信息技術(shù)在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中的應(yīng)用實(shí)踐

錢秉陽 魏麗玲

摘要： 當(dāng)前，信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合已成為必然趨勢(shì)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的有效開展同樣也離不開信息技術(shù)的支持。信息技術(shù)支持下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，以“云海種植園里的抗蟲秘密”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為例，教師在數(shù)據(jù)采集與方案制訂、工程制作與測(cè)試優(yōu)化、成果展示與評(píng)價(jià)反思等環(huán)節(jié)融入信息技術(shù)，不僅更好地培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)與合作精神，還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造性思維和問題解決能力，實(shí)現(xiàn)了核心素養(yǎng)培養(yǎng)的落地。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；核心素養(yǎng)；創(chuàng)造性思維；解決問題能力

為適應(yīng)新時(shí)代人才發(fā)展的需要，我國(guó)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)提出了明確要求。傳統(tǒng)線性的課堂教學(xué)方式在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維、解決問題能力等方面存在一定局限性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)具有跨學(xué)科屬性，讓學(xué)生能夠在真實(shí)的情境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)及21世紀(jì)關(guān)鍵技能。隨著教育信息化的持續(xù)推進(jìn)，信息技術(shù)在教育教學(xué)中發(fā)揮著越來越重要的作用，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的有效開展同樣也離不開信息技術(shù)的支持。本文以“云海種植園里的抗蟲秘密”課程為例，介紹學(xué)校在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中運(yùn)用信息技術(shù)的實(shí)踐及取得的效果，為教師們提供參考。

一、信息技術(shù)在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中應(yīng)用的價(jià)值

2018年，教育部發(fā)布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》提出，要“持續(xù)推動(dòng)信息技術(shù)與教育深度融合，促進(jìn)教育信息化從融合應(yīng)用向創(chuàng)新發(fā)展的高階演進(jìn)”[1]。不難看出，信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的開展也不例外?？傮w而言，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，信息技術(shù)對(duì)優(yōu)化課程設(shè)計(jì)與改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式有著重要的作用。

（一）拓展知識(shí)獲取渠道，構(gòu)建泛在學(xué)習(xí)空間

信息時(shí)代的到來，為學(xué)生獲取知識(shí)提供了更多的可能。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生獲取知識(shí)主要來源于教材，其批判性思維、邏輯思維以及解決問題能力的培養(yǎng)受到局限。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的普及，信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，變革了傳統(tǒng)的以教師為中心的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了以“自主、探究、合作”為特征的教與學(xué)，從而把學(xué)生的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性充分地激發(fā)了出來[2]。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開展的過程中，學(xué)生可以很輕松地從百度、知網(wǎng)、BrainPop、TedEd等平臺(tái)獲取相應(yīng)的知識(shí)。另外，可汗學(xué)院、國(guó)家地理等平臺(tái)提供的從小學(xué)到大學(xué)體系完整的數(shù)字資源，為學(xué)生提供了多元的知識(shí)獲取渠道，也為其泛在學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)提供了保障。

（二）改變學(xué)習(xí)協(xié)作方式，提升合作意識(shí)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施過程尤其強(qiáng)調(diào)學(xué)生之間的合作，從問題的提出、方案的制訂，到作品的制作與優(yōu)化等環(huán)節(jié)，學(xué)生的分工合作成效影響著他們最終的學(xué)習(xí)成果。數(shù)字工具支持下的合作學(xué)習(xí)環(huán)境不受時(shí)空限制，為教師與學(xué)生提供了更多交流與協(xié)作的可能[3]。得益于Xmind、processon等數(shù)字工具的支持，師生之間、生生之間能夠更便捷地交流討論教學(xué)內(nèi)容、及時(shí)地交換信息并共同解決問題。學(xué)生在開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的過程中，也能夠運(yùn)用上述數(shù)字工具有效地開展頭腦風(fēng)暴、繪制思維導(dǎo)圖等協(xié)作工作，并可以針對(duì)某一個(gè)問題持續(xù)地展開思維碰撞，從而對(duì)方案進(jìn)行不斷的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

