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摘要:數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)作為大數(shù)據(jù)分析的有效工具已被廣泛地引入高校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)中。本文旨在對(duì)數(shù)據(jù)挖掘課程的現(xiàn)狀進(jìn)行分析,并針對(duì)目前存在的問題,從思想認(rèn)識(shí)、內(nèi)容課時(shí)安排、教學(xué)理念和方法、學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)等各方面對(duì)課程教學(xué)改革進(jìn)行探索,以更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,使學(xué)生具備數(shù)據(jù)挖掘方法處理實(shí)際問題的能力。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)挖掘;教學(xué)改革;案例式教學(xué)法;能力培養(yǎng)
隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來,使得人們收集數(shù)據(jù)的能力也越來越強(qiáng),從而關(guān)于大數(shù)據(jù)的處理問題也被越來越多的人所關(guān)注。為了從海量高維數(shù)據(jù)中挖掘出重要信息,進(jìn)而尋找出其內(nèi)在規(guī)律或趨勢(shì),并為人們的生產(chǎn)生活提供決策,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一類問題提供可能。在高校教學(xué)過程中,數(shù)據(jù)分析相關(guān)專業(yè)為了培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的人才均開設(shè)了數(shù)據(jù)挖掘課程。但是,當(dāng)前數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)過程中普遍存在諸多問題。為了提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生使用數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)解決實(shí)際問題能力,提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,結(jié)合前沿的思想和理念對(duì)數(shù)據(jù)挖掘課程進(jìn)行深入分析和深度改革,以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量是該課程當(dāng)前面對(duì)的主要問題。
1數(shù)據(jù)挖掘課程簡(jiǎn)介
數(shù)據(jù)挖掘是統(tǒng)計(jì)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科相互結(jié)合的綜合性交叉學(xué)科,主要涉及統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和數(shù)學(xué)建模等多個(gè)方面且應(yīng)用性較強(qiáng)的技術(shù)領(lǐng)域,并且數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在電子商務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)金融、生物醫(yī)學(xué)、腦神經(jīng)科學(xué)和壓縮遙感等眾多應(yīng)用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)挖掘課程主要介紹建模過程中的有關(guān)任務(wù):數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)預(yù)處理、分類與預(yù)測(cè)、聚類分析、時(shí)間序列預(yù)測(cè)、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘、SVM、樸素貝葉斯和離群點(diǎn)的檢測(cè)等,并且針對(duì)各模塊的相應(yīng)方法主要講授包括基本概念、原理、求解算法及實(shí)現(xiàn)和結(jié)果分析等相關(guān)內(nèi)容。該課程主要培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)挖掘的基本技能和方法,掌握數(shù)據(jù)挖掘的核心技術(shù)與主流軟件解決實(shí)際問題的能力,并且使學(xué)生具有綜合分析及處理相關(guān)領(lǐng)域一定復(fù)雜問題的能力。
2數(shù)據(jù)挖掘課程現(xiàn)狀
