摘?要:以建構(gòu)主義教學(xué)觀和新課程核心素養(yǎng)育人目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn),以“電場(chǎng)強(qiáng)度(第1課時(shí))”為例,論述了高中物理概念建構(gòu)教學(xué)的范式與理念.提出了概念課的“SWHWA”可視化認(rèn)知框架,提煉了引導(dǎo)自主建構(gòu)的途徑及整合學(xué)習(xí)材料的原則,歸納了社會(huì)建構(gòu)的學(xué)習(xí)共同體策略和基于可視化教學(xué)的元認(rèn)知監(jiān)控策略.
關(guān)鍵詞:認(rèn)知框架;可視化;建構(gòu);元認(rèn)知
文章編號(hào):1008-4134(2020)05-0054中圖分類號(hào):G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
基金項(xiàng)目:廣州市教育科學(xué)規(guī)劃(Guangzhou?education?scientific?research?project)2016年度課題“基于思維導(dǎo)圖的高中物理課堂教學(xué)實(shí)效性的研究”(課題編號(hào):1201554015).
作者簡(jiǎn)介:高榮順(1982-),男,山東臨淄人,碩士,中學(xué)一級(jí)教師,研究方向:中學(xué)物理課程與教學(xué).
建構(gòu)主義主張重視學(xué)習(xí)過(guò)程的自我建構(gòu)和社會(huì)建構(gòu),在核心素養(yǎng)背景下落實(shí)學(xué)生主體地位,發(fā)展科學(xué)思維,落實(shí)“立德樹人”培養(yǎng)目標(biāo)需要著眼于建構(gòu)的過(guò)程.在概念的建構(gòu)過(guò)程中又應(yīng)當(dāng)聚焦學(xué)生的思維過(guò)程,圍繞思維訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng).
1?“電場(chǎng)強(qiáng)度(第1課時(shí))”教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)環(huán)節(jié)1:物理史話——電場(chǎng)是客觀存在的物質(zhì).
1.1?學(xué)習(xí)材料與資源
相隔一定距離的電荷或磁體之間的作用是如何發(fā)生的?在物理學(xué)史上曾經(jīng)存在兩種解釋,一種是以牛頓學(xué)派為代表的超距作用,即這是力的一種基本形式,具有力的瞬時(shí)性特征,超距就是說(shuō)這種力的傳遞與介質(zhì)無(wú)關(guān)、不需要介質(zhì),另一種是法拉第的場(chǎng)物質(zhì)觀,即認(rèn)為由于電荷或磁體的存在,其本體在周圍空間激發(fā)出“場(chǎng)”,電荷之間、磁體之間的作用力其實(shí)是通過(guò)“場(chǎng)”這種介質(zhì)傳遞的.
超距作用在19世紀(jì)之前為主流的科學(xué)家所接受,安培甚至按照牛頓力學(xué)的模式建立了磁體對(duì)電流的“中心力”概念,給予“超距作用”以定量的數(shù)學(xué)表達(dá).
超距作用觀點(diǎn)的提出源自于樸素的以物論物的哲學(xué)思辨,而無(wú)實(shí)證依據(jù).事實(shí)上,牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)——絕對(duì)時(shí)空觀也是建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上,比如歐幾里德幾何空間、質(zhì)點(diǎn)模型、點(diǎn)電荷模型等.到19世紀(jì)末絕對(duì)時(shí)空觀在科學(xué)領(lǐng)域受到質(zhì)疑甚至尖銳的批判,后來(lái)愛因斯坦建立了完備的相對(duì)時(shí)空觀.