（三）提供多樣探究形式，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)

利用虛擬實(shí)驗(yàn)室等技術(shù)，在可視化、擬真化、交互化的條件下開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)注重培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，這也是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。想象力和創(chuàng)造力依賴于發(fā)散性思維的培養(yǎng)，也需要一定的知識(shí)儲(chǔ)備。信息技術(shù)的支持除了豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源，還能讓學(xué)生的創(chuàng)造力得到顯著提升。通過PhET虛擬實(shí)驗(yàn)室、3D建模等數(shù)字工具，學(xué)生的創(chuàng)意可以更方便地轉(zhuǎn)換為作品，有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。數(shù)字化的學(xué)習(xí)工具，能夠讓學(xué)生及時(shí)捕捉自己的創(chuàng)作靈感，并通過數(shù)字化平臺(tái)及時(shí)保存和分享作品。比如，學(xué)生在強(qiáng)大的編程平臺(tái)的支持下，將編程學(xué)習(xí)變?yōu)樽陨淼囊环N生活方式，隨時(shí)嘗試用編程來解決問題。在數(shù)字移動(dòng)端使用的3D建模軟件，可以滿足學(xué)生個(gè)性化3D創(chuàng)作的需要。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以根據(jù)項(xiàng)目需要制作結(jié)構(gòu)件和外形，方便他們將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為作品。像這樣的模擬實(shí)驗(yàn)方式，既有游戲化的融入，又有真實(shí)的學(xué)科探究，還可以在交互的情景中不斷地進(jìn)行學(xué)科學(xué)習(xí)，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)提供了技術(shù)保障。

（四）管理項(xiàng)目進(jìn)程，優(yōu)化評(píng)價(jià)機(jī)制

網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的出現(xiàn)，為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的過程管理提供了有效支持。尤其是有效利用項(xiàng)目實(shí)施過程中產(chǎn)生的過程性資料，為教學(xué)評(píng)價(jià)帶來了創(chuàng)新。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是建立在真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)活動(dòng)，是一種建構(gòu)式的學(xué)習(xí)活動(dòng)，師生會(huì)在項(xiàng)目實(shí)踐過程中產(chǎn)生大量的過程性資料與成果。這些資料不僅是學(xué)生思維過程的可視化成果，還會(huì)對(duì)項(xiàng)目的未來發(fā)展產(chǎn)生重要影響。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是將過程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，能夠讓教師在總結(jié)評(píng)估前一階段教學(xué)的同時(shí)，對(duì)學(xué)生未來的學(xué)習(xí)做出判斷，為下一個(gè)階段教學(xué)實(shí)踐的選擇和調(diào)整提供相應(yīng)的依據(jù)。借助CocoRobo、Nearpod等項(xiàng)目式學(xué)習(xí)管理平臺(tái)，整個(gè)教與學(xué)過程都發(fā)生在線上。平臺(tái)中不僅可留存大量的數(shù)字化學(xué)習(xí)歷程，還形成了完整的數(shù)字化流程，對(duì)課程與教學(xué)、課程與管理、評(píng)價(jià)與展示而言，有著巨大的價(jià)值。

