實(shí)踐教學(xué)中的開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目探索

呂 帥，王強(qiáng)強(qiáng)，郭德貴，金京姬

（吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

2016年全國(guó)高校計(jì)算機(jī)教育大會(huì)——能力培養(yǎng)篇

實(shí)踐教學(xué)中的開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目探索

呂 帥，王強(qiáng)強(qiáng)，郭德貴，金京姬

（吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

分析實(shí)踐教學(xué)中創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足的問(wèn)題，闡述開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)立的意義，結(jié)合吉大的實(shí)際情況，說(shuō)明創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的整個(gè)實(shí)施過(guò)程和教學(xué)效果。

創(chuàng)新；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新項(xiàng)目；開(kāi)放性；實(shí)踐；教學(xué)改革

0 引 言

計(jì)算機(jī)學(xué)科的各項(xiàng)教學(xué)改革均圍繞著學(xué)生的培養(yǎng)展開(kāi)。近年來(lái)得到廣泛重視和積極推廣的“計(jì)算思維能力”的培養(yǎng)，希望通過(guò)教學(xué)改革，推動(dòng)計(jì)算思維觀念的普及，促進(jìn)在教育過(guò)程中對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，為提高我國(guó)在未來(lái)國(guó)際環(huán)境中的競(jìng)爭(zhēng)力作出貢獻(xiàn)[1]。

目前已經(jīng)達(dá)成共識(shí)并得以在北京大學(xué)、南京大學(xué)等8所院校積極推廣的“系統(tǒng)能力”的培養(yǎng)，希望通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)課程（群）的建立，提升學(xué)生的系統(tǒng)能力，使其更容易從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體的角度理解操作系統(tǒng)、編譯原理等，并進(jìn)一步更好地理解計(jì)算機(jī)學(xué)科的真諦[2]。

教育部計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)已經(jīng)明確：對(duì)于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)而言，計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力以及系統(tǒng)能力為4大專(zhuān)業(yè)基本能力，其中系統(tǒng)能力包括系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)應(yīng)用能力[2]；而上述能力的培養(yǎng)均需要通過(guò)教學(xué)過(guò)程得以灌輸，實(shí)踐課程與理論課程一樣重要，針對(duì)計(jì)算機(jī)學(xué)科實(shí)踐教學(xué)模式的改革從來(lái)沒(méi)有間斷過(guò)，各類(lèi)競(jìng)賽、項(xiàng)目在其中扮演了重要的角色[3]。

1 開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目介紹

吉林大學(xué)教務(wù)處在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，于2013年起在全校范圍內(nèi)開(kāi)展開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目申報(bào)與運(yùn)行工作。學(xué)校在設(shè)立該類(lèi)項(xiàng)目之初，就是為了充分發(fā)揮吉大實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備資源優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)廣大教師培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的積極性，創(chuàng)造本科生接受大師熏陶的機(jī)會(huì)，促進(jìn)學(xué)生了解先進(jìn)科學(xué)技術(shù)與研究方法，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力?？吹贸觯瑢W(xué)校利用閑散資源，為學(xué)生和教師之間有效接觸提供了條件，間接搭建了一個(gè)新型教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，獲得了一個(gè)名正言順的參與甚至主導(dǎo)項(xiàng)目的權(quán)利；對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，獲得了一次自主立項(xiàng)、實(shí)現(xiàn)其科研價(jià)值的機(jī)會(huì)；對(duì)于資源來(lái)說(shuō)，從閑散資源，甚至是待報(bào)廢資源，重新發(fā)揮了使用價(jià)值。

計(jì)算機(jī)學(xué)科尤其是計(jì)算機(jī)軟件與理論和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)二級(jí)學(xué)科，涉及的科研創(chuàng)新均主要依賴(lài)于軟件資源和人工成本。硬件資源主要依托實(shí)驗(yàn)室的各類(lèi)服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、掃描儀、打印機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等外圍設(shè)備，而上述硬件資源更新?lián)Q代較快，對(duì)許多高精端項(xiàng)目難以適用，但許多學(xué)生的創(chuàng)新項(xiàng)目利用一些廉價(jià)低效的設(shè)備同樣可以完成。

開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅為學(xué)生提供了創(chuàng)新的機(jī)會(huì)以及必要的資源，還間接提升了設(shè)備的利用率。

2 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

2.1 選題來(lái)源

與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目不同，大學(xué)生開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選題來(lái)自于教師，而非學(xué)生自由定題。每個(gè)項(xiàng)目的題目和要求均來(lái)自于教師的把握，充分考慮項(xiàng)目的創(chuàng)新性和工作量。學(xué)院和學(xué)校進(jìn)行兩輪評(píng)審，以權(quán)衡該項(xiàng)目是否適于學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下完成；對(duì)于已經(jīng)立項(xiàng)的課題，還考查在上一輪甚至上幾輪的執(zhí)行過(guò)程中的運(yùn)行情況。

