孫少平,劉麗娟,李強(qiáng)
摘? ? 要:“藥劑學(xué)”是制藥工程專業(yè)的核心課程,具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“藥劑學(xué)”課程不可或缺的一部分,在學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)中占據(jù)著重要地位?;谖覈?guó)新工科發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)新型工程人才培養(yǎng)所提出的新要求,文章針對(duì)傳統(tǒng)“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的弊端,探索將虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用于“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué),充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),以期達(dá)到較好的教學(xué)效果,最終培養(yǎng)出高素質(zhì)、綜合型制藥工程人才,為制藥專業(yè)的課程改革提供新的思路。
關(guān)鍵詞:新工科;“藥劑學(xué)”課程;虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)
中圖分類號(hào):G640? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? 文章編號(hào):1002-4107(2023)04-0029-03
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,傳統(tǒng)的工科專業(yè)人才培養(yǎng)模式已經(jīng)不能滿足社會(huì)的需求,因此,我國(guó)提出了新工科這一全新的工程教育改革方向[1-2]。而醫(yī)藥行業(yè)的蓬勃發(fā)展及各種新型疾病的出現(xiàn),更加劇了對(duì)于制藥工程專業(yè)人才的需求。
“藥劑學(xué)”作為制藥工程專業(yè)的核心課程之一,是一門研究藥物制劑相關(guān)理論、處方設(shè)計(jì)、制備工藝及合理使用等內(nèi)容的綜合性應(yīng)用技術(shù)學(xué)科。其理論知識(shí)較為抽象,具有較強(qiáng)的實(shí)踐性?!八巹W(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為將理論知識(shí)向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的橋梁,是培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是“藥劑學(xué)”課程教學(xué)體系中十分重要的一部分。它通過實(shí)驗(yàn)過程,使學(xué)生理解和鞏固在課堂上所學(xué)的理論知識(shí),并初步掌握“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)的基本技能。新工科的發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)于制藥行業(yè)人才的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力提出了更高的要求,而傳統(tǒng)的“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些問題也日漸顯露出來[3-4]。
一、傳統(tǒng)“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題
“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)所涉及的知識(shí)面較廣,且具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、過程性、應(yīng)用性和綜合性[5]。制藥工程專業(yè)教育不但強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力,還要求學(xué)生具備在制劑制備全過程中的資源整合能力和系統(tǒng)思維能力,這就使傳統(tǒng)的“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)踐過程中顯現(xiàn)出一些弊端。
1.受傳統(tǒng)教學(xué)理念、教學(xué)條件等的限制,目前,許多高校在“藥劑學(xué)”課程的教學(xué)中存在著重理論、輕實(shí)踐的問題,這勢(shì)必會(huì)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)產(chǎn)生較大的影響。
2.由于“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)涉及多種劑型,所用到的儀器設(shè)備種類繁多、價(jià)格昂貴、體積較大、對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所潔凈度有特殊要求等,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本較高。而且,由于制藥設(shè)備更新?lián)Q代較快,實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器存在落后于企業(yè)現(xiàn)行工藝設(shè)備的情況,導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科前沿不能較好地對(duì)接,學(xué)生的認(rèn)知、操作能力不能滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的要求。
3.“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所有一定要求,一些特殊劑型,如注射劑、眼用制劑、生物技術(shù)藥物制劑等對(duì)環(huán)境潔凈度要求較高,普通實(shí)驗(yàn)室難以達(dá)到。因此,很多實(shí)驗(yàn)無法開設(shè),或者開設(shè)不規(guī)范,往往會(huì)給學(xué)生錯(cuò)誤的導(dǎo)向,嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。
