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依托國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心強(qiáng)化學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力培養(yǎng)

2010-03-16 01:19:18竺志超祝洲杰
裝備制造技術(shù) 2010年11期
關(guān)鍵詞:工程化機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力

竺志超,王 勇,祝洲杰

(浙江理工大學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,浙江 杭州 310018)

競爭是市場經(jīng)濟(jì)存在的基礎(chǔ),廣泛存在于各行各業(yè)之中,然而競爭的關(guān)鍵在于創(chuàng)新。創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂,是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力[1]。對(duì)企業(yè)來說,創(chuàng)新是企業(yè)的靈魂,是企業(yè)核心競爭力的來源。因此,對(duì)于擔(dān)負(fù)三大功能的高校而言,創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)應(yīng)該是高校的中心工作。

高校創(chuàng)新性人才應(yīng)該具備3個(gè)基本要素:即扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)、優(yōu)良的創(chuàng)新能力和強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)。相應(yīng)地在創(chuàng)新性人才培養(yǎng)上,應(yīng)從理論知識(shí)教學(xué)、創(chuàng)新能力鍛煉和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)三方面著手。

其中創(chuàng)新能力,應(yīng)該正確理解為創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力的總和,即創(chuàng)新能力=創(chuàng)新思維能力+創(chuàng)新實(shí)踐能力,一個(gè)是“想”,一個(gè)是“做”。凡是能想出新點(diǎn)子、創(chuàng)造出新事物、發(fā)現(xiàn)新路子的思維,都屬于創(chuàng)新思維,是創(chuàng)新實(shí)踐和創(chuàng)造力發(fā)揮的前提。一切需要?jiǎng)?chuàng)新的活動(dòng)都離不開思考,離不開創(chuàng)新思維,可以說,創(chuàng)新思維是一切創(chuàng)新活動(dòng)的開始。工科學(xué)生的創(chuàng)新思維也是一種高度工程化的思維,因此市場意識(shí)、成本意識(shí)、能源和環(huán)境意識(shí),是工程創(chuàng)新必須接受的制約因素[2]。

而創(chuàng)新實(shí)踐,則是通過創(chuàng)新思維得出的創(chuàng)新方案或思路,在實(shí)際中的實(shí)施,以獲得創(chuàng)新結(jié)果的活動(dòng),其最終使創(chuàng)造力得以展示。沒有實(shí)踐,好的想法就無法轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實(shí)。只會(huì)“想”,不會(huì)“做”,工程創(chuàng)新思維就無法變成工程現(xiàn)實(shí),從事工程活動(dòng)所追求的建構(gòu)新的存在物,就無法突破。所以,創(chuàng)新實(shí)踐必須看作高校工科人才培養(yǎng)的關(guān)鍵,在教學(xué)各相關(guān)環(huán)節(jié)都要強(qiáng)化實(shí)踐,保證學(xué)生寬泛知識(shí)面的獲得與創(chuàng)新能力的增強(qiáng)在工程實(shí)踐中達(dá)到平衡,促進(jìn)協(xié)調(diào)發(fā)展。

目前,我國普通高校的工科大學(xué)生,由于長期受應(yīng)試教育的影響,與歐美等教育發(fā)達(dá)國家學(xué)生相比,其應(yīng)試能力具有很大優(yōu)勢,但在動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力等方面,卻明顯處于劣勢,主要表現(xiàn)在缺乏創(chuàng)新思維能力、缺乏創(chuàng)新技能、缺乏創(chuàng)新毅力、不善于利用和創(chuàng)造條件等方面[3]。這嚴(yán)重影響了高等工程教育培養(yǎng)品質(zhì),阻礙了國家科技實(shí)力的發(fā)展提高,所以,工程創(chuàng)新教育的改革,已是刻不容緩。