科學(xué)之所以令人信服并非因?yàn)闄?quán)威,也并非因?yàn)槠渚哂卸勘磉_(dá)的數(shù)學(xué)形式,而是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)證依據(jù).法拉第場(chǎng)物質(zhì)的觀念正是發(fā)展于這樣一個(gè)牛頓權(quán)威影響甚廣、擁躉不斷補(bǔ)充體系日趨完整的背景,1791年法拉第生于一個(gè)英國(guó)鐵匠家庭,他有九個(gè)兄弟姊妹.由于家境貧窮,法拉第沒有受到完整的教育,小學(xué)畢業(yè)后就去一家小印刷店當(dāng)學(xué)徒,這使他有機(jī)會(huì)讀到很多書.他酷愛讀書,印刷店中有什么書他就讀什么書.由于豐富的閱讀,法拉第能夠用清楚簡(jiǎn)單的語(yǔ)言傳達(dá)思想,但其數(shù)學(xué)能力只限于最簡(jiǎn)單的代數(shù),對(duì)其他更高階的數(shù)學(xué)(如微積分)并不熟悉,當(dāng)時(shí)的牛頓學(xué)派基于嚴(yán)密抽象的數(shù)理體系對(duì)于他來(lái)說(shuō)過(guò)于難懂,卻接受了“以力論物”的哲學(xué)和宗教觀點(diǎn),比如康德提出:“物質(zhì)是一連串假設(shè)的結(jié)果,只有力才是最根本的,物質(zhì)由力來(lái)組成,空間為力所充滿”,波斯柯維奇的觀點(diǎn)更是與牛頓的時(shí)空觀大相徑庭,用空間的力取代了牛頓的物質(zhì)和真空.
1831年“力線”的提出,是具有較深的哲學(xué)印痕的法拉第場(chǎng)觀念的最初萌芽.法拉第這種“場(chǎng)”的思想在當(dāng)時(shí)是很超前的,很多后人佩服他當(dāng)時(shí)的想象力和創(chuàng)造力,他深知基于哲學(xué)思辨的結(jié)論更需要科學(xué)實(shí)驗(yàn)的支撐.法拉第發(fā)展自己的場(chǎng)思想的過(guò)程就是對(duì)牛頓的科學(xué)觀背離和否定的過(guò)程.
1837年法拉第通過(guò)實(shí)驗(yàn)(介質(zhì)電容率的測(cè)定、電感應(yīng)曲線的傳播方式)發(fā)現(xiàn)電作用、磁作用與電荷之間或磁體之間的介質(zhì)有關(guān),確定了這種作用的非瞬時(shí)性,有力地否定了超距作用.
1845年,由于對(duì)磁致旋光效應(yīng)現(xiàn)象的解釋,法拉第找到了磁場(chǎng)實(shí)體的證據(jù).磁光效應(yīng)是指磁場(chǎng)使光的偏振面發(fā)生一定角度的偏轉(zhuǎn),當(dāng)時(shí)?“光是一種電磁波,而波是一種客觀物質(zhì)”?的觀念已經(jīng)被廣為接受和證明.因此光一定也是一種物質(zhì)而非性質(zhì),既然這種物質(zhì)并非磁體,那一定就是磁體激發(fā)產(chǎn)生的另一種物質(zhì)——磁場(chǎng).
1851年,法拉第在研究了物質(zhì)順磁體和抗磁體的導(dǎo)磁機(jī)制后進(jìn)一步完善了自己的思想并指出磁場(chǎng)是一種真實(shí)存在的實(shí)體.
場(chǎng)的提出直接動(dòng)搖了牛頓力學(xué)的基礎(chǔ),引起了科學(xué)界的一片質(zhì)疑,因?yàn)榕nD是物理學(xué)中的神,對(duì)牛頓的任何質(zhì)疑都無(wú)異于褻瀆,而且法拉第因?yàn)閿?shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱,給不出場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述,這更是授人以口實(shí).
1855年,麥克斯韋發(fā)表論文“論法拉第的力線”,這是對(duì)法拉第研究的數(shù)學(xué)描述,法拉第的觀點(diǎn)和麥克斯韋的數(shù)學(xué)完美地結(jié)合在了一起,1865年,麥克斯韋推導(dǎo)出了優(yōu)美的麥克斯韋方程組,這不僅是法拉第場(chǎng)思想的數(shù)學(xué)描述,更是奠定了近代物理電磁學(xué)一百多年以來(lái)賴以發(fā)展的基礎(chǔ).
