摘要 對(duì)生物工程專業(yè)普通生物學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和考核評(píng)價(jià)方式等教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析。按照以學(xué)生為中心的教學(xué)理念,對(duì)理論課和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)進(jìn)行改革探索,并優(yōu)化對(duì)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)課的考核方式,旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新意識(shí),為生物工程專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞 普通生物學(xué);工程教育認(rèn)證;生物工程;生命科學(xué)
中圖分類號(hào) G642.0;S18" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A" "文章編號(hào) 1007-7731(2024)14-0108-05
DOI號(hào) 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.14.023
Teaching reform in General Biology course for Bioengineering major
ZHOU Yin
(College of Life Science and Health Engineering, Hubei University of Technology, Wuhan 430068,China)
Abstract The teaching content, teaching experiment effect, and assessment and evaluation methods of the General Biology course of Bioengineering major were analyzed. Following the student-centered teaching philosophy, the reform of theoretical and experimental courses was explored, and the assessment methods for theoretical knowledge and experimental courses were optimized. Intended to cultivate students’ engineering ability and innovative consciousness, and lay a foundation for the subsequent courses study of Bioengineering major.
Keywords General Biology; engineering education certification; Bioengineering; life sciences
普通生物學(xué)是生物工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一,是一門研究生物體的生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科,為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)生物工程專業(yè)其他課程奠定基礎(chǔ)。該課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括細(xì)胞、分子、植物、動(dòng)物和生態(tài)等,不同高校對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的安排存在差異,部分高校注重講解細(xì)胞和分子板塊,部分高校則全面講述細(xì)胞、分子、進(jìn)化、植物和動(dòng)物等板塊。門中華等[1]對(duì)通識(shí)教育中普通生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析,該研究認(rèn)為,不同高校和專業(yè)對(duì)普通生物學(xué)課程所安排的教學(xué)內(nèi)容不同,學(xué)時(shí)也有一定差異,主要原因在于不同高校開設(shè)普通生物學(xué)課程的專業(yè)有所相同。李瑩等[2]研究認(rèn)為,普通生物學(xué)是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一,為后續(xù)專業(yè)課程框架的搭建奠定基礎(chǔ)。實(shí)踐中,該課程知識(shí)點(diǎn)多、專業(yè)面廣,可能較難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。本文對(duì)生物工程專業(yè)普通生物學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析,并按照以學(xué)生為中心的教學(xué)理念,對(duì)理論課和實(shí)驗(yàn)課的方法、考核方式等進(jìn)行改革與探索,旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新意識(shí),為后續(xù)生物工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
1 普通生物學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析
1.1 理論教學(xué)內(nèi)容方面
該課程教學(xué)采用的教材有多個(gè)版本,以《普通生物學(xué)》[3]教材為例,該教材共6篇32章。根據(jù)生物工程專業(yè)培養(yǎng)方案,普通生物學(xué)課程于大二第一學(xué)期開課,此時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課知識(shí)的時(shí)間不長(zhǎng),后續(xù)還要學(xué)習(xí)生物化學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和基因工程等專業(yè)必修課,而該教材中部分章節(jié)內(nèi)容為上述專業(yè)課知識(shí)的縮略版本。為避免教學(xué)內(nèi)容重復(fù),可以適當(dāng)減少與上述專業(yè)課相關(guān)的章節(jié)學(xué)時(shí)。
生物工程技術(shù)可以應(yīng)用于動(dòng)植物來(lái)源的次級(jí)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn),而動(dòng)植物來(lái)源產(chǎn)品的研究與開發(fā),需要具備一定的植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)。部分高校生物工程專業(yè)可能尚未設(shè)置動(dòng)物學(xué)和植物學(xué)的相關(guān)課程,因此,將普通生物學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置為教材中第二篇“動(dòng)物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能”和第三篇“植物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能”。王倩等[4]研究認(rèn)為,對(duì)于較為基礎(chǔ)的知識(shí)(如動(dòng)物器官和系統(tǒng)等),學(xué)生已有一定了解,再次學(xué)習(xí)該知識(shí)可能會(huì)使其學(xué)習(xí)興趣和積極性受到一定影響,教學(xué)效果有待進(jìn)一步提升。對(duì)于一些較難的知識(shí)點(diǎn)(如動(dòng)作電位的形成機(jī)制等),由于課時(shí)數(shù)的限制,對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解有待進(jìn)一步深入,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)難易知識(shí)的掌握程度有待進(jìn)一步提升。
