整合高中物理和化學(xué)教材內(nèi)容構(gòu)建原子知識(shí)系統(tǒng)
2014-09-26 23:22:22陳偉
化學(xué)教與學(xué) 2014年9期
摘要：在簡介人教版高中物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對(duì)人教版高中物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而對(duì)物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)整合，以期對(duì)學(xué)界進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)有所啟示。
關(guān)鍵詞：原子知識(shí)；原子結(jié)構(gòu)知識(shí)；原子核知識(shí)；核外電子知識(shí)
文章編號(hào)：1008-0546（2014）09-0060-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.09.021
原子知識(shí)是人類對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的成果，在物理和化學(xué)學(xué)科知識(shí)體系中均居于十分重要的位置。原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)是核物理學(xué)的基礎(chǔ)，原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)是理解元素的性質(zhì)、元素周期表和元素周期律的理論基礎(chǔ)。原子是由原子核和核外電子共同構(gòu)成的有機(jī)整體，原子知識(shí)也理應(yīng)是由原子結(jié)構(gòu)知識(shí)、原子核知識(shí)和核外電子知識(shí)共同構(gòu)成的知識(shí)系統(tǒng)。然而，從現(xiàn)有文獻(xiàn)和教學(xué)實(shí)踐情況來看，學(xué)界在進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容教學(xué)時(shí)并未通過對(duì)物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析、通過對(duì)物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)整合來幫助學(xué)生構(gòu)建起完整的原子知識(shí)系統(tǒng)。本文在簡介人教版高中物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上對(duì)物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而對(duì)物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)整合，以期引導(dǎo)學(xué)界在進(jìn)行物理教學(xué)時(shí)，幫助學(xué)生在理解、掌握原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)的基礎(chǔ)上，將其與化學(xué)學(xué)科中的原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)進(jìn)行對(duì)比分析和系統(tǒng)整合，在進(jìn)行化學(xué)教學(xué)時(shí)幫助學(xué)生在理解、掌握原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)的基礎(chǔ)上，將其與物理學(xué)科中的原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)進(jìn)行對(duì)比分析和系統(tǒng)整合，進(jìn)而幫助學(xué)生構(gòu)建起完整的原子知識(shí)系統(tǒng)。
一、人教版高中物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)的內(nèi)容
人教版高中物理教材（下文簡稱物理教材）把對(duì)原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)的系統(tǒng)介紹設(shè)計(jì)編排在選修3系列（比較完整和綜合的物理學(xué)內(nèi)容的教材系列）的《物理選修3-5》，將原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)與社會(huì)科學(xué)和人文學(xué)科的融合設(shè)計(jì)編排在選修1系列（物理學(xué)與社會(huì)科學(xué)和人文學(xué)科的融合的教材系列）的《物理選修1-2》，將原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)與技術(shù)的結(jié)合設(shè)計(jì)編排在選修2系列（物理學(xué)與技術(shù)的結(jié)合的教材系列）的《物理選修2-3》，具體章節(jié)目錄見表1。
人教版高中化學(xué)教材（下文簡稱化學(xué)教材）首先在《化學(xué)2必修》中結(jié)合元素周期表和元素周期律介紹了原子結(jié)構(gòu)并運(yùn)用原子結(jié)構(gòu)知識(shí)解釋了元素的性質(zhì)、元素周期表和元素周期律，在《化學(xué)選修3物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中更為深入地介紹了核外電子排布和運(yùn)動(dòng)以及與分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)的化學(xué)鍵的電子理論，具體章節(jié)目錄見表2。
