楊月 蘭精靈 馮宇

［摘? ? ? ? ? ?要］? 課程依托機械工程相關(guān)專業(yè)的專業(yè)選修課——“集成電路制造工藝與裝備”的教學(xué)課堂，探索和實踐課程教學(xué)的新模式。針對機械工程專業(yè)，了解并掌握半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的基本原理、方法和流程等相關(guān)知識，對提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)十分重要。在教學(xué)過程中，既重視專業(yè)素養(yǎng)以及基礎(chǔ)知識的教授，又提出在課堂中采用啟發(fā)式教學(xué)方法彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，尊重學(xué)生的主體地位，探索多元化的教學(xué)手段在課程中的具體應(yīng)用。此外，還將課程與思政教學(xué)融合，培養(yǎng)學(xué)生的匠心精神以及樹立正確的價值導(dǎo)向，旨在有效提升該課程的教學(xué)質(zhì)量。課程的改革和實踐卓有成效，最終促進學(xué)生達到知識傳授和價值引領(lǐng)相統(tǒng)一、教書與育人相統(tǒng)一的課程思政目標(biāo)。

［關(guān)? ? 鍵? ?詞］? “集成電路制造工藝與裝備”；網(wǎng)絡(luò)平臺；啟發(fā)式教學(xué)；思政融合

［中圖分類號］? G641? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文獻標(biāo)志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文章編號］? 2096-0603（2023）02-0161-04

由于電子設(shè)備在生活中的使用日益普遍，電子元件的集成化程度也愈來愈高，作為機械工程相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，理應(yīng)對課程中涉及的半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)[1]的基本原理、方法和流程等相關(guān)知識有所了解并掌握。所以，“集成電路制造工藝與裝備”這門課程作為機械工程相關(guān)專業(yè)的選修課，教學(xué)定位是講授半導(dǎo)體及集成電路制造方面的相應(yīng)專業(yè)知識，為機械專業(yè)的教學(xué)打下十分重要的理論知識基礎(chǔ)，并為學(xué)生今后從事半導(dǎo)體集成電路的生產(chǎn)、制造和設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。

“集成電路制造工藝與裝備”這門課程主要是講授制造技術(shù)與裝備的專業(yè)課程，其中既涉及制備工藝的原理和流程等基礎(chǔ)知識，又與日常生活息息相關(guān)，具有很強的工程應(yīng)用背景。在本科教育階段，學(xué)生不但需要掌握半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的基本原理、技術(shù)和流程等基礎(chǔ)知識，而且需要掌握一些技術(shù)研究與創(chuàng)新以及處理技術(shù)難題與改善產(chǎn)品的技能。因此，在課程中著重結(jié)合制備工藝基礎(chǔ)知識與實際工程應(yīng)用案例，重點講解制備工藝中各個參數(shù)選擇對制備出樣品質(zhì)量的影響，同時分析不同制備工藝之間的優(yōu)缺點和聯(lián)系，使學(xué)生在工藝選擇時做出最優(yōu)的判斷，真正提高其工藝設(shè)計、分析、改進工藝的能力。

在課程教學(xué)中強調(diào)理論知識和實際的緊密結(jié)合，通過由淺入深的方式逐漸介紹主要課程。通過具體場景的應(yīng)用研究，深入淺出，從而主動探究學(xué)習(xí)[2]；通過問題導(dǎo)向，結(jié)合學(xué)生關(guān)注的熱點問題，引出相應(yīng)的知識點，并以具體案例進行詳細推導(dǎo)。在課程教學(xué)中，突出重點，設(shè)計開放式問題，引導(dǎo)學(xué)生討論，在討論中鞏固所學(xué)知識。

一、教學(xué)內(nèi)容和思路

（一）教學(xué)內(nèi)容的背景以及意義

本課教學(xué)的課程為“集成電路制造工藝與裝備”，本課程講述集成電路對國家的發(fā)展以及社會的進步有重要作用，微電子產(chǎn)品中集成電路是最主要的產(chǎn)品，占比90%以上。本課程主要講述了集成電路的制造過程以及各種工藝。當(dāng)今世界，集成電路是具有先進性以及戰(zhàn)略性的技術(shù)產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前的全球局勢是各國之間互相博弈，這更加要求集成電路進一步發(fā)展。首先，當(dāng)前我們?nèi)孕枧Φ牟糠质菍崿F(xiàn)技術(shù)自主化，攻克被卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)難題，努力培養(yǎng)人才，這就說明本課程對與工程領(lǐng)域的專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)具有時代意義以及國家意義，可以為國家培養(yǎng)人才打好基礎(chǔ)。其次，集成電路技術(shù)的發(fā)展還需要大力打磨制造業(yè)的工藝以及零部件的穩(wěn)定供應(yīng)發(fā)展。