1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果方面
通過(guò)普通生物學(xué)課程教學(xué),學(xué)生對(duì)生命科學(xué)的全貌會(huì)有一定的了解,并掌握普遍規(guī)律性的知識(shí)。后續(xù)開設(shè)的細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)等專業(yè)課程,也會(huì)涉及線粒體等細(xì)胞器觀察實(shí)驗(yàn),因此,在普通生物學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)安排上,不宜再設(shè)置細(xì)胞器的觀察等實(shí)驗(yàn)。該課程安排2次驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),分別是顯微鏡的構(gòu)造與使用、植物莖與葉的結(jié)構(gòu)觀察。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的開展,有利于學(xué)生掌握顯微鏡的使用技術(shù)、植物徒手切片技術(shù)和生物繪圖基本技術(shù)等,這些均是生物工程專業(yè)學(xué)生所必須掌握的技術(shù)。值得注意的是,學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí),更多的是對(duì)照指導(dǎo)書進(jìn)行操作,對(duì)其綜合應(yīng)用知識(shí)的能力的培養(yǎng)效果尚有進(jìn)一步提升的空間。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的評(píng)價(jià)主要依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分來(lái)開展,而實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步細(xì)化和量化。實(shí)踐中通常是教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的整體情況給出分?jǐn)?shù),評(píng)價(jià)的客觀性有待進(jìn)一步增強(qiáng)。
1.3 考核評(píng)價(jià)方式方面
普通生物學(xué)課程的考核通常是由平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末考試成績(jī)組成。其中,平時(shí)成績(jī)由出勤率和平時(shí)作業(yè)成績(jī)組成。平時(shí)作業(yè)選自教材上的課后習(xí)題,學(xué)生的平時(shí)成績(jī)差異較小。此外,期末考試的試題更加注重考察學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的客觀記憶,而對(duì)知識(shí)應(yīng)用的考核評(píng)價(jià)模式有待進(jìn)一步補(bǔ)充,課程評(píng)價(jià)方式有待進(jìn)一步優(yōu)化。
2 普通生物學(xué)課程教學(xué)改革措施分析
在生物工程專業(yè)通過(guò)工程教育認(rèn)證的背景下,普通生物學(xué)的課程教學(xué)需要支撐本專業(yè)的畢業(yè)要求。結(jié)合近幾年普通生物學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐,提出以下課程教學(xué)改革措施。
2.1 理論教學(xué)方面
2.1.1 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容" 普通生物學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容包括動(dòng)物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能,植物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能。其中,部分課程知識(shí)點(diǎn)學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò),因此,在教學(xué)過(guò)程中,針對(duì)教材知識(shí)點(diǎn),要有針對(duì)性地安排適宜的教學(xué)時(shí)長(zhǎng)?!绑w液調(diào)節(jié)——?jiǎng)游锏膬?nèi)分泌調(diào)節(jié)”這一章節(jié)的內(nèi)容包括內(nèi)分泌腺的基本概況、無(wú)脊椎動(dòng)物的激素、脊椎動(dòng)物的激素和激素的作用機(jī)制。其中,內(nèi)分泌腺的基本概況和脊椎動(dòng)物的激素屬于學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)且較為熟悉的知識(shí),對(duì)此,教師可以提前布置教學(xué)任務(wù),由學(xué)生通過(guò)線上教學(xué)平臺(tái)及資源完成自主學(xué)習(xí),再通過(guò)超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)對(duì)其自學(xué)效果進(jìn)行考核。激素的作用機(jī)制屬于教學(xué)難點(diǎn),需要學(xué)生掌握激素與細(xì)胞膜表面受體的相互作用等內(nèi)容。為吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使其更好地掌握該知識(shí)點(diǎn),可以從細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生思考“水溶性激素和脂溶性激素對(duì)于受體的位置會(huì)有何差異”等問(wèn)題,進(jìn)而對(duì)激素的作用機(jī)制這一知識(shí)點(diǎn)展開詳細(xì)介紹。此外,考慮到動(dòng)物各個(gè)器官系統(tǒng)之間存在普遍而廣泛的聯(lián)系,教師在教學(xué)過(guò)程中可以加強(qiáng)激素的作用機(jī)制與“動(dòng)物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能”章節(jié)之間的聯(lián)系,更好地將知識(shí)系統(tǒng)化,提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。
2.1.2 創(chuàng)新教學(xué)手段" 針對(duì)普通生物學(xué)各個(gè)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的難易程度,選擇不同的教學(xué)方法,便于學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上更好地掌握相關(guān)知識(shí)。以“體液調(diào)節(jié)——?jiǎng)游锏膬?nèi)分泌調(diào)節(jié)”章節(jié)為例,根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的難易程度進(jìn)行區(qū)分,分別在課前、課中和課后的不同階段,有針對(duì)性地選擇不同的教學(xué)方法。
