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機(jī)器人教育研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn)剖析

2019-09-10 07:22王秀艷田新芳楊小珍林雯
關(guān)鍵詞:機(jī)器人教育共詞分析內(nèi)容分析

王秀艷 田新芳 楊小珍 林雯

[摘 要]機(jī)器人教育是當(dāng)前教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,為了解和分析我國機(jī)器人教育的研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn),文章運(yùn)用計(jì)量分析法、詞頻分析法和共詞分析法對(duì)中國期刊網(wǎng)全文數(shù)據(jù)庫近16年相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:機(jī)器人教育研究整體呈快速上升趨勢(shì);師范類院校是研究的主要力量;當(dāng)前研究熱點(diǎn)主要是機(jī)器人教學(xué)工具及技術(shù)應(yīng)用、機(jī)器人教學(xué)模式及方法、人工智能與機(jī)器人課程教學(xué)資源及機(jī)器人教育與信息技術(shù)課程融合等幾個(gè)方面;當(dāng)前研究存在研究方法相對(duì)單一、研究?jī)?nèi)容不夠深入、可推廣的應(yīng)用模式較少等不足。

[關(guān)鍵詞]機(jī)器人教育;共詞分析;內(nèi)容分析;創(chuàng)客教育

[中圖分類號(hào)]G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-7656(2019)05-0038-05

引言

2017年,國務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確了人工智能相關(guān)課程的開設(shè),積極推動(dòng)編程教育的發(fā)展[1]。2018年,《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》指出,要發(fā)展智能教育,積極探索新模式、開發(fā)新產(chǎn)品、在新技術(shù)背景下推進(jìn)教育教學(xué)創(chuàng)新[2]。一系列文件的出臺(tái)以及人工智能的浪潮助力機(jī)器人教育向前發(fā)展,機(jī)器人教育是當(dāng)前教育領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。那么國內(nèi)機(jī)器人教育的研究現(xiàn)狀如何?研究熱點(diǎn)有哪些?為系統(tǒng)把握我國機(jī)器人教育研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn),文章運(yùn)用計(jì)量分析法、詞頻分析法和共詞分析法對(duì)CNKI數(shù)據(jù)庫2002~2018年國內(nèi)機(jī)器人教育相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析和研究,以期得出相關(guān)結(jié)論,為機(jī)器人教育研究提供參考。

一、國內(nèi)機(jī)器人教育研究的現(xiàn)狀

為了解我國機(jī)器人教育研究現(xiàn)狀,文章引用“中國期刊全文數(shù)據(jù)庫”數(shù)據(jù),以關(guān)鍵詞為檢索條件,分別以檢索詞 “機(jī)器人教育”“機(jī)器人教學(xué)”和“機(jī)器人課程”對(duì)2002~2018年的全部文獻(xiàn)進(jìn)行檢索,共檢索到640篇文獻(xiàn)。去除重復(fù)的以及與本研究相關(guān)度不高的文獻(xiàn),得到樣本文獻(xiàn)468篇。借助Bicomb和SPSS20.0軟件, 對(duì)國內(nèi)機(jī)器人教育文獻(xiàn)的年份、核心作者、機(jī)構(gòu)分布和關(guān)鍵詞等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述,從而得出相關(guān)結(jié)論。

(一)國內(nèi)機(jī)器人教育研究整體呈快速上升趨勢(shì)

我國機(jī)器人教育整體呈快速上升趨勢(shì)。國內(nèi)機(jī)器人教育研究的發(fā)展大致分為三個(gè)階段:起步和緩慢發(fā)展期(2008年以前),這個(gè)階段文獻(xiàn)數(shù)量相對(duì)較少,表明該階段機(jī)器人教育關(guān)注度較低;平穩(wěn)發(fā)展期(2009~2013年),這一階段發(fā)文數(shù)量趨于平穩(wěn);快速發(fā)展期(2014~2018年),這一階段發(fā)文數(shù)量快速增加。

此外,在2002~2018年間發(fā)文量出現(xiàn)了三個(gè)峰值,分別為2008年,2013年和2018年。究其原因,國家相關(guān)發(fā)展政策和系列發(fā)展文件對(duì)機(jī)器人教育的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。2012年,《國家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》高度重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),這一舉措有力推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)踐和研究的發(fā)展。2018年1月,教育部發(fā)布《普通高中課程方案和語文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》,將“機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作”模塊列入其中,相關(guān)研究文獻(xiàn)的數(shù)量達(dá)到了峰值。從整個(gè)趨勢(shì)上看,國內(nèi)機(jī)器人教育研究處于不斷發(fā)展的狀態(tài)。