經(jīng)過(guò)3年多總計(jì)7輪的運(yùn)行，目前項(xiàng)目基本穩(wěn)定，最近一輪（2016年春季學(xué)期）有451個(gè)項(xiàng)目接受學(xué)生申報(bào)。在此階段，對(duì)于學(xué)校和學(xué)院來(lái)說(shuō)，指導(dǎo)教師即為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

一個(gè)項(xiàng)目的選題好壞不僅體現(xiàn)了教師的業(yè)務(wù)水準(zhǔn)，也需要得到學(xué)生完成情況的積極反饋。從教師層面，一個(gè)項(xiàng)目的選題好壞自然需要考慮一個(gè)項(xiàng)目的創(chuàng)新性和工作量。

計(jì)算機(jī)學(xué)科在每輪項(xiàng)目的設(shè)置過(guò)程中，一直維持10項(xiàng)左右的項(xiàng)目持續(xù)滾動(dòng)設(shè)置，選題均來(lái)自學(xué)院的中青年教師，并通過(guò)了學(xué)院負(fù)責(zé)實(shí)踐課程設(shè)置的專(zhuān)家們的遴選，有一定的創(chuàng)新性和工作量，適于在優(yōu)秀本科生中予以開(kāi)展。

2.1.1 創(chuàng)新性

通過(guò)考查項(xiàng)目的名稱(chēng)和具體要求等，不難發(fā)現(xiàn)各類(lèi)項(xiàng)目均不同程度地應(yīng)用了本科教學(xué)內(nèi)容，但又不局限于本科教學(xué)課堂、實(shí)驗(yàn)室的獲得。學(xué)生要想完成開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，均需要查閱文獻(xiàn)資料、自發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、嘗試解決問(wèn)題。

這里的創(chuàng)新性，很難真正達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先或先進(jìn)，但通過(guò)半年時(shí)間的調(diào)研、實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)，可以充分培養(yǎng)大學(xué)生針對(duì)某類(lèi)問(wèn)題的創(chuàng)新實(shí)踐能力，促進(jìn)其較為深入地了解所選項(xiàng)目相關(guān)的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)與研究方法，強(qiáng)化其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作與分析解決問(wèn)題的能力，這也正是開(kāi)設(shè)這類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原始動(dòng)機(jī)。

2.1.2 工作量

大學(xué)生開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的執(zhí)行時(shí)間近一個(gè)學(xué)期，通常從每個(gè)學(xué)期的第3～5周開(kāi)始，下一學(xué)期的開(kāi)學(xué)第1～3周驗(yàn)收。計(jì)算機(jī)學(xué)科中的絕大部分創(chuàng)新項(xiàng)目?jī)H需要1臺(tái)主機(jī)+1臺(tái)遠(yuǎn)程服務(wù)器，所以，時(shí)間安排更有利于學(xué)生充分利用假期時(shí)間，不被教學(xué)任務(wù)所拖累，全身心地投入到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過(guò)程中。對(duì)于偏重算法或軟件的創(chuàng)新項(xiàng)目，工作量的考核目標(biāo)多為幾個(gè)算法或相應(yīng)的軟件，而代碼的功能、行數(shù)、質(zhì)量以及相應(yīng)規(guī)范的軟件說(shuō)明書(shū)是主要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 項(xiàng)目申報(bào)

依托學(xué)院和學(xué)校的匯總與審查，最終通過(guò)考核的項(xiàng)目可以接受學(xué)生自由申報(bào)。申報(bào)形式可以組隊(duì)，也可以個(gè)人申報(bào)，具體形式以指導(dǎo)教師的要求為準(zhǔn)。最終的申報(bào)成功與否取決于指導(dǎo)教師，當(dāng)然還需要考慮指導(dǎo)教師的指導(dǎo)能力、學(xué)生的前期基礎(chǔ)是否足以完成該類(lèi)項(xiàng)目、資源限制情況等。

學(xué)院的建議是在力所能及的情況下，盡可能滿足學(xué)生的申報(bào)要求。當(dāng)然，指導(dǎo)教師也要保證寧缺毋濫，成熟一項(xiàng)批準(zhǔn)一項(xiàng)，保證項(xiàng)目的良好運(yùn)行和順利結(jié)題。

指導(dǎo)教師一旦接受某個(gè)或某組學(xué)生的申請(qǐng)，則該項(xiàng)目得以立項(xiàng)。在此階段及之后，對(duì)于學(xué)校、學(xué)院和指導(dǎo)教師來(lái)說(shuō)，該學(xué)生或該組學(xué)生的組長(zhǎng)即為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，該項(xiàng)目在之后的執(zhí)行過(guò)程中，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)項(xiàng)目組成員，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下力爭(zhēng)順利完成項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容。