（二）教學(xué)目標(biāo)

該課程的教學(xué)目標(biāo)是：（1）掌握工程知識，這需要能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜工程問題。（2）培養(yǎng)學(xué)生對問題的分析能力，能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理識別、表達，并通過文獻研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。（3）培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計以及開發(fā)并提出解決方案的能力，要求學(xué)生能夠設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。（4）培養(yǎng)學(xué)生深入研究的能力，能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜工程問題進行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。（5）培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代工具的能力，能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。（6）在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生個人和團隊的合作能力，讓學(xué)生能夠在多學(xué)科背景下的團隊中扮演團隊成員或負(fù)責(zé)人的角色。（7）培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力，讓學(xué)生能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應(yīng)指令，并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。（8）培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。（如圖1所示）

（三）教學(xué)思路

在實際的教學(xué)過程中需要注重理論與實際并重，采用由淺入深的方法逐步引入主要的教學(xué)內(nèi)容；結(jié)合生活中實際案例的應(yīng)用去分析，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；通過問題導(dǎo)向，結(jié)合當(dāng)下的熱點問題，引出相應(yīng)的知識點，并以具體案例進行詳細推導(dǎo)。在課程教學(xué)中，突出重點，設(shè)計開放式問題，引導(dǎo)學(xué)生進行討論，在討論中鞏固所學(xué)知識。

總體的教學(xué)思路是以一套完整的集成電路制造工藝為主線，以每步工藝的基本原理和制備流程為主，重點論述制備工藝中參數(shù)的選擇對制備樣品質(zhì)量的影響。在教學(xué)過程中將各章節(jié)的知識點深入研究，并通過主線將知識點串起來，這樣可以規(guī)避講解過程中孤立知識點的問題。

二、啟發(fā)式教學(xué)設(shè)計與實踐探索

（一）啟發(fā)式教學(xué)方法的意義

“集成電路制造工藝與裝備”是一門需要學(xué)生具有探索本質(zhì)、獨立思考能力的課程。啟發(fā)式教學(xué)[3]方法可以形成一個公平、輕松、開放的教學(xué)環(huán)境。啟發(fā)式教學(xué)是以學(xué)生為重點[1]的教學(xué)方式，在教學(xué)過程中教師主要起引導(dǎo)和輔助作用。教師可以通過引導(dǎo)學(xué)生提出各種建議和問題，促使學(xué)生參與課堂，沉浸課堂，思考課程內(nèi)容。根據(jù)課堂中出現(xiàn)的問題，教師需和學(xué)生積極探討分析，通過這種互動性的交流[4]，讓學(xué)生找到問題的本質(zhì)所在，從而在了解知識點的基礎(chǔ)上提高教學(xué)設(shè)計的創(chuàng)造力，使學(xué)生的思維更具有發(fā)散性和創(chuàng)造性，增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)性、被認(rèn)同感和自我成就感。這也實現(xiàn)了良性的、活潑的、積極向上的教學(xué)狀態(tài)，進而提高課堂的知識轉(zhuǎn)化率。

（二）啟發(fā)式教學(xué)設(shè)計的實際探索

課題利用教學(xué)模型、CAI課件、網(wǎng)絡(luò)錄像等各種輔助方法增加了教學(xué)的直接性，也擴大了學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)的知識面，進而促進學(xué)生對知識的消化和理解。在該課程中，通過對半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的基本原理、方法和流程等基礎(chǔ)知識的講授，學(xué)生首先對該課程和領(lǐng)域可以建立一個相對全面和系統(tǒng)的認(rèn)識，同時基本具備了基礎(chǔ)的工藝分析能力、工程設(shè)計能力、處理現(xiàn)實工藝問題和改善產(chǎn)品的能力。在實際教學(xué)中，教師要發(fā)揚和繼承傳統(tǒng)教學(xué)手段的優(yōu)點，做到在講授傳統(tǒng)經(jīng)典的教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，適宜地引經(jīng)據(jù)典，引入該專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果以及未來發(fā)展趨勢。比如，半導(dǎo)體制備工藝的描述可以通過播放相關(guān)視頻讓學(xué)生有更直觀的了解。具體的啟發(fā)式教學(xué)設(shè)計的實際探索如下：