(二)國內(nèi)機(jī)器人教育研究的主要力量集中在師范類院校

據(jù)統(tǒng)計(jì),468篇文獻(xiàn)中,個(gè)人論文發(fā)表量最多為13篇。其中,鐘柏昌、秦健、張劍平、張國民、王益、王小根、楊建磊、王同聚8 位作者是我國機(jī)器人教育研究領(lǐng)域的高產(chǎn)作者,也是師范類高校相關(guān)教輔人員或研究人員,對(duì)機(jī)器人教育的研究有較為成熟的見解。例如,鐘柏昌團(tuán)隊(duì)建構(gòu)了適用于中小學(xué)階段機(jī)器人教育的教學(xué)模式,如趣味交互型教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)?zāi)M型教學(xué)模式和科學(xué)探究型教學(xué)模式等,為探索機(jī)器人教育的教學(xué)模式提供思路。

從研究機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量看,排名前16的研究機(jī)構(gòu)主要是師范類性質(zhì)的院校以及一些教育類的研究機(jī)構(gòu)。其中,陜西師范大學(xué)發(fā)文量為26篇 ,位列第一。其次為南京師范大學(xué)和重慶師范大學(xué),發(fā)文量分別是20篇和15篇。據(jù)了解,南京師范大學(xué)近年來申報(bào)了機(jī)器人教育的相關(guān)課題,有如基于“多平臺(tái)、跨學(xué)科、聚類化、重創(chuàng)造”等為主題的機(jī)器人教育項(xiàng)目研究。除此之外,重慶師范大學(xué)早已在機(jī)器人領(lǐng)域提前布局,成立了機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,定位于教育機(jī)器人研發(fā)及教學(xué),以“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合”為人才培養(yǎng)思路,為學(xué)生提供發(fā)展的平臺(tái)。

(三)國內(nèi)機(jī)器人教育研究的主要領(lǐng)域

高頻關(guān)鍵詞在一定程度上反映了機(jī)器人教育研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)以及研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。參考陳瑜林提到的高頻關(guān)鍵詞標(biāo)準(zhǔn)[3],筆者選擇出現(xiàn)頻次大于8次(含8次)的關(guān)鍵詞作為本研究的高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行分析。

統(tǒng)計(jì)可知,出現(xiàn)頻次為8次以上(包含8次)的關(guān)鍵詞有22個(gè),除去主要檢索詞本身,排名靠前的是機(jī)器人、中小學(xué)、創(chuàng)客教育、教育機(jī)器人、人工智能這5個(gè)高頻關(guān)鍵詞,反映關(guān)于機(jī)器人教育的研究主要圍繞機(jī)器人教學(xué)、中小學(xué)、創(chuàng)客教育、人工智能等方面的主題進(jìn)行。

關(guān)鍵詞聚類分析是根據(jù)關(guān)鍵詞兩兩在同一篇文章中出現(xiàn)的次數(shù),應(yīng)用聚類的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,把關(guān)聯(lián)緊密的關(guān)鍵詞聚集在一起形成類團(tuán)[4]。由于研究需要,去除“機(jī)器人教育”這個(gè)核心關(guān)鍵詞,在Bicomb軟件中,設(shè)定頻次閾值(≥8,≤92)生成共現(xiàn)矩陣,將共現(xiàn)矩陣導(dǎo)入 SPSS20.0進(jìn)行聚類,得出聚類樹狀圖(如圖1所示)。根據(jù)聚類圖劃分方法,將關(guān)鍵詞聚合為四類主題。

主題一涉及機(jī)器人競(jìng)賽及技術(shù)應(yīng)用,包括機(jī)器人競(jìng)賽、機(jī)器人技術(shù)等關(guān)鍵詞;主題二涉及機(jī)器人教學(xué)及實(shí)踐研究,包括教學(xué)模式、機(jī)器人教學(xué)等關(guān)鍵詞;主題三涉及機(jī)器人智能應(yīng)用,包括人工智能、機(jī)器人課程等關(guān)鍵詞;主題四涉及創(chuàng)客教育,包括創(chuàng)客教育、創(chuàng)客兩個(gè)關(guān)鍵詞。

