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教學(xué) 實(shí)驗(yàn) 工程應(yīng)用三位一體的實(shí)踐教學(xué)改革

2016-10-29 16:11:02張德恒張厚先徐奮強(qiáng)賈彩虹
山東工業(yè)技術(shù) 2016年19期
關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)教學(xué)工程實(shí)驗(yàn)

張德恒,張厚先,徐奮強(qiáng),賈彩虹

(南京工程學(xué)院 建筑學(xué)院,南京 211167)

教學(xué) 實(shí)驗(yàn) 工程應(yīng)用三位一體的實(shí)踐教學(xué)改革

張德恒,張厚先,徐奮強(qiáng),賈彩虹

(南京工程學(xué)院 建筑學(xué)院,南京 211167)

在改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的情況下,設(shè)計(jì)性土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,增強(qiáng)了學(xué)生對土力學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣,增加了學(xué)生對土的工程性質(zhì)的認(rèn)識與掌握,提高了學(xué)生的實(shí)踐能力與自身創(chuàng)造力。通過工程案例設(shè)計(jì),學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為橋梁把理論教學(xué)與工程應(yīng)用連接起來,做到三位一體的教學(xué)模式。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式;設(shè)計(jì)性土力學(xué)實(shí)驗(yàn);三位一體

0 引言

“學(xué)以致用”是南京工程學(xué)院的校訓(xùn),所以注重實(shí)踐教學(xué)是南京工程學(xué)院的辦學(xué)理念。而土力學(xué)是一門實(shí)踐性、經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的力學(xué)學(xué)科,在土力學(xué)理論教學(xué)中實(shí)踐教學(xué)是學(xué)習(xí)中非常重要的環(huán)節(jié),土是經(jīng)過億萬年的風(fēng)化沉積固結(jié)而成,結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變。根據(jù)不同的含水率,密實(shí)度,固結(jié)歷史等特點(diǎn)具有其獨(dú)特的工程特性。土力學(xué)的實(shí)踐教學(xué)過程是非常重要的,尤其是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新思維能力。根據(jù)工程要求進(jìn)行設(shè)計(jì)性試驗(yàn),學(xué)生通過各種土工試驗(yàn)現(xiàn)象,依據(jù)理論教學(xué)學(xué)生可以充分認(rèn)識土的物理特征、力學(xué)特征。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上,通過實(shí)踐教學(xué)及工程應(yīng)用從而達(dá)到土力學(xué)實(shí)踐教學(xué)三位一體的教學(xué)模式[1]。

1 目前土力學(xué)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 實(shí)驗(yàn)課程安排現(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)課是連接理論教學(xué)與實(shí)際工程應(yīng)用的載體,實(shí)驗(yàn)課的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生能夠利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)試樣或者原狀土來證明理論教學(xué)結(jié)論,或者是利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備得到某個(gè)試樣實(shí)驗(yàn)參數(shù),是學(xué)生主動(dòng)的去利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備根據(jù)要求創(chuàng)新、發(fā)現(xiàn)、實(shí)現(xiàn)的過程。所以,實(shí)驗(yàn)課必須以學(xué)生為主動(dòng),教師起輔助作用,而目前并不是這樣,有的實(shí)驗(yàn)課教師親自動(dòng)手做學(xué)生只是個(gè)觀眾。因此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須緊緊圍繞以學(xué)生為主動(dòng)教師為輔助講解、激發(fā)學(xué)生動(dòng)手興趣的核心開展教學(xué)工作[2-3]。南京工程學(xué)院在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面雖取得一定成績,但也存在一些弊端。目前,理論教學(xué)一直是土力學(xué)主要部分,而實(shí)驗(yàn)教學(xué)滯后于理論教學(xué),實(shí)驗(yàn)課與理論課出現(xiàn)“斷層”狀態(tài),即等理論課上完之后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),理論課上完之后已經(jīng)到期末考試,學(xué)生全部心思在復(fù)習(xí)土力學(xué)理論課,無學(xué)分制的實(shí)驗(yàn)課導(dǎo)致學(xué)生在思想上認(rèn)為理論課學(xué)習(xí)比實(shí)驗(yàn)課重要,實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn),理論是理論造成互不相干。