1.上好緒論課是重要的一步。緒論課是一個激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要起點，課程中需要注意講解集成電路的發(fā)展史、主要研究對象以及集成電路制備技術(shù)在現(xiàn)代工程領(lǐng)域的主要應(yīng)用，使學(xué)生對課程有大致的了解。利用生活化的案例和話題引入課堂，提前準(zhǔn)備好要探討的熱點話題都是緒論課可以采用的啟發(fā)式教學(xué)手段。在學(xué)生興趣盎然的環(huán)境下進一步突出知識點之間的串聯(lián)是幫助學(xué)生將碎片化知識集中化的重要方法。集成電路制備技術(shù)不是單一的一部分，而是一個整體，一塊芯片的完成是需要整套制備工藝的共同作用。通過小組任務(wù)以及合作讓學(xué)生理解課程的知識的完整性和緊湊性，可以使學(xué)生更好地理解樣品制備的最佳設(shè)計方案。

2.采用啟發(fā)交流式教學(xué)方式[5]。啟發(fā)交流式教學(xué)方式可以使課堂氣氛更加活躍，發(fā)散學(xué)生的思維。啟發(fā)交流式教學(xué)方式注重在教學(xué)過程中采用互動式的教學(xué)手段，并在和學(xué)生交流的過程中，及時指出問題所在，會使學(xué)生更好地理解和消化知識。教師應(yīng)注意引導(dǎo)重點，把握好教學(xué)方法，從而防止錯誤轉(zhuǎn)移目標(biāo)，要有的放矢。所以每節(jié)課教師一定要明確課程目的、教學(xué)目標(biāo)、要點與難度，在上課結(jié)束之前還要做簡短的小結(jié)，并留下相應(yīng)的思考題與練習(xí)。

3.采用案例方式進行啟發(fā)式教學(xué)。通過對一些工程建設(shè)實際問題的剖析，使課堂內(nèi)容通俗易懂，學(xué)生能更快地習(xí)得基礎(chǔ)理論。通過和工程建設(shè)實際問題相結(jié)合，運用自然科學(xué)和技術(shù)學(xué)科的基本原則，開展工程建設(shè)機理探究、實踐檢驗等各類教學(xué)活動，從而訓(xùn)練學(xué)生分析與處理本領(lǐng)域內(nèi)有關(guān)技術(shù)問題的思想方式與實際能力。經(jīng)典的例子是利用日常生活中常見的手機和電腦芯片為例講述集成電路制備過程。

4.運用多媒體技術(shù)進行教育。集成電路生產(chǎn)技術(shù)及裝置教學(xué)活動中要涉及許多的技術(shù)設(shè)計原理與過程。這時運用多媒體技術(shù)既能夠省去教師大量的體力勞動，又能夠運用圖像、文本、視頻動畫等元素來充實內(nèi)容，使課堂變得生動、活潑、具體，能引起學(xué)習(xí)者較高的自主學(xué)習(xí)積極性，使其上課時精力比較集中，提升了教學(xué)效果。

三、課程中思政元素融入的意義及內(nèi)容設(shè)計

（一）思政元素融入的意義

課程思政要以課堂為抓手，在教授知識的同時，可以實現(xiàn)學(xué)生的價值導(dǎo)向[6]，這既能做到知識傳授與價值導(dǎo)向相統(tǒng)一，又能做到教學(xué)與育人目標(biāo)相統(tǒng)一。在“集成電路制造工藝與裝備”這門課程專業(yè)知識的講授過程中進行教學(xué)設(shè)計、方法、模式、理念的改進，積極引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、主動思考并辯證分析問題，使其能夠充分理解馬克思主義原理與我國社會主義制度的巨大優(yōu)勢，可以培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷和民族自信心。同時，面對國際形勢，培養(yǎng)學(xué)生的危機意識和追趕精神，以及作為一名工程人應(yīng)具備的工匠精神，將祖國的需求與自己的使命緊密結(jié)合在一起。

