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摘要针对当前中小学科学教育中,课堂上实验大部分以讲或看老师做为主,家庭小实验几乎成了教材的一个摆设,大部分学生依然缺少亲自动手的机会。为让学生真正动手做,本课题抓住器材保障和活动设计这两个核心环节,用一年多的时间,开发了“动手学”实验包:可以方便建成适合小学、初中学生的家庭“微型实验室”;编著了《趣味科学小实验精选》一书,引导学生有效运用实验包做各种各样的实验,并在部分中小学校进行了初步的应用,已经受到了实验学生和家长的欢迎,学习兴趣的增加和动手能力的提高,对中小学科学教育质量的提高具有十分积极的现实意义。
关键词实验包 微型实验室 建立 使用 做中学
中图分类号:G633.98文献标识码:A
综观国外科学教育的研究与改革,强调以亲自动手的方式来进行科学探究是一个极其重要的发展方向和趋势,在美国、法国、英国、加拿大等许多国家,都把科学探究作为基础教育科学课程目标和内容体系的最关键和最基本的要素。在科学课程的教学中大力倡导实践式和主动式的学习方式,这也是“做中学”的基本思想。
1 现状分析
1.1 实验教学存在的问题
“做中学”的方式应该是多种多样的,而观察和实验是学习《科学》的基础,也是“做中学”的重要学习方式之一。以实验为基础展开科学教育过程,是各国中学理科教学改革的一个共同特征。目前,在我国的中小学新课标科学教材中,实验的比重已大大增加,很多实验设计也更多地体现了生活化、简单化、微型化的教学思想。然而,现实的实验教学又是怎样呢?根据我们对城区两所最好的学校四、五年级共90名小学生和初一年级的100名中学生的问卷调查统计:
显而易见,中小学生几乎都喜欢要动手实验的科学课,喜欢科学实验,绝大多数的中小学生希望有一个自己的实验室,家里也能做实验。然而,目前的中小学科学教育中,学习方式主要是听老师讲或看老师做为实验为主,科学作业以做练习为主,家庭小实验几乎成了教材的一个摆设,大部分学生依然缺少亲自动手的机会。究其原因,主要是没有条件和时间不够,缺少器材、缺少引导,也没有很多的时间做实验。
通过网上检索与文献资料查阅,我们知道目前虽然也有个别科研单位研发提供的学生家庭实验室(器材),确实能为学生的实验提供良好的器材保障,但它的主要作用是完成新课标中的多个学生实验,以及部分课本中的演示实验,且价格较高,要建立一个小学或初中科学的学生家庭实验室,需要上千元,较难普及,而且学生自己进行课本以外的拓展实验难度较大。
1.2 探索方向
我们的课题以调研为基础,针对目前没有条件和时间不够,探索具有普适性的实验器材和较高时效性的微型实验活动为突破点,开发实验包为核心,然后围绕实验包作拓展的应用研究,包括文字、网站与学校实验。既为中小学生的动手动脑提供良好的物质保障,同时又进行优化的活动设计,引导学生有效进行更多的动手实验,开展 “中小学科学教育‘做中学’的实验研究”。
2 研究过程
研究流程如图:
2.1 研发实验工具包,建立微型实验室
以往所谓的微型实验室,是在老师的指导下,学生可以在家中、在学校收集一些实验材料,如铁钉、螺母、饮料瓶等生活中的物品,利用家庭里的冰箱、杆秤、体温表等,再配备(自制、购买或借用)一些最基本的测量仪表和装置,如电流表、温度计等,就组成了一个广义的微型实验室。然而,根据多年的教学经验和生活实际,学生家里很难在实验需要时找到大部分实验器材、材料,很多器材、材料普通商店难以买到,甚至还需要批量购买。经常购买不但不方便,而且不够实际,效果不好。
本课题中的“家庭微型实验室”是指狭义的实验室,其功能定位类似于学校的实验室,或者说是学校实验室的某种浓缩,形式为集成的、小巧便携的实验包。具体地说,就是把一些实验常用的仪器、材料(除有毒、有腐蚀性作用等以外),能准备的都装齐备好,集中放在一个专用的工具包内,学生实验时只要打开实验工具包,就能开始做实验。这个工具包是轻小的,方便携带的。无论在家里还是课堂上都可以使用。