(1)課前布置自學(xué)任務(wù)。在教學(xué)過(guò)程中,有側(cè)重地分配不同知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)時(shí)長(zhǎng)。根據(jù)章節(jié)易混淆知識(shí)點(diǎn)、學(xué)生已在前期學(xué)習(xí)中有所接觸的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn),布置相應(yīng)的預(yù)習(xí)任務(wù),例如,動(dòng)物外分泌腺和內(nèi)分泌腺有哪些區(qū)別、分布情況如何。同時(shí),教師發(fā)布視頻學(xué)習(xí)資料,讓學(xué)生在MOOC等平臺(tái)提前觀看課程教學(xué)內(nèi)容。
(2)課中進(jìn)行案例導(dǎo)入。王倩等[4]通過(guò)案例導(dǎo)入方式,為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)與研究打下基礎(chǔ)。在教學(xué)過(guò)程中,教師介紹相關(guān)章節(jié)的科研進(jìn)展,例如,生活方式的代表——代謝綜合征;引入人體溫覺(jué)和觸覺(jué)感受器的受體蛋白質(zhì)案例,講解感覺(jué)形成的具體機(jī)制等知識(shí)。曲良煥等[5]在教學(xué)前,結(jié)合日常生活實(shí)例,設(shè)計(jì)趣味性的課程引入環(huán)節(jié)。普通生物學(xué)課程教學(xué)中,引入“耳石癥”等相關(guān)新聞,讓學(xué)生結(jié)合案例,對(duì)“感覺(jué)器官與感覺(jué)”知識(shí)進(jìn)行討論,教師對(duì)學(xué)生討論情況進(jìn)行補(bǔ)充。普通生物學(xué)課程的部分知識(shí)需要利用圖片、短視頻和Flash動(dòng)畫等資源輔助教學(xué),幫助學(xué)生理解并掌握重難點(diǎn),提高教學(xué)效果。例如,教師通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)搜集動(dòng)畫或短視頻,更加生動(dòng)且富有趣味性地講解激素的作用機(jī)制(圖1)等難點(diǎn),從細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生思考水溶性激素和脂溶性激素對(duì)受體的影響有何差異,進(jìn)而對(duì)激素的作用機(jī)制這一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹,幫助學(xué)生掌握激素與細(xì)胞膜表面受體的相互作用等知識(shí)。
(3)課后進(jìn)行知識(shí)檢測(cè)。根據(jù)普通生物學(xué)課程知識(shí)的難易程度,選擇不同方法對(duì)學(xué)生掌握所學(xué)知識(shí)的程度進(jìn)行測(cè)試。為鞏固課堂教學(xué)效果,對(duì)于較為簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn),可以采用隨堂提問(wèn)的方式,或通過(guò)超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)設(shè)置選擇題、填空題等,對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核。對(duì)于較難的知識(shí)點(diǎn),可以布置綜合性作業(yè),讓學(xué)生在完成作業(yè)的過(guò)程中更好地理解和掌握相關(guān)知識(shí)。為了讓學(xué)生對(duì)章節(jié)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)性復(fù)習(xí)及鞏固,在課程章節(jié)教學(xué)結(jié)束后,布置思維導(dǎo)圖任務(wù),讓學(xué)生在思維導(dǎo)圖的繪制過(guò)程中,對(duì)各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系形成更明晰的認(rèn)識(shí)。學(xué)生繪制的動(dòng)物內(nèi)分泌系統(tǒng)思維導(dǎo)圖如圖2所示。
2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面
高校普通生物學(xué)課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課堂通常包括顯微鏡及顯微觀察、生物大分子的制備與分離、PCR及DNA指紋圖譜分析、微生物的觀察與檢測(cè)等知識(shí)模塊[1]。實(shí)踐中,部分模塊與后續(xù)其他專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)可能會(huì)重復(fù)。為此,本課程實(shí)驗(yàn)課設(shè)置了植物凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)觀察、植物組織的徒手切片及顯微觀察這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。在植物凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)觀察這一實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)設(shè)計(jì)有梯度的實(shí)驗(yàn),確定影響植物細(xì)胞發(fā)生凋亡的較佳條件,并讓學(xué)生預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)。王鵬洋等[6]讓學(xué)生設(shè)置0.4、0.8 mol/L等不同鹽濃度的溶液,并設(shè)置2、4、6、8和10 h等不同的誘導(dǎo)時(shí)間,使用顯微鏡觀察在不同實(shí)驗(yàn)條件下,洋蔥表皮細(xì)胞的表型變化情況,確定最低鹽濃度和最短誘導(dǎo)時(shí)間。畢佳佳等[7]對(duì)高校普通生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行實(shí)踐,結(jié)果表明,學(xué)生獨(dú)立設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件,并觀察對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,有利于提高其實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新能力。
3 考核方式優(yōu)化
張春媚等[8]對(duì)普通生物學(xué)課程教學(xué)改革進(jìn)行分析,通過(guò)優(yōu)化理論知識(shí)考核評(píng)價(jià)體系,采用多樣性的評(píng)價(jià)方式,有利于考察學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況,檢驗(yàn)其是否具備解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。
3.1 理論知識(shí)考核