多維尺度分析可以對(duì)之前的聚類分析結(jié)果起到矯正的作用[5]。為了挖掘高頻關(guān)鍵詞之間的內(nèi)在聯(lián)系,本文借助SPSS20.0的多維尺度分析功能,生成Eudidean距離模型散點(diǎn)圖(如圖2所示)。結(jié)合圖1聚類樹狀圖,將機(jī)器人教育研究主要領(lǐng)域概括為四個(gè)方面:機(jī)器人教學(xué)工具及技術(shù)應(yīng)用,機(jī)器人教育與中小學(xué)信息技術(shù)課程的有效融合,機(jī)器人教育的教學(xué)模式及實(shí)踐,人工智能與機(jī)器人課程教學(xué)資源開發(fā)。

二、國內(nèi)機(jī)器人教育的研究熱點(diǎn)剖析

多維尺度繪制出的坐標(biāo)稱為戰(zhàn)略坐標(biāo),它體現(xiàn)一個(gè)領(lǐng)域或亞領(lǐng)域的結(jié)構(gòu),即各個(gè)象限分布代表各個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域的主題聯(lián)系及其重要性。結(jié)合文獻(xiàn),筆者將對(duì)機(jī)器人教育的各個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行解讀。

(一)機(jī)器人教學(xué)工具及技術(shù)應(yīng)用研究

技術(shù)與工具是機(jī)器人教學(xué)的關(guān)鍵。開發(fā)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)作工具以及軟件設(shè)計(jì)等,為機(jī)器人教學(xué)提供了技術(shù)支持。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、仿生科技、虛擬現(xiàn)實(shí)、語音識(shí)別以及3D打印等智能化的教學(xué)工具和新興技術(shù),能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。目前,關(guān)于機(jī)器人這方面的研究主要傾向于工具或技術(shù)的整合、應(yīng)用以及效果評(píng)價(jià)。面向未來,機(jī)器人教育與新興技術(shù)整合成為機(jī)器人教育研究的重要方向,同時(shí),這也是讓機(jī)器人教育得以持續(xù)發(fā)展的有力途徑[6]。因此,應(yīng)積極探索有效支持機(jī)器人教育的工具和技術(shù),讓機(jī)器人教育緊跟時(shí)代潮流,保持發(fā)展的活力。

由圖2可知,領(lǐng)域一橫跨第一和第四象限,其中處在第四象限的相關(guān)研究成果相較于其他領(lǐng)域的相關(guān)成果而言還較少,而“機(jī)器人競(jìng)賽”處于坐標(biāo)軸的縱軸上,表明其是該研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)。當(dāng)前,競(jìng)賽仍是機(jī)器人教育推廣的重要形式,其具有趣味性、挑戰(zhàn)性和綜合性,相當(dāng)大程度地帶動(dòng)了機(jī)器人在學(xué)校教學(xué)中的實(shí)施和普及。但是,機(jī)器人在教學(xué)中缺乏獨(dú)立的評(píng)價(jià)機(jī)制,機(jī)器人競(jìng)賽的成績(jī)成為當(dāng)前機(jī)器人教育評(píng)定的主要標(biāo)準(zhǔn),人們時(shí)常因?yàn)檫^多強(qiáng)調(diào)比賽的“成績(jī)”而弱化了競(jìng)賽的教育價(jià)值。由機(jī)器人競(jìng)賽帶來的各方面的影響,引起學(xué)者的關(guān)注與思考。

(二)機(jī)器人教學(xué)模式及實(shí)踐研究

機(jī)器人教學(xué)的實(shí)施,關(guān)鍵還是教學(xué)模式和方法的選擇。在圖2中,領(lǐng)域2處于第一象限,表明其主題自身的內(nèi)部聯(lián)系緊密,并且其研究成果處于機(jī)器人教育相關(guān)學(xué)位論文的中心地位。近年來,不少學(xué)者根據(jù)實(shí)際問題對(duì)教學(xué)模式和教學(xué)方法進(jìn)行了研究。例如,鐘柏昌團(tuán)隊(duì)針對(duì)機(jī)器人教學(xué)實(shí)際,對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行了系統(tǒng)的分類并對(duì)各分類進(jìn)行了深入研究,從論實(shí)驗(yàn)?zāi)M型,論科學(xué)探究型到發(fā)明創(chuàng)造型,趣味交互型教學(xué)模式等,一步步發(fā)掘和完善適用于機(jī)器人教學(xué)理論和實(shí)踐的教學(xué)模式和方法。劉淑云結(jié)合創(chuàng)客教育,針對(duì)“重競(jìng)賽輕教學(xué)”等問題,構(gòu)建了創(chuàng)客理念下師范院校的機(jī)器人教學(xué)模式[7]。另外,在一些機(jī)器人教學(xué)的教材中,主張基于項(xiàng)目或者任務(wù)驅(qū)動(dòng)等的教學(xué)模式和教學(xué)方法,主張引導(dǎo)學(xué)生“做中學(xué)”。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí),是讓學(xué)生掌握機(jī)器人知識(shí)和技能的關(guān)鍵。