4.由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限,如試劑的配制,儀器使用前的安裝、調(diào)試等準(zhǔn)備工作,大多由授課教師或工作人員代為完成。這種方式雖然節(jié)省時(shí)間,確保了學(xué)生的安全,但是也使學(xué)生失去了寶貴的鍛煉機(jī)會(huì)。另外,在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中,一些演示實(shí)驗(yàn)也往往由于班級(jí)人數(shù)較多而影響教學(xué)效果。以安瓿的熔封為例,由于演示的空間有限,在保持安全距離的條件下,前排學(xué)生因觀察更加細(xì)致,能較好地掌握要點(diǎn);而后排學(xué)生則由于距離遠(yuǎn)導(dǎo)致觀察不夠細(xì)致,經(jīng)常會(huì)按照自己的想象進(jìn)行操作,給后續(xù)實(shí)驗(yàn)帶來一定的安全隱患。再者,大部分的“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)往往需要學(xué)生分工合作,共同完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,這導(dǎo)致部分學(xué)生未能對(duì)實(shí)驗(yàn)的全過程進(jìn)行實(shí)踐及深入的思考,違背了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的初衷,難以達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練效果。而一些較為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn),如緩釋制劑的制備與評(píng)價(jià)等因耗時(shí)過長(zhǎng)更難以開設(shè),使學(xué)生失去了重要的動(dòng)手操作機(jī)會(huì),造成相應(yīng)的知識(shí)體系不夠完整。
5.由于經(jīng)費(fèi)等問題,目前,大多數(shù)高校所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為傳統(tǒng)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不夠全面,致使學(xué)生簡(jiǎn)單被動(dòng)操作過多、主動(dòng)思考探索不足,創(chuàng)新能力得不到有效的鍛煉[6]。同時(shí),學(xué)生所學(xué)內(nèi)容與學(xué)科前沿及企業(yè)崗位的對(duì)接不夠緊密,實(shí)驗(yàn)資源的社會(huì)服務(wù)性嚴(yán)重降低。
二、虛擬仿真教學(xué)的優(yōu)勢(shì)
虛擬仿真平臺(tái)按照GMP(藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范)要求,借助3D虛擬仿真軟件,將虛擬的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景與工藝過程融入到“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。虛擬仿真平臺(tái)模擬現(xiàn)代制藥企業(yè)GMP車間從物料領(lǐng)取、制備過程單元操作,到產(chǎn)品包裝全過程的制劑工藝生產(chǎn)線,學(xué)生通過角色扮演的方式進(jìn)入車間進(jìn)行仿真操作[7]。在新工科背景下,針對(duì)“藥劑學(xué)”傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所面臨的各種現(xiàn)實(shí)問題,將虛擬仿真教學(xué)作為一種新的教學(xué)模式引入到“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,在注重學(xué)生基本操作訓(xùn)練的同時(shí),強(qiáng)調(diào)知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化,循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[8]。
(一)有利于提高課堂效率
在傳統(tǒng)的“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)課堂上,由于學(xué)生課前預(yù)習(xí)的程度不同,教師需要花費(fèi)較多的時(shí)間講解相關(guān)的知識(shí)點(diǎn),減少了學(xué)生實(shí)際操作的時(shí)間。而部分學(xué)生也會(huì)由于預(yù)習(xí)不充分,在實(shí)驗(yàn)過程中狀況頻發(fā),難以達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果。采用虛擬仿真教學(xué),教師在課前布置預(yù)習(xí)任務(wù),學(xué)生充分利用平臺(tái)資源,在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行深入地預(yù)習(xí),熟悉實(shí)驗(yàn)所涉及的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。而教師則可以通過平臺(tái)反饋的數(shù)據(jù),及時(shí)掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)時(shí)長(zhǎng)與質(zhì)量。這種方式不但保證了預(yù)習(xí)效果,而且有利于教師了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的問題,進(jìn)而有針對(duì)性地進(jìn)行重點(diǎn)講解,有利于課堂效率與教學(xué)質(zhì)量的提高。尤其是對(duì)于學(xué)時(shí)較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn),虛擬仿真教學(xué)能夠極大地縮短實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間。
(二)有利于豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
在虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)無需使用真實(shí)的藥品、試劑、設(shè)備,以及專業(yè)的生產(chǎn)車間,學(xué)生只需利用設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行虛擬操作,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、工藝流程、車間布局等可以通過視頻、音頻及文本等多維度展現(xiàn)出來[9]。尤其是對(duì)于一些危險(xiǎn)性較大、成本較高、實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求苛刻、通過傳統(tǒng)“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)開展有困難的實(shí)驗(yàn),利用虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有效補(bǔ)充與延伸,極大地豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。
(三)有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性
