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高?;崃W(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀及改革創(chuàng)新

2024-09-23 00:00:00馬小莉楊燦燦
大學(xué)教育 2024年15期

[摘 要]文章主要分析了高校化工熱力學(xué)課程教學(xué)的現(xiàn)狀,探討了課程改革的原則和目標(biāo),并根據(jù)目前課程教學(xué)存在的不足,提出了一些針對性的改革措施和建議。通過更新課程內(nèi)容、引入先進(jìn)的教學(xué)方法和教學(xué)資源、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)、優(yōu)化評估環(huán)節(jié)、增加課程內(nèi)容的反饋等措施,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力,促進(jìn)高?;崃W(xué)課程教學(xué)的改革與創(chuàng)新。

[關(guān)鍵詞]化工熱力學(xué);教學(xué)改革;教學(xué)方法

[中圖分類號]G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]2095-3437(2024)15-0057-05

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)課程之一,其主要內(nèi)容是化工過程中的熱力學(xué)性質(zhì)、能量變化及轉(zhuǎn)換、物質(zhì)的相變以及化學(xué)反應(yīng)中的熱力學(xué)等。隨著化工工藝的不斷發(fā)展和復(fù)雜化,社會對化工熱力學(xué)的研究與應(yīng)用需求也日益增加。在高校,化工熱力學(xué)課程的內(nèi)容與教學(xué)方法對培養(yǎng)學(xué)生的化工工程思維能力、提高其熱力學(xué)分析與計(jì)算能力具有重要意義[1]?;崃W(xué)作為一門基礎(chǔ)課程,為學(xué)生提供了熱力學(xué)的基本概念、理論和計(jì)算方法等知識,使學(xué)生能夠理解和定量分析研究化學(xué)反應(yīng)和化工過程中的能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及相變等現(xiàn)象?;崃W(xué)課程注重培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力,通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)原理和應(yīng)用,使學(xué)生能夠運(yùn)用熱力學(xué)知識解決實(shí)際工程問題,提高其工程實(shí)踐能力[2]。通過對化工熱力學(xué)的深入研究,可以推動(dòng)化工工藝的創(chuàng)新,提高工藝效率和能源利用效率[3]。另外,化工熱力學(xué)是化學(xué)工程領(lǐng)域其他高級課程的基礎(chǔ),如化工傳遞過程、反應(yīng)工程、化工工藝等,掌握化工熱力學(xué)的基本原理和方法,可為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總之,高?;崃W(xué)課程能夠?yàn)閷W(xué)生提供基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)工程思維能力、推動(dòng)科學(xué)研究與應(yīng)用,以及為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。通過對化工熱力學(xué)的教學(xué)研究,可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合素質(zhì),為培養(yǎng)優(yōu)秀的化學(xué)工程人才作出貢獻(xiàn)。然而,當(dāng)前化工熱力學(xué)教學(xué)存在著一些問題,如教材內(nèi)容過于抽象、教學(xué)方法單一、教學(xué)資源匱乏等[4],因此,進(jìn)行化工熱力學(xué)課程教學(xué)改革是十分必要的。

一、高?;崃W(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程,主要涉及化工過程的熱力學(xué)原理和熱力學(xué)計(jì)算方法。高?;崃W(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀如下:

在課程設(shè)置方面,許多高校都將化工熱力學(xué)作為化學(xué)工程專業(yè)本科階段的必修課程,并在本科的前兩年進(jìn)行教學(xué)。一些高校還將其作為研究生培養(yǎng)計(jì)劃中的必修或選修課程。同時(shí),一些高校也將化工熱力學(xué)分為兩個(gè)模塊進(jìn)行教學(xué),分別是基礎(chǔ)熱力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)。

在教學(xué)內(nèi)容方面,高校化工熱力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括熱力學(xué)基本概念、原理、熱力學(xué)第一定律和第二定律、熱力學(xué)函數(shù)、熱力學(xué)循環(huán)和相平衡等,同時(shí)也會涉及化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容,如化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算和熱力學(xué)平衡常數(shù)的影響因素等。