二、對(duì)物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的對(duì)比分析
從上述相關(guān)內(nèi)容的章節(jié)目錄可以看出，人教版高中物理和化學(xué)教材都對(duì)原子知識(shí)進(jìn)行了介紹，然而由于學(xué)科背景和對(duì)原子研究的側(cè)重點(diǎn)不同，兩門學(xué)科在介紹原子知識(shí)時(shí)的側(cè)重點(diǎn)有所不同。
1. 物理教材對(duì)原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
與化學(xué)教材對(duì)原子核的介紹僅涉及到原子核對(duì)核外電子的引力、“原子序數(shù)=核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)”這一數(shù)量關(guān)系以及核素和同位素的概念不同，物理教材在詳細(xì)介紹原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上更加突出對(duì)原子核的介紹?！段锢磉x修3-5》第18章（原子結(jié)構(gòu)）從電子的發(fā)現(xiàn)、原子的核式結(jié)構(gòu)模型、氫原子光譜和波爾的原子模型這一人類探究原子結(jié)構(gòu)的過程動(dòng)態(tài)地介紹了人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)史和原子理論的發(fā)展史，能夠很好地幫助學(xué)生從科學(xué)史的角度動(dòng)態(tài)地理解和掌握原子結(jié)構(gòu)知識(shí)。在介紹原子結(jié)構(gòu)后，在第19章（原子核）對(duì)原子核做了詳細(xì)的介紹，設(shè)計(jì)編排了原子核的組成、放射性元素的衰變、探測射線的方法、放射性的應(yīng)用與防護(hù)、核力與結(jié)合能、重核的裂變、核聚變以及粒子和宇宙共8節(jié)內(nèi)容。《物理選修1-2》第3章（核能）沿著核物理學(xué)發(fā)展史從“放射性的發(fā)現(xiàn)”入手，在介紹原子的核式結(jié)構(gòu)模型、原子核的組成以及質(zhì)能方程的基礎(chǔ)上對(duì)原子核的放射性衰變、裂變和聚變做了介紹，并突出了“核能的利用”?！段锢磉x修2-3》第5章（放射性與原子核）也是沿著核物理學(xué)發(fā)展史從“天然放射現(xiàn)象”入手，在介紹原子的核式結(jié)構(gòu)模型、原子核的組成的基礎(chǔ)上介紹了原子核衰變，側(cè)重從技術(shù)應(yīng)用的角度強(qiáng)調(diào)了核物理學(xué)與技術(shù)的結(jié)合，突出了“放射性同位素的應(yīng)用”和“射線的探測和防護(hù)”?！段锢磉x修2-3》第6章（核能與反應(yīng)堆技術(shù)）在介紹核反應(yīng)和核能的基礎(chǔ)上注重從技術(shù)應(yīng)用的角度對(duì)核裂變和核聚變以及裂變反應(yīng)堆和受控?zé)岷朔磻?yīng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了介紹。
2. 化學(xué)教材對(duì)原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
與物理教材對(duì)原子結(jié)構(gòu)和原子核做了詳細(xì)介紹而沒有詳細(xì)介紹核外電子排布和運(yùn)動(dòng)情況不同，化學(xué)教材在介紹原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)核外電子排布和運(yùn)動(dòng)情況以及化學(xué)鍵的電子理論做了詳細(xì)的介紹?！痘瘜W(xué)2必修》第一節(jié)（元素周期表）首先介紹了元素周期表，并通過“元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)”詳細(xì)介紹了典型的金屬元素——堿金屬元素和典型的非金屬元素——鹵族元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，進(jìn)而在介紹原子核外電子的排布的基礎(chǔ)上從原子結(jié)構(gòu)和原子核外電子排布的規(guī)律性解釋了元素周期律。第二節(jié)（元素周期律）的第一部分“原子核外電子的排布”介紹了電子層和核外電子排布，并以表格的形式列出了“核電荷數(shù)為1～20的元素原子核外電子排布”情況。在此基礎(chǔ)上，在《化學(xué)選修3物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第一章（原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）中，教材引入“能層與能級(jí)”的概念，在介紹電子在電子層（能層）中排布規(guī)律的基礎(chǔ)上介紹了能層與能級(jí)的關(guān)系以及電子在電子亞層（能級(jí)）中的排布情況，進(jìn)而介紹了多電子原子的核外電子排布遵循的規(guī)律——構(gòu)造原理。介紹核外電子排布后，教材接著對(duì)核外電子的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行介紹。