1855年,法拉第發(fā)表“論磁哲學(xué)的一些觀點(diǎn)”,將引力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)都納入空間力場(chǎng)的范圍,至此法拉第全面徹底地否定了牛頓的超距論,建立了自己基于科學(xué)實(shí)證的“場(chǎng)物質(zhì)觀”.
1867年,法拉第離開了人世.他劃時(shí)代地提出了場(chǎng)的概念,在理論上消除了物質(zhì)和能量的界限,愛因斯坦的質(zhì)能方程只不過(guò)是他思想的具體化,其意義不亞于牛頓統(tǒng)一天地,也許已經(jīng)不能用科學(xué)家來(lái)稱呼這個(gè)偉人了,更應(yīng)該用哲學(xué)家來(lái)贊頌他,他是在用思想來(lái)理解世界.愛因斯坦說(shuō)過(guò),“對(duì)于我們,法拉第的一些觀念,可以說(shuō)是同我們母親的奶一道吮吸來(lái)的,他們的偉大和大膽是難以估量的.”
1.2?問(wèn)題與探討?(如圖2)
教學(xué)環(huán)節(jié)2:探究電場(chǎng)的性質(zhì).
電場(chǎng)的性質(zhì)如圖3所示.
【教學(xué)引導(dǎo)過(guò)程參考】?通過(guò)跨學(xué)科類比硫酸的性質(zhì)(如圖4),得知性質(zhì)依附于物質(zhì),是物質(zhì)的屬性,只有在一定的條件下性質(zhì)才得以顯化.
1.3?電場(chǎng)的力的性質(zhì)的探究歷程
1.3.1?探究歷程的框架與路徑
1.3.2?探究歷程的思考與討論
【教學(xué)引導(dǎo)過(guò)程參考】電場(chǎng)的基本性質(zhì)之一就是對(duì)電荷有力的作用,Q所激發(fā)的電場(chǎng)對(duì)試探電荷q有電場(chǎng)力的作用.由此可見F是性質(zhì)的體現(xiàn)而非性質(zhì)本身,當(dāng)然也就不能表征性質(zhì).反過(guò)來(lái)說(shuō)該性質(zhì)只有在試探電荷q的存在下才能得以顯化,若無(wú)試探電荷存在該性質(zhì)是內(nèi)隱的.因此顯化描述該性質(zhì)的要素就包含q和F.再用控制變量的方法探究試探電荷電荷量q不同的情形以及位置不同的情形即可歸納出電場(chǎng)強(qiáng)度表示式為E=F/q.學(xué)習(xí)框架如圖5所示.
教學(xué)環(huán)節(jié)3:定義電場(chǎng)強(qiáng)度的思考與討論.
表2?雙向建構(gòu)反思的問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)
①電場(chǎng)與電場(chǎng)線哪一個(gè)是客觀實(shí)在?
②電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量還是標(biāo)量?
③學(xué)習(xí)電場(chǎng)之前,庫(kù)侖力F的施力物體和受力物體分別是誰(shuí)?
學(xué)習(xí)了電場(chǎng)之后,定義式中的F施力物體和受力物體分別是誰(shuí)?
④如何從F-q圖象中找到電場(chǎng)強(qiáng)度的信息?
⑤通過(guò)閱讀教材,回答電場(chǎng)線如何描述電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向
【教學(xué)引導(dǎo)過(guò)程參考】?略.
教學(xué)環(huán)節(jié)4:鞏固練習(xí).
(1)真空中有一個(gè)電荷量為+Q的點(diǎn)電荷,則距其為r的P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為,這個(gè)公式就是點(diǎn)電荷在某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的表達(dá)式.
(2)從點(diǎn)電荷+Q的場(chǎng)強(qiáng)表達(dá)式中可以看出,某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)與電荷有關(guān),而與電荷無(wú)關(guān),還與該點(diǎn)到+Q的有關(guān),距離越大,場(chǎng)強(qiáng)越.
