高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的教學(xué)實(shí)踐研究

盧英姬

摘 要：核心素養(yǎng)是學(xué)生適應(yīng)社會(huì)、融入社會(huì)的力量來(lái)源，高中化學(xué)教師可以化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體，加強(qiáng)對(duì)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的研究，采取積極有效的教學(xué)措施，全面提升高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)；高中化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）將“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”作為學(xué)科核心素養(yǎng)體系中一項(xiàng)重要素養(yǎng)[1]。我國(guó)近年來(lái)也一直在加強(qiáng)化學(xué)學(xué)科建設(shè)，取得了顯著的效果，但是在當(dāng)前高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在一定的問(wèn)題，比如，實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源匱乏、客觀環(huán)境影響等，這些都會(huì)制約高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。在新時(shí)代背景下，教師有必要以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為著力點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索與創(chuàng)新意識(shí)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的教育功能：實(shí)驗(yàn)對(duì)培育學(xué)生的情感、思維能力、知識(shí)掌握、實(shí)踐能力等各方面發(fā)揮作用[2]。

一、高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源匱乏

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)資源有較高的需求，教師要想促進(jìn)一堂實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)展，需要有寬敞的實(shí)驗(yàn)室，必備的儀器設(shè)備等。但是在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，高中化學(xué)教學(xué)資源相對(duì)匱乏，部分學(xué)校在實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)儀器上不能滿足學(xué)生的基本需求，不利于學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的形成和培養(yǎng)。

（二）教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視程度不足

教師的教學(xué)觀念影響教學(xué)方式的選擇，也會(huì)影響教學(xué)效果和教學(xué)水平。在核心素養(yǎng)視域下我國(guó)開(kāi)始關(guān)注學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)的存在為學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的形成創(chuàng)造了條件，但是在實(shí)際教學(xué)中，部分化學(xué)教師受到傳統(tǒng)觀念的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度不足，以及課時(shí)不足等因素，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的頻率很少，教學(xué)效果也難以保障。比如，部分教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面僅僅給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)的步驟、流程以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，或者用實(shí)驗(yàn)視頻代替，或者只給學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)，但是學(xué)生并未動(dòng)手參與到實(shí)驗(yàn)中，不利于學(xué)生形成探究意識(shí)以及較強(qiáng)的實(shí)踐能力。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)導(dǎo)入形式模式化

良好的導(dǎo)入是實(shí)驗(yàn)教學(xué)成功的一半，任何一堂高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂都會(huì)有一個(gè)精彩的導(dǎo)入，在導(dǎo)入環(huán)節(jié)學(xué)生的興趣被調(diào)動(dòng)起來(lái)，也可以全身心地投入實(shí)驗(yàn)研究中。但是通過(guò)對(duì)部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)導(dǎo)入存在模式化的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在大部分教師以內(nèi)容的形式直接導(dǎo)入，降低了學(xué)生的參與度。很多學(xué)生希望通過(guò)有趣的問(wèn)題情境、設(shè)置科學(xué)小實(shí)驗(yàn)等導(dǎo)入，但是學(xué)生的愿望卻很少得到滿足。

（四）學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)不足

科學(xué)探究能力和創(chuàng)新意識(shí)是學(xué)生學(xué)好化學(xué)學(xué)科的重要保障，如果學(xué)生不具備這些能力和意識(shí)，就會(huì)影響學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解，也不利于學(xué)生在化學(xué)知識(shí)的海洋中遨游。但是在當(dāng)前并不是所有的學(xué)生都具備科學(xué)探究能力和創(chuàng)新意識(shí)，比如，部分學(xué)生在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中缺乏創(chuàng)新的意識(shí)，被教材內(nèi)容所限制，不能產(chǎn)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的獨(dú)立思考，也不能在實(shí)驗(yàn)中采取創(chuàng)新性的措施解決問(wèn)題，這都是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)急需解決的問(wèn)題。

二、培養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐策略

高中階段正是學(xué)生發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵階段，而實(shí)驗(yàn)具備培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)和條件，因此教師要圍繞“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”，積極開(kāi)展有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，以滿足學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展的需要。

（一）開(kāi)展生活化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

化學(xué)在人們的日常生活中無(wú)處不在，無(wú)時(shí)不有。將深?yuàn)W的化學(xué)實(shí)驗(yàn)向生活化改進(jìn)，從學(xué)生生活實(shí)際中挖掘?qū)嶒?yàn)素材，激發(fā)積累化學(xué)知識(shí)以解決生活實(shí)踐問(wèn)題的學(xué)習(xí)興趣，從而有利于培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”[3]。