为此,我们自主研发了中小学生手提式实验工具包——“动手学”实验包。
2.1.1 “动手学”实验包的构成
(1)器材。实验包内包含的器材物品有电磁器具、光学器具、计量器具、生化用品、容器及塞子、生活用品、试剂、文具、纸板印刷品、杂物等,并专门设计了泡沫箱,以便于储藏和携带;(2)安全手册。有针对某些试剂、物品、实验的重要的基本安全事项;还有是安全的一般问题、化学实验须知等,其它还有关于垃圾清除和实验设备的清洗……
2.1.2 “动手学”实验包的特点
(1)安全可靠。首先是实验器材的选择和药品的配备充分考虑小孩子的安全因素。其次,配上了安全手册。对实验过程中可能出现的危害进行了阐述,并提醒注意,提出预防措施。并且这些提示和说明还将会再次出现在书中关于实验的描述中;(2)便捷高效。包内实验器材的选择精心考虑各种器材之间的配套性,以尽可能方便、快捷地使用。如:潜望镜、望远镜等外观模型设计中,不但尺寸和其相应的镜片配套,而且都在合适的位置留好了插镜片的标记,只需几分钟即可以做成。这样不但明白了怎么做,而且保证人人都能做成功,学生既有成功的体验,又有充足的时间进行探索学习,充分体现了便捷高效;(3)实用经济。从两方面考虑。首先是选材考虑价廉物美,能达到预期效果就行。其次是选择器材时尽量一物多用,发挥其多功能用途。
2.1.3 “动手学”实验包的功能
(1)可建成小学、初中的家庭实验室。与现行中小学科学教材配套,可以基本完成小学科学课堂内外的实验(除需用到有毒、有腐蚀作用或存在安全隐患实验以外),以及初中科学(物理、化学、生物等)课堂内外的许多实验;(2)可制作完成《趣味科学小实验精选》一书中的20多种自制科学小玩具、100多个科学实验游戏;(3)为课堂内外的数千个小实验提供了器材。
2.2 创立实验平台,有效应用“微型实验室”
2.2.1 编写辅助教材,提供引导平台
孩子在动手玩中学科学,需要进行有效的引导,优化活动内容,提高探究的实效。为此,我们编著了实验包使用的辅导教材——《趣味科学小实验精选》一书。书中共有两百多幅彩色照片和许多卡通画,近四万字,内容涵盖了声与光 、力与运动、冷与热、电和磁、生物、化学等多个领域。
书中小实验的介绍主要分为三部分:(1)准备好:说明实验需要的器材和来源(来自实验包、家用两种);(2)动手做:即为实验步骤,其中包括了一些实验现象的描述。(3)为什么这部分是对实验现象、结果的解释。有些小实验还有第四部分小知识:主要是知识的拓展应用。
《趣味科学小实验精选》书的主要特点是:(1)适用人群广。由于书的编写立足于孩子,采用图文结合的方式,对实验原理的阐述定位于科普常识的介绍,以适合孩子、家长等更广泛的群体,有利于家长的参与和科学知识的普及。(2)趣味性强。书中所选小实验以日常生活中常见、常用的事物为着眼点,以孩子的兴趣为出发点,让孩子感到科学无处不在,科学有用又有趣;(3)时效性好。书中所选小实验不但现象明显,而且绝大部分可以在短时间内完成,保证实验的实效性好;(4)科技含量高。书中所选的很多小实验能说明科学大道理。如:《简易“暖房”》小实验能让孩子也知道当前世界热门话题——温室效应;《走弯路的光》小实验则能说明前沿科技——光导纤维原理以及外科手术中内窥镜的作用;而《三色陀螺》《分解颜色》《会变魔术的圆盘》则能分别揭开色光的三原色——电视机彩色显像、颜料的三原色——彩色打印机、视觉暂留效应——电影的神秘面纱;《模拟“肺”》实验则能让学生轻松明白因看不见而难以理解的肺的工作原理等等,真可谓轻松小实验,探索大世界。
2.2.2 利用多种方式,搭建交流平台
在实践过程中,我们尝试运用了多种课外交流的方式,提供了经验交流、实验指导的平台,优化活动过程以及实验方案更新和提供进一步丰富的空间,也是老师、家长、同学了解实验的一个窗口。