(3)如圖6所示,到點(diǎn)電荷+Q距離為r的點(diǎn)分布于同一球面上,則Ea=?,Eb=,Ec=.
(4)在點(diǎn)電荷-Q激發(fā)的電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)方向是怎樣的?在圖7中畫出a、b、c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向.
(5)如圖8,點(diǎn)電荷+Q、-Q分別位于RtSymbolDA@
PAB的兩個(gè)頂點(diǎn),SymbolPC@
PAB=30°,求P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度Ep.
(6)請(qǐng)列舉學(xué)過(guò)的用比值定義法描述的物理量.
2?聚焦建構(gòu)過(guò)程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),搭建圖示化的認(rèn)知框架
思維活動(dòng)是學(xué)習(xí)建構(gòu)過(guò)程中的核心活動(dòng),教學(xué)設(shè)計(jì)必須圍繞思維活動(dòng)這個(gè)核心,而認(rèn)知主體在圍繞某一主題展開的一系列復(fù)雜的思維活動(dòng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)決定著思維發(fā)展的脈絡(luò)、認(rèn)知過(guò)程的框架、教學(xué)的時(shí)序.因此,概念教學(xué)也必須因循其相對(duì)穩(wěn)定的認(rèn)知框架(圖2、圖5).
而可視化的認(rèn)知框架對(duì)于思維能力的培養(yǎng)有積極意義:第一,以可視化的形式對(duì)思維過(guò)程形成有力的支撐和引導(dǎo),引導(dǎo)思維活動(dòng)從無(wú)序向有序、從低效向高效發(fā)展;第二,條理化結(jié)構(gòu)便于將認(rèn)知過(guò)程分解、審視、找出底層規(guī)律,抵達(dá)問(wèn)題核心;第三,不同的物理概念需要在上述認(rèn)知框架基礎(chǔ)上進(jìn)行局部調(diào)整和變化,而學(xué)生在不同的概念學(xué)習(xí)過(guò)程中完成認(rèn)知框架的不斷內(nèi)化和遷移,這正是思維靈活性的基礎(chǔ).
認(rèn)知框架的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)契合學(xué)科知識(shí)的內(nèi)在邏輯,結(jié)合學(xué)生的心理發(fā)展水平,以教學(xué)目標(biāo)或需要解決的問(wèn)題不同而開發(fā)編制,在教學(xué)活動(dòng)中以可視化形式展示出來(lái),使學(xué)生有一個(gè)清晰的整體認(rèn)知,同時(shí)又一脈相承,次第展開,體現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)階[1]的過(guò)程.本課題研究歸納了高中物理概念的建構(gòu)過(guò)程,提煉了“物理情境(Situation)—研究對(duì)象(Who)—研究方法(How)—得出概念(What)—順應(yīng)練習(xí)(Applycation)?”五個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),并以此作為概念課思維活動(dòng)的“SWHWA”認(rèn)知框架.
3?有機(jī)整合學(xué)習(xí)材料,引導(dǎo)學(xué)生的自主建構(gòu)
以皮亞杰為代表的認(rèn)知建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位,給予學(xué)生獨(dú)立思考和發(fā)展的機(jī)會(huì),形成自己的認(rèn)知體系.學(xué)習(xí)的結(jié)果,不只是對(duì)某種刺激作出特定反應(yīng),而是頭腦中認(rèn)知圖式的重建.教師可以為學(xué)生提供自我建構(gòu)的認(rèn)知框架,但不能越俎代庖,將本該由認(rèn)知主體自我完成的思辨過(guò)程大包大攬.教師應(yīng)該從以下方面促成學(xué)生自我建構(gòu)的優(yōu)質(zhì)高效完成.
第一,在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)當(dāng)著眼整合思維材料以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).