教材簡要介紹“原子的行星模型”后，運(yùn)用現(xiàn)代量子力學(xué)的觀點(diǎn)介紹了電子云與原子軌道。介紹了核外電子排布和核外電子運(yùn)動(dòng)情況后，教材運(yùn)用核外電子排布和核外電子運(yùn)動(dòng)的知識(shí)從“原子結(jié)構(gòu)與元素周期表”和“元素周期律”兩方面對(duì)元素的原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)進(jìn)行介紹。20世紀(jì)初，在原子結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上建立了化學(xué)鍵的電子理論。共價(jià)鍵是現(xiàn)代化學(xué)鍵理論的核心?！痘瘜W(xué)選修3物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第一章（原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）介紹原子結(jié)構(gòu)理論后，第二章（分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）和第三章（晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）介紹了化學(xué)鍵的電子理論。endprint
總之，高中物理和化學(xué)教材對(duì)原子知識(shí)均做了重點(diǎn)介紹，但由于學(xué)科背景和研究重點(diǎn)的差異，物理教材在介紹原子知識(shí)時(shí)在詳細(xì)介紹原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上突出了對(duì)原子核的介紹；而化學(xué)教材在介紹原子知識(shí)時(shí)重點(diǎn)突出了原子結(jié)構(gòu)（尤其是核外電子排布）與元素的性質(zhì)、元素周期表和元素周期律的關(guān)系，更注重對(duì)核外電子的介紹。
三、對(duì)物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)的系統(tǒng)整合
在近代時(shí)期，知識(shí)的分化占主導(dǎo)地位；而在現(xiàn)代時(shí)期，知識(shí)的整合則占主導(dǎo)地位了。知識(shí)需要不斷地整合，產(chǎn)生一般性的高質(zhì)量知識(shí)、綜合性知識(shí)和全面的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)整體化，從而形成完整的知識(shí)體系[1]。高中各門課程作為學(xué)校所開設(shè)課程體系這個(gè)大系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，它們之間必然有著密切的聯(lián)系[2]。物理與化學(xué)的關(guān)系更是唇齒相依、息息相關(guān)的，無論是從宏觀上還是從微觀上都是相輔相成、共同發(fā)展的[3]。對(duì)物理與化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行整合是進(jìn)行學(xué)科知識(shí)整合的基礎(chǔ)，是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組的關(guān)鍵，是幫助學(xué)生對(duì)物理與化學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合的重點(diǎn)[4]。我們在物理教學(xué)中幫助學(xué)生意義建構(gòu)起原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)體系的同時(shí)注重幫助學(xué)生將化學(xué)中的核外電子知識(shí)體系系統(tǒng)整合到所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)，在化學(xué)教學(xué)中幫助學(xué)生意義建構(gòu)起原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)體系的同時(shí)注重幫助學(xué)生將物理中的原子核知識(shí)體系系統(tǒng)整合到所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)，這樣，必然能夠產(chǎn)生一般性的高質(zhì)量知識(shí)、綜合性知識(shí)和全面的知識(shí)，通過知識(shí)系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“整體大于部分之和”的效果，幫助學(xué)生意義建構(gòu)起完整的原子知識(shí)系統(tǒng)。
四、結(jié)語
總之，知識(shí)的生成和發(fā)展過程已經(jīng)由知識(shí)的分化占主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的整合占主導(dǎo)地位，自然科學(xué)也在分科越來越細(xì)致、更加具體化的基礎(chǔ)上正逐漸走向統(tǒng)一與整合[6]。物理和化學(xué)作為自然科學(xué)中聯(lián)系最為緊密的兩門學(xué)科，其相互交叉和融合程度也必然越來越高。在教學(xué)中幫助學(xué)生從物理和化學(xué)兩門不同學(xué)科視角通過對(duì)物理教材介紹的原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)與化學(xué)教材介紹的原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)進(jìn)行對(duì)比分析和系統(tǒng)整合而構(gòu)建起完整的原子知識(shí)系統(tǒng)，并以對(duì)原子知識(shí)的系統(tǒng)整合為起點(diǎn)對(duì)各學(xué)科知識(shí)體系進(jìn)行系統(tǒng)整合，對(duì)幫助學(xué)生構(gòu)建起符合素質(zhì)教育要求的知識(shí)體系和培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力大有裨益。