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)不明確

很多教師只知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩恢缹?shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),說的確切一點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)所服務(wù)的實(shí)際工程應(yīng)用。理論課上教師向?qū)W生解釋為什么做這個(gè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁矗瑢?shí)驗(yàn)最終目標(biāo)是什么,服務(wù)于什么實(shí)際工程,看似很簡單的問題,某些教師的做法可能比較粗淺。例如,土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課上,實(shí)驗(yàn)專職教師一開始就介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)?zāi)康模蛘呓處熡H自動(dòng)手直接進(jìn)行設(shè)備的演示操作或者按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告宣讀,這時(shí)候?qū)W生可能早已忘記學(xué)習(xí)的理論知識,或者沒有任何印象,有的教師甚至一邊講試驗(yàn)內(nèi)容和目的一邊進(jìn)行演示操作,把操作設(shè)備及實(shí)驗(yàn)對象或者是實(shí)驗(yàn)要得到什么參數(shù)作為重點(diǎn)提示的內(nèi)容,最后只要把學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告填滿就算交差了,這種敷衍行為不可取。而對于如何通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作學(xué)生可以提升何種能力、針對某種實(shí)驗(yàn)設(shè)備目前在工程界是否具有先進(jìn)性、今后需要哪些改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在工程實(shí)際中有何應(yīng)用解決哪些問題、以及如何通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)把理論知識和實(shí)際工程連接起來,對于這類涉及能力培養(yǎng)和實(shí)踐理性提升的內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師很少提及。

1.3 理論與實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐工程脫節(jié)

實(shí)驗(yàn)是手、腦并用的過程,是利用理論知識指導(dǎo)實(shí)際工程的技能。理論知識指導(dǎo)實(shí)踐,實(shí)踐驗(yàn)證、充實(shí)并拓展理論。目前實(shí)驗(yàn)課安排模式為依托理論課模式、但是在實(shí)驗(yàn)過程中又不全面提到學(xué)過的理論知識,一味的追求為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn),學(xué)生也是一味的追求為交報(bào)告而實(shí)驗(yàn),而在實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排上也相對獨(dú)立,甚至與理論課進(jìn)度無關(guān)聯(lián),從而造成理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)。對于通過實(shí)驗(yàn)利用理論知識指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師更是鮮有提及。例如,液塑限實(shí)驗(yàn):大家都知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖桥袛嗤令悇e、軟硬程度,但是很少有教師提及判斷土的類別之后如何指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用。所以造成實(shí)驗(yàn)理論知識與實(shí)際工程應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)。

1.4 學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度有待提升

雖然土木工程實(shí)驗(yàn)中心發(fā)展較晚,但是也基本滿足學(xué)校師生的應(yīng)用。但是隨著增開新的專業(yè)以及學(xué)生的擴(kuò)招,土工實(shí)驗(yàn)室目前存在不小的壓力,相對設(shè)備不足,每個(gè)班級的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)都要分批次進(jìn)行,對于45人左右的班級,一般分為4~6組,一臺設(shè)備有8人左右,實(shí)驗(yàn)教師講解完畢各組人獨(dú)立完成動(dòng)手部分,這樣就造成有的學(xué)生只是“觀察員”身份,有的人就繼承了別人的成果,分組造成的后果是想動(dòng)手的沒有設(shè)備,不愿動(dòng)手的更加依賴動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生。

1.5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與教學(xué)手段落伍

土力學(xué)是一門比較專業(yè)的基礎(chǔ)課,基于土力學(xué)專業(yè)性較強(qiáng),所以理論教學(xué)是土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng),因此照本宣科實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書仍然是它的弊端,傳統(tǒng)教學(xué)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)仍然是驗(yàn)證性與演示性。《土力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》是從《土工試驗(yàn)規(guī)程》摘錄而來,從而土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)顯得生硬、條框,有的公式及理論比較難理解等缺點(diǎn)。另外,面對生硬的儀器設(shè)備及看不懂的原理,學(xué)生的親自動(dòng)手試驗(yàn)及主動(dòng)性被打擊殆盡。多數(shù)學(xué)生表示只能看著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的操作步驟一步一步的往下做,走哪里算哪里,錯(cuò)了再改。目前教學(xué)手段落伍,教學(xué)方法死板,學(xué)生沒有學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段改革與實(shí)踐

為了培養(yǎng)工程類的應(yīng)用型人才,土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須轉(zhuǎn)變教學(xué)理念,是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的關(guān)鍵,土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),以培養(yǎng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)及理論教學(xué)能在實(shí)際工程應(yīng)用為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)知識應(yīng)用、工程能力提升、技術(shù)創(chuàng)新的協(xié)調(diào)發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)際工程的聯(lián)系,僅靠幾個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課還是不夠的,為了建立實(shí)驗(yàn)是聯(lián)系理論知識與工程應(yīng)用的橋梁,以此達(dá)到實(shí)驗(yàn)通過理論知識指導(dǎo)實(shí)際工程,把工程應(yīng)用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)作為土力學(xué)實(shí)驗(yàn)課不可缺失的重要部分。