在國內(nèi),機(jī)器人教育研究在教學(xué)模式與教學(xué)方法領(lǐng)域取得了一定的成果,但總的來說,目前可借鑒的機(jī)器人教學(xué)設(shè)計(jì)模式研究較少,人們往往忽略機(jī)器人的角色與教育作用,只是單純地將其作為一種學(xué)習(xí)工具。機(jī)器人教育學(xué)科綜合性較強(qiáng),在構(gòu)建教學(xué)模式時(shí),需根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況,靈活應(yīng)變。

(三)人工智能背景下機(jī)器人課程教學(xué)資源研究

機(jī)器人具有跨學(xué)科性,是一門多學(xué)科高度交叉的前沿學(xué)科,課程教學(xué)較為復(fù)雜,要想有效實(shí)現(xiàn)這一復(fù)雜的過程,課程教學(xué)資源就要更為科學(xué),更為豐富,更具有適用性。據(jù)了解,教材、機(jī)器人產(chǎn)品及課外資源三類是機(jī)器人教育教學(xué)資源的主要來源。不少學(xué)者針對(duì)課程資源進(jìn)行了研究并嘗試探尋課程建設(shè)、資源開發(fā)的方法和途徑。郭丹、張國民等探析了機(jī)器人產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與功能特性,為機(jī)器人產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供參考[8]。人工智能以及機(jī)器人教育作為新興手段,促進(jìn)教育教學(xué)改革,對(duì)已經(jīng)普及的信息技術(shù)課程是一種輔助也是一種提升。張家華、張國民團(tuán)隊(duì)用內(nèi)容分析法對(duì)2008年以前出版的五本高中人工智能教材、教學(xué)平臺(tái)和專題網(wǎng)站進(jìn)行分析,指出了教學(xué)資源的局限并給出相關(guān)的建議,為教學(xué)實(shí)踐者和研究學(xué)者提供理論參考[9]。

由于各地、各校教學(xué)水平、教學(xué)條件不一,再加上市場(chǎng)上的機(jī)器人產(chǎn)品品牌紛雜多樣、資源五花八門,各校使用的機(jī)器人軟、硬件設(shè)備也不盡相同,教材難以統(tǒng)一。不少學(xué)校都是根據(jù)所選機(jī)器人產(chǎn)品的產(chǎn)品使用說明或用戶指南進(jìn)行教學(xué)與學(xué)習(xí),或者根據(jù)所用的編程軟件自編教材, 這對(duì)教師隊(duì)伍提出了更高的要求。然而,查閱文獻(xiàn)可知,目前機(jī)器人教育的師資隊(duì)伍整體水平較為薄弱,這也是機(jī)器人教育發(fā)展的困境之一。

(四)創(chuàng)客背景下機(jī)器人教育與信息技術(shù)課程的融合研究

信息技術(shù)課程自2004年在中小學(xué)普及實(shí)施以來,在教育中的地位不斷提升。信息時(shí)代,中小學(xué)提倡信息技術(shù)與學(xué)科融合,不斷優(yōu)化教育教學(xué)模式,積極發(fā)展創(chuàng)新教育。機(jī)器人的相關(guān)教育隨著時(shí)代3D仿真虛擬機(jī)器人軟件平臺(tái)的出現(xiàn)逐漸進(jìn)入中小學(xué)教育的視野,在創(chuàng)客教育理念支持下,機(jī)器人教學(xué)的實(shí)施形式也慢慢豐富起來,信息技術(shù)學(xué)科與機(jī)器人教育的融合就是其中一種。在創(chuàng)客教育背景下,機(jī)器人教育更易于被認(rèn)識(shí)、被接受,從而受到更多的關(guān)注[10]。林君秋整合機(jī)器人教學(xué)與學(xué)科教學(xué),他強(qiáng)調(diào)要考慮學(xué)生已有知識(shí)水平及能力水平,根據(jù)學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)合理開展相關(guān)學(xué)習(xí)活動(dòng)[11]。