虛擬仿真教學(xué)能夠保證學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí),不再受時(shí)間和空間的限制[10]。另外,將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠真實(shí)呈現(xiàn)制劑的工藝生產(chǎn)線,使學(xué)生深入有效地了解實(shí)際的生產(chǎn)工藝流程,設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理與操作,以及人流物流的合理布局等。學(xué)生通過角色扮演,置身于高度仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中。虛擬仿真平臺(tái)將復(fù)雜的工藝流程設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)關(guān)卡,學(xué)生通過一步步正確的操作最終完成整個(gè)實(shí)驗(yàn),在學(xué)習(xí)的過程中能夠獲得極大的成就感,進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。在虛擬仿真操作過程中,學(xué)生會(huì)遇到各種各樣的問題,上一個(gè)問題得不到解決就難以進(jìn)入下一步操作,這就促使學(xué)生通過對(duì)現(xiàn)有問題細(xì)致分析、主動(dòng)思考,設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案。這一過程也會(huì)極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性。
(四)有利于提升學(xué)生的實(shí)踐能力
由于“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目眾多,每個(gè)實(shí)驗(yàn)所涉及的儀器設(shè)備也相對(duì)較多,所要求的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所復(fù)雜多樣,幾乎所有高校都難以全部配備。同時(shí),由于對(duì)制劑車間潔凈度等有特殊要求,學(xué)生在畢業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中也很難進(jìn)入實(shí)際的生產(chǎn)車間。學(xué)生僅僅通過教師的講解,難以建立形象的感知,無法進(jìn)行切實(shí)的操作。采用虛擬仿真教學(xué)模式,將虛擬的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、設(shè)備與過程融入到“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,可以有效地解決這一問題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不僅能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)耗時(shí)較長(zhǎng)的缺點(diǎn),同時(shí),將更多的知識(shí)點(diǎn)融入實(shí)驗(yàn),還有利于幫助學(xué)生建立完整的知識(shí)體系,拓寬其實(shí)驗(yàn)操作知識(shí)范圍。學(xué)生經(jīng)過多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí),能夠更好地將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來,進(jìn)而應(yīng)用于未來的實(shí)際工作中,有利于提高其自身的實(shí)踐能力。
(五)有利于掌握學(xué)生的真實(shí)情況并提高教學(xué)效果
在傳統(tǒng)的“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)報(bào)告是評(píng)判學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要依據(jù)。然而,學(xué)生在書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí),常常是直接照搬實(shí)驗(yàn)講義中的內(nèi)容或者互相借鑒抄襲,對(duì)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等的記錄不夠細(xì)致,教師很難掌握學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情況。虛擬仿真平臺(tái)提前設(shè)定正確的實(shí)驗(yàn)流程,學(xué)生在操作過程中如出現(xiàn)錯(cuò)誤,軟件會(huì)自動(dòng)提示,并暫停實(shí)驗(yàn),待學(xué)生解決問題、調(diào)整操作后再繼續(xù)運(yùn)行。如果學(xué)生自己不能解決,也可以利用平臺(tái)的求助系統(tǒng),或者通過網(wǎng)絡(luò)、教科書、查閱文獻(xiàn)進(jìn)行解決,或通過觀看演示視頻進(jìn)行解決。教師通過查閱平臺(tái)反饋的數(shù)據(jù),能夠及時(shí)地了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)練習(xí)的時(shí)長(zhǎng)與質(zhì)量。另外,教師可以利用平臺(tái)的管理端組織考試,通過在線監(jiān)控和在線答疑等方式,實(shí)時(shí)掌握學(xué)生對(duì)各種資源的使用情況,并進(jìn)行在線輔導(dǎo)、與學(xué)生互動(dòng),有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生加以指導(dǎo),幫助學(xué)生更好地掌握相關(guān)內(nèi)容,達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果;學(xué)生可通過平臺(tái)的學(xué)員端與教師互動(dòng)、分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、做課程筆記、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告和參加考試,拓展了實(shí)驗(yàn)的廣度,增加了理解的深度。
總體來說,虛擬仿真教學(xué)具有提高課堂效率、豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、降低實(shí)驗(yàn)成本、保障學(xué)生安全、減少實(shí)驗(yàn)垃圾,以及提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性與實(shí)踐能力,幫助教師及時(shí)掌握學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況并提高教學(xué)效果等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此,“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ),以虛擬仿真教學(xué)為補(bǔ)充,通過虛實(shí)結(jié)合,來提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。
三、虛擬仿真教學(xué)的實(shí)施
虛擬仿真教學(xué)借助3D仿真技術(shù),模擬企業(yè)生產(chǎn)車間,嚴(yán)格按照GMP要求,涵蓋制劑生產(chǎn)整個(gè)流程的全部知識(shí)點(diǎn),并將質(zhì)量控制貫穿生產(chǎn)的每個(gè)環(huán)節(jié),真實(shí)呈現(xiàn)制劑的工業(yè)生產(chǎn)線[11]。學(xué)生以角色扮演的形式進(jìn)入GMP車間,根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求進(jìn)行生產(chǎn)操作,完成實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)施方法如下。