（二）思政元素融入教學(xué)設(shè)計的實際探索

在教學(xué)設(shè)計方面需要強調(diào)專業(yè)理論知識與思想政治教育的結(jié)合[7]，最終實現(xiàn)個人理想與國家需求的高度統(tǒng)一。在課程教學(xué)中，通過分析知識內(nèi)部邏輯的方式提煉總結(jié)出知識背后的思想內(nèi)涵，達到課程思政的目的。

在教學(xué)中安排學(xué)生研究我國工藝的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，比較中外技術(shù)的發(fā)展，并組織學(xué)生團體合作，鼓勵學(xué)生關(guān)注當(dāng)下與國外相關(guān)領(lǐng)域的差距，調(diào)研相關(guān)文獻，了解最新的前沿動態(tài)，這可以使學(xué)生具有危機與機遇并存的思想覺悟。從而使學(xué)生樹立與民族偉大復(fù)興目標(biāo)相結(jié)合的遠大理想。如學(xué)習(xí)光刻工藝時，將學(xué)生分成多個調(diào)研小組，用一周時間調(diào)研國內(nèi)外光刻技術(shù)的差距和我國近年來奮起直追的發(fā)展勢頭。

利用區(qū)域優(yōu)勢，組織學(xué)生參觀大型企業(yè)芯片研發(fā)中心，讓學(xué)生為國家科技的發(fā)展感到自豪和驕傲，提高自身標(biāo)準(zhǔn)，向優(yōu)秀人才看齊，培養(yǎng)民族自信。如利用深圳在半導(dǎo)體制備領(lǐng)域的區(qū)域優(yōu)勢，帶領(lǐng)學(xué)生參觀大型企業(yè)芯片研發(fā)中心，讓學(xué)生切身體驗芯片制造過程，聯(lián)系課堂所學(xué)理論知識，感悟?qū)嵺`。

組織學(xué)生觀看相關(guān)紀(jì)錄片，可以激發(fā)學(xué)生的愛國熱忱，領(lǐng)悟創(chuàng)新精神以及吃苦耐勞精神的可貴。影片作為一種現(xiàn)代化媒介對文化的傳播起著重要作用。同時對青年一代來說，相較口頭傳授，他們更容易從生動的影片中獲得知識體會。因此，在課程中加入觀看紀(jì)錄片的環(huán)節(jié)能更好地完成隱性思政元素融入課堂的目標(biāo)。紀(jì)錄片內(nèi)容的選取應(yīng)當(dāng)緊扣主題，與課程相關(guān)，能激發(fā)學(xué)生對集成電路學(xué)習(xí)的興趣且引起情感共鳴。將祖國在發(fā)展初遇到的困難和多年來的心血沉積以及改革開放后的蓬勃發(fā)展用現(xiàn)代化、具體化的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生對人生理想的思考以及對創(chuàng)新精神、吃苦耐勞精神、愛國精神的領(lǐng)悟。由于紀(jì)錄片的觀看具備引導(dǎo)作用，應(yīng)將其穿插在整個課程的授課中，這樣能提高學(xué)生上課集中注意力的時間，有利于整個課程教學(xué)任務(wù)以及思政元素融入課堂舉措的開展[7]。

四、課改教學(xué)效果

通過在課程中進行啟發(fā)式的教學(xué)以及思政融合和教學(xué)改革探索，在教學(xué)中利用多元化的手段進行教學(xué)，實現(xiàn)知識傳授和價值引領(lǐng)相統(tǒng)一、教書與育人相統(tǒng)一的課程思政目標(biāo)，產(chǎn)生了以下教學(xué)效果。