2.1 工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

(1)首先,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要做好實(shí)際工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,然后,選取工程實(shí)驗(yàn)所用的試樣,最后得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是指導(dǎo)什么樣的實(shí)際工程,試驗(yàn)指導(dǎo)教師應(yīng)該清楚實(shí)驗(yàn)參數(shù)分布范圍,實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)出現(xiàn)什么情況。例如,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的試樣是作為地基沉降使用,還是作為基坑開挖使用,還是作為邊坡防護(hù)使用,還是作為滲透使用等等,就具體工程來說,對于在學(xué)生頭腦里沒有這種概念。因此,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師不僅要有一個(gè)廣泛的知識面,還要有一個(gè)具體的取樣場地,無論是施工現(xiàn)場還是本校的實(shí)踐基地。

(2)實(shí)驗(yàn)前,由指導(dǎo)教師帶隊(duì)在工程現(xiàn)場勘查取樣,結(jié)合實(shí)驗(yàn)規(guī)程及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)程初步判斷有關(guān)土的特征,根據(jù)工程地質(zhì)勘察手段及現(xiàn)場搓條法粗淺估計(jì)土的液塑限特征。然后將學(xué)生帶到現(xiàn)場實(shí)地了解有關(guān)土的性質(zhì),使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前有一個(gè)膚淺的感性認(rèn)識。例如,膨脹土具有地壓縮性,遇水膨脹失水干縮,多裂隙性,軟粘土的高壓縮性和低強(qiáng)度等等,同時(shí)向?qū)W生講解某類土是實(shí)驗(yàn)時(shí)具有什么特征。

(3)在帶領(lǐng)學(xué)生勘察試樣之后,把工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)劃交給學(xué)生。學(xué)生根據(jù)工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)取樣,然后回去大致考慮實(shí)驗(yàn)所涉及的相關(guān)知識。為了解決某個(gè)工程問題,教師首先要把實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)告訴學(xué)生,最終要解決那些實(shí)際工程項(xiàng)目,然后學(xué)生根據(jù)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),學(xué)生應(yīng)該知道在數(shù)據(jù)處理中可能采用土力學(xué)中的理論方法,這些方法需要用哪些土力學(xué)指標(biāo),指標(biāo)又是怎么通過實(shí)驗(yàn)得到的,然后,在了解土力學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的和用途的基礎(chǔ)上,選擇測定這些指標(biāo)進(jìn)而解決實(shí)際工程,最后完成工程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

2.2 具體實(shí)施計(jì)劃

目前土力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是單獨(dú)分開的,例如,以2課時(shí)為單位,每批次在8課時(shí)時(shí)間內(nèi)必須完成密度、含水率實(shí)驗(yàn)(2課時(shí)),土的液、塑限實(shí)驗(yàn)(2課時(shí)),土的固結(jié)實(shí)驗(yàn)(2課時(shí)),土體剪切實(shí)驗(yàn)(2課時(shí)),各個(gè)實(shí)驗(yàn)相互獨(dú)立沒有必然的聯(lián)系,這樣各個(gè)實(shí)驗(yàn)造成了斷層沒有銜接。土體的物理、力學(xué)指標(biāo)間有一定的相互聯(lián)系,例如,土的液塑限特征可以判斷土的性質(zhì),知道土體的類別我們又可以大概清楚它的相對密度、壓縮性滲透性和力學(xué)特征,如何讓各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間進(jìn)行利用,是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革[4]。

