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    結(jié)構(gòu)化課件自動(dòng)生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案*

    2016-08-18 06:00:07雷武超吳振強(qiáng)
    中國教育技術(shù)裝備 2016年12期
    關(guān)鍵詞:制作者結(jié)構(gòu)化課件

    ◆雷武超 吳振強(qiáng)

    結(jié)構(gòu)化課件自動(dòng)生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案*

    ◆雷武超 吳振強(qiáng)

    提出一種結(jié)構(gòu)化課件。這種新型課件有兩種呈現(xiàn)方式:一種是腳本課件,一種是視頻課件。從教育軟件工程的角度提出一種結(jié)構(gòu)化課件自動(dòng)生成系統(tǒng)方案,為結(jié)構(gòu)化課件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行相關(guān)探索。

    虛擬教師;結(jié)構(gòu)化課件;微課

    10.3969/j.issn.1671-489X.2016.12.030

    1 引言

    隨著國際人才競爭的加劇,各個(gè)國家對(duì)教育現(xiàn)代化的重視程度不斷上升。新的教學(xué)形式和教學(xué)理念不斷涌現(xiàn)出來,如智慧教育、MOOC、微課。在國際上,很多教育信息化層次比較高的國家,先后設(shè)置了比較專業(yè)化的信息化研究機(jī)構(gòu),為國家的教育現(xiàn)代化提供重要支撐。我國也在2010年頒布了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》,指出“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性的影響,必須予以高度重視”[1]。由此來看,各個(gè)國家和地區(qū)都非常重視教學(xué)現(xiàn)代化。

    在國內(nèi),伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和智能計(jì)算技術(shù)的興起,以及我國“三通兩平臺(tái)”工程的逐步實(shí)施,未來的教學(xué)將是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué),這就需要對(duì)教學(xué)模式和組織方式進(jìn)行相應(yīng)的變革。這種新型的教學(xué)模式需要對(duì)課件的結(jié)構(gòu)和生成方式進(jìn)行變革?,F(xiàn)有的精品課程、開放課程、網(wǎng)絡(luò)課程等教學(xué)資源存在形式單一、共享性低、更新速度和生成速度慢的問題,嚴(yán)重制約著我國教育信息化的進(jìn)一步發(fā)展。

    目前,虛擬教師作為智能計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用之一,具有生動(dòng)性、交互性、親和力等特點(diǎn)[2],已在遠(yuǎn)程教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,集觸覺、視覺、聽覺為一體的虛擬教學(xué)環(huán)境成為研究熱點(diǎn),這些具有空間和時(shí)間特性的數(shù)字化多維信息空間[3]的研究成果為解決以上問題提供了理論基礎(chǔ)。基于XML的文件格式和媒體同步技術(shù)的成熟,為新型的腳本課件提供了實(shí)現(xiàn)的可能性。

    本文提出的結(jié)構(gòu)化課件主要分為兩種類型:一種是腳本類型的課件,這種課件由虛擬教師、語音腳本和教學(xué)內(nèi)容展示等三個(gè)部分有機(jī)融合而成,可以快速更新課件的內(nèi)容和呈現(xiàn)形式;另一種是視頻類型的課件,主要方便教師上課和學(xué)習(xí)者在線使用。為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化課件,本文對(duì)結(jié)構(gòu)化課件自動(dòng)生成系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)主要功能是教師自己制作教學(xué)課件,根據(jù)教學(xué)課件的內(nèi)容需求在系統(tǒng)的腳本區(qū)輸入教師授課時(shí)的語言表述內(nèi)容,該內(nèi)容是虛擬教師發(fā)音的材料,再結(jié)合虛擬教師相應(yīng)的動(dòng)作、表情、音色等內(nèi)容,通過發(fā)布功能自動(dòng)生成出虛擬教師講授課程內(nèi)容的視頻課件,而且能夠快速更新視頻課件的內(nèi)容。

    2 課件生成系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

    我國課件生成系統(tǒng)的研究比較早,第一套多媒體課件生成系統(tǒng)是南昌大學(xué)開發(fā)的多媒體課件模板套用系統(tǒng)[4],主要是在多媒體課件系統(tǒng)中存儲(chǔ)一些教學(xué)設(shè)計(jì)的通用模板,編輯課件的教師再根據(jù)模板的需求導(dǎo)入相對(duì)應(yīng)的多媒體素材,生成多媒體課件的一種課件制作系統(tǒng)。方正奧思也是一款比較成熟的課件生成系統(tǒng),是北大方正電子有限公司推出的一個(gè)集成化、可視化、交互式的多媒體創(chuàng)作工具軟件[5],具有制作簡單、界面友好、過渡效果好的特點(diǎn)。天柏課件制作系統(tǒng)企業(yè)版也是一款比較成熟的課件制作工具,能夠快速制作三分屏形式的課件,包括音視頻、教學(xué)大綱、講授內(nèi)容三部分。此外還有金山WPS的PPT課件編輯工具及Z+Z智能教育平臺(tái)等課件制作工具

