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論計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)與化學(xué)教育教學(xué)現(xiàn)代化
幾年來，我們在研究運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助課堂教學(xué)方面取得了一些進(jìn)展。我們加強(qiáng)了計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)的研究，敢于實(shí)踐，勇于突破，拓寬計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍，把文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像和聲音等信息媒體作為一個(gè)集成體由計(jì)算機(jī)處理，把計(jì)算機(jī)帶入一個(gè)文、圖、聲集成的應(yīng)用領(lǐng)域，輔助化學(xué)教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)過程，加強(qiáng)素質(zhì)教育，提高教學(xué)質(zhì)量。１９９４年８月，我校在全國計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)研討會(huì)上作了經(jīng)驗(yàn)介紹，１９９５年３月我校校長在李嵐清副總理主持的“減輕中小學(xué)生過重課業(yè)負(fù)擔(dān)的五省市座談會(huì)”上，匯報(bào)了我校采用現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)優(yōu)化課堂教學(xué)的思路與做法。同年１０月在北京國際電腦軟件博覽會(huì)上展示了自己制作的教學(xué)軟件光盤。１９９７年６月在“全國計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)研討會(huì)”上介紹了我校的探索與思考，獲得與會(huì)代表的好評(píng)。一、促進(jìn)教學(xué)思想的更新，提高教學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的認(rèn)識(shí)是開展計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)的前提和基礎(chǔ)
教育現(xiàn)代化不僅要求在設(shè)備、技術(shù)手段等“硬件”方面更新，最重要的是思想觀念、思想內(nèi)容和思想方法等“軟件”方面的更新。后者是教育現(xiàn)代化的重要方面和教學(xué)改革的深層目標(biāo)。它意味著對(duì)科學(xué)文化、教育傳統(tǒng)的繼承、轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新，要求更新觀念，轉(zhuǎn)變落后于時(shí)代的教育思想、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。
傳統(tǒng)的教學(xué)是以“傳道、授業(yè)、解惑”為基本宗旨的，傳授知識(shí)是教學(xué)的根本目標(biāo)。這種舊的教學(xué)思想和教學(xué)模式不符合化學(xué)教育的規(guī)律，阻礙學(xué)生的化學(xué)素質(zhì)的提高，不利于人才的培養(yǎng)。其具體表現(xiàn)是重教輕學(xué)、重知（識(shí)）輕能（力）、重結(jié)果輕過程、重“學(xué)會(huì)”輕“會(huì)學(xué)”、重方法輕思路等。傳統(tǒng)的教學(xué)觀念遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)代的教學(xué)思想，難以達(dá)到我國目前對(duì)人才的要求——能在２１世紀(jì)迎接挑戰(zhàn)的、全面發(fā)展的、潛能大、素質(zhì)高的現(xiàn)代化人才。因此對(duì)于舊的傳統(tǒng)的教學(xué)要在繼承和借鑒其經(jīng)驗(yàn)與長處的同時(shí)，必須改革那些陳舊的、落后的低效高耗的內(nèi)容、方法和手段，引進(jìn)新的現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)。
善于揭示化學(xué)的本質(zhì)和化學(xué)的思維過程，提煉化學(xué)的思想方法，既是現(xiàn)代化學(xué)教學(xué)的要求，又是化學(xué)教學(xué)藝術(shù)的充分體現(xiàn)�，F(xiàn)代教學(xué)思想有別于傳統(tǒng)教學(xué)思想，主要體現(xiàn)在教學(xué)的目的觀、結(jié)構(gòu)觀、質(zhì)量觀和發(fā)展觀等方面。專家們通過研究和實(shí)踐證明，運(yùn)用或不運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，教學(xué)效果大不一樣。