該課程是在大數(shù)據(jù)的背景下產(chǎn)生的,作為大數(shù)據(jù)分析技術(shù)中的核心課程,同時(shí)為了培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的思維邏輯和較強(qiáng)的動(dòng)手能力,并且為滿足社會(huì)各領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)挖掘人才的需求彌補(bǔ)人才缺口,因此眾多高校的相關(guān)專業(yè)均開設(shè)了數(shù)據(jù)挖掘課程。但是數(shù)據(jù)挖掘課程本質(zhì)上是一門技術(shù)類課程,通過介紹一些經(jīng)典的數(shù)據(jù)挖掘方法,并使得學(xué)生能夠正確理解方法原理,并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)相關(guān)實(shí)際問題的求解與分析。但是,目前該課程在教學(xué)過程中大多數(shù)學(xué)生對(duì)于該門課的地位和重要程度認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足,教學(xué)理念依然比較落后,關(guān)于課程內(nèi)容的設(shè)置還不夠均衡,對(duì)于該課程的應(yīng)用性與實(shí)踐性在教學(xué)實(shí)踐與實(shí)際應(yīng)用還有一定差距,重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象依然普遍存在。總之,該課程目前存在的問題主要分為以下幾個(gè)方面:
2.1思想認(rèn)識(shí)方面
該課程在相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)中具有重要的地位,學(xué)生掌握相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘方法不僅能夠處理具體的實(shí)際問題,還能培養(yǎng)學(xué)生處理問題的能力,也有利于學(xué)生就業(yè)和更好地服務(wù)社會(huì)。但是,目前普遍存在的問題是學(xué)生只將數(shù)據(jù)挖掘看做是一門普通的課程,對(duì)自己的要求只是考試過關(guān),并沒有從思想上認(rèn)識(shí)該課程的重要性,對(duì)該課程缺乏全面的認(rèn)識(shí)和了解,不清楚該課程的實(shí)際意義。從而導(dǎo)致學(xué)生思想上不重視、學(xué)習(xí)中不認(rèn)真、實(shí)踐中不落實(shí)、應(yīng)用中不熟練,極大地影響了學(xué)習(xí)效果和人才培養(yǎng)方案的實(shí)施效果。
2.2課程內(nèi)容方面
該課程所涉及的內(nèi)容覆蓋面廣泛、各知識(shí)點(diǎn)之間交叉性強(qiáng);并且該課程包含了大量的復(fù)雜理論,特別是對(duì)于高等數(shù)學(xué)和概率論等先修課程的知識(shí)掌握要求較高,從而使得學(xué)生入門有一定困難,并且所涉及的各類算法過程相對(duì)復(fù)雜抽象,導(dǎo)致教學(xué)難度較大,對(duì)學(xué)生的理解能力要求較高且充滿挑戰(zhàn)。并且由于新技術(shù)、新理論的迅速發(fā)展,使得數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)更新加快,但是教材內(nèi)容的更新則相對(duì)緩慢,進(jìn)而存在內(nèi)容滯后的問題[1⁃2]。并且關(guān)于課程講授內(nèi)容的安排,多數(shù)關(guān)注分類與預(yù)測(cè)部分的內(nèi)容,對(duì)于數(shù)據(jù)挖掘整個(gè)環(huán)節(jié)中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)探索和數(shù)據(jù)預(yù)處理部分并未涉及,導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)挖掘過程無法形成完整的閉環(huán),所以就導(dǎo)致學(xué)生忽略了這一重要過程,只會(huì)使用已處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)論驗(yàn)證,面對(duì)具體的實(shí)際問題和未經(jīng)處理的雜亂數(shù)據(jù),反而卻無從下手,無法達(dá)到學(xué)以致用的目的。另外,缺乏系統(tǒng)性案例的詳細(xì)講解,即以某一具體現(xiàn)實(shí)問題為背景,如何確定挖掘目標(biāo)、分析方法與過程的詳細(xì)闡述、模型構(gòu)建以及代碼實(shí)現(xiàn)等全部過程的問題很少涉及。人才培養(yǎng)方案中一直強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力,卻恰恰沒有給出創(chuàng)新的空間和實(shí)際問題處理全過程的詳細(xì)講解,學(xué)生無法理解和掌握實(shí)際問題的具體模型以及處理流程,使得培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和處理實(shí)際問題的能力淪為口號(hào),人才培養(yǎng)方案無法真正落實(shí)。
2.3教學(xué)理念方面
教學(xué)理念是對(duì)認(rèn)識(shí)的集中體現(xiàn),同時(shí)也是人們對(duì)教學(xué)活動(dòng)的看法和持有的基本的態(tài)度和觀念,是從事教學(xué)活動(dòng)的信念。教學(xué)理念有理論層面、操作層面和學(xué)科層面之分。明確表達(dá)的教學(xué)理念對(duì)教學(xué)活動(dòng)有著極其重要的指導(dǎo)意義。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中,即以教師為中心的教學(xué)模式,教師作為教學(xué)活動(dòng)的主體和中心,教師按照課前設(shè)計(jì)好的教學(xué)思路,通過引入教學(xué)內(nèi)容,講解疑難點(diǎn),練習(xí)作業(yè)布置等環(huán)節(jié)。在整個(gè)教學(xué)過程中,學(xué)生都是跟著教師事先設(shè)計(jì)好的路線走,學(xué)生在各個(gè)環(huán)節(jié)需要做的工作都已被安排好,并且學(xué)生通常都是被動(dòng)接受。