以魯科版選擇性必修3第二章復(fù)習(xí)教學(xué)為例，以日常吃的某榨菜中食品添加劑：谷氨酸鈉、乳酸、檸檬酸、L-蘋果酸、三氯蔗糖為研究對(duì)象，分五個(gè)小組查閱資料，課堂上匯報(bào)。如研究乳酸小組匯報(bào)：乳酸具有羥基和羧基，預(yù)測(cè)具有醇和羧酸的性質(zhì)，可以與鈉反應(yīng)，與氧氣發(fā)生催化氧化反應(yīng)，酯化反應(yīng)，與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想，操作驗(yàn)證。還可以讓小組設(shè)計(jì)一些對(duì)應(yīng)的練習(xí)供全班同學(xué)使用，甚至可以作為校本課程作業(yè)供全年級(jí)使用。實(shí)驗(yàn)是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的重要保障，教師有必要給學(xué)生開(kāi)展生活化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從生活實(shí)際中挖掘?qū)嶒?yàn)素材，讓生活融入化學(xué)，重新賦予化學(xué)學(xué)科全新的定義。

（二）創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

情境是一種互動(dòng)性很強(qiáng)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，它能有效地激活課堂，引導(dǎo)學(xué)生全身心體驗(yàn)，不斷增進(jìn)所學(xué)。因此，情境會(huì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)產(chǎn)生潛移默化的影響。高中階段學(xué)生具有很強(qiáng)的探究欲望，希望可以解決化學(xué)中遇到的問(wèn)題，針對(duì)學(xué)生的特點(diǎn)，教師可以立足實(shí)驗(yàn)教學(xué)，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生在解決問(wèn)題中形成科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)

目的。

以魯科版必修1微項(xiàng)目《科學(xué)使用含氯消毒劑》教學(xué)為例，2016年巴西里約熱內(nèi)盧奧運(yùn)會(huì)期間室外游泳池的水變綠，成為當(dāng)時(shí)的一大新聞。2016年8月15日官方資料：經(jīng)調(diào)查，池水變綠是藻類快速生長(zhǎng)造成的。此前該泳池一直使用含氯消毒劑來(lái)殺菌和抑制藻類生長(zhǎng)，為保持好的殺菌效果需要定期向泳池補(bǔ)充消毒劑。此次事件中工作人員誤用了同為消毒劑的過(guò)氧化氫。教師設(shè)計(jì)問(wèn)題：為什么這樣的誤操作會(huì)導(dǎo)致藻類快速生長(zhǎng)？為什么泳池中原有的含氯消毒劑不起作用了？泳池中加入過(guò)氧化氫消毒劑后發(fā)生了什么[4]？我們假設(shè)當(dāng)時(shí)使用的是以NaClO為主的含氯消毒劑。學(xué)生討論匯報(bào)：加入過(guò)氧化氫可能生成了促進(jìn)綠藻迅速生長(zhǎng)的物質(zhì)。根據(jù)生物學(xué)的知識(shí)，促進(jìn)藻類為主的生長(zhǎng)的因素有：陽(yáng)光、溫度、O2、CO2、含N和P元素的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，O2的含量可能是這一事件中的主要因素。教師再設(shè)計(jì)問(wèn)題：過(guò)氧化氫是否能迅速消耗NaClO？在NaClO中加入H2O2溶液是否會(huì)產(chǎn)生大量的氧氣？請(qǐng)同學(xué)們應(yīng)用氧化還原反應(yīng)的知識(shí)猜想并討論分析。猜想1：H2O2與NaClO溶液可以發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生了大量O2，促進(jìn)藻類快速生長(zhǎng)。NaClO中+1價(jià)的氯化合價(jià)可以降低作氧化劑，H2O2中-1價(jià)的氧化合價(jià)升高作還原劑，兩者混合，可以發(fā)生反應(yīng)：NaClO+H2O2=NaCl+H2O+O2。猜想2：H2O2溶液分解產(chǎn)生了大量O2，促進(jìn)藻類快速生長(zhǎng)。H2O2中氧元素為-1價(jià)既可以升高也可以降低，H2O2既作氧化劑又作還原劑發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)，生成大量O2。猜想3：H2O2溶液與殘余的含氯消毒劑發(fā)生反應(yīng)，二者對(duì)藻類生長(zhǎng)的抑制作用減弱或消失，促進(jìn)藻類快速生長(zhǎng)。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證H2O2與NaClO反應(yīng)是否產(chǎn)生了O2？小組匯報(bào)：產(chǎn)生了氣泡，并且能使帶火星的木條復(fù)燃。教師再設(shè)計(jì)問(wèn)題：NaClO到底起什么作用？是氧化劑還是催化劑？教師引導(dǎo)學(xué)生思考氧化劑與催化劑的本質(zhì)區(qū)別，學(xué)生受到啟發(fā)，催化劑反應(yīng)前后物質(zhì)性質(zhì)和質(zhì)量不變，利用這個(gè)知識(shí)進(jìn)行深入思考和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。方案1：向稀釋后的84消毒液中加入過(guò)量的過(guò)氧化氫溶液，充分反應(yīng)后，檢驗(yàn)剩余溶液是否有漂白性。若仍有漂白性，NaClO是催化H2O2分解的催化劑；若沒(méi)有漂白性，則NaClO為氧化劑。方案2：向稀釋后的84消毒液中持續(xù)地逐滴加入過(guò)量的過(guò)氧化氫溶液，若持續(xù)產(chǎn)生氣泡，NaClO是催化H2O2分解的催化劑；若加入一定量后不再產(chǎn)生氣泡，則NaClO為氧化劑[5]。小組間互評(píng)：H2O2溶液也有漂白性，方案1不可行。分組實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證NaClO是氧化劑還是催化劑？小組匯報(bào)：NaClO與H2O2反應(yīng)中，NaClO是氧化劑。一系列的問(wèn)題提出激發(fā)了學(xué)生的探究意識(shí)，在問(wèn)題的引導(dǎo)下學(xué)生會(huì)采用各個(gè)擊破的方式對(duì)問(wèn)題展開(kāi)深入分析和實(shí)驗(yàn)，從中獲得解決問(wèn)題的答案?；瘜W(xué)教師還要注重對(duì)問(wèn)題的把握，保障提出的問(wèn)題具有價(jià)值性和探究性，學(xué)生可以有思考的空間，并且可以通過(guò)自己的能力可以解決，這樣才能真正地發(fā)揮問(wèn)題的導(dǎo)向作用，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。教師讓學(xué)生通過(guò)討論的方式明確問(wèn)題答案，收獲更多的知識(shí)，在問(wèn)題討論中學(xué)生也會(huì)進(jìn)行思維的碰撞，產(chǎn)生智慧的火花，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