首先,對于單獨(dú)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目變成集中授課,而又不能在臨期末進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其次,精心安排實(shí)驗(yàn)批次及時(shí)間、通過設(shè)計(jì)性案例把2~3個(gè)土力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合到一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn),呈現(xiàn)出土力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間的相關(guān)性。例如,設(shè)計(jì)題目:某建筑一獨(dú)立基礎(chǔ)面積為11.1m*9.0m,埋深0.5m,作用在基礎(chǔ)底面準(zhǔn)永久組合壓力p=300kPa,計(jì)算各土層壓縮模量,通過實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算基礎(chǔ)中心點(diǎn)沉降。這時(shí)候給學(xué)生設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:學(xué)生應(yīng)該知道這個(gè)設(shè)計(jì)涉及到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是密度含水率實(shí)驗(yàn)、相對密度實(shí)驗(yàn)及固結(jié)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到后學(xué)生應(yīng)該去查閱土力學(xué)教材,通過理論知識及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)學(xué)生應(yīng)該能解決實(shí)際工程問題,就本設(shè)計(jì)而言學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論知識能夠計(jì)算出基礎(chǔ)中心的最終沉降值。通過此次實(shí)驗(yàn)學(xué)生更加理解了理論知識的重要性以及如何解決實(shí)際工程問題,所以通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以發(fā)現(xiàn):實(shí)驗(yàn)、理論知識及工程應(yīng)用密不可分,理論知識指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的橋梁,對于教學(xué)指導(dǎo)老師來說實(shí)現(xiàn)了三位一體的教學(xué)模式。對于學(xué)生為了解決實(shí)際工程問題不得不認(rèn)真思考和精心準(zhǔn)備,從而增加了他們的好奇心及積極性。

3 教學(xué)內(nèi)容與方法改革

(1)工程性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容要考慮3個(gè)要點(diǎn):第一,緊扣實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹C總€(gè)實(shí)驗(yàn)都要有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模彩菍?shí)驗(yàn)指南具體指實(shí)驗(yàn)要得到那些參數(shù)。第二,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論教學(xué)相對應(yīng)。在理論教學(xué)的過程中教師要多引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識實(shí)驗(yàn),重視實(shí)驗(yàn),多講解實(shí)驗(yàn)與工程的相關(guān)性,而不是輕視實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,不要認(rèn)為實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)課時(shí)再講。第三,實(shí)驗(yàn)要與實(shí)際工程相對應(yīng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力,在這個(gè)授課框架下,要求實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)實(shí)際工程,如果有條件的話可以聯(lián)系實(shí)際工程單位,盡量做到實(shí)驗(yàn)所用試樣來源于實(shí)際工程,這樣會(huì)更直接反映工程的實(shí)際問題,令實(shí)驗(yàn)更有趣味,更具現(xiàn)實(shí)意義。(2)實(shí)踐教學(xué)方法的研究是實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的根本,同樣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,教學(xué)方法不同,教學(xué)結(jié)果可能相差較大。三位一體的實(shí)踐教學(xué)改革,仍然以學(xué)生為核心的教育方法,以工程設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為前提引導(dǎo)學(xué)生解決問題,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)鉆研知識的興趣。通過案例設(shè)計(jì),三位一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革學(xué)生基本掌握了實(shí)驗(yàn)技能和養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能夠發(fā)現(xiàn)問題,提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析問題、解決問題的能力。在條件允許的情況下,在教學(xué)過程中多采取提問式、啟發(fā)式、引導(dǎo)式、多媒體、網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像及環(huán)境教學(xué)等方式方法[5]。(3)改變實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)技巧,土力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)不能重復(fù)理論課,而是強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)和提供一些實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)參數(shù)的篩選。對學(xué)生而言,土力學(xué)的理論知識在課堂上已經(jīng)聽過一遍,重點(diǎn)講授理論知識在實(shí)驗(yàn)中所發(fā)揮的作用及如何把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用到實(shí)際工程;把握分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及工程應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到后,指導(dǎo)教師多給學(xué)生時(shí)間分析、討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),最后利用理論知識解決實(shí)際工程問題[6]。

4 結(jié)束語

學(xué)以致用是南京工程學(xué)院本科人才培養(yǎng)的綱領(lǐng),而工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的體現(xiàn)。設(shè)計(jì)性土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法提高了學(xué)生對土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)習(xí)興趣,增加了學(xué)生對土的工程性質(zhì)的認(rèn)識與掌握,提高了學(xué)生的實(shí)踐能力與動(dòng)手能力,通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)際工程拓寬了理論知識的應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)了教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、工程應(yīng)用的三位一體的實(shí)踐教學(xué)模式。

[1]李廣信.土力學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和土力學(xué)教育與教學(xué)[C].第一屆全國土力學(xué)教學(xué)研討會(huì)論文集,2006∶27-32.

[2]李國安.當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題和對策[J].麗水學(xué)院學(xué)報(bào),2007(03)∶118-120.

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基金:南京工程學(xué)院教改項(xiàng)目,項(xiàng)目號201326; 南京工程學(xué)院校級高等教育研究課題 項(xiàng)目號2014ZC28 。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.214

張德恒,男,碩士在讀博士,長期從事實(shí)踐教學(xué)與研究。

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