    國外對(duì)課件生成系統(tǒng)的研究也比較深入,其中比較有代表性的課件生成系統(tǒng)主要有三個(gè):Camtasia Studio、Storyline課件制作工具、On-line Multimedia Courseware Authoring System。Camtasia Studio是美國TechSmith公司開發(fā)的,是一款集屏幕錄制和素材編輯于一體的軟件。該軟件以其強(qiáng)大的屏幕動(dòng)作錄制、視頻剪輯功能和簡單易學(xué)的特點(diǎn)深受廣大微課制作者的歡迎[6]。Storyline課件制作工具是美國Articulate公司發(fā)布的,是目前功能強(qiáng)大、最簡單的高互動(dòng)課件開發(fā)軟件。On-line Multimedia Courseware Authoring System是Chorng-Shiunt[7]等人提出的,這種課件生成系統(tǒng)能夠整合多種多媒體素材編輯工具,而且符合SCORM標(biāo)準(zhǔn)。除此以外,還有大家熟知的PPT以及其他課件生成系統(tǒng)。

    從課件生成系統(tǒng)的現(xiàn)狀,可以看出國內(nèi)外設(shè)計(jì)的課件生成系統(tǒng)主要呈現(xiàn)的特點(diǎn)包括:

    *項(xiàng)目來源:中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目“在線學(xué)習(xí)中教學(xué)流程再造與知識(shí)推薦方法研究”(GK261001236)。作者:雷武超,陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,主要研究方向?yàn)樾畔⒒虒W(xué)資源的設(shè)計(jì);吳振強(qiáng),陜西師范大學(xué)(710119)。

    1)在課件生成系統(tǒng)中提供可用于各個(gè)學(xué)科制作教學(xué)課件的通用模板,可以有效降低課件制作者開發(fā)課件的難度和開發(fā)時(shí)間;

    2)課件生成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的編程語言具有一定的普遍性,如XML語言;

    3)制作視頻類課件主要通過攝像設(shè)備和聲音采集設(shè)備,再進(jìn)行編輯合成;

    4)課件生成系統(tǒng)比較注重課件標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用,主要是SCORM和AICC標(biāo)準(zhǔn)。

    通過對(duì)課件生成系統(tǒng)的分析,目前基于PPT制作的課件或者使用PPT編輯風(fēng)格的系統(tǒng)在整個(gè)課件制作過程中占有主流地位。然而在課件生成系統(tǒng)開發(fā)中存在一些不足:1)現(xiàn)存的課件生成系統(tǒng)制作的課件樣式比較單一;2)系統(tǒng)生成的課件更新和生成效率比較低;3)生成的課件教師形象比較少,個(gè)別系統(tǒng)有現(xiàn)實(shí)教師的形象,但是教師動(dòng)作單一,形象模糊。

    根據(jù)上述情況,筆者認(rèn)為一個(gè)課件生成系統(tǒng)應(yīng)該具有的特點(diǎn)包括:1)界面友好,使用方便[8];2)課件呈現(xiàn)形式多樣化;3)課件生成系統(tǒng)能及時(shí)更新和生成專業(yè)水平的課件;4)設(shè)計(jì)和制作的課件生成系統(tǒng)應(yīng)兼顧大部分教師編輯課件的習(xí)慣;5)課件應(yīng)該提供教師常用的教學(xué)課件的模板,方便教師制作課件。

    依據(jù)上述研究,本文提出一種如圖1所示的新型結(jié)構(gòu)化課件結(jié)構(gòu)。這種新型的課件由教學(xué)內(nèi)容展示、虛擬教師、語音腳本等三部分有機(jī)融合而成,而不僅僅是平常單一媒體組成的課件。

    教學(xué)展示內(nèi)容形式可以是多樣化呈現(xiàn),如多版本的PPT、Word、網(wǎng)頁、圖片等。

    虛擬教師是通過計(jì)算機(jī)三維技術(shù)設(shè)計(jì)和渲染的虛擬人物來代替真實(shí)教師,在課件中給學(xué)習(xí)者講解教學(xué)內(nèi)容。同時(shí),課件編輯者可以設(shè)定虛擬教師的形象、動(dòng)作、表情、音色、音速等元素,使虛擬教師能自然生動(dòng)地給學(xué)習(xí)者講解教學(xué)內(nèi)容。