在教學(xué)方法方面,大多數(shù)高校采用理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行化工熱力學(xué)課程的教學(xué)[1,5]。理論教學(xué)主要通過課堂講授、課后習(xí)題講解等形式進(jìn)行,強(qiáng)調(diào)對基本概念和原理的理解。實(shí)踐教學(xué)則通過實(shí)驗(yàn)操作、計(jì)算實(shí)例等形式進(jìn)行,幫助學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實(shí)際問題中。

在教學(xué)評價(jià)方面,高?;崃W(xué)課程的教學(xué)評價(jià)主要通過考試、專題研究報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課堂表現(xiàn)等方式進(jìn)行[6]??荚囍饕獪y試學(xué)生對基本概念和原理的理解與運(yùn)用能力,專題研究報(bào)告考查學(xué)生查閱整合文獻(xiàn)資源的能力,實(shí)驗(yàn)報(bào)告則評估學(xué)生實(shí)際操作和數(shù)據(jù)分析能力,課堂表現(xiàn)則關(guān)注學(xué)生對課程內(nèi)容的理解程度和思考能力。

多數(shù)高校的化工熱力學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀相對較好,教學(xué)內(nèi)容全面,教學(xué)方法多樣化,教材選用合理[3],但是仍然存在一些問題,如理論與實(shí)際脫節(jié)、教學(xué)內(nèi)容過于復(fù)雜難懂、缺乏實(shí)踐操作與理論聯(lián)系的機(jī)會等[7]。這些問題制約了學(xué)生對化工熱力學(xué)知識的掌握和理解,教學(xué)效果不盡如人意。具體表現(xiàn)如下:

一是教材內(nèi)容過于抽象。目前使用的化工熱力學(xué)教材,公式內(nèi)容較多且復(fù)雜,參數(shù)各異,加之在不同前提條件下不同公式的適用范圍不同,所以對學(xué)生來說顯得晦澀難懂,過于抽象,難以理解和掌握[8]。這容易導(dǎo)致學(xué)生對熱力學(xué)的基本概念和原理理解不深入,應(yīng)用能力不強(qiáng),僅僅靠課堂上的學(xué)習(xí)時(shí)間和教師的講解是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

二是教學(xué)方法單一。傳統(tǒng)的化工熱力學(xué)教學(xué)方法主要以講授為主,學(xué)生被動(dòng)接受知識,學(xué)習(xí)效率不高,且缺乏互動(dòng)和實(shí)踐環(huán)節(jié),學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力不足[9]。

三是教學(xué)資源匱乏?;崃W(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)資源相對匱乏,學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)不夠充分,缺乏實(shí)驗(yàn)操作鍛煉和解決實(shí)際問題的能力,這導(dǎo)致學(xué)生對熱力學(xué)在實(shí)際應(yīng)用中的理解有限[10-11]。

二、化工熱力學(xué)教學(xué)改革的原則和目標(biāo)

(一)改革的原則

高?;崃W(xué)課程教學(xué)改革的原則包括以下幾點(diǎn):

1.理論與實(shí)踐相結(jié)合。將課堂理論知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,引入實(shí)驗(yàn)、案例分析、工程實(shí)踐等教學(xué)方法,并針對真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,與理論知識相結(jié)合,從而進(jìn)一步提高學(xué)生對熱力學(xué)概念的理解和應(yīng)用能力[12-13]。

2.強(qiáng)調(diào)問題解決能力。培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新思維。結(jié)合所學(xué)知識,通過讓學(xué)生以個(gè)人或小組的形式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、解決實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際問題等方式,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決實(shí)際工程問題的能力[5,14]。

3.強(qiáng)化實(shí)踐操作能力。重視實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié),增加實(shí)驗(yàn)課程的比例。通過實(shí)踐操作鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和觀察能力,提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的能力。