因此，我們要充分利用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代教育技術(shù)作為教學(xué)媒體，提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)向著多媒體化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，必將大大促進(jìn)對(duì)未來一代化學(xué)的教育。如果說化學(xué)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在提高學(xué)生能力和化學(xué)素質(zhì)上的作用是不可低估、不可替代的教學(xué)手段，那末從現(xiàn)在開始，使用計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)將會(huì)異軍突起，在體現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的觀、結(jié)構(gòu)觀、質(zhì)量觀和發(fā)展觀方面將成為不可多得的形式。ＣＡＩ（計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)）的健康發(fā)展既會(huì)使常規(guī)課堂教學(xué)、某些實(shí)驗(yàn)教學(xué)相形見絀，又會(huì)使常規(guī)課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)如虎添翼。
計(jì)算機(jī)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。人類已經(jīng)進(jìn)入了計(jì)算機(jī)時(shí)代、信息高速公路時(shí)代，近３０年來世界科學(xué)技術(shù)９０％以上的發(fā)明、發(fā)展都與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密相連�？梢哉f掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)是未來人才的必備素質(zhì)，對(duì)未來一代青年人的要求，不是考察他們已經(jīng)儲(chǔ)備的知識(shí)有多少，而是更注重他們索娶獲取知識(shí)的能力有多大。計(jì)算機(jī)及軟件是智慧的結(jié)晶，是一種有價(jià)值的知識(shí)產(chǎn)品。把計(jì)算機(jī)引進(jìn)課堂教學(xué)、引進(jìn)家庭輔導(dǎo)，作為現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)的重要組成，不僅有利于加強(qiáng)教學(xué)的時(shí)代性、競爭性和開拓性，有利于面對(duì)新時(shí)代的挑戰(zhàn)，而且也有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成新思想、新觀念、新方法，對(duì)他們今后成為高素質(zhì)的人才有著重要的積極作用。計(jì)算機(jī)與基礎(chǔ)教育的結(jié)合是世界范圍內(nèi)教育改革的一大趨勢，化學(xué)學(xué)科計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的潮流也將勢不可擋。
二、了解計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的特有功能，促進(jìn)教學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的進(jìn)程
化學(xué)教學(xué)方法是化學(xué)教師工作方式與學(xué)生學(xué)習(xí)方法的集合，而教學(xué)方法是屬于一定的教學(xué)思想的。教學(xué)思想的更新必然導(dǎo)致教學(xué)方法的深刻變革，現(xiàn)代教學(xué)論已把化學(xué)教學(xué)的目的提高到“知識(shí)——能力——思維——實(shí)踐”的高度，著眼于發(fā)展學(xué)生的智能。通過輔助常規(guī)教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段并與其它教學(xué)媒體有機(jī)結(jié)合，使之相輔相成發(fā)揮整體優(yōu)勢，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)必將帶來一場具有時(shí)代特色的教學(xué)改革。ＣＡＩ的特點(diǎn)是教學(xué)內(nèi)容的形象化、多樣化，它有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性、統(tǒng)一的適用性和及時(shí)的交互性，有利于實(shí)施個(gè)體化教學(xué)。尤其值得提出的是，在揭示化學(xué)過程的微觀實(shí)質(zhì)，展示化學(xué)思維的形成路徑，描述化學(xué)思想的產(chǎn)生，化學(xué)概念的形成與發(fā)展等方面，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)都有其獨(dú)到之處。
（一）突破教學(xué)難點(diǎn)