（三）靈活利用電教設(shè)備

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，信息技術(shù)開(kāi)始與傳統(tǒng)行業(yè)結(jié)合。教育作為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵，必然離不開(kāi)信息技術(shù)的支持和輔助?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的主要方式，學(xué)生需要體驗(yàn)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作步驟，感受清晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，才能獲取有效的科學(xué)素養(yǎng)。因此，高中化學(xué)教師也應(yīng)該融入信息化時(shí)代背景，靈活利用電教設(shè)備，充分發(fā)揮電教設(shè)備的優(yōu)越性，給學(xué)生呈現(xiàn)更加直觀的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，幫助學(xué)生建立對(duì)實(shí)驗(yàn)的全面認(rèn)知。

以魯科版必修1《硫的轉(zhuǎn)化》教學(xué)為例，本節(jié)課主要教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握0價(jià)、+4價(jià)、+6價(jià)硫元素之間的轉(zhuǎn)換，了解SO2和H2SO4的性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的態(tài)度，提升學(xué)生的觀察能力和實(shí)驗(yàn)研究能力。在實(shí)際生活中SO2對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了重要的影響，污染了大氣環(huán)境，對(duì)人們的身體健康也產(chǎn)生著巨大的傷害，如果在本次實(shí)驗(yàn)中，教師組織學(xué)生操作硫的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，可能會(huì)對(duì)學(xué)生健康以及環(huán)境產(chǎn)生影響，為此，教師可以充分借助多媒體教學(xué)設(shè)備，給學(xué)生呈現(xiàn)硫的轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，一方面保障學(xué)生可以熟悉實(shí)驗(yàn)流程，另一方面降低硫?qū)Νh(huán)境和人體的影響和傷害。首先，學(xué)生并未真正地見(jiàn)過(guò)火山噴發(fā)的壯觀景象，因此，教師可以利用多媒體給學(xué)生展示火山噴發(fā)的過(guò)程，同時(shí)教師也可以借助多媒體給學(xué)生呈現(xiàn)火山噴發(fā)可能產(chǎn)生的有毒氣體，幫助學(xué)生建立對(duì)火山噴發(fā)現(xiàn)象的了解。其次，教師可以給學(xué)生呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中不同價(jià)態(tài)硫元素之間轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)。多媒體在呈現(xiàn)內(nèi)容上具有優(yōu)勢(shì)，它可以更加清晰地給學(xué)生呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，并且可以將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多次反復(fù)地回放，教師可以在本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)多媒體設(shè)備的應(yīng)用，給學(xué)生呈現(xiàn)關(guān)于本次實(shí)驗(yàn)的操作步驟、注意問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)結(jié)論以及實(shí)驗(yàn)思考等，方便學(xué)生可以更好地了解不同價(jià)態(tài)硫元素之間的轉(zhuǎn)化。筆者將二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，改為微型化實(shí)驗(yàn)：在點(diǎn)滴板中放入高錳酸鉀溶液、溴水、硫化氫溶液、品紅溶液、氫氧化鈉溶液、較多的亞硫酸鈉固體中加入70%的硫酸，迅速蓋上培養(yǎng)皿，讓學(xué)生做助手用希沃白板5的手機(jī)投屏投放在白板上，高錳酸鉀溶液、溴水迅速褪色，硫化氫溶液產(chǎn)生淡黃色沉淀，品紅溶液褪色，實(shí)驗(yàn)效果明顯，學(xué)生親身體驗(yàn)感強(qiáng)。這種微型化實(shí)驗(yàn)節(jié)約藥品、尾氣及時(shí)處理，綠色化的實(shí)驗(yàn)，也可以作為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)可以運(yùn)用手機(jī)投屏將各個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行展示與分享。