1 實(shí)驗(yàn)室與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)室是發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和工程創(chuàng)新的搖籃。一方面,實(shí)驗(yàn)室是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要基地,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的重要手段。學(xué)生的知識(shí)、理論、技能需通過實(shí)踐來理解、掌握和鍛煉,學(xué)生創(chuàng)新能力,以及科學(xué)態(tài)度、協(xié)同能力等創(chuàng)新意識(shí)需要在實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐中培養(yǎng)。另一方面,大量的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明也是來自于實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)[4~5]。歐美國家十分重視實(shí)驗(yàn)室建設(shè),美國的很多著名大學(xué)都擁有國家實(shí)驗(yàn)室,如設(shè)在麻省理工學(xué)院的林肯實(shí)驗(yàn)室,加州理工學(xué)院的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,加州大學(xué)的勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室等,并出了很多諾貝爾獎(jiǎng)獲得者??梢?,實(shí)驗(yàn)室在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的地位和作用是十分顯著的,是衡量學(xué)校辦學(xué)實(shí)力和人才培養(yǎng)質(zhì)量的標(biāo)志。

在新形勢下,普通高校應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)室地位,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè),發(fā)揮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的積極作用。對(duì)于工科大學(xué)生來說,實(shí)驗(yàn)室是非常重要的學(xué)習(xí)場所,不僅課堂學(xué)到的知識(shí)需要通過實(shí)踐活動(dòng)消化吸收(理解)和掌握(會(huì)用),而且工程創(chuàng)新活動(dòng)需要借助實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的支撐,并且在實(shí)踐中鍛煉創(chuàng)新能力,在實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)[6~8]。然而普通高校當(dāng)前普遍存在著重視課堂教學(xué)、驗(yàn)環(huán)節(jié)相對(duì)偏弱、創(chuàng)新教育不夠重視以及教學(xué)工程背景弱化、教學(xué)內(nèi)容與工程需求脫節(jié)、學(xué)生難以學(xué)以致用等諸多問題。這些問題造成高校學(xué)生缺少最基礎(chǔ)的工程能力,如畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)反映出學(xué)生無從下手,基礎(chǔ)知識(shí)不會(huì)綜合應(yīng)用;就業(yè)時(shí)反映出學(xué)生的工程經(jīng)驗(yàn)缺乏,脫離實(shí)際。同時(shí),這些問題也嚴(yán)重影響了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

因此,我們提出,作為機(jī)械專業(yè)的幾門主干課程,在機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科相關(guān)系列課程教學(xué)中,要充分利用實(shí)驗(yàn)室的功能,關(guān)注學(xué)生工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境的構(gòu)建

作為實(shí)驗(yàn)中心,要更好地發(fā)揮在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的作用,首要是創(chuàng)造良好的創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)境,包括軟硬件條件。比如提升中心教學(xué)理念、對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、課程體系以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式等方面,進(jìn)行全方位的改革,實(shí)行開放管理機(jī)制等。

以浙江理工大學(xué)國家級(jí)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為例。中心建立了8個(gè)功能實(shí)驗(yàn)室,尤其是動(dòng)平衡特色實(shí)驗(yàn)室、虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)驗(yàn)室等等,設(shè)備先進(jìn),軟件一流,符合工程化教學(xué)要求。在此基礎(chǔ)上,提出以學(xué)生知識(shí)綜合應(yīng)用能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力“三個(gè)能力”培養(yǎng)為主線,全方位開放,最大限度地滿足學(xué)生全面發(fā)展和個(gè)性化發(fā)展需要的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。為此,建立滿足“三個(gè)能力”培養(yǎng)需要的“2+2”四模塊實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系(圖1),建立常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新活動(dòng)“三位一體、四層面并舉”的多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式,實(shí)現(xiàn)了“常規(guī)教學(xué)與個(gè)性培養(yǎng)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與新技術(shù)培訓(xùn)相結(jié)合”的三個(gè)結(jié)合,并取得了良好的效果,獲2009年浙江省第六屆高等教育教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。

