biāo)簽因粘貼不穩(wěn)而中途脫落。這個(gè)意外的情況打斷了實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,迫使該小組暫停實(shí)驗(yàn),重新粘貼標(biāo)簽。通過(guò)這次經(jīng)歷,學(xué)生深刻意識(shí)到了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)成功的重要性,特別關(guān)注對(duì)實(shí)驗(yàn)中細(xì)節(jié)的處理,他們?cè)诤罄m(xù)的實(shí)驗(yàn)中更加注重準(zhǔn)備工作,確保所有實(shí)驗(yàn)材料都能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)過(guò)程的需要,從而避免類(lèi)似問(wèn)題的發(fā)生。通過(guò)這樣的討論,教師引導(dǎo)學(xué)生深入理解勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物理概念,并指出了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的不足之處,如需要提前檢查實(shí)驗(yàn)器材的穩(wěn)定性等。教師還可鼓勵(lì)學(xué)生思考如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn),以獲得更準(zhǔn)確的觀(guān)察結(jié)果,加深學(xué)生對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)的理解。
結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,迷你實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中具有積極的應(yīng)用價(jià)值,能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)的物理教學(xué)注入新活力。因此,教師應(yīng)當(dāng)重視迷你實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用,從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇、實(shí)驗(yàn)材料制作、實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)收獲總結(jié)等方面著手,通過(guò)采用迷你和直觀(guān)的實(shí)驗(yàn)操作,將抽象的物理理論與實(shí)際現(xiàn)象相結(jié)合,不斷增強(qiáng)學(xué)生的理解和記憶,引導(dǎo)學(xué)生在主動(dòng)參與和探究中強(qiáng)化對(duì)知識(shí)的掌握,實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)。
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