4.采用多元評價(jià)方式。包括課堂測驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、小組討論、課程設(shè)計(jì)等,以全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合能力,鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課程活動(dòng)。

5.靈活運(yùn)用教材資源。結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果和教材資源,設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法,以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

6.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生對化工熱力學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣是其深入學(xué)習(xí)關(guān)鍵動(dòng)力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在有許多化工熱力學(xué)軟件可以用來輔助教學(xué)。通過在教學(xué)中引入這些軟件,如Aspen、Matlab、Origin等,可以讓學(xué)生更直觀地認(rèn)識到熱力學(xué)原理的應(yīng)用,提高他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。另外,通過生動(dòng)的教學(xué)方式和案例分析,激發(fā)學(xué)生對熱力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和參與度。

7.與行業(yè)對接。充分發(fā)揮學(xué)校與教師的資源優(yōu)勢,與相關(guān)的產(chǎn)業(yè)企業(yè)合作,在上課或寒暑假時(shí)間開展實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)和科研項(xiàng)目,使學(xué)生能夠深入了解行業(yè)需求和應(yīng)用前景,為學(xué)生就業(yè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供支持[9]。

8.不斷更新教學(xué)內(nèi)容。及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容,關(guān)注最新科研成果和技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài),將最新的理論知識和實(shí)踐應(yīng)用引入課堂,提高教學(xué)的前沿性和實(shí)用性[15]。

9.鼓勵(lì)合作學(xué)習(xí)。在開展教學(xué)工作時(shí),推崇合作學(xué)習(xí)的理念,設(shè)計(jì)小組合作模式,鼓勵(lì)學(xué)生在小組中就某個(gè)化工熱力學(xué)問題展開討論和合作,以激發(fā)學(xué)生自身的創(chuàng)造力和解決實(shí)際問題的能力,同時(shí)提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力[16-17]。

(二) 改革的目標(biāo)

化工熱力學(xué)教學(xué)改革的目標(biāo)包括提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神,使學(xué)生能夠熟練掌握化工熱力學(xué)的基本概念和原理,并能夠?qū)⑵溆糜诮鉀Q工程實(shí)際問題[11,18]。

三、化工熱力學(xué)教學(xué)改革的措施與方法

(一)課程內(nèi)容的更新與拓展

隨著新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn),傳統(tǒng)的化工熱力學(xué)課程已經(jīng)無法完全滿足學(xué)生對新知識的需求。因此,在課程教學(xué)改革中,應(yīng)該加入一些前沿的研究成果和應(yīng)用案例,使學(xué)生能夠了解到最新的熱力學(xué)理論和實(shí)踐應(yīng)用。例如,可以引入新材料的熱力學(xué)性質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化機(jī)制,讓學(xué)生了解到不同材料在化工生產(chǎn)過程中的應(yīng)用潛力。同時(shí),還可以加入一些與環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的內(nèi)容,體現(xiàn)生態(tài)環(huán)保的綠色發(fā)展理念和節(jié)能減排意識,培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識和可持續(xù)發(fā)展思維。

(二)教學(xué)方法的改進(jìn)

眾所周知,化工熱力學(xué)概念多且抽象,不同概念之間又聯(lián)系緊密,為了方便學(xué)生厘清熱力學(xué)知識脈絡(luò)和概念間的關(guān)聯(lián),課堂講授時(shí)可以增加知識圖譜的內(nèi)容。知識圖譜可以清晰地顯示出化工熱力學(xué)的知識體系及各知識點(diǎn)之間的相互聯(lián)系,有助于學(xué)生全面理解課程的知識體系和脈絡(luò),并進(jìn)一步融合各知識點(diǎn),提升學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣和信心,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和良好習(xí)慣。