圖1 “三個(gè)能力”培養(yǎng)的四模塊實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

3 實(shí)驗(yàn)中心的學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力培養(yǎng)

3.1 從機(jī)械設(shè)計(jì)認(rèn)知規(guī)律分析,加強(qiáng)實(shí)踐性,強(qiáng)化動(dòng)手環(huán)節(jié)

扎實(shí)的理論知識(shí),是機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新所必須的。從認(rèn)知規(guī)律(圖2)分析,機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng),首要是加強(qiáng)實(shí)踐強(qiáng)化動(dòng)手環(huán)節(jié),通過動(dòng)手,理解知識(shí)原理,掌握理論應(yīng)用。機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)象是實(shí)物,是具體的,而機(jī)械設(shè)計(jì)的很多概念卻是抽象的,如機(jī)械原理齒廓包絡(luò)線概念,要理解會(huì)應(yīng)用,需要通過動(dòng)手實(shí)踐,才能變成真正掌握的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)(即內(nèi)化),并且記憶深刻。

另外,對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力培養(yǎng)而言,動(dòng)手能力是創(chuàng)新實(shí)踐所必須的?;镜膭?dòng)手操作訓(xùn)練是必不可少的,這些訓(xùn)練不是為了練就學(xué)生在某個(gè)方面的熟練技能,而是為他們的技術(shù)集成和創(chuàng)新思維發(fā)展,提供一些經(jīng)驗(yàn)。

圖2 認(rèn)知的一般規(guī)律

圍繞學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的要求,中心有針對(duì)性地開設(shè)一系列的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外開放實(shí)驗(yàn)與培訓(xùn)。如中心開設(shè)的典型機(jī)械認(rèn)知與方案創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),以典型行業(yè)機(jī)械為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,從功能分析、方案設(shè)計(jì)到開箱比對(duì),運(yùn)動(dòng)簡圖和工作循環(huán)圖繪制,鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性與工程化,訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力和知識(shí)綜合應(yīng)用能力,同時(shí)讓學(xué)生接觸了解典型行業(yè)設(shè)備及原理,拓寬知識(shí)面,積累集成創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)。又如中心新開發(fā)一批創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,如方案創(chuàng)新的傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)、模式可變的飛輪實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的工程材料實(shí)驗(yàn)、非接觸的CCD技術(shù)測量實(shí)驗(yàn)等等,進(jìn)行開放式管理,無一不是體現(xiàn)了既強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手,又展示創(chuàng)新特色的綜合性實(shí)驗(yàn)。此外,中心為滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的需求,開展新技術(shù)和新技能的培訓(xùn),如三維CAD應(yīng)用工程師培訓(xùn)、CAXA工程師資格認(rèn)證培訓(xùn)、ADAMSANSYS培訓(xùn)、機(jī)械設(shè)計(jì)工程師培訓(xùn)、數(shù)控工藝培訓(xùn)、機(jī)電一體化職業(yè)技能培訓(xùn)、工業(yè)自動(dòng)化技能人才培訓(xùn)等,強(qiáng)化動(dòng)手,掌握技能,為工程創(chuàng)新打好基礎(chǔ)。

3.2 從機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科特點(diǎn)分析,加強(qiáng)工程性,強(qiáng)化工程素質(zhì)

機(jī)械設(shè)計(jì)主要面向機(jī)電產(chǎn)品開發(fā),學(xué)科的實(shí)踐性、工程性很強(qiáng),因而創(chuàng)新教學(xué)的關(guān)鍵之一,應(yīng)該在于落腳到工程應(yīng)用與設(shè)計(jì)。如果學(xué)生連工程應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)都不會(huì),就更不可能在工程領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)。因此,在教學(xué)中迫切需要加強(qiáng)教學(xué)的工程性,提高學(xué)生工程能力。