現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)圖形處理能力高超，利用這一特有功能可以變抽象為具體，變靜態(tài)為動(dòng)態(tài)，將微觀過程進(jìn)行宏觀模擬，把宏大場景作縮微處理，對(duì)瞬變搞定格分析，化枯燥為生動(dòng)�！皩W(xué)習(xí)障礙”的存在是教學(xué)難點(diǎn)的成因之一。抽象思維的障礙、邏輯思維的障礙、語言表達(dá)的障礙等在計(jì)算機(jī)技術(shù)的上述功能下被打通了、降解了、消失了，從而降低了學(xué)習(xí)難度，使教學(xué)難點(diǎn)得以順利突破。學(xué)生也為其形式之新穎，聲畫之精彩而耳目一新，從而產(chǎn)生樂學(xué)情緒。比如，在課件《離子鍵與共價(jià)鍵》中，利用微機(jī)模擬核外電子運(yùn)動(dòng)和化學(xué)鍵的形成就很成功。這一內(nèi)容抽象、枯燥、難度大，用一般模型演示不能給學(xué)生以動(dòng)感，且易造成概念模糊。計(jì)算機(jī)的二維及三維的圖像與動(dòng)畫模擬達(dá)到了其它教學(xué)手段無法或很難達(dá)到的效果。形成離子鍵時(shí)的電子的轉(zhuǎn)移、陰陽離子的形成、離子間引力與斥力的平衡等都表示得清清楚楚，使學(xué)生有了直觀的感受，能較科學(xué)準(zhǔn)確地理解化學(xué)鍵的實(shí)質(zhì)和特征。
又如，課件《原電池》利用微機(jī)把無法用肉眼觀察到的電極反應(yīng)這一微觀變化模擬成宏觀圖景加以演示，彌補(bǔ)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)也難以展現(xiàn)的微觀世界的動(dòng)態(tài)變化。軟件的運(yùn)用交錯(cuò)穿插在學(xué)生實(shí)驗(yàn)、老師講解之間，教學(xué)效果達(dá)到了最佳狀態(tài)：理解透徹、掌握準(zhǔn)確、印象深刻、記憶牢固。
傳統(tǒng)的教學(xué)模式必須改變，因其信息傳輸通道狹窄單一、信息容量孝傳輸速度慢、效果差，單純的文字板書、聲音都遠(yuǎn)不如畫面圖像易于人們對(duì)信息的接收，過去靠老師說、靠比劃、靠表格、靠掛圖、靠模型等手段的教學(xué)一經(jīng)和微機(jī)課件比較，立刻相形見絀。有機(jī)化學(xué)中烷烴的同分異構(gòu)體及其命名的教學(xué)，因?qū)W生初學(xué)，概念生疏頭緒多，又缺乏空間結(jié)構(gòu)意識(shí)和空間想象力，黑板上的平面板書無論如何也難以喚起學(xué)生的共鳴，是教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，利用ＣＡＩ從容不迫地把一種烷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行多種不同的展示：比例模型、球棍模型，變換角度旋轉(zhuǎn)，對(duì)比與復(fù)原，關(guān)鍵部位放大，正誤對(duì)照剖析……。逼真的主體畫面、清晰的比較鑒別、精練的規(guī)律歸納，牢牢地吸引住學(xué)生，激發(fā)了他們的求知欲。
（二）加大教學(xué)密度
利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)可以做到高密度的知識(shí)傳授，大信息量的優(yōu)化處理，大大提高課堂效率。圖形不是語言，但比語言更直觀和形象，比語言包容的信息量更大。動(dòng)畫又比圖形更高級(jí)地輸出信息，利用文字閃動(dòng)，圖像縮放與移動(dòng)，顏色變換的手段，不僅容量更大，速度更快、效果也更好。ＣＡＩ的聲、光、電的多媒體軟件因其信息傳輸通道寬闊多樣，容量大，速度快，效果好，使得加大教學(xué)密度并非難事，這是因?yàn)椋矗捣昼姷恼n堂時(shí)空被計(jì)算機(jī)拓寬和延長了。
《氣體的制取與發(fā)生裝置》的課件是用于高三復(fù)習(xí)課的。４０分鐘內(nèi)充分體現(xiàn)了教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)原則。一人一機(jī)的教學(xué)形式中，教師充當(dāng)了學(xué)生探求知識(shí)規(guī)律的向?qū)�。借助于軟件中三套氣體發(fā)生裝置的實(shí)物錄像，配合教師的精要剖析，讓學(xué)生確認(rèn)了氣體發(fā)生裝置選擇的原則與規(guī)律，為今后的遷移性練習(xí)（創(chuàng)造性學(xué)習(xí)）作好鋪墊。軟件中常見錯(cuò)誤的幾種裝置類型及其糾正方法被高度集中展示，可有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生感官上的信息接受和思維上的信息處理。在正反兩方面認(rèn)識(shí)對(duì)比的基礎(chǔ)上，通過單人單機(jī)獨(dú)立完成了兩組共２８個(gè)在新情境中的遷移性練習(xí)，并由主機(jī)監(jiān)控及時(shí)反潰這種高密度教學(xué)是常規(guī)教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的，收到了很好的效果。這樣的復(fù)習(xí)課一反過去實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的單調(diào)復(fù)現(xiàn)模式，不再是板書的遷移與活動(dòng)、課本的再現(xiàn)與組合、舊知的重復(fù)與羅列，而是通過軟件的高密度大信息量，使學(xué)生由模仿思維到程序思維再發(fā)展為創(chuàng)造性思維，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的卓越功能。