(1)师生面对面交流。实验后,学生将实验中观察到的现象,所产生的问题、疑惑,以及自己如何解决问题的过程,利用课余时间,灵活机动地进行师生面对面的交流。其存在的弊端:由于交流时间的随意性太大,影响教师的日常工作。(2)电子邮件。将学生需要交流的内容以邮件形式发给教师,老师利用晚上时间阅读回复,回复内容主要包括:鼓励性的评价、实验操作过程的正确性评价、解决问题的方法指导等等。这样的交流,参与的学生是比较满意的,而最大的困难是:教师的工作量太大;此外,学生的参与面不够广,对部分学生来说,做了以后再写下来,显得负担较重。(3)创建QQ群——科学天地,作为交流的平台,让它成为孩子们的第二课堂。由同学推荐让工作能力和凝聚力强的同学为群管理员,创建QQ群,在规定的时间大家共同探讨、交流,将课外实验的所见所思呈现在这个特殊的“课堂”中。(4)建立“动手学”网站。我们在因特网上专门注册建立了“动手学”网站,旨在交流实验学习的体会、收获,展示学生的创意性成果,实验过程遇到困难时还可以及时地得到指导和帮助,随时补充新的实验、优化实验方案等等。也可以通过它宣传“做中学”的学习理念,推广应用“动手学”实验包开展科学教育的“做中学”实验。
2.3 开辟多条途径,探索实施策略
“动手学”实验包目前在国内属于领先,因此它的推广使用需要专业人士的引领和广泛的宣传。首先在部分中小学校中建立实验基地,尝试“做中学”的实施策略,主要通过以下途径方式分别组织开展活动。
(1)课堂教学结合做。可以是课前预习先行做、课中实验随堂做、课后巩固补充做,起到铺垫积累、有效理解、强化巩固的辅助作用,提高教学的有效性。(2)兴趣小组引着做。由学生自愿报名,分别在快乐驿站、小社团等课外兴趣小组中组织开展活动。这个时间内,有学校专职的科学老师作为指导老师,可以与书本知识内容相挂钩,一周内相关知识涉及到的科学小实验进行探究;或可以进行课外拓展,对教材进行进一步挖掘和提升;还可以由学生自主选择,一起实验。(3)家里学生自主做。学生把实验包放在家里,在课外时间自己做、或与父母一起做、或与同学一起做,学习的内容、学习的时间、学习的进度、学习的伙伴都由学生自己选择,可以充分体现学生学习的独立性、自主性,满足学生的个性化需求,实现学生的个性化发展。(4)实践基地专题做。针对教学实际情况,在某一特定的时间进行专题实践学习,采用实验与习题相辅相成的教学方式,可以用实验理解、启示习题作业,也可以进行趣味性、实用性的实验或自行设计、验证实验等等。
目前这主要是指周六的专题实践时间。比起双休日在各类补习学校听课做练习,学生当然是喜欢做实验。这个时间学生的兴趣是最高了,因为是双休日,学生相对空闲,没有在学校里在时间方面受太多的限制,同时,指导老师准备与实验相关的习题。这种实验与习题相辅相成的学习方法行之有效,大受学生们的欢迎。
3 成效分析
我们对家庭“微型实验室”和《趣味科学小实验精选》一书(以下简称《精选》)的使用情况进行了问卷调查。调查对象为实验学校参加实验的学生,分别是: 2008年5月份开始实验的七年级学生182人,小学为2008年9月开始实验的四、五年级学生98人。调查统计结果如下:
调查结果显示:《趣味科学小实验精选》一书以及用“动手学”实验包建立家庭“微型实验室”受到了参加实验中小学生的高度喜爱;绝大部分家长对“动手学”实验包也是相当满意的,尤其小学满意度为96%。中小学生都认为方便实验、增加实验机会,增加了学习的兴趣、提高了动手能力。对科学教师进行访谈时,则反映实验准备起来方便、降低了工作强度,实验开设率大幅提高。
可以说,用“动手学”实验包引导孩子做趣味科学小实验游戏,是一项能够实现大众型、普及型的活动,它对提高公民的科学素养是能够起到积极有效的作用的,同时活动设计紧扣科学课程目标,既增加了学生课余自由探究的机会,使学生业余生活得到拓展和延伸,同时还大大提高了学生学习的兴趣和动手做的机会,对中小学科学教育质量的提高具有非常重要的现实意义。
参考文献
[1] 教育部“做中学”科学教育中心.2001-07-31.http://www.ycst.gov.cn教育部“做中学”科学教育计划
[2]解中秀.“学生实验包”——突破常规教学时空的尝试.电力高等教育,1996(1).