當(dāng)前普通高校工程教育的價(jià)值取向,缺乏工程化特色,由此導(dǎo)致教學(xué)的工程弱化,學(xué)生工程素質(zhì)不高。許多工程類專業(yè)教學(xué)不僅仍在沿用純理科的教學(xué)模式,簡單地用科學(xué)思維代替工程思維,追求科學(xué)真理代替追求工程最佳,而且廣泛使用計(jì)算機(jī)模擬來取代工程實(shí)踐,夸大計(jì)算機(jī)模擬的作用。現(xiàn)在學(xué)生做一個(gè)設(shè)計(jì),用計(jì)算機(jī)模擬一下就結(jié)束,帶給學(xué)生的這種經(jīng)驗(yàn),在工程上與實(shí)際差距較大。還有大學(xué)工科教師大都是從校門到校門,最缺乏的就是工程實(shí)踐的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和素養(yǎng)[2],導(dǎo)致學(xué)校所教和企業(yè)所需存在脫節(jié)。

另外,學(xué)校在培養(yǎng)人的觀念上與現(xiàn)實(shí)存在差距。學(xué)校側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)展?jié)摿?,而忽略了企業(yè)用人規(guī)則,也就是即聘即用。這些問題造成普通高校人才培養(yǎng)模式和企業(yè)用人需求脫節(jié),企業(yè)對(duì)學(xué)校人才培養(yǎng)的滿意度不夠高。

為此,筆者認(rèn)為對(duì)加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的工程化,需要采取一些實(shí)質(zhì)性的措施,提出與工程“零距離”的教學(xué)模式,即教學(xué)要素工程化,包括教材(教學(xué)內(nèi)容)、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)方法和手段以及教師的施教等。例如實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容工程化,案例多取工程實(shí)例,如以絲織機(jī)等實(shí)際機(jī)械設(shè)備為對(duì)象的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測量、企業(yè)零部件與企業(yè)級(jí)動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡、實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件與企業(yè)主流軟件接軌等;多采用現(xiàn)場教學(xué),少用虛擬手段;強(qiáng)化校外實(shí)踐基地建設(shè),聘請(qǐng)兼職工程師擔(dān)任實(shí)踐性環(huán)節(jié)指導(dǎo)教師,結(jié)合他們豐富的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)授課,并培養(yǎng)青年教師;學(xué)生直接參與企業(yè)橫向課題研究等。這些措施在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)工程化方面,起到了積極作用,學(xué)生評(píng)價(jià)好。

3.3 從機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新過程分析,加強(qiáng)思維訓(xùn)練,強(qiáng)化創(chuàng)新能力

機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì),從原理、方案到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最后到產(chǎn)品,整個(gè)過程(圖3)是非常復(fù)雜的,其中包括功能原理、設(shè)計(jì)方法等,涉及的學(xué)科面廣,技術(shù)集成度高。產(chǎn)品要?jiǎng)?chuàng)新,尤其是原理創(chuàng)新,需要設(shè)計(jì)師具備很強(qiáng)的創(chuàng)新思維能力,掌握一定的創(chuàng)新技法。機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新,實(shí)際上就是根據(jù)已知需求探尋最佳的設(shè)計(jì)方案,有時(shí)是功能原理上創(chuàng)新,有時(shí)是技術(shù)集成創(chuàng)新,需要綜合考慮工程的系統(tǒng)性、集成性、建構(gòu)性、創(chuàng)新性,所涉及的知識(shí)除專業(yè)知識(shí)外,還有與人、社會(huì)、自然環(huán)境等關(guān)系方面的,還包括設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià),整個(gè)創(chuàng)新過程也會(huì)遇到意想不到的困難,而創(chuàng)新思維能力在整個(gè)創(chuàng)新過程中,起到關(guān)鍵作用。

圖3 機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新過程與創(chuàng)新素質(zhì)