（三）反饋教學(xué)成果
建立計(jì)算機(jī)多媒體教室，為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)創(chuàng)設(shè)特定的環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中一人一機(jī)操作，可進(jìn)行教學(xué)、練習(xí)、檢測等。重要的是，縮短了時(shí)空距離，加速了人與人之間的聯(lián)系溝通。教師還可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將全部學(xué)生答案迅速收集統(tǒng)計(jì)，及時(shí)分析教學(xué)效果，從而調(diào)整教學(xué)的節(jié)奏和進(jìn)程，迅速地及時(shí)反饋，使教學(xué)的調(diào)控合理化，又進(jìn)一步調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。提高了課堂教學(xué)效率，減輕了學(xué)生過重的課業(yè)負(fù)擔(dān)。我�；瘜W(xué)教研組的老師在使用《溶液中離子共存問題》《氣體的制取與發(fā)生裝置》兩個(gè)課件的實(shí)踐中深切地體驗(yàn)到及時(shí)反愧迅速調(diào)控的必要性與優(yōu)越性。在練習(xí)或檢驗(yàn)過程中的任何時(shí)刻都可了解任何學(xué)生（或全班學(xué)生）的進(jìn)度、成績及任意一題的通過情況，這是過去常規(guī)教學(xué)中難以實(shí)現(xiàn)的；常規(guī)教學(xué)往往是：要么耗時(shí)費(fèi)力，時(shí)過境遷；要么望洋興嘆，心有余而力不足。這樣的課件還能隨意調(diào)出需要重新講解或答疑解難的問題，重點(diǎn)剖析，加強(qiáng)教學(xué)的針對(duì)性。
計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)中ＣＡＩ信息處理系統(tǒng)的使用，為知識(shí)反愧釋疑和進(jìn)一步深化的及時(shí)性創(chuàng)造了條件，縮短了反饋周期，也使教室中的每位學(xué)生個(gè)體的學(xué)習(xí)行為置于教師主機(jī)的監(jiān)控之下，加強(qiáng)了調(diào)控的針對(duì)性，形成了課時(shí)內(nèi)講、練、評(píng)一體化。
（四）優(yōu)化教學(xué)過程
現(xiàn)代教學(xué)方法的根本點(diǎn)是，讓學(xué)生積極主動(dòng)地獲取知識(shí)，全面提高各種能力，使每個(gè)學(xué)生獲得充分發(fā)展。我們進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件研制和教學(xué)實(shí)踐是從我國、我校的實(shí)際出發(fā)，無論是單機(jī)自學(xué)的學(xué)件，示教演示的課件，交互式，ＶＣＤ視盤均把握以下方法論的原理：堅(jiān)持整體觀點(diǎn)，重視多樣化；貫徹綜合觀點(diǎn)，力爭最優(yōu)化。
在《原電池》一課里，通過人人動(dòng)手實(shí)驗(yàn)已經(jīng)令人信服地看到了利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流的事實(shí)。在學(xué)生急切渴求解決疑問——電流究竟是如何產(chǎn)生時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕上以鮮艷的彩色圖像展示出銅鋅兩種金屬的自由電子的濃度的不平衡，又以生動(dòng)的動(dòng)畫效果模擬出自由電子在電位差的作用下沿著導(dǎo)線從低電位向高電位的定向移動(dòng)。畫面中Ｈ＋得電子成為Ｈ原子，兩個(gè)Ｈ原子結(jié)合為分子，Ｈ２氣泡在銅板上冉冉升起。逼真的動(dòng)畫效果、聽覺效果與視覺效果的融洽，學(xué)生眼耳手腦的全部調(diào)動(dòng)并聚焦于一點(diǎn)，達(dá)到了教學(xué)的最優(yōu)化。在課件《烷烴的系統(tǒng)命名法》里，一個(gè)繁雜的多支鏈的長鏈烷烴的結(jié)構(gòu)式，通過計(jì)算機(jī)的圖形轉(zhuǎn)換功能、閃爍提示功能很容易比較出“最長碳鏈”的位置及碳數(shù)；利用不同色彩的區(qū)別也很容易比較出碳鏈編號(hào)的起迄端的正確抉擇。教師在軟件的配合輔助下使學(xué)生順利完成了由“知”到“懂”到“會(huì)”到“對(duì)”（正確），再到規(guī)范的全過程。
計(jì)算機(jī)以其獨(dú)特的功能創(chuàng)造良好的思維情境，培養(yǎng)能力，發(fā)展智力，教師、計(jì)算機(jī)、學(xué)生形成一個(gè)有機(jī)的組合。教師通過計(jì)算機(jī)教懂、教準(zhǔn)、教活、教精，又促使學(xué)生樂學(xué)、善學(xué)、勤學(xué)、活學(xué)，師生共同進(jìn)入教與學(xué)的自覺狀態(tài)和最佳狀態(tài)，增加了課堂教學(xué)的活力，優(yōu)化了課堂教學(xué)過程。