1.開放運(yùn)行:學(xué)生在已配套建設(shè)的共享互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中登錄。在學(xué)生初次登錄時(shí),系統(tǒng)推薦學(xué)習(xí)計(jì)劃,讓學(xué)生先了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的課程體系,了解軟件的基本內(nèi)容,熟悉操作方法,記錄實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)與難點(diǎn),熟悉實(shí)驗(yàn)操作,以便在有限的課堂時(shí)間內(nèi),針對(duì)自己遇到的問題,更加高效、深入地理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、解決問題;教師利用后臺(tái)的教師端可以實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,及時(shí)給予指導(dǎo)。
2.翻轉(zhuǎn)課堂:采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式,學(xué)生課前先在網(wǎng)絡(luò)上利用微課、仿真實(shí)驗(yàn)在線練習(xí)等資源熟悉實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,在此基礎(chǔ)上,在課堂上借助平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)操學(xué)習(xí),逐項(xiàng)完成生產(chǎn)所涉及的各個(gè)單元操作,系統(tǒng)后臺(tái)對(duì)學(xué)生的操作進(jìn)行自動(dòng)記錄與檢測(cè)。如果學(xué)生在操作過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提醒,學(xué)生分析原因、調(diào)整操作,直至每步順利完成。教師可以根據(jù)后臺(tái)數(shù)據(jù)的反饋,對(duì)核心內(nèi)容進(jìn)行有針對(duì)性地講解。在這種教學(xué)模式下,學(xué)生能夠更專注于通過自己的主動(dòng)思考去解決問題,因而對(duì)知識(shí)點(diǎn)會(huì)有更深層次的理解。整個(gè)教學(xué)過程中,學(xué)生可以自主規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)進(jìn)度,可以互相討論,也可以向教師提問,進(jìn)行實(shí)時(shí)的交流與反饋。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,學(xué)生記錄相關(guān)數(shù)據(jù),在教師的指導(dǎo)下深入分析操作中出現(xiàn)的問題,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師則采用講授法和協(xié)作法來滿足學(xué)生的需要,促成其個(gè)性化學(xué)習(xí)。
3.仿真評(píng)價(jià):在學(xué)生完成相關(guān)操作后,平臺(tái)配套的操作指導(dǎo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠按照具體的操作規(guī)范,根據(jù)學(xué)生操作的熟練程度與正確率,經(jīng)過權(quán)重計(jì)算,逐項(xiàng)進(jìn)行客觀打分,學(xué)生能夠得到更為詳細(xì)、中肯的評(píng)價(jià)。
4.綜合評(píng)價(jià):教師結(jié)合線下實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn),制定綜合評(píng)分規(guī)則,對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的綜合評(píng)級(jí)。
通過對(duì)傳統(tǒng)的“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革,教師將虛擬仿真教學(xué)引入“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,通過線上線下、虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式,開辟出一條全新的“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路。該教學(xué)模式能夠充分發(fā)揮虛擬仿真教學(xué)的優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)傳統(tǒng)“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程的不足,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化,極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提高其學(xué)習(xí)自主性,真正做到理論與實(shí)踐相結(jié)合,課本與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合。將虛擬仿真教學(xué)引入“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)中,可以有效解決原有傳統(tǒng)模式下“藥劑學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的難題,學(xué)生通過身臨其境的模擬操作訓(xùn)練,循序漸進(jìn)地培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力,以便將理論知識(shí)與實(shí)踐緊密地聯(lián)系在一起,更加系統(tǒng)、全面地掌握所學(xué)知識(shí)。在注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容規(guī)范性、專業(yè)性、實(shí)用性和多樣化的同時(shí),有力促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng),切實(shí)提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量,最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提高,從而為新工科背景下制藥工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)及課程改革提供一些借鑒與參考,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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編輯∕丁俊玲