    語音腳本是教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容需要確定的腳本文字,它通過TTS語音合成技術(shù)轉(zhuǎn)化為虛擬教師的發(fā)音。教師可以利用語音合成把教學(xué)內(nèi)容以文字的形式生成到腳本區(qū)中,也可以通過鍵盤輸入。

    教師首先制作教學(xué)課件,根據(jù)教學(xué)課件的內(nèi)容需求在腳本區(qū)輸入授課內(nèi)容,然后把腳本區(qū)的授課內(nèi)容作為虛擬教師發(fā)音的材料,再結(jié)合相應(yīng)的動(dòng)作、表情、音色等內(nèi)容,通過發(fā)布功能自動(dòng)生成由虛擬教師講授課程內(nèi)容的視頻課件。這三部分在課件制作過程中都是不斷融合、不斷修正的過程。

    為了實(shí)現(xiàn)這種類型的課件,下面從教育軟件工程的角度對(duì)結(jié)構(gòu)化課件自動(dòng)生成系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能:

    1)課件制作者能方便地編輯和整合各種多媒體素材形成腳本課件;

    2)可以在課件中添加和編輯逼真的虛擬教師;

    3)通過發(fā)布功能自動(dòng)生成視頻形式的課件和及時(shí)更新已完成的課件。

    3 理論基礎(chǔ)

    多元智能理論強(qiáng)調(diào)教師要通過情境幫助學(xué)習(xí)者鍛煉各種智能。在1983年,霍華德在《智力的結(jié)構(gòu):多元智能理論》一書中首先提出該理論,后來擴(kuò)充到9種智能,分別是語言智能、數(shù)理智能、節(jié)奏智能、運(yùn)動(dòng)智能、空間智能、人際交往智能、自然觀察智能、內(nèi)省智能、存在智能[9]。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各種微視頻可以在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)中注重培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的觀察智能,在制作課件的過程中可以給課件中添加背景音樂,培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的音樂節(jié)奏智能等。

    圖1 結(jié)構(gòu)化課件的組成

    圖2 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

    微課是“以微型教學(xué)視頻為主要載體,教師針對(duì)某個(gè)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)(如重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)、考點(diǎn)等)或教學(xué)環(huán)節(jié)(如學(xué)習(xí)活動(dòng)、主題、實(shí)驗(yàn)、任務(wù)等)而設(shè)計(jì)開發(fā)的一種情境化、支持多種學(xué)習(xí)方式的新型在線網(wǎng)絡(luò)視頻課程”[10]。在本系統(tǒng)中會(huì)提供有關(guān)微課的教學(xué)設(shè)計(jì),如移情移物、問題聚焦等微課教學(xué)設(shè)計(jì)模式非常適合微課程教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)模板。

    虛擬教師理論主要強(qiáng)調(diào)通過計(jì)算機(jī)三維技術(shù)構(gòu)建形象逼真、表情豐富、動(dòng)作生動(dòng)、行為真實(shí)[11]的虛擬教師,能夠有效地緩解虛擬教學(xué)環(huán)境中師生不便實(shí)時(shí)互動(dòng)的難題。虛擬教師逐漸被定義為計(jì)算機(jī)生成的三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中,能夠模擬真實(shí)教師的形象及動(dòng)作表情的教學(xué)功能的技術(shù)實(shí)體[12]。在本系統(tǒng)中,編輯課件的教師不僅可以選擇虛擬教師的形象,而且可以設(shè)置虛擬教師的聲音、動(dòng)作、表情等內(nèi)容,能夠使一線教師非常容易就編輯出帶有逼真虛擬教師的課件。

    此外,結(jié)構(gòu)化課件系統(tǒng)還借鑒了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、虛擬教學(xué)環(huán)境理論和視頻課件理論等相關(guān)理論。其中虛擬教學(xué)環(huán)境理論強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合,可以創(chuàng)設(shè)適合學(xué)習(xí)者自主探究和相互協(xié)作的教學(xué)環(huán)境,與傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境相比顯示出較明顯的優(yōu)勢。因此,基于計(jì)算機(jī)的虛擬教學(xué)環(huán)境應(yīng)是一種開放、動(dòng)態(tài)、互動(dòng)的教學(xué)環(huán)境,可以在時(shí)間和空間上突破物理教學(xué)環(huán)境的限制。