學(xué)生很少有思考和探討的時(shí)間,就更難去提出自己的想法和不同見解,學(xué)生的創(chuàng)新性思維也沒能得到發(fā)展,對(duì)所學(xué)知識(shí)也僅停留在表面理解和短期的記憶上,進(jìn)而導(dǎo)致了學(xué)而不會(huì),會(huì)而不用,用而不精。對(duì)于理論教學(xué)環(huán)節(jié),由于理論知識(shí)復(fù)雜且枯燥乏味,再加上學(xué)生理解能力的差異,導(dǎo)致學(xué)生興趣不足,互動(dòng)性差,課堂教學(xué)效果不佳,進(jìn)而形成惡性循環(huán)??傊瑢W(xué)生沒能成為課堂的主體和中心,導(dǎo)致寶貴的課堂時(shí)間僅用于知識(shí)的簡(jiǎn)單傳授、沒能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生思維的高效啟發(fā)和能力的培養(yǎng)。
2.4應(yīng)用實(shí)踐方面
數(shù)據(jù)挖掘作為應(yīng)用型技術(shù)類課程,要掌握其中主要的方法和經(jīng)典算法,僅靠簡(jiǎn)單的理論講解根本無法理解和掌握其精髓,適當(dāng)?shù)膶?shí)踐環(huán)節(jié)必不可少,否則無法實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。但是,對(duì)于目前多數(shù)教學(xué)過程中,課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是進(jìn)行簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),各實(shí)驗(yàn)之間相對(duì)獨(dú)立,不利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性理解,并且各實(shí)驗(yàn)中均是采用已經(jīng)處理的少量數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證,并未將數(shù)據(jù)挖掘方法應(yīng)用到真正的大數(shù)據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中去,不能使學(xué)生形象而深刻的理解數(shù)據(jù)挖掘方法處理大數(shù)據(jù)問題,不利于學(xué)生系統(tǒng)地理解大數(shù)據(jù)時(shí)代下數(shù)據(jù)挖掘的本質(zhì)和過程[3]。
2.5課程考核方面
課程的考核是在教學(xué)過程中及結(jié)束前,針對(duì)課程所設(shè)定的目標(biāo)而進(jìn)行的各項(xiàng)測(cè)試,包括但不僅限于過程性測(cè)試、形成性測(cè)試及總結(jié)性測(cè)試,并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析學(xué)習(xí)者是否達(dá)到課程目標(biāo)的要求[4]。目前,大多數(shù)高校的數(shù)據(jù)挖掘課程的考核方式都主要采用閉卷考試和課程作業(yè)相結(jié)合的方式。閉卷主要考查學(xué)生對(duì)算法原理及思想的理解,課程作業(yè)則考查學(xué)生對(duì)案例的分析。但是,這種傳統(tǒng)的考核方式未能體現(xiàn)該課程的實(shí)踐性和應(yīng)用性,沒有從該課程的本質(zhì)出發(fā),并未實(shí)現(xiàn)該課程重實(shí)踐輕理論的特點(diǎn),并沒有做到以學(xué)生為中心,并沒有真正做到學(xué)以致用,也沒能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,更不能實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力的目的。鑒于目前數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)及發(fā)展現(xiàn)狀,結(jié)合時(shí)代和社會(huì)發(fā)展需要,為了能更好地培養(yǎng)大數(shù)據(jù)分析人才具備的各種素質(zhì)和能力。那么,關(guān)于數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)改革勢(shì)在必行。
3數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)改革探索
數(shù)據(jù)挖掘課程的教學(xué)改革不僅能夠改進(jìn)教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果,還能使學(xué)生更好地理解和熟練地應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)解決大數(shù)據(jù)實(shí)際問題。由于數(shù)據(jù)挖掘課程在大數(shù)據(jù)處理中的重要作用,為了更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘人才的培養(yǎng)。結(jié)合多年數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)實(shí)踐,可從以下幾個(gè)方面實(shí)行改革探索。
3.1提高思想認(rèn)識(shí),合理安排教學(xué)內(nèi)容