教師還可以引入現(xiàn)代技術(shù)手段,利用計(jì)算機(jī)模擬軟件、虛擬實(shí)驗(yàn)室等現(xiàn)代技術(shù)手段,讓學(xué)生能夠通過模擬實(shí)驗(yàn)和計(jì)算來觀察和分析熱力學(xué)過程。這樣可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理能力,并增強(qiáng)他們對熱力學(xué)理論的理解。同時(shí)引入最新的前沿知識,這不僅能拓寬學(xué)生的視野,還有助于提升學(xué)生學(xué)習(xí)課程的熱情。通過學(xué)習(xí)學(xué)科前沿知識,可促使學(xué)生進(jìn)一步閱讀最新文獻(xiàn),激發(fā)其科學(xué)精神和創(chuàng)新精神。

傳統(tǒng)的化工熱力學(xué)課程教學(xué)以理論講解為主,學(xué)生缺乏實(shí)踐操作和實(shí)際應(yīng)用的機(jī)會。因此,可以引入一些實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐案例,讓學(xué)生親自動(dòng)手操作和解決實(shí)際問題,提高他們的動(dòng)手能力和實(shí)際應(yīng)用能力。例如,可以設(shè)計(jì)一些小型實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生通過實(shí)際操作來驗(yàn)證熱力學(xué)定律,加深他們對理論知識的理解和記憶。同時(shí)要注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新和調(diào)整,保持與理論教學(xué)同步。此外,通過綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神,也可以幫助他們更好地理解和掌握所學(xué)知識。例如可以設(shè)置一些涉及多個(gè)知識點(diǎn)的綜合性實(shí)驗(yàn)或需要學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)等。以本課題組研究過的部分課題“β-二亞胺配體(L1 = HC(CMeNAr)2,Ar = 2,4,6 - Me3C6H2)在固液相平衡中的研究”為例[19],將學(xué)生以4~6人為一小組進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在團(tuán)隊(duì)協(xié)作下獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),從分子極性、氫鍵和空間構(gòu)效等方面處理并分析溶解度數(shù)據(jù)的差異。利用數(shù)據(jù)處理軟件,如origin、Aspen、Matlab、Materials Studio等,使用固液相平衡模型關(guān)聯(lián)得到的溶解度數(shù)據(jù),計(jì)算其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和擬合數(shù)據(jù)之間的偏差以評估熱力學(xué)模型的擬合效果。學(xué)生通過參與實(shí)驗(yàn)教學(xué),可以更加生動(dòng)直觀地理解熱力學(xué)方程的原理和應(yīng)用。還可以結(jié)合實(shí)際案例,列舉一些“從生活中來,到生產(chǎn)中去”的鮮活實(shí)例,讓學(xué)生分析和解決真實(shí)的化工熱力學(xué)問題,引導(dǎo)他們通過自主探索和合作學(xué)習(xí)的方式來解決問題。這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力,以及團(tuán)隊(duì)合作精神,并充分理解熱力學(xué)模型對化工生產(chǎn)質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的重要性。

(三)教學(xué)資源的優(yōu)化

化工熱力學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的課程,需要大量的教學(xué)資源來支撐教學(xué)活動(dòng)。在課程教學(xué)改革中,可以加強(qiáng)與實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)等單位的合作,共享資源,提供更多的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)踐機(jī)會,以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐能力。例如,可以與化工設(shè)計(jì)院、企業(yè)合作,讓學(xué)生參觀實(shí)際的化工設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程,了解熱力學(xué)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。同時(shí),還可以建立化工熱力學(xué)教學(xué)資源庫,加強(qiáng)校際合作,收集整理相關(guān)的教學(xué)資料和案例,供學(xué)生自主學(xué)習(xí)和參考。在教學(xué)內(nèi)容方面,可以與物理化學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科進(jìn)行跨學(xué)科融合教學(xué),拓寬學(xué)生的知識視野。