    4 結(jié)構(gòu)化課件自動(dòng)生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

    系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 用教育軟件來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化課件是一種非常方便的課件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式。本文提出的結(jié)構(gòu)化課件自動(dòng)生成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖2所示。系統(tǒng)總體分為三個(gè)部分:第一部分是啟動(dòng)階段;第二部分是課件的編輯部分;第三部分是課件生成部分。

    編輯階段是系統(tǒng)的核心部分。進(jìn)入到此階段后,課件制作者要選擇錄制課件的類型,涉及錄屏模式課件和非錄屏模式課件。錄屏模式就是指教學(xué)內(nèi)容的展示方式主要在電腦屏幕上,不借助其他載體。另一種類型就是通過PPT、網(wǎng)頁或Word等形式展示教學(xué)內(nèi)容的載體。本系統(tǒng)中會(huì)存儲(chǔ)專業(yè)化的PPT教學(xué)模板,主要由封面、授課目錄、過渡、正文和結(jié)尾等組成;同時(shí)會(huì)引進(jìn)PPT常用插件,從而提升課件的制作速度。當(dāng)選擇一般錄制模式時(shí),系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入具有教學(xué)內(nèi)容版式的頁面,這個(gè)版式就如同在PPT中各種素材在頁面上的布局樣式。在此系統(tǒng)中,板式就是虛擬教師和教學(xué)內(nèi)容展示的布局樣式。在教學(xué)內(nèi)容展示區(qū)可以插入、新建或選擇模板中的PPT。課件制作者根據(jù)每一頁P(yáng)PT的內(nèi)容,確定并在腳本區(qū)輸入或修改講授語言,也可以通過語音識(shí)別,把教師的語音轉(zhuǎn)換為文字,自動(dòng)生成到語音腳本區(qū)。

    課件制作者根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的展示效果選擇虛擬教師的形象,再配合相應(yīng)的表情、動(dòng)作、音調(diào)、音色等對(duì)虛擬教師進(jìn)行編輯與調(diào)整。每編輯好一頁之后,教師可以點(diǎn)擊同步按鈕,確定播放課件時(shí)虛擬教師的動(dòng)作和PPT的展示是否相一致,并預(yù)覽當(dāng)前頁虛擬教師講授教學(xué)內(nèi)容的效果。當(dāng)課件制作者把教學(xué)內(nèi)容每一頁都設(shè)置完成后,就可以通過發(fā)布直接生成視頻形式的課件內(nèi)容。

    選擇錄屏模式是教師想錄制自己邊講解邊操作教學(xué)內(nèi)容的過程。通過錄屏模式,可以使用錄制屏幕工具把自己的聲音和教學(xué)內(nèi)容記錄下來,然后通過同步按鈕,就可以生成視頻類操作課件。

    第三階段是課件的自動(dòng)生成階段。這個(gè)階段是課件制作者通過自定義生成視頻形式課件的過程。

    系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 為方便軟件開發(fā),下面把系統(tǒng)分為主要模塊和輔助模塊。系統(tǒng)的主要模塊包括:虛擬教師編輯模塊、語音腳本模塊、教學(xué)內(nèi)容展示模塊、多媒體素材編輯與合成模塊、視頻和屏幕錄制模塊等5個(gè)模塊。

    虛擬教師模塊是本系統(tǒng)的一個(gè)重點(diǎn)和特色模塊,它包括一些基本的虛擬教師的形象。由于虛擬教師形象對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生較大影響,虛擬教師形象要模擬真實(shí)教師的形象進(jìn)行設(shè)計(jì)[13],同時(shí)虛擬教師還會(huì)通過TTS技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)音效果;在本系統(tǒng)中將預(yù)先設(shè)定虛擬教師一些基本的動(dòng)作和表情,如搖頭、點(diǎn)頭、移動(dòng),微笑、驚訝、失望等。制作者可以通過選擇虛擬教師腳本區(qū)的文字,利用一些特定的標(biāo)記設(shè)定虛擬教師在說這些話時(shí)的表情與動(dòng)作,從而使虛擬教師在講解教學(xué)內(nèi)容時(shí)更加自然。

    語音腳本模塊主要是課件制作者通過教學(xué)內(nèi)容確定虛擬教師需要說的教學(xué)語言,通過不同輸入方式輸入到此模塊中,再通過TTS發(fā)音技術(shù)轉(zhuǎn)化為虛擬教師的發(fā)音。在這個(gè)模塊中,教師可以把自己的語音轉(zhuǎn)化為模塊中的文字,也可以通過鍵盤輸入文字。而且在本模塊中會(huì)定義一些標(biāo)記,標(biāo)記虛擬教師在說這些文字時(shí)的表情、動(dòng)作、語音等。