关键词实验包 微型实验室 建立 使用 做中学
中图分类号:G633.98文献标识码:A
综观国外科学教育的研究与改革,强调以亲自动手的方式来进行科学探究是一个极其重要的发展方向和趋势,在美国、法国、英国、加拿大等许多国家,都把科学探究作为基础教育科学课程目标和内容体系的最关键和最基本的要素。在科学课程的教学中大力倡导实践式和主动式的学习方式,这也是“做中学”的基本思想。
1 现状分析
1.1 实验教学存在的问题
“做中学”的方式应该是多种多样的,而观察和实验是学习《科学》的基础,也是“做中学”的重要学习方式之一。以实验为基础展开科学教育过程,是各国中学理科教学改革的一个共同特征。目前,在我国的中小学新课标科学教材中,实验的比重已大大增加,很多实验设计也更多地体现了生活化、简单化、微型化的教学思想。然而,现实的实验教学又是怎样呢?根据我们对城区两所最好的学校四、五年级共90名小学生和初一年级的100名中学生的问卷调查统计:
显而易见,中小学生几乎都喜欢要动手实验的科学课,喜欢科学实验,绝大多数的中小学生希望有一个自己的实验室,家里也能做实验。然而,目前的中小学科学教育中,学习方式主要是听老师讲或看老师做为实验为主,科学作业以做练习为主,家庭小实验几乎成了教材的一个摆设,大部分学生依然缺少亲自动手的机会。究其原因,主要是没有条件和时间不够,缺少器材、缺少引导,也没有很多的时间做实验。
通过网上检索与文献资料查阅,我们知道目前虽然也有个别科研单位研发提供的学生家庭实验室(器材),确实能为学生的实验提供良好的器材保障,但它的主要作用是完成新课标中的多个学生实验,以及部分课本中的演示实验,且价格较高,要建立一个小学或初中科学的学生家庭实验室,需要上千元,较难普及,而且学生自己进行课本以外的拓展实验难度较大。
1.2 探索方向
我们的课题以调研为基础,针对目前没有条件和时间不够,探索具有普适性的实验器材和较高时效性的微型实验活动为突破点,开发实验包为核心,然后围绕实验包作拓展的应用研究,包括文字、网站与学校实验。既为中小学生的动手动脑提供良好的物质保障,同时又进行优化的活动设计,引导学生有效进行更多的动手实验,开展 “中小学科学教育‘做中学’的实验研究”。
2 研究过程
研究流程如图:
2.1 研发实验工具包,建立微型实验室
以往所谓的微型实验室,是在老师的指导下,学生可以在家中、在学校收集一些实验材料,如铁钉、螺母、饮料瓶等生活中的物品,利用家庭里的冰箱、杆秤、体温表等,再配备(自制、购买或借用)一些最基本的测量仪表和装置,如电流表、温度计等,就组成了一个广义的微型实验室。然而,根据多年的教学经验和生活实际,学生家里很难在实验需要时找到大部分实验器材、材料,很多器材、材料普通商店难以买到,甚至还需要批量购买。经常购买不但不方便,而且不够实际,效果不好。
本课题中的“家庭微型实验室”是指狭义的实验室,其功能定位类似于学校的实验室,或者说是学校实验室的某种浓缩,形式为集成的、小巧便携的实验包。具体地说,就是把一些实验常用的仪器、材料(除有毒、有腐蚀性作用等以外),能准备的都装齐备好,集中放在一个专用的工具包内,学生实验时只要打开实验工具包,就能开始做实验。这个工具包是轻小的,方便携带的。无论在家里还是课堂上都可以使用。
为此,我们自主研发了中小学生手提式实验工具包——“动手学”实验包。
2.1.1 “动手学”实验包的构成
(1)器材。实验包内包含的器材物品有电磁器具、光学器具、计量器具、生化用品、容器及塞子、生活用品、试剂、文具、纸板印刷品、杂物等,并专门设计了泡沫箱,以便于储藏和携带;(2)安全手册。有针对某些试剂、物品、实验的重要的基本安全事项;还有是安全的一般问题、化学实验须知等,其它还有关于垃圾清除和实验设备的清洗……