普通生物學(xué)課程考核由平時(shí)成績(jī)(30%)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)(20%)和期末考試成績(jī)(50%)組成。其中,平時(shí)成績(jī)包括課堂互動(dòng)表現(xiàn)、超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)測(cè)試和課后平時(shí)作業(yè)。超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)測(cè)試和平時(shí)作業(yè)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的考察側(cè)重點(diǎn)略有不同,前者主要為選擇題、填空題,主要針對(duì)易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn),在課堂上5 min內(nèi)完成對(duì)學(xué)生的考核;后者主要為綜合性習(xí)題,學(xué)生利用課堂所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)回答綜合性問(wèn)題。這種考核方式與一些學(xué)者的做法相似,例如,李繼偉等[9]對(duì)于不同神經(jīng)元之間信息傳遞方式的知識(shí)點(diǎn),課堂上利用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)設(shè)置相關(guān)問(wèn)題“反射弧的基本組成部分包括哪些”,讓學(xué)生口頭講出答案,即皮膚感受器、傳入神經(jīng)、神經(jīng)中樞、傳出神經(jīng)和效應(yīng)器;課后作業(yè)設(shè)置問(wèn)題“為什么突觸受體越多,記憶力越好”,讓學(xué)生思考突觸受體對(duì)于信息在神經(jīng)元之間的傳導(dǎo)過(guò)程中起到的重要作用。期末考試約70%的試題側(cè)重考察基礎(chǔ)理論知識(shí),30%的試題考察學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。
3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)芰己?/p>
細(xì)化實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)分由3個(gè)部分組成:實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(30分)、實(shí)驗(yàn)操作(30分)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告(40分)。在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備部分,學(xué)生要完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí),了解實(shí)驗(yàn)要點(diǎn),包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、儀器使用和實(shí)驗(yàn)步驟。在實(shí)驗(yàn)操作部分,學(xué)生要如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)操作步驟和現(xiàn)象等,教師根據(jù)學(xué)生的操作規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)完成情況,綜合評(píng)定其實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)成績(jī)。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分,學(xué)生要將實(shí)驗(yàn)所得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并撰寫實(shí)驗(yàn)結(jié)論,分享實(shí)驗(yàn)收獲或心得體會(huì)等。董曉宇[10]對(duì)生物工程專業(yè)普通生物學(xué)課程教學(xué)改革進(jìn)行研究,結(jié)果顯示,采用這種考核方式,學(xué)生自身能力得到提升,教學(xué)效果較為理想。
4 結(jié)語(yǔ)
作為生物工程專業(yè)的專業(yè)通識(shí)教育課,普通生物學(xué)是一門理論結(jié)合實(shí)踐的專業(yè)基礎(chǔ)課程。根據(jù)工程教育認(rèn)證對(duì)課程的要求,對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)行改革與實(shí)踐,學(xué)生通過(guò)理論課的學(xué)習(xí),能利用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí),充分利用文獻(xiàn)研究,調(diào)研和分析復(fù)雜生物工程問(wèn)題解決方案的可行性;通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí),能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模贫▽?shí)驗(yàn)方案,采用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法,安全開展生物工程問(wèn)題實(shí)驗(yàn)研究,并正確采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本文優(yōu)化教學(xué)章節(jié)編排,在課前、課中和課后分別采用不同的教學(xué)手段,通過(guò)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的改革,評(píng)價(jià)方式的優(yōu)化等措施,幫助學(xué)生更好地掌握普通生物學(xué)知識(shí),提高教學(xué)效果。
綜上,本文對(duì)生物工程專業(yè)普通生物學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和考核評(píng)價(jià)方式等教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析,按照以學(xué)生為中心的教學(xué)理念,對(duì)理論課和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)進(jìn)行改革探索,并優(yōu)化對(duì)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)課的考核方式,旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新意識(shí),為生物工程專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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(責(zé)任編輯:楊 歡)
基金項(xiàng)目 湖北工業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“工程教育認(rèn)證背景下適應(yīng)創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)培養(yǎng)的生物工程專業(yè)選修課教學(xué)改革與實(shí)踐”(校2021006)。
作者簡(jiǎn)介 周吟(1981—),女,湖北武漢人,博士,副教授,從事微生物學(xué)研究。
收稿日期 2024-02-15