二、“云海種植園里的抗蟲秘密”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)案例實(shí)踐探究

本案例是將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、勞動(dòng)教育與信息技術(shù)深度融合的一次嘗試。案例的開發(fā)實(shí)踐面向小學(xué)五年級(jí)學(xué)生，主要以4人小組形式進(jìn)行，課程時(shí)間為8～10個(gè)課時(shí)。項(xiàng)目的實(shí)踐場(chǎng)地主要依托于云海學(xué)校勞動(dòng)實(shí)踐種植園。在種植園內(nèi)，學(xué)生經(jīng)歷從選種到采摘的完整種植過程，在獲得勞動(dòng)體驗(yàn)的同時(shí)，形成勞動(dòng)實(shí)踐能力和吃苦耐勞的優(yōu)秀品質(zhì)。在種植過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了各種各樣的問題，尤其是蟲害問題十分嚴(yán)重，是植物生長(zhǎng)的“頭號(hào)殺手”。為解決這個(gè)問題，學(xué)生通過采集土壤和害蟲樣本，運(yùn)用科學(xué)、信息技術(shù)、地理、生物、數(shù)學(xué)、語文、美術(shù)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，經(jīng)歷規(guī)范的科學(xué)探究過程，找到病蟲害產(chǎn)生的原因，再利用 AI 技術(shù)等快速地解決問題。學(xué)生設(shè)計(jì)制作了AI害蟲識(shí)別噴殺裝置、物理誘殺、土壤監(jiān)測(cè)裝置、云海害蟲圖鑒、昆蟲滴膠標(biāo)本，以進(jìn)行蟲害的預(yù)防，從而增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，獲得豐收。在項(xiàng)目的整個(gè)實(shí)踐過程中，信息技術(shù)主要在以下環(huán)節(jié)發(fā)揮了不可替代的作用。

（一）數(shù)據(jù)采集與方案制訂

AI識(shí)別與大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)學(xué)生收集數(shù)據(jù)起到了重要的作用。項(xiàng)目伊始，學(xué)生為了發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，進(jìn)行了實(shí)地考察。他們收集了大量昆蟲樣本，采集兩種害蟲（金龜子、紅螞蟻）和一種益蟲（瓢蟲）在綠色植物背景下不同角度的圖像數(shù)據(jù)，每種昆蟲類型均收集四五百張圖片。隨后，學(xué)生使用圖像標(biāo)記工具LabelImg對(duì)三類昆蟲分別標(biāo)注，標(biāo)注完成后建立數(shù)據(jù)庫（如圖1）。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)考察后，學(xué)生通過百度、知網(wǎng)等數(shù)字資源平臺(tái)自主查找資料，以小組為單位進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，并利用思維導(dǎo)圖工具Xmind、在線作圖工具ProcessOn等交流討論導(dǎo)致種植園害蟲泛濫的多種可能性因素，并將相應(yīng)的解決方案制作成思維導(dǎo)圖（如圖2）。

（二）工程制作與測(cè)試優(yōu)化

人工智能與3D打印技術(shù)的結(jié)合為工程制作提供了有力的技術(shù)支持。學(xué)生通過前期學(xué)習(xí)的昆蟲分類以及習(xí)性等知識(shí)，發(fā)現(xiàn)了種植園里最主要的害蟲是粉翅蛾幼蟲，俗名地老虎，又名切根蟲。它們白天潛伏在土壤里，晚上出來活動(dòng)，破壞農(nóng)作物的生長(zhǎng)。學(xué)生還發(fā)現(xiàn)，由于梧桐山濕度較大，導(dǎo)致農(nóng)作物害蟲泛濫，影響了植物的正常生長(zhǎng)。通過上網(wǎng)搜索資料，他們了解到影響昆蟲繁殖和生長(zhǎng)的主要非生物因素是氣候條件，即溫度、濕度、降水、光、風(fēng)等。此外，土壤條件也是重要因素之一。學(xué)生實(shí)地對(duì)土壤取樣考察，分析種植園的土壤pH和滲水性。經(jīng)分析學(xué)生發(fā)現(xiàn)，云海種植園的溫度、濕度和地理?xiàng)l件皆適合昆蟲發(fā)育和繁殖。

在此基礎(chǔ)上，學(xué)生完成了土壤監(jiān)測(cè)和AI害蟲識(shí)別噴殺裝置的設(shè)計(jì)方案，他們利用LabelImg軟件識(shí)別并建立模型庫，并在教師的幫助下，采用Tiny-YOLOv2的人工智能算法對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練完成后，學(xué)生得到了kmodel文件。他們將文件保存至硬件設(shè)備的SD卡中，并通過編寫程序（如圖3）來實(shí)現(xiàn)裝置的識(shí)別效果，最終測(cè)試識(shí)別的準(zhǔn)確率。