2.1.2 “动手学”实验包的特点
(1)安全可靠。首先是实验器材的选择和药品的配备充分考虑小孩子的安全因素。其次,配上了安全手册。对实验过程中可能出现的危害进行了阐述,并提醒注意,提出预防措施。并且这些提示和说明还将会再次出现在书中关于实验的描述中;(2)便捷高效。包内实验器材的选择精心考虑各种器材之间的配套性,以尽可能方便、快捷地使用。如:潜望镜、望远镜等外观模型设计中,不但尺寸和其相应的镜片配套,而且都在合适的位置留好了插镜片的标记,只需几分钟即可以做成。这样不但明白了怎么做,而且保证人人都能做成功,学生既有成功的体验,又有充足的时间进行探索学习,充分体现了便捷高效;(3)实用经济。从两方面考虑。首先是选材考虑价廉物美,能达到预期效果就行。其次是选择器材时尽量一物多用,发挥其多功能用途。
2.1.3 “动手学”实验包的功能
(1)可建成小学、初中的家庭实验室。与现行中小学科学教材配套,可以基本完成小学科学课堂内外的实验(除需用到有毒、有腐蚀作用或存在安全隐患实验以外),以及初中科学(物理、化学、生物等)课堂内外的许多实验;(2)可制作完成《趣味科学小实验精选》一书中的20多种自制科学小玩具、100多个科学实验游戏;(3)为课堂内外的数千个小实验提供了器材。
2.2 创立实验平台,有效应用“微型实验室”
2.2.1 编写辅助教材,提供引导平台
孩子在动手玩中学科学,需要进行有效的引导,优化活动内容,提高探究的实效。为此,我们编著了实验包使用的辅导教材——《趣味科学小实验精选》一书。书中共有两百多幅彩色照片和许多卡通画,近四万字,内容涵盖了声与光 、力与运动、冷与热、电和磁、生物、化学等多个领域。
书中小实验的介绍主要分为三部分:(1)准备好:说明实验需要的器材和来源(来自实验包、家用两种);(2)动手做:即为实验步骤,其中包括了一些实验现象的描述。(3)为什么这部分是对实验现象、结果的解释。有些小实验还有第四部分小知识:主要是知识的拓展应用。
《趣味科学小实验精选》书的主要特点是:(1)适用人群广。由于书的编写立足于孩子,采用图文结合的方式,对实验原理的阐述定位于科普常识的介绍,以适合孩子、家长等更广泛的群体,有利于家长的参与和科学知识的普及。(2)趣味性强。书中所选小实验以日常生活中常见、常用的事物为着眼点,以孩子的兴趣为出发点,让孩子感到科学无处不在,科学有用又有趣;(3)时效性好。书中所选小实验不但现象明显,而且绝大部分可以在短时间内完成,保证实验的实效性好;(4)科技含量高。书中所选的很多小实验能说明科学大道理。如:《简易“暖房”》小实验能让孩子也知道当前世界热门话题——温室效应;《走弯路的光》小实验则能说明前沿科技——光导纤维原理以及外科手术中内窥镜的作用;而《三色陀螺》《分解颜色》《会变魔术的圆盘》则能分别揭开色光的三原色——电视机彩色显像、颜料的三原色——彩色打印机、视觉暂留效应——电影的神秘面纱;《模拟“肺”》实验则能让学生轻松明白因看不见而难以理解的肺的工作原理等等,真可谓轻松小实验,探索大世界。
2.2.2 利用多种方式,搭建交流平台
在实践过程中,我们尝试运用了多种课外交流的方式,提供了经验交流、实验指导的平台,优化活动过程以及实验方案更新和提供进一步丰富的空间,也是老师、家长、同学了解实验的一个窗口。