首先,教師要認(rèn)識(shí)到大數(shù)據(jù)時(shí)代下的開設(shè)數(shù)據(jù)挖掘課程的必要性和重要性。通過教師的言傳身教,讓學(xué)生感受到數(shù)據(jù)挖掘課程的重要意義。只有思想上的轉(zhuǎn)變,使得學(xué)生認(rèn)識(shí)到該課程的重要性以及學(xué)好該門課程的對(duì)未來學(xué)習(xí)和就業(yè)的幫助,才可以一定程度上加強(qiáng)學(xué)生對(duì)該門課程的重視[5]。另外,為了解決課程內(nèi)容方面存在的問題,對(duì)于課程內(nèi)容結(jié)合實(shí)際合理安排,課程總課時(shí)48學(xué)時(shí),其中知識(shí)案例講解32課時(shí),實(shí)驗(yàn)課時(shí)16學(xué)時(shí)。主要的教學(xué)內(nèi)容主要包括:數(shù)據(jù)挖掘背景介紹、數(shù)據(jù)獲取、探索和預(yù)處理方法、回歸分析、決策樹、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則、時(shí)間序列模型、樸素貝葉斯,支持向量機(jī)、離群點(diǎn)檢測(cè)和案例講解與分析等主要數(shù)據(jù)挖掘方法。對(duì)于每個(gè)知識(shí)模塊都有實(shí)驗(yàn)課時(shí)的安排。并嘗試關(guān)注學(xué)科新動(dòng)態(tài),搜集最新研究成果作為教學(xué)內(nèi)容,彌補(bǔ)資源滯后的問題。并且針對(duì)每個(gè)模塊精心設(shè)計(jì)最新的案例背景,通過對(duì)案例的分析引入新問題,進(jìn)一步結(jié)合所授知識(shí)給出解決問題的數(shù)據(jù)挖掘方法,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行該案例問題的全過程實(shí)現(xiàn)。讓學(xué)生真正融入教學(xué),實(shí)現(xiàn)由難到易的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。
3.2牢固樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念
轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)觀念,樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念,熟悉專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo),特別是數(shù)據(jù)挖掘課程的培養(yǎng)目標(biāo)。通過對(duì)課程各部分內(nèi)容的精心設(shè)計(jì)和安排,結(jié)合講授內(nèi)容特點(diǎn)選用翻轉(zhuǎn)課堂引導(dǎo)學(xué)生參與到教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與教學(xué)過程的積極性,以加深對(duì)課程內(nèi)容的深刻理解。在教學(xué)環(huán)節(jié),首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)分組,學(xué)生完成各自分工;其次,通過小組討論明確案例背景以及挖掘目標(biāo)、梳理解決問題的流程、總結(jié)課程內(nèi)容重點(diǎn)、存在的問題以及結(jié)果分析;最后,通過隨機(jī)抽簽的方式確定人員對(duì)所討論的問題及存在的問題進(jìn)行匯報(bào)。根據(jù)各小組匯報(bào)情況整體把握學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解程度與應(yīng)用情況并進(jìn)行詳細(xì)點(diǎn)評(píng),針對(duì)學(xué)生的問題結(jié)合重難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)講解。對(duì)任務(wù)實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié),鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手編寫代碼,并通過不斷調(diào)試總結(jié)問題積累經(jīng)驗(yàn),以提高學(xué)生的動(dòng)手編程能力。總之,所有的教學(xué)環(huán)節(jié)始終堅(jiān)持以學(xué)生為中心,在傳授知識(shí)的同時(shí),調(diào)動(dòng)學(xué)生參與積極性、啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性思維、培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、深入思考問題和科學(xué)解決問題的能力。
3.3采用案例化教學(xué)方法