思維材料的形式分為四類:一是引發(fā)興趣的演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn);二是發(fā)人深省的問(wèn)題(見表2);三是引發(fā)認(rèn)知沖突的物理現(xiàn)象;四是趣理兼?zhèn)涞奈锢硎吩?思維材料的整合必須遵循以下原則:①小容量性原則.刪減冗余的信息,不占用過(guò)多的信息加工時(shí)間.②典型性原則.即該思維材料承前啟后,在知識(shí)的同化和順應(yīng)過(guò)程中便于形成和引起新認(rèn)知圖式的建構(gòu).③嚴(yán)謹(jǐn)性原則.即材料的各部分之間必須具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫿Y(jié)構(gòu),體現(xiàn)科學(xué)的實(shí)證精神.④“最近區(qū)域”原則.尤其對(duì)于物理史話而言,作者當(dāng)初預(yù)設(shè)的讀者群體與教學(xué)對(duì)象的認(rèn)知水平不一定相同.對(duì)于史料敘述的詳略不一,那些超出學(xué)生認(rèn)知范圍的需要改、刪;那些一句帶過(guò)卻又缺乏邏輯性的就要細(xì)化、充實(shí).
第二,學(xué)生自主建構(gòu)過(guò)程中,教師觀察巡視時(shí)應(yīng)提供建設(shè)性、啟發(fā)性的意見或問(wèn)題,而非直接指出錯(cuò)誤之處或者給出正確的思路.雖然斯金納的行為主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為即時(shí)強(qiáng)化是控制行為的最好方法,對(duì)學(xué)生的反應(yīng)作出的反饋越快,強(qiáng)化效果就越大,但是這種效果也僅僅是見于當(dāng)時(shí)的行為效果,而非認(rèn)知轉(zhuǎn)化之下的思維效果.實(shí)踐證明,這種及時(shí)反饋的強(qiáng)化機(jī)制是低效或者無(wú)效的.
第三,對(duì)學(xué)生的自我建構(gòu)歷程形成“過(guò)程性評(píng)價(jià)”[2],通過(guò)學(xué)生自評(píng)、互評(píng),組間評(píng)價(jià)、教師綜合評(píng)價(jià)等形式,關(guān)注學(xué)生的個(gè)性成長(zhǎng)、關(guān)注學(xué)生的能力提高等,這些都有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極主動(dòng)性,形成自我建構(gòu)、獨(dú)立思考的良性循環(huán).
4?組建學(xué)習(xí)共同體,鼓勵(lì)社會(huì)建構(gòu)
以維果茨基為代表的社會(huì)建構(gòu)主義認(rèn)為個(gè)體所處的環(huán)境作用并規(guī)范著知識(shí)建構(gòu)的歷程.知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程,不僅需要個(gè)體與物理環(huán)境的相互作用,更需要通過(guò)學(xué)習(xí)共同體[3]的合作互動(dòng)來(lái)完成.學(xué)習(xí)共同體(learningcommunity)是指一個(gè)由學(xué)習(xí)者及其助學(xué)者(包括教師、專家、輔導(dǎo)者等)共同構(gòu)成的團(tuán)體,他們彼此之間經(jīng)常在學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行溝通、交流,分享各種學(xué)習(xí)資源,共同完成一定的教學(xué)任務(wù).學(xué)習(xí)共同體具有兩種基本功能:一是社會(huì)強(qiáng)化功能;二是信息交流功能.
本課題研究歸納我校原來(lái)“導(dǎo)師指導(dǎo)下的小組合作”[4]學(xué)習(xí)模式,整合“問(wèn)題導(dǎo)向”的教學(xué)理念,形成了“以問(wèn)題鏈為主線、以師生合作互動(dòng)為基本形式”的學(xué)習(xí)共同體策略(表1、表2).問(wèn)題鏈設(shè)計(jì),首先梯度要貼近學(xué)生思維能力水平,其次問(wèn)題之間應(yīng)當(dāng)邏輯嚴(yán)密、環(huán)環(huán)相扣、層層深入,注重問(wèn)題之間形成嚴(yán)密完整的邏輯鏈條,讓學(xué)生感受到邏輯的魅力和真理的力量,最后問(wèn)題應(yīng)具有一定的啟發(fā)性,在一定程度上引導(dǎo)學(xué)生的批判創(chuàng)新思維能力、概括能力.師生互動(dòng)、生生互動(dòng)應(yīng)當(dāng)以感知交換[5]為基礎(chǔ),以情感互動(dòng)為紐帶,以思維互動(dòng)為核心,以行為互動(dòng)為表現(xiàn).