(1)师生面对面交流。实验后,学生将实验中观察到的现象,所产生的问题、疑惑,以及自己如何解决问题的过程,利用课余时间,灵活机动地进行师生面对面的交流。其存在的弊端:由于交流时间的随意性太大,影响教师的日常工作。(2)电子邮件。将学生需要交流的内容以邮件形式发给教师,老师利用晚上时间阅读回复,回复内容主要包括:鼓励性的评价、实验操作过程的正确性评价、解决问题的方法指导等等。这样的交流,参与的学生是比较满意的,而最大的困难是:教师的工作量太大;此外,学生的参与面不够广,对部分学生来说,做了以后再写下来,显得负担较重。(3)创建QQ群——科学天地,作为交流的平台,让它成为孩子们的第二课堂。由同学推荐让工作能力和凝聚力强的同学为群管理员,创建QQ群,在规定的时间大家共同探讨、交流,将课外实验的所见所思呈现在这个特殊的“课堂”中。(4)建立“动手学”网站。我们在因特网上专门注册建立了“动手学”网站,旨在交流实验学习的体会、收获,展示学生的创意性成果,实验过程遇到困难时还可以及时地得到指导和帮助,随时补充新的实验、优化实验方案等等。也可以通过它宣传“做中学”的学习理念,推广应用“动手学”实验包开展科学教育的“做中学”实验。
2.3 开辟多条途径,探索实施策略
“动手学”实验包目前在国内属于领先,因此它的推广使用需要专业人士的引领和广泛的宣传。首先在部分中小学校中建立实验基地,尝试“做中学”的实施策略,主要通过以下途径方式分别组织开展活动。
(1)课堂教学结合做。可以是课前预习先行做、课中实验随堂做、课后巩固补充做,起到铺垫积累、有效理解、强化巩固的辅助作用,提高教学的有效性。(2)兴趣小组引着做。由学生自愿报名,分别在快乐驿站、小社团等课外兴趣小组中组织开展活动。这个时间内,有学校专职的科学老师作为指导老师,可以与书本知识内容相挂钩,一周内相关知识涉及到的科学小实验进行探究;或可以进行课外拓展,对教材进行进一步挖掘和提升;还可以由学生自主选择,一起实验。(3)家里学生自主做。学生把实验包放在家里,在课外时间自己做、或与父母一起做、或与同学一起做,学习的内容、学习的时间、学习的进度、学习的伙伴都由学生自己选择,可以充分体现学生学习的独立性、自主性,满足学生的个性化需求,实现学生的个性化发展。(4)实践基地专题做。针对教学实际情况,在某一特定的时间进行专题实践学习,采用实验与习题相辅相成的教学方式,可以用实验理解、启示习题作业,也可以进行趣味性、实用性的实验或自行设计、验证实验等等。
目前这主要是指周六的专题实践时间。比起双休日在各类补习学校听课做练习,学生当然是喜欢做实验。这个时间学生的兴趣是最高了,因为是双休日,学生相对空闲,没有在学校里在时间方面受太多的限制,同时,指导老师准备与实验相关的习题。这种实验与习题相辅相成的学习方法行之有效,大受学生们的欢迎。
3 成效分析
我们对家庭“微型实验室”和《趣味科学小实验精选》一书(以下简称《精选》)的使用情况进行了问卷调查。调查对象为实验学校参加实验的学生,分别是: 2008年5月份开始实验的七年级学生182人,小学为2008年9月开始实验的四、五年级学生98人。调查统计结果如下:
调查结果显示:《趣味科学小实验精选》一书以及用“动手学”实验包建立家庭“微型实验室”受到了参加实验中小学生的高度喜爱;绝大部分家长对“动手学”实验包也是相当满意的,尤其小学满意度为96%。中小学生都认为方便实验、增加实验机会,增加了学习的兴趣、提高了动手能力。对科学教师进行访谈时,则反映实验准备起来方便、降低了工作强度,实验开设率大幅提高。
可以说,用“动手学”实验包引导孩子做趣味科学小实验游戏,是一项能够实现大众型、普及型的活动,它对提高公民的科学素养是能够起到积极有效的作用的,同时活动设计紧扣科学课程目标,既增加了学生课余自由探究的机会,使学生业余生活得到拓展和延伸,同时还大大提高了学生学习的兴趣和动手做的机会,对中小学科学教育质量的提高具有非常重要的现实意义。
参考文献
[1] 教育部“做中学”科学教育中心.2001-07-31.http://www.ycst.gov.cn教育部“做中学”科学教育计划
[2]解中秀.“学生实验包”——突破常规教学时空的尝试.电力高等教育,1996(1).