在當(dāng)今社會(huì),企業(yè)的競爭就是產(chǎn)品的競爭,產(chǎn)品競爭的核心就是創(chuàng)新人才。因此,機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng),是高校工程教育的重要職責(zé),創(chuàng)新教育是專業(yè)教育的重要組成部分。而創(chuàng)新無處不在,人人可以創(chuàng)新,需要培養(yǎng)機(jī)械相關(guān)專業(yè)學(xué)生有強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí),創(chuàng)新沖動(dòng),以創(chuàng)新為樂;同時(shí)創(chuàng)新是有規(guī)律的,學(xué)生必須學(xué)習(xí)創(chuàng)新技法,掌握創(chuàng)新技能,訓(xùn)練創(chuàng)新思維,突破創(chuàng)新障礙。沒有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新技能,也不可能有良好的創(chuàng)新思維能力。

3.4 以多種載體形式,舉辦系列機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新活動(dòng)

為了提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力,培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí),訓(xùn)練創(chuàng)新技法,中心以多種載體形式,舉辦了機(jī)械設(shè)計(jì)系列創(chuàng)新活動(dòng)。

(1)創(chuàng)新與應(yīng)用綜合訓(xùn)練。利用國家級(jí)示范中心平臺(tái)和本身的資源優(yōu)勢,在教學(xué)計(jì)劃外創(chuàng)辦創(chuàng)新與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)班,聘請(qǐng)全校最優(yōu)秀的相關(guān)老師以及企業(yè)工程師授課。實(shí)驗(yàn)班教學(xué)內(nèi)容體系分基礎(chǔ)訓(xùn)練、專業(yè)訓(xùn)練和專業(yè)實(shí)踐3個(gè)層次,共分3個(gè)學(xué)期完成。其中基礎(chǔ)訓(xùn)練層次,包括創(chuàng)新思維和方法、機(jī)電系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)例講座;專業(yè)訓(xùn)練層次,包括機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)與訓(xùn)練和機(jī)電創(chuàng)新設(shè)計(jì)與訓(xùn)練;專業(yè)實(shí)踐層次,則包括下述的科研和各項(xiàng)學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃的實(shí)踐與訓(xùn)練等。

(2)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)促訓(xùn)練。中心組織學(xué)生以小組的形式,參與中心教師的橫向科研項(xiàng)目,申報(bào)省科技廳支持的新苗計(jì)劃(學(xué)生項(xiàng)目),參加機(jī)械學(xué)科相關(guān)競賽和挑戰(zhàn)杯活動(dòng)等,另外中心在學(xué)校支持下,發(fā)起組織科研訓(xùn)練計(jì)劃(2008至2009年間共資助了14個(gè)學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃)。

(3)學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)。中心通過宣傳引導(dǎo),以學(xué)生申請(qǐng)、老師指導(dǎo)、學(xué)生實(shí)施、完成專題自主學(xué)習(xí)及總結(jié)評(píng)價(jià)的過程,組織學(xué)生社團(tuán)(經(jīng)學(xué)校批準(zhǔn)的學(xué)生自主活動(dòng))、興趣小組(針對(duì)感興趣的主題自己組隊(duì))等形式,參與機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新活動(dòng)。如慧魚社團(tuán),學(xué)生自行管理中心的慧魚創(chuàng)意模型室,已連續(xù)組織了共5屆創(chuàng)意模型大賽,成為校星級(jí)社團(tuán),并于2010和2007年分獲全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽慧魚組一、二等獎(jiǎng)。

4 結(jié)束語

學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力培養(yǎng),對(duì)于提高機(jī)械類學(xué)生的綜合素質(zhì)以及學(xué)生擇業(yè)的競爭力,都有很大的幫助。浙江理工大學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,依托國家級(jí)示范中心的大平臺(tái),以“三個(gè)能力”培養(yǎng)為主線,在學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面,深化創(chuàng)新教學(xué)改革,并從加強(qiáng)實(shí)踐、加強(qiáng)工程化和加強(qiáng)創(chuàng)新思維訓(xùn)練等方面著手,推出了一些針對(duì)性措施,已取得了良好的成效。

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