加強(qiáng)對(duì)電教設(shè)備在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用已經(jīng)成為發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)教師提出了更高的要求，這就需要高中化學(xué)教師要樹立終身學(xué)習(xí)意識(shí)，利用工作之余加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備和媒介知識(shí)的學(xué)習(xí)，讓多媒體設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到更加充分的應(yīng)用。

（四）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)導(dǎo)入

導(dǎo)入是課堂教學(xué)的起始環(huán)節(jié)，成功的導(dǎo)入可以有效吸引學(xué)生的注意力與好奇心，教師應(yīng)該采取積極有效的措施，不斷優(yōu)化教學(xué)導(dǎo)入，采用多樣化的導(dǎo)入方式，保障導(dǎo)入環(huán)節(jié)的豐富性。比如教師可以嘗試實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入的方式，也可以采用多媒體導(dǎo)入的方式，同時(shí)也可以采用問(wèn)題導(dǎo)入的形式等，通過(guò)豐富導(dǎo)入方式可以調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的積極性，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)、探索科學(xué)的目標(biāo)將更加容易實(shí)現(xiàn)。

（五）校本課程開(kāi)發(fā)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)

校本課程或研究性學(xué)習(xí)的開(kāi)展可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的二次設(shè)計(jì)或開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的本土化、校本化、生本化過(guò)程。在研究過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新能力”，將成果應(yīng)用于課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

以魯科版選擇性必修1《金屬的腐蝕與防護(hù)》教學(xué)為例，研究性學(xué)習(xí)小組將金屬的吸氧腐蝕完成凝膠實(shí)驗(yàn)：將適量瓊脂投入100克水中加熱到90℃以上，瓊脂完全溶解，趁熱加入1.5克NaCl固體，5～6滴酚酞溶液和鐵氰化鉀K3[Fe（CN）6]溶液，攪拌均勻，趁熱倒入表面皿中冷卻至室溫，形成淺黃色凝膠。將鐵釘除銹后放入凝膠中10小時(shí)。課堂上觀察現(xiàn)象：鐵釘周圍產(chǎn)生藍(lán)色沉淀并且出現(xiàn)紅色。學(xué)生討論分析書寫電極反應(yīng)式：負(fù)極（Fe）：Fe-2e-=Fe2+，正極（C）：O2+4e-+

2H2O=4OH-。通過(guò)現(xiàn)象的觀察，分析得出金屬腐蝕的原理與本質(zhì)，將微觀過(guò)程可視化。將學(xué)生的參與過(guò)程拍攝成視頻，在課堂展示，學(xué)生會(huì)獲得滿滿的成就感。操作過(guò)程提升了學(xué)生科學(xué)探究能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，化學(xué)在生活中發(fā)揮著巨大的作用，而實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，教師有必要借助實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生更好地融入社會(huì)生活。因此，教師要加強(qiáng)對(duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的分析，并不斷開(kāi)展生活化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，靈活利用電教設(shè)備，校本課程開(kāi)發(fā)等，提升高中化學(xué)教學(xué)水平，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以助力學(xué)生在素質(zhì)和能力方面的全面

發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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本文系福建省2021年度專項(xiàng)課題“基于‘科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：MJYKT2021-156）研究成果。