參考文獻(xiàn)
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[2] 陳偉，謝鐵麗.系統(tǒng)學(xué)習(xí)法的學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)——基于系統(tǒng)論的學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)[J].學(xué)園·教育科研，2012，（11）：93-94
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[6] 陳偉.對(duì)尖端放電與電解池電解的對(duì)比分析和系統(tǒng)整合[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（5）：15-17
總之，高中物理和化學(xué)教材對(duì)原子知識(shí)均做了重點(diǎn)介紹，但由于學(xué)科背景和研究重點(diǎn)的差異，物理教材在介紹原子知識(shí)時(shí)在詳細(xì)介紹原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上突出了對(duì)原子核的介紹；而化學(xué)教材在介紹原子知識(shí)時(shí)重點(diǎn)突出了原子結(jié)構(gòu)（尤其是核外電子排布）與元素的性質(zhì)、元素周期表和元素周期律的關(guān)系，更注重對(duì)核外電子的介紹。
三、對(duì)物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)的系統(tǒng)整合
在近代時(shí)期，知識(shí)的分化占主導(dǎo)地位；而在現(xiàn)代時(shí)期，知識(shí)的整合則占主導(dǎo)地位了。知識(shí)需要不斷地整合，產(chǎn)生一般性的高質(zhì)量知識(shí)、綜合性知識(shí)和全面的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)整體化，從而形成完整的知識(shí)體系[1]。高中各門課程作為學(xué)校所開設(shè)課程體系這個(gè)大系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，它們之間必然有著密切的聯(lián)系[2]。物理與化學(xué)的關(guān)系更是唇齒相依、息息相關(guān)的，無論是從宏觀上還是從微觀上都是相輔相成、共同發(fā)展的[3]。對(duì)物理與化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行整合是進(jìn)行學(xué)科知識(shí)整合的基礎(chǔ)，是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組的關(guān)鍵，是幫助學(xué)生對(duì)物理與化學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合的重點(diǎn)[4]。我們在物理教學(xué)中幫助學(xué)生意義建構(gòu)起原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)體系的同時(shí)注重幫助學(xué)生將化學(xué)中的核外電子知識(shí)體系系統(tǒng)整合到所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)，在化學(xué)教學(xué)中幫助學(xué)生意義建構(gòu)起原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)體系的同時(shí)注重幫助學(xué)生將物理中的原子核知識(shí)體系系統(tǒng)整合到所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)，這樣，必然能夠產(chǎn)生一般性的高質(zhì)量知識(shí)、綜合性知識(shí)和全面的知識(shí)，通過知識(shí)系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“整體大于部分之和”的效果，幫助學(xué)生意義建構(gòu)起完整的原子知識(shí)系統(tǒng)。
四、結(jié)語