(四)評估方式的改革

傳統(tǒng)的考試評估方式往往只注重學(xué)生對知識的記憶和理解,缺乏對學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的考查。在教學(xué)改革中,可以引入一些項(xiàng)目實(shí)踐和綜合評估,考查學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問題能力,以便更全面地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。例如,結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué),設(shè)置關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作過程的規(guī)范考核,以及完成后續(xù)數(shù)據(jù)處理的任務(wù),考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)也可以設(shè)計(jì)一些關(guān)于化工熱力學(xué)內(nèi)容的主題課程項(xiàng)目,如相平衡、熱力學(xué)模型和熱力學(xué)定律等,要求學(xué)生結(jié)合熱力學(xué)理論和實(shí)際應(yīng)用,完成一定的任務(wù)和報(bào)告,并評估其綜合能力和創(chuàng)新思維水平。

(五)增加課程反饋

高?;崃W(xué)課程的反饋機(jī)制是為了幫助學(xué)生更好地理解和掌握課程內(nèi)容,并提供教學(xué)質(zhì)量的改進(jìn)方向。

在課程結(jié)束時(shí),教師可以制定一份關(guān)于教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教材選擇等方面的課程評價(jià)匿名問卷,通過問卷了解學(xué)生對課程的整體評價(jià),并根據(jù)意見和建議有針對性地調(diào)整授課方式。例如,很多學(xué)生反映化工熱力學(xué)公式繁多,難以理解其基本概念和原理,課程教師應(yīng)該及時(shí)調(diào)整講課模式,有所側(cè)重而不是全盤輸出給學(xué)生,要讓學(xué)生對所學(xué)知識有更加充分的理解。同時(shí)學(xué)??梢蚤_放化工熱力學(xué)課程的反饋通道,使學(xué)生可以隨時(shí)向教師提供個(gè)人反饋和建議,教師針對反饋進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

學(xué)院應(yīng)定期組織課程討論會?;崃W(xué)涉及的內(nèi)容豐富且難度大,在課上或課后習(xí)題的解決過程中,學(xué)生一定會遇到各種各樣的問題,如果問題得不到及時(shí)的解決,就會影響學(xué)生對知識的吸收效果,導(dǎo)致其對重點(diǎn)知識的掌握不到位。因此,組織課程討論會是非常有必要的。教師和學(xué)生可以共同討論課程中的難點(diǎn)和疑惑,促進(jìn)學(xué)生之間的交流和互相學(xué)習(xí)??鬃釉唬骸叭诵?,必有我?guī)熝伞!苯處熤g可以定期召開教學(xué)團(tuán)隊(duì)會議,分享教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和反饋,共同探討教學(xué)方法和內(nèi)容的改進(jìn)思路。

在學(xué)生畢業(yè)后,可以進(jìn)行畢業(yè)生追蹤調(diào)查,了解他們在工作中是否能夠運(yùn)用所學(xué)的化工熱力學(xué)知識,并聽取他們對課程的反饋和建議。通過有效的反饋機(jī)制,可以提高課程質(zhì)量,滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,促進(jìn)教學(xué)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。

綜上所述,化工熱力學(xué)課程教學(xué)改革是一個(gè)持續(xù)不斷的過程,需要教師、學(xué)生和教育管理部門的共同努力。通過更新課程內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、優(yōu)化教學(xué)資源和改革評估方式等途徑,我們可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神,以適應(yīng)現(xiàn)代化工領(lǐng)域的發(fā)展需求。

四、結(jié)論

文章主要探討了高?;崃W(xué)課程教學(xué)的現(xiàn)狀和改革的重要性與必要性,從課程改革的原則和目標(biāo)出發(fā),提出了一些改革的措施和方法。通過課程內(nèi)容的更新與拓展、先進(jìn)教學(xué)方法的引入、教學(xué)資源的優(yōu)化、評估方式的改革、課程內(nèi)容的反饋等,可以促進(jìn)化工熱力學(xué)教學(xué)的改革與創(chuàng)新,為培養(yǎng)優(yōu)秀的化工人才奠定基礎(chǔ)。同時(shí),本文也對化工熱力學(xué)教學(xué)改革的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

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[責(zé)任編輯:劉鳳華]

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