與此同時(shí)，學(xué)生觀察生產(chǎn)生活中的農(nóng)藥噴灑裝置，設(shè)計(jì)并繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，并根據(jù)各組成部分的功能細(xì)化機(jī)械結(jié)構(gòu)。依據(jù)設(shè)計(jì)草圖，師生利用3D one軟件設(shè)計(jì)農(nóng)藥噴灑裝置的各零部件，并進(jìn)行3D打印。打印完成后，師生切割零部件，并準(zhǔn)備相應(yīng)的拼接材料和工具，組裝農(nóng)藥噴灑裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，優(yōu)化調(diào)整其不合理之處。最后，學(xué)生結(jié)合硬件模塊對(duì)裝置進(jìn)行測(cè)試優(yōu)化。

（三）成果展示與評(píng)價(jià)反思

借助CocoRobo智慧平臺(tái)（如圖4），學(xué)生線上與線下相結(jié)合開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)。在項(xiàng)目開展過程中，學(xué)生可隨時(shí)隨地將過程性資料上傳至平臺(tái)，形成個(gè)人與小組的資料庫，并利用平臺(tái)內(nèi)的項(xiàng)目管理工具，規(guī)劃小組項(xiàng)目開展流程，發(fā)揮協(xié)作學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)。教師利用平臺(tái)發(fā)布評(píng)價(jià)指南與階段任務(wù)，實(shí)時(shí)調(diào)整、監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。與此同時(shí)，師生可以通過平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)。

三、實(shí)踐總結(jié)與經(jīng)驗(yàn)反思

本案例是將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、勞動(dòng)教育與信息技術(shù)深度融合的一次嘗試。從教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況來看，學(xué)生在完成了項(xiàng)目各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容后，在過程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)（紙筆測(cè)試）中都取得了優(yōu)秀的成績(jī)；從項(xiàng)目實(shí)施過程來看，學(xué)生以小組為單位合作解決問題，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)與合作精神；從項(xiàng)目結(jié)果來看，專家與同行對(duì)本項(xiàng)目中學(xué)生表現(xiàn)出的綜合能力與項(xiàng)目的社會(huì)價(jià)值給予了積極的評(píng)價(jià)。這表明，將信息技術(shù)與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)深度融合，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、創(chuàng)造性思維與解決問題能力是有很大幫助的，對(duì)落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)具有較強(qiáng)的適切性和實(shí)效性。從教育教學(xué)研究角度出發(fā)，我們從課程案例實(shí)施中獲得的啟發(fā)與思考主要有以下方面。

（一）充分發(fā)揮信息技術(shù)在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中的支持作用

在以往的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)中，不管是前期資料收集、實(shí)地考察或者實(shí)驗(yàn)探究，都更加注重線下真實(shí)環(huán)境中面對(duì)面的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這是項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的一個(gè)重要特點(diǎn)，也是發(fā)揮其教育教學(xué)功能的關(guān)鍵形式。然而，最近三年受疫情等因素的影響，傳統(tǒng)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式無法有效開展。在這種情況下，現(xiàn)代信息技術(shù)與數(shù)字化平臺(tái)發(fā)揮了不可或缺的重要作用。如利用數(shù)字化項(xiàng)目管理平臺(tái)規(guī)劃項(xiàng)目流程，發(fā)布評(píng)價(jià)指南與階段任務(wù)。學(xué)生利用平臺(tái)完成協(xié)作任務(wù)，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴、繪制思維導(dǎo)圖等活動(dòng)，體現(xiàn)出了信息技術(shù)在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。通過學(xué)習(xí)和使用信息技術(shù)，學(xué)生可以進(jìn)行資源共享與深度思考，拓展項(xiàng)目的廣度與深度，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、合作精神和解決實(shí)際問題的能力。技術(shù)支持下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，在發(fā)展學(xué)生高階思維的同時(shí)，達(dá)成了培養(yǎng)核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