在數(shù)據(jù)挖掘課程教學(xué)過程中,為了更好地完成教學(xué)任務(wù)、實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生利用相關(guān)方法解決實(shí)際問題能力的教學(xué)目的,結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘課程輕理論重應(yīng)用的特點(diǎn)。因此,在該課程的教學(xué)過程中采用案例化教學(xué)方法,針對(duì)具體的知識(shí)點(diǎn),課程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)以案例為出發(fā)點(diǎn),確立應(yīng)用背景、明確挖掘目標(biāo)、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)探索、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型建立與求解、結(jié)果分析等各個(gè)環(huán)節(jié),將案例與數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)有機(jī)結(jié)合。該方法不但可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,還可以使學(xué)生更好地掌握方法的具體應(yīng)用。針對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),學(xué)生不再是進(jìn)行簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),而是參與案例問題的全過程求解,包括數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、模型建立與算法程序編寫,結(jié)果分析評(píng)價(jià),以提高全體學(xué)生動(dòng)手能力。
3.4科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果
學(xué)生學(xué)習(xí)效果的科學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和水平的全面測(cè)評(píng)。為了科學(xué)公平的評(píng)價(jià)學(xué)生,結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘課程應(yīng)用性的特點(diǎn),該課程采用多元化考核方式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行評(píng)定。首先,該課程的多元化考核方案由:平時(shí)成績(jī)(20%)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)(30%)和課程期末報(bào)告成績(jī)(50%)三部分組成,其中平時(shí)成績(jī)主要包括:課堂考勤、小測(cè)驗(yàn)、課堂提問環(huán)節(jié)和作業(yè)等,課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末報(bào)告都是以小組為單位共同完成。為了防止小組成員得分的平均化,要求每次小組成員需根據(jù)每個(gè)人的真實(shí)的工作量和貢獻(xiàn)程度給出評(píng)分得到評(píng)分矩陣。然后根據(jù)評(píng)分矩陣,計(jì)算所有成員對(duì)某一小組成員的整體評(píng)價(jià),作為該成員的成績(jī)權(quán)重,依次得到所有成員的成績(jī)權(quán)重,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)際成績(jī)結(jié)合各自權(quán)重計(jì)算出個(gè)人實(shí)際成績(jī)。通過該權(quán)重方法能夠更公平對(duì)各成員的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課程報(bào)告評(píng)分過程中,嚴(yán)格考察實(shí)踐操作(40%)和報(bào)告內(nèi)容(60%)兩大部分等多個(gè)細(xì)節(jié),將過程化考核與總結(jié)性考核相結(jié)合,通過一系列細(xì)化指標(biāo)的考核力爭(zhēng)做到全面科學(xué)公正評(píng)價(jià)學(xué)生各方面能力。
4結(jié)語
數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是大數(shù)據(jù)時(shí)代下,通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘其內(nèi)在規(guī)律,用于服務(wù)社會(huì)各領(lǐng)域的科學(xué)。本文主要分析了數(shù)據(jù)挖掘課程的現(xiàn)狀,并指出了目前存在的一些問題,結(jié)合近年來教學(xué)經(jīng)驗(yàn)給出數(shù)據(jù)挖掘課程的改革探索方案。首先要提高思想認(rèn)識(shí),堅(jiān)定課程的重要地位,合理安排課程各環(huán)節(jié)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)課時(shí),并樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念,讓學(xué)生積極參與到教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中來,并通過設(shè)計(jì)新案例融入教學(xué)內(nèi)容,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,進(jìn)而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,落實(shí)人才培養(yǎng)方案,以培養(yǎng)高質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析與挖掘人才。
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作者:丁毅濤 單位:西京學(xué)院理學(xué)院
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