5?元認(rèn)知監(jiān)控策略貫穿建構(gòu)過(guò)程,形成認(rèn)知圖式
建構(gòu)主義認(rèn)為,知識(shí)只有在應(yīng)用中才能完成認(rèn)知的雙向建構(gòu),在內(nèi)外化雙向建構(gòu)過(guò)程中,同化與順應(yīng)的功能始終在發(fā)揮作用.內(nèi)化建構(gòu)本身體現(xiàn)了主體對(duì)客體的順應(yīng);外化建構(gòu)本身則體現(xiàn)了客體被主體所同化.因此,物理概念是否習(xí)得,學(xué)生對(duì)概念理解水平的診斷和評(píng)價(jià)也必須在一定的物理情境與問(wèn)題(表2)中才能得以體現(xiàn).課堂練習(xí)作為概念的順應(yīng)過(guò)程必不可少,但也不能設(shè)置一些超出學(xué)生能力水平和教學(xué)目標(biāo)的題目.
一般而言,概念課的課堂練習(xí)分為理解鞏固與變式拓展兩類.設(shè)置理解鞏固類的題目是為了再次回顧知識(shí)的“同化”過(guò)程,提煉物理思想方法,深化對(duì)概念的理解;設(shè)置變式拓展類題目是為了在復(fù)雜情境中完成知識(shí)的“順應(yīng)”過(guò)程,活化概念的理解.
對(duì)習(xí)題的點(diǎn)評(píng)除了引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考與小組討論外,更應(yīng)當(dāng)側(cè)重于元認(rèn)知過(guò)程監(jiān)控策略.
元認(rèn)知監(jiān)控策略是對(duì)認(rèn)知的監(jiān)控,以往元認(rèn)知策略的實(shí)施往往礙于認(rèn)知過(guò)程的隱形化,即使勉強(qiáng)用語(yǔ)言表達(dá)也非常低效,元認(rèn)知監(jiān)控也就變成少數(shù)“極具自我反思意識(shí)”同學(xué)的專利,教學(xué)中無(wú)法實(shí)現(xiàn),而本課題基于思維導(dǎo)圖的可視化教學(xué)設(shè)計(jì)為元認(rèn)知策略的實(shí)施提供了一種解決途徑.其一,可視化教學(xué)設(shè)計(jì)將學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程顯化,便于師生比較思維過(guò)程的對(duì)錯(cuò)優(yōu)劣;其二,思維導(dǎo)圖的時(shí)序主線、邏輯結(jié)構(gòu)明晰,便于師生對(duì)思維過(guò)程的整體把握和知識(shí)體系的內(nèi)化.實(shí)踐表明,元認(rèn)知監(jiān)控策略對(duì)于完成概念的雙向建構(gòu),形成認(rèn)知圖式具有明顯效果.
6?結(jié)束語(yǔ)
教學(xué)實(shí)踐必須落實(shí)概念的建構(gòu)過(guò)程,落實(shí)學(xué)生的主體地位重在學(xué)生思維活動(dòng)的參與,教師在課前充分預(yù)設(shè),整合學(xué)習(xí)材料、呈現(xiàn)可視化的學(xué)習(xí)歷程,在課中適時(shí)引導(dǎo)兩種建構(gòu),以元認(rèn)知策略貫穿兩種建構(gòu)過(guò)程,促成認(rèn)知圖式的形成.
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(收稿日期:2019-11-17)