（二）因地制宜地發(fā)揮信息技術(shù)在不同主題項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中的作用

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)中，不同學(xué)科的核心概念具有較大的差異，學(xué)習(xí)過程具有動(dòng)態(tài)性、生成性等特點(diǎn)，不同主題的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)需要應(yīng)用不同類型的信息技術(shù)來支持。有鑒于此，教師在項(xiàng)目開始之前就要準(zhǔn)備豐富的數(shù)字工具資源，或者向社會(huì)、科研機(jī)構(gòu)尋求定制化服務(wù)與專業(yè)技術(shù)人員的支持。還要注意的是，信息技術(shù)與數(shù)字資源更新?lián)Q代的速度較快，教師要與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)檢查并更新提供給學(xué)生的資源內(nèi)容與數(shù)字工具，確保學(xué)生能夠順利使用。信息技術(shù)與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的深度融合，在開展之初一定會(huì)遇到很多問題和阻礙，“云海種植園里的抗蟲秘密”案例也不例外。但是，既然已經(jīng)明確了信息技術(shù)在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，就應(yīng)該鍥而不舍地嘗試探索有效的實(shí)踐方案，尋找科學(xué)育人的有效途徑。這需要廣大教師積極嘗試、主動(dòng)探索，貢獻(xiàn)自己的智慧與力量。

（三）信息技術(shù)支持下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)開展的阻礙因素

目前來看，將項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與信息技術(shù)的深度融合是教育發(fā)展的一大趨勢(shì)，但在實(shí)踐過程中我們遇到了很多阻力。第一，教師在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中得不到有效的教育教學(xué)專業(yè)培訓(xùn)。教師在設(shè)計(jì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)前，是無法通過觀摩幾個(gè)實(shí)踐案例、模仿相應(yīng)環(huán)節(jié)就掌握其要義的。我們必須在實(shí)踐應(yīng)用的專業(yè)性上進(jìn)行規(guī)范，這樣才能保證學(xué)校開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的科學(xué)性和規(guī)范性。因此，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)培訓(xùn)必不可少[4]。第二，硬件設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)條件受到限制。作為開展信息技術(shù)融合項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)條件，硬件設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)條件的配置會(huì)對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的效果產(chǎn)生直接影響。如在本案例開展初期，由于受校園網(wǎng)絡(luò)條件及平板電腦性能限制，學(xué)生上傳資料到CocoRobo智慧平臺(tái)時(shí)遇到了一定的困難，導(dǎo)致最后項(xiàng)目實(shí)踐的課時(shí)需求很難滿足。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)是一種生成性、過程性的教學(xué)活動(dòng)，需要一定的課時(shí)數(shù)量來保證項(xiàng)目完整地實(shí)施。目前，學(xué)校更多是利用社團(tuán)時(shí)間和課后輔導(dǎo)時(shí)間開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，但在這些時(shí)間段會(huì)出現(xiàn)學(xué)生活動(dòng)上的沖突，很難保證人員的出席率與參與度。教師需要另外尋找時(shí)間幫助部分學(xué)生跟上小組進(jìn)度。學(xué)生也要在課后花費(fèi)額外的精力完成任務(wù)內(nèi)容。因而，這需要學(xué)校與教師創(chuàng)造性地解決問題，為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的有效開展提供課時(shí)的保障。

路曼曼其修遠(yuǎn)兮。隨著信息技術(shù)與數(shù)字資源的不斷發(fā)展，在廣大教師的不斷探索下，它們必將在與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)深度融合的過程中，更好地發(fā)揮出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、合作意識(shí)等方面的優(yōu)勢(shì)。

注：本文系深圳市陳尚寶教育科研專家工作室專項(xiàng)課題“素養(yǎng)導(dǎo)向的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)案例開發(fā)與評(píng)價(jià)研究”的研究成果。

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（作者錢秉陽、魏麗玲系深圳市鹽田區(qū)云海學(xué)校科學(xué)教師）

責(zé)任編輯：牟艷娜