    教學(xué)內(nèi)容展示模塊是本系統(tǒng)的一個(gè)基本模塊,其主要功能是給學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容,可以展示的媒體對(duì)象包括PPT、網(wǎng)頁、圖片、Word等。

    多媒體素材編輯模塊主要是對(duì)課件需要的素材進(jìn)行編輯和合成。素材的編輯主要包括對(duì)PPT、圖片、音樂和視頻的編輯等,這樣可以節(jié)省課件制作者在不同多媒體素材編輯軟件之間的切換時(shí)間,從而滿足課件制作者在編輯課件時(shí)對(duì)相關(guān)素材的編輯需求,同時(shí)可以降低操作的復(fù)雜度,提高教學(xué)效率[14]。

    視頻錄制模塊是系統(tǒng)為了兼顧課件制作者原來錄制視頻課件的習(xí)慣而設(shè)置的模塊。如果制作課件的教師喜歡使用自己的視頻,可以把自己的視頻展示在原來虛擬教師的位置,也可以在此模塊中錄制教師的聲音。

    屏幕錄制功能模塊主要是針對(duì)一些有操作性的教學(xué)內(nèi)容。教師可以通過本軟件直接錄制鼠標(biāo)的軌跡和教師的音頻與視頻,從而直接生成課件。

    系統(tǒng)的輔助模塊主要包括啟動(dòng)模塊、界面模塊、輸出模塊和幫助模塊。其中,系統(tǒng)啟動(dòng)模塊主要是系統(tǒng)初始化時(shí)需要執(zhí)行的驅(qū)動(dòng)程序和界面;界面模塊主要設(shè)定課件系統(tǒng)功能的總體布局;輸出模塊是課件自動(dòng)生成適合多種平臺(tái)和格式的視頻化課件過程;幫助模塊主要是課件制作者在制作課件過程中需要幫助,或者系統(tǒng)需要更新,或者用戶需要對(duì)軟件有反饋時(shí),可以使用本模塊。

    系統(tǒng)的編輯過程課件制作者編輯課件的操作過程如圖3所示。

    1)課件制作者啟動(dòng)課件自動(dòng)生成系統(tǒng)之后,導(dǎo)入制作課件需要的各種素材,主要包括課件制作者自己收集的原始素材和系統(tǒng)本身提供的各種素材。

    2)課件制作者對(duì)各種素材進(jìn)行編輯與組合,主要包括PPT所涉及的各種素材的組合、虛擬教師的設(shè)計(jì)、腳本語言的編輯和同步的設(shè)置。

    3)對(duì)制作的課件進(jìn)行預(yù)覽。在預(yù)覽過程中如果存在需要修改的地方,可以返回到課件編輯的各個(gè)部分進(jìn)行修改和調(diào)整。

    4)視頻課件的生成。通過修改和預(yù)覽之后,就進(jìn)入課件的生成環(huán)節(jié)。課件生成過程中主要是對(duì)課件的個(gè)性化生成,一般生成兩種類型的課件,即視頻形式的課件和腳本課件。視頻課件主要是為教師上課使用,腳本課件主要是為課件內(nèi)容和格式進(jìn)行更新使用的。

    圖3 結(jié)構(gòu)化課件自動(dòng)生成系統(tǒng)的操作流程圖

    5)可以及時(shí)對(duì)課件進(jìn)行更新。

    5 結(jié)語

    隨著信息技術(shù)與教學(xué)的不斷深入融合,未來的教學(xué)將會(huì)從物理空間轉(zhuǎn)換到網(wǎng)絡(luò)空間,這就需要對(duì)教學(xué)場景和形式進(jìn)行相應(yīng)的變革,而現(xiàn)在的教學(xué)課件難以適應(yīng)未來的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)、MOOC教學(xué)等新的教學(xué)方式。本文基于微課程、多元智能和虛擬教師等理論,提出結(jié)構(gòu)化課件系統(tǒng)的概念。課件主要由虛擬教師、語音腳本和教學(xué)內(nèi)容展示組成。并且從理論基礎(chǔ)、系統(tǒng)架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)流程等方面對(duì)結(jié)構(gòu)化課件自動(dòng)生成系統(tǒng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)然,目前的課件生成系統(tǒng)還處于原型探索階段,未來將進(jìn)一步完善系統(tǒng)的功能,加強(qiáng)虛擬教師與學(xué)習(xí)者交互式研究和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果的實(shí)證研究等?!?/p>

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    G652

    B

    1671-489X(2016)12-0030-05

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