機(jī)器人教育強(qiáng)調(diào)從教學(xué)到學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變,對(duì)于個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境的搭建及趣味課程的開發(fā)具有很大的影響力。它既是學(xué)習(xí)的對(duì)象,也是認(rèn)知和教學(xué)的工具。目前多作為信息技術(shù)課程的一部分展開教學(xué),在一定程度上為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供有利支持。由圖2可知,領(lǐng)域四處于第二象限,表明該主題自身的內(nèi)部聯(lián)系較為松散,可以加大對(duì)它們的研究力度。除與信息技術(shù)學(xué)科教育融合外,機(jī)器人教育還可以與物理、數(shù)學(xué)、醫(yī)學(xué)、機(jī)電等學(xué)科進(jìn)行融合探究與實(shí)踐, 而國內(nèi)在這方面的探討還比較薄弱[12]。因此,如何在創(chuàng)客理念下有效融合機(jī)器人教育和其他學(xué)科還有待探索。

三、機(jī)器人教育研究中存在的不足

機(jī)器人教育隨其發(fā)展受到越來越多關(guān)注,在研究領(lǐng)域也取得了一定的成果,但相對(duì)來說,研究中還存在一些問題,梳理存在的問題和面臨的挑戰(zhàn),對(duì)促進(jìn)我國機(jī)器人教育研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

(一)研究方法相對(duì)單一

一般的科學(xué)研究方法包括實(shí)驗(yàn)研究法、實(shí)地觀察法、社會(huì)調(diào)查法、文獻(xiàn)研究法等。本研究的樣本文獻(xiàn)中,多為文獻(xiàn)研究法,也有社會(huì)調(diào)查法,但為數(shù)不多,結(jié)合多種方法進(jìn)行研究的也在少數(shù)。如在研究機(jī)器人教育發(fā)展現(xiàn)狀時(shí),鐘柏昌和張祿團(tuán)隊(duì)就用問卷調(diào)查方式從教師、學(xué)生、教學(xué)環(huán)境幾個(gè)方面對(duì)機(jī)器人教育的現(xiàn)狀進(jìn)行研究,把握當(dāng)前人們對(duì)機(jī)器人教育的理解和認(rèn)識(shí)(2015)[13]。通過深入分析文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)機(jī)器人教育相關(guān)研究多為定性研究,定量研究較少。多種研究方法的結(jié)合使用有利于克服單一角度的認(rèn)知局限,并且定量研究實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化,更具有說服力。

(二)研究?jī)?nèi)容不夠深入

這一點(diǎn)主要表現(xiàn)在,論文內(nèi)容涉及面較廣,討論涉及很多層面的內(nèi)容但研究不夠充分、深入。部分研究的切入點(diǎn)和研究?jī)?nèi)容相似,熱點(diǎn)研究話題雷同,容易造成對(duì)前人研究成果的一些堆疊。不少學(xué)者在對(duì)小學(xué)機(jī)器人教學(xué)情況進(jìn)行探討時(shí),提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn),但是,文章提出的重比賽、重主科、流于形式的這些問題,并未能進(jìn)行深入探討,也未能提出解決問題的有效策略,類似的情況不在少數(shù)。堅(jiān)持找到新的切入點(diǎn), 深化對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的認(rèn)識(shí)研究是該研究領(lǐng)域的展望之一。

(三)可推廣的應(yīng)用模式較少

研究模式是一種開展研究的思路及類型,研究模式代表著研究訴求,一般的研究模式有問題解決、實(shí)踐變革、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)模式等。在進(jìn)行研究時(shí),不少學(xué)者從不同切入點(diǎn)對(duì)機(jī)器人教育進(jìn)行了探討和論述, 并提出相關(guān)建議,但可推廣使用的應(yīng)用模式較少。例如,有研究學(xué)者針對(duì)農(nóng)村中小學(xué)教學(xué)條件不足的實(shí)際情況,構(gòu)建一系列教學(xué)模式,為農(nóng)村中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐提供了理論參考,但是其主要致力于理論的論述,在實(shí)踐例證上較為薄弱,對(duì)于中小學(xué)教師而言,在理解和推廣上具有一定的難度。

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[作者簡(jiǎn)介]王秀艷(1996-),女,廣西合浦人,南寧師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院碩士研究生,研究方向:信息化教學(xué)設(shè)計(jì);田新芳(1993-),女,廣西百色人,南寧師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院碩士研究生,研究方向:混合式教學(xué)設(shè)計(jì);楊小珍(1989-),女,廣西賀州人,南寧師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院碩士研究生,研究方向:教育技術(shù)應(yīng)用;林雯(1974-),女,廣西梧州人,南寧師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院副教授,碩士研究生導(dǎo)師,研究方向:信息化教學(xué)設(shè)計(jì)、教育技術(shù)基本理論、教育技術(shù)應(yīng)用等。

[責(zé)任編輯 孔文靜]

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