總之，知識(shí)的生成和發(fā)展過程已經(jīng)由知識(shí)的分化占主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的整合占主導(dǎo)地位，自然科學(xué)也在分科越來越細(xì)致、更加具體化的基礎(chǔ)上正逐漸走向統(tǒng)一與整合[6]。物理和化學(xué)作為自然科學(xué)中聯(lián)系最為緊密的兩門學(xué)科，其相互交叉和融合程度也必然越來越高。在教學(xué)中幫助學(xué)生從物理和化學(xué)兩門不同學(xué)科視角通過對(duì)物理教材介紹的原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)與化學(xué)教材介紹的原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)進(jìn)行對(duì)比分析和系統(tǒng)整合而構(gòu)建起完整的原子知識(shí)系統(tǒng)，并以對(duì)原子知識(shí)的系統(tǒng)整合為起點(diǎn)對(duì)各學(xué)科知識(shí)體系進(jìn)行系統(tǒng)整合，對(duì)幫助學(xué)生構(gòu)建起符合素質(zhì)教育要求的知識(shí)體系和培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力大有裨益。
參考文獻(xiàn)
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總之，高中物理和化學(xué)教材對(duì)原子知識(shí)均做了重點(diǎn)介紹，但由于學(xué)科背景和研究重點(diǎn)的差異，物理教材在介紹原子知識(shí)時(shí)在詳細(xì)介紹原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上突出了對(duì)原子核的介紹；而化學(xué)教材在介紹原子知識(shí)時(shí)重點(diǎn)突出了原子結(jié)構(gòu)（尤其是核外電子排布）與元素的性質(zhì)、元素周期表和元素周期律的關(guān)系，更注重對(duì)核外電子的介紹。
三、對(duì)物理和化學(xué)教材中原子知識(shí)的系統(tǒng)整合
在近代時(shí)期，知識(shí)的分化占主導(dǎo)地位；而在現(xiàn)代時(shí)期，知識(shí)的整合則占主導(dǎo)地位了。知識(shí)需要不斷地整合，產(chǎn)生一般性的高質(zhì)量知識(shí)、綜合性知識(shí)和全面的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)整體化，從而形成完整的知識(shí)體系[1]。高中各門課程作為學(xué)校所開設(shè)課程體系這個(gè)大系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，它們之間必然有著密切的聯(lián)系[2]。物理與化學(xué)的關(guān)系更是唇齒相依、息息相關(guān)的，無論是從宏觀上還是從微觀上都是相輔相成、共同發(fā)展的[3]。對(duì)物理與化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行整合是進(jìn)行學(xué)科知識(shí)整合的基礎(chǔ)，是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組的關(guān)鍵，是幫助學(xué)生對(duì)物理與化學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合的重點(diǎn)[4]。我們在物理教學(xué)中幫助學(xué)生意義建構(gòu)起原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)體系的同時(shí)注重幫助學(xué)生將化學(xué)中的核外電子知識(shí)體系系統(tǒng)整合到所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)，在化學(xué)教學(xué)中幫助學(xué)生意義建構(gòu)起原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)體系的同時(shí)注重幫助學(xué)生將物理中的原子核知識(shí)體系系統(tǒng)整合到所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)，這樣，必然能夠產(chǎn)生一般性的高質(zhì)量知識(shí)、綜合性知識(shí)和全面的知識(shí)，通過知識(shí)系統(tǒng)的整體涌現(xiàn)實(shí)現(xiàn)“整體大于部分之和”的效果，幫助學(xué)生意義建構(gòu)起完整的原子知識(shí)系統(tǒng)。
四、結(jié)語
總之，知識(shí)的生成和發(fā)展過程已經(jīng)由知識(shí)的分化占主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的整合占主導(dǎo)地位，自然科學(xué)也在分科越來越細(xì)致、更加具體化的基礎(chǔ)上正逐漸走向統(tǒng)一與整合[6]。物理和化學(xué)作為自然科學(xué)中聯(lián)系最為緊密的兩門學(xué)科，其相互交叉和融合程度也必然越來越高。在教學(xué)中幫助學(xué)生從物理和化學(xué)兩門不同學(xué)科視角通過對(duì)物理教材介紹的原子結(jié)構(gòu)和原子核知識(shí)與化學(xué)教材介紹的原子結(jié)構(gòu)和核外電子知識(shí)進(jìn)行對(duì)比分析和系統(tǒng)整合而構(gòu)建起完整的原子知識(shí)系統(tǒng)，并以對(duì)原子知識(shí)的系統(tǒng)整合為起點(diǎn)對(duì)各學(xué)科知識(shí)體系進(jìn)行系統(tǒng)整合，對(duì)幫助學(xué)生構(gòu)建起符合素質(zhì)教育要求的知識(shí)體系和培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力大有裨益。
參考文獻(xiàn)
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