我校化學(xué)教研組編制的教學(xué)軟件正在逐步從單課件走向系統(tǒng)化，從無聲彩色動(dòng)畫走向多媒體，從順序執(zhí)行走向多項(xiàng)選擇，從群體教學(xué)發(fā)展到個(gè)別教學(xué)，向著具有教師備課、課堂教學(xué)、課后輔導(dǎo)、學(xué)生自學(xué)的多功能方向發(fā)展。
三、幾點(diǎn)思考
通過幾年來的實(shí)踐，我們認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)教學(xué)過程中主要用于教學(xué)信息的呈現(xiàn)、教學(xué)效果的分析和教學(xué)過程的控制。在教學(xué)中它已經(jīng)發(fā)揮了巨大作用，但這方面特別符合我國國情的可資借鑒的現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)并不多，必須加強(qiáng)研究。
教學(xué)手段的現(xiàn)代化為教學(xué)進(jìn)程提供了一個(gè)新的發(fā)展空間，師生相互作用的條件趨于多元化，使學(xué)生在知識(shí)、能力、興趣、特長、個(gè)性品質(zhì)等方面的發(fā)展成為可能。值得關(guān)注的是信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將更有效地推動(dòng)教學(xué)改革。信息高速公路的實(shí)現(xiàn)為因材施教個(gè)別化教育的發(fā)展提供了很大空間，突破了時(shí)間的限制。
（一）進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的研究首先要明確其地位是“輔助”，而不是“代替”，不可盲目地、不加分析地用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)代替其它教學(xué)方法和手段。要堅(jiān)持不可取代性原則，盡可能地避免或縮短形式上的追求過程。
（二）一切能夠用實(shí)驗(yàn)去研究的教學(xué)問題就絕不能脫離實(shí)驗(yàn)，可以通過微機(jī)解決其局部放大模擬或微觀變化宏觀展現(xiàn)。鑒于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能是任何手段替代不了的，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中所經(jīng)受的思維、操作、分析、觀察能力的鍛煉，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)情緒、意志、毅力等品質(zhì)的形成只能通過實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。因此，不能因計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的開展而削弱實(shí)驗(yàn)教學(xué)，即堅(jiān)持以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的教學(xué)原則。
（三）發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的獨(dú)特功能去作最佳結(jié)合，即功效最佳原則。從生理學(xué)及心理學(xué)的角度分析，無論是有意注意還是無意注意，變換方式最有效果。如果不是特別必要，盡量避免一課時(shí)的４０或５０分鐘全程計(jì)算機(jī)教學(xué)。否則學(xué)生的視覺疲勞、心理疲勞將會(huì)抑制大腦對(duì)信息的接受。研究最佳結(jié)合點(diǎn)是開展ＣＡＩ的一個(gè)核心問題。有的課雖然只用了２分鐘的軟件輔助，卻解決了最難突破的關(guān)鍵點(diǎn)，說得上是畫龍點(diǎn)睛、雪里送炭，堪稱好課件。今后開發(fā)的多媒體軟件是否應(yīng)具備以下功能和特點(diǎn)：１．交互性能好；２．及時(shí)診斷與反饋；３．模擬實(shí)驗(yàn)（極危險(xiǎn)、大污染、無法實(shí)現(xiàn)的條件、高科技、微觀世界）及宏大生產(chǎn)過程；４．題庫系統(tǒng)（有助于進(jìn)行診斷，達(dá)到形成，作出評(píng)價(jià)）；５．可以從其它信息資源中裁下與化學(xué)有關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行分類、貯存和備用。
（四）開發(fā)與應(yīng)用并行、專職與兼職并重、教學(xué)人員與研制人員并用，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的ＣＡＩ開發(fā)、研制及應(yīng)用系統(tǒng)。
幾年來，我們把計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)應(yīng)用在化學(xué)教學(xué)上作了一些大膽的探索與嘗試，也取得了某些突破性的進(jìn)展，但這一新生事物對(duì)于我們?nèi)匀怀錆M了神奇的魅力，吸引我們?nèi)プ非蟆榱伺囵B(yǎng)２１世紀(jì)祖國需要的人才，我們一定要把充滿生命力的ＣＡＩ工作深入下去，創(chuàng)造出璀璨的教學(xué)成果。
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