2.3 項(xiàng)目執(zhí)行

指導(dǎo)教師的參與多少歷來(lái)是有爭(zhēng)論的話題，學(xué)校在這方面的管理工作也比較人性化，可以完全按照教師要求，依規(guī)劃好的步驟完成實(shí)驗(yàn)，也可以自行規(guī)劃步驟完成實(shí)驗(yàn)；可以采用“半授課、半實(shí)踐”的形式，也可以定期“講座—答疑”形式；可以定期交流，也可以不定期溝通。

項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程與其他類(lèi)型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類(lèi)似，這里不再贅述。學(xué)?？偟囊缶褪牵航處煼e極參與、學(xué)生自主完成。

例如，大學(xué)生開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“地圖類(lèi)路徑規(guī)劃仿真算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”，雖然項(xiàng)目限定為路徑規(guī)劃方向，而且限定了地圖類(lèi)，但具體課題還是依托學(xué)生的選擇而變得五花八門(mén)，如跳蚤的最優(yōu)路徑規(guī)劃、協(xié)同機(jī)器人的次優(yōu)路徑規(guī)劃、帶加減速的賽車(chē)路徑規(guī)劃等。

例如，大學(xué)生開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“棋類(lèi)機(jī)器博弈游戲算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”，也分別對(duì)應(yīng)了國(guó)際比賽中的不同棋類(lèi)，如愛(ài)因斯坦棋、亞馬遜棋、點(diǎn)點(diǎn)連格棋、飛行棋、蘇拉卡爾塔等。

項(xiàng)目組綜合考慮實(shí)驗(yàn)難度和自身實(shí)力，自主規(guī)定實(shí)驗(yàn)任務(wù)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目。這也在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的“開(kāi)放性”上，為學(xué)生增加了靈活自由度。

項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程各有特色，有的項(xiàng)目有幾個(gè)指導(dǎo)教師輪流授課并分組討論；有的項(xiàng)目由學(xué)生和指導(dǎo)教師一組共同完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。我們（呂帥和郭德貴）在項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程中，嘗試引入博士研究生、碩士研究生、高年級(jí)優(yōu)秀本科生為項(xiàng)目組成員進(jìn)行科普講座、答疑等，引入學(xué)生當(dāng)“助教”也是為了拉近學(xué)生和指導(dǎo)教師、學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐的距離。項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中的很多細(xì)節(jié)問(wèn)題都是通過(guò)討論解決的，多加入幾個(gè)“助教”，學(xué)生就有更多尋求幫助的渠道，“助教”的很多想法也會(huì)刺激學(xué)生的思考，也更有益于項(xiàng)目的順利開(kāi)展。

2.4 項(xiàng)目驗(yàn)收

該類(lèi)項(xiàng)目因?yàn)槠溥x題的特殊性，學(xué)校和學(xué)院采用指導(dǎo)教師為主、學(xué)院和學(xué)校為輔的驗(yàn)收機(jī)制。

指導(dǎo)教師通過(guò)日常的指導(dǎo)和溝通，對(duì)該項(xiàng)目的研究進(jìn)展最了解?；诖耍?jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的檢查模式為：

（1）學(xué)生每人單獨(dú)填寫(xiě)學(xué)院發(fā)布的“吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核表”和“吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告”，并提交相應(yīng)的程序源代碼、軟件說(shuō)明書(shū)等支撐材料。

（2）指導(dǎo)教師針對(duì)每位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況進(jìn)行檢查，在考核表上填寫(xiě)評(píng)語(yǔ)，并最終給予通過(guò)與否的指導(dǎo)教師意見(jiàn)。

（3）學(xué)生以項(xiàng)目組為單位填寫(xiě)學(xué)校發(fā)布的“吉林大學(xué)開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)期檢查表”，指導(dǎo)教師針對(duì)每組項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況進(jìn)行檢查，在檢查表上填寫(xiě)評(píng)語(yǔ)，并最終給予通過(guò)與否的指導(dǎo)教師意見(jiàn)。

（4）學(xué)院針對(duì)每組項(xiàng)目進(jìn)行檢查，主要由指導(dǎo)教師針對(duì)該項(xiàng)目的實(shí)施情況、出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方案等情況予以匯報(bào)。

（5）學(xué)校針對(duì)每組項(xiàng)目進(jìn)行檢查，主要由學(xué)校針對(duì)整體項(xiàng)目的實(shí)施情況、出現(xiàn)的問(wèn)題和解決方案等情況予以匯報(bào)。

在整個(gè)檢查驗(yàn)收過(guò)程中，學(xué)校和學(xué)院的核心主旨是突出指導(dǎo)教師的專(zhuān)業(yè)性，學(xué)院和學(xué)校主要為指導(dǎo)教師指導(dǎo)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題積極協(xié)助解決，并配合指導(dǎo)教師開(kāi)展工作。

此外，我們還在項(xiàng)目中期加入了若干場(chǎng)講座和交流，以便適時(shí)修正學(xué)生的研究方案，使得項(xiàng)目順利進(jìn)行。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和思考

從2012年底至今，全校已經(jīng)申報(bào)并執(zhí)行了7輪大學(xué)生開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。呂帥和郭德貴作為共同指導(dǎo)教師分別于2013年秋季學(xué)期、2014年春季學(xué)期、2014年秋季學(xué)期陸續(xù)申報(bào)了3項(xiàng)大學(xué)生開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并滾動(dòng)執(zhí)行至今，學(xué)校、學(xué)院、指導(dǎo)項(xiàng)目數(shù)和人數(shù)的歷年資助情況數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

需要說(shuō)明的是：表1中的“項(xiàng)目數(shù)（學(xué)生）呂、郭指導(dǎo)”“人數(shù)（學(xué)生）呂、郭指導(dǎo)”分別表示對(duì)應(yīng)學(xué)期，由呂帥和郭德貴兩位副教授共同指導(dǎo)的3個(gè)開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的對(duì)應(yīng)人數(shù)。

表1 歷年項(xiàng)目資助情況

上述項(xiàng)目參與人數(shù)占本科生的10.2%～18.3%，且獲得獎(jiǎng)學(xué)金的學(xué)生占絕大多數(shù)。學(xué)生通過(guò)承擔(dān)項(xiàng)目，提升了創(chuàng)新實(shí)踐能力。實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，很多同學(xué)是在執(zhí)行完大學(xué)生開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后繼續(xù)申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，而且都會(huì)在學(xué)院和學(xué)校的評(píng)選中得到較高的評(píng)價(jià)。主要原因在于，由于后者的執(zhí)行時(shí)間更長(zhǎng)（通常情況下為1～2年）、創(chuàng)新程度要求更高（通常需要有高水平論文發(fā)表或錄用），在其之前利用半年的時(shí)間申請(qǐng)并執(zhí)行一個(gè)類(lèi)似項(xiàng)目，其前期的知識(shí)積累、項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中的團(tuán)隊(duì)磨合和交流方式的養(yǎng)成等，必將使得其在后一個(gè)項(xiàng)目的申請(qǐng)和執(zhí)行中更加有的放矢。

此外，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院和軟件學(xué)院已經(jīng)將開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)題列入本科生教學(xué)計(jì)劃中的科技創(chuàng)新學(xué)分的認(rèn)定中，校方的認(rèn)可度也使得更多學(xué)生會(huì)拿出時(shí)間、精力投入到該類(lèi)創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)踐過(guò)程中。

4 結(jié) 語(yǔ)

吉大大學(xué)生開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)展，為學(xué)生提供了一個(gè)新的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練平臺(tái)。學(xué)生們普遍反映該類(lèi)項(xiàng)目選擇余地大，相比理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)更貼近現(xiàn)實(shí)生活和興趣愛(ài)好，能夠自主地將自己的想法付諸實(shí)踐，并可以提前了解創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類(lèi)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生自身實(shí)力的要求，這也是該項(xiàng)舉措得以實(shí)施的基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中學(xué)生的參與比例逐年提升，也更加充分地說(shuō)明了該類(lèi)項(xiàng)目實(shí)施的有效性。

[1] 李曉明, 蔣宗禮, 王志英, 等. 積極研究和推進(jìn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2012(5)： 1.

[2] 王志英, 周興社, 袁春風(fēng), 等. 計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)和系統(tǒng)課程體系設(shè)置研究[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2013(9)： 1-6.

[3] 彭國(guó)軍, 張煥國(guó), 杜瑞穎, 等. 信息安全競(jìng)賽與本科生科研創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2010(24)： 1-4.

（編輯：郭田珍）

1672-5913(2017)03-0029-04

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吉林大學(xué)青年教師教學(xué)能力發(fā)展項(xiàng)目（2015QNZD008）；教育部計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)系統(tǒng)能力培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)綜合改革項(xiàng)目（吉林大學(xué)）。

呂帥，男，副教授，研究方向?yàn)槿斯ぶ悄堋⒅悄芤?guī)劃與自動(dòng)推理，lus@jlu.edu.cn；

王強(qiáng)強(qiáng)（通信作者），女，研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)楦呓坦芾?，wangqiangqiang@jlu.edu.cn。