通過多元化的教學(xué)方法和模式，學(xué)生首先對課程的專業(yè)知識有更立體、更全面的理解。思政元素融入課堂，極大地培養(yǎng)了學(xué)生主動思考更深層思想內(nèi)涵的能力，從而使學(xué)生對專業(yè)知識有更深的理解。多元化的教學(xué)方法能夠更加立體地展示知識點本身。同時，理論聯(lián)系實際，結(jié)合馬克思主義基本原理和社會主義制度分析知識點背后的內(nèi)在邏輯，對學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情是一次極大的鼓舞，使學(xué)生的個人能力更加完善。改進教學(xué)設(shè)計，除了能提高專業(yè)知識技能之外，還能促進自身主動思考，獲得團隊協(xié)作、辯證分析問題以及搜索辨別有用信息的能力。此外，通過觀看影片等活動，讓學(xué)生關(guān)注我國高端科技的發(fā)展現(xiàn)狀以及快速發(fā)展的前景，提升學(xué)生的民族自信心。

為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其上課注意力更加集中，進而提升教學(xué)效果，本課程授課形式準(zhǔn)備由傳統(tǒng)的線下板書或PPT講解的方式，改為線下授課與線上微視頻結(jié)合的方式，目前已經(jīng)針對該課程內(nèi)容錄制了全部28個總時長超過400分鐘的微視頻，每個視頻15～20分鐘，講解專門的知識點。

為加深自身對課程思政的理解，順利完成了2020年11月由學(xué)堂在線舉辦的第二期高校專業(yè)課課程思政設(shè)計與實踐專題研修班，獲益匪淺，并將相關(guān)理念融入該思政項目，從與課程緊密相關(guān)的知識點或案例中挖掘思政元素，以及注重課后效果調(diào)研和學(xué)生反饋等重要理念。

完成部分教案修改，加入更多思政育人元素。如在緒論中強調(diào)目前我國在集成電路制造技術(shù)上面臨被國外“卡脖子”的情況，急需機械專業(yè)人才攻堅克難，突破技術(shù)壁壘，增強專業(yè)認(rèn)同感的同時，培養(yǎng)學(xué)生牢記國家使命，樹立遠大理想的價值觀。同時以微納加工工藝中對精度要求很高為契機，強調(diào)一絲不茍的工匠精神，促使學(xué)生始終以高標(biāo)準(zhǔn)要求自己。

完成大量教學(xué)素材的收集用于后續(xù)思政育人，如哈工大八百壯士故事精神、硅谷的由來和歷代創(chuàng)業(yè)勵人事跡、國內(nèi)自主高端制造技術(shù)的奮力追趕等。這些素材的闡述上應(yīng)避免簡單、空洞的說教，落入俗套，需要與課程內(nèi)容緊密結(jié)合，讓學(xué)生產(chǎn)生共鳴。

在后續(xù)授課過程中，筆者準(zhǔn)備組織一次與企業(yè)的互動活動，通過讓學(xué)生現(xiàn)場觀看制造流程和親身感受企業(yè)文化，達到加深知識理解和思政育人目的。筆者已與華為公司相關(guān)人員進行接觸，對方表示在條件允許的情況下，愿意幫忙促成這次活動。計劃在現(xiàn)場觀摩過程中，講述華為公司的發(fā)展歷程、目前面臨的技術(shù)封鎖以及學(xué)生在公司甚至國家面臨困境時所應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。

完成教學(xué)大綱中對考核方式的修改，將傳統(tǒng)的閉卷考試改為大作業(yè)考核，根據(jù)人數(shù)多少決定是否分組，讓學(xué)生根據(jù)當(dāng)前形勢和集成電路制造技術(shù)的難點，進行深入調(diào)研、分析，并提出如何突破技術(shù)壁壘的見解。在完成大作業(yè)考核過程中，可以鍛煉學(xué)生的合作能力、了解當(dāng)前的國內(nèi)國際形勢以及獨立解決問題的邏輯思考能力，達到思政的目的。

筆者在該課程中加入思政元素，并代表深圳校區(qū)參加了哈工大一校三區(qū)青年教師教學(xué)基本功競賽，獲得了優(yōu)秀獎。在競賽過程中，除了磨煉自身的教學(xué)技巧和完善教學(xué)內(nèi)容之外，教學(xué)名師的點評和他們一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度也給了筆者非常大的感觸，讓我感受到了榜樣的力量。同時，筆者也意識到課程思政不僅僅是教學(xué)方法和內(nèi)容的改進，教學(xué)態(tài)度的嚴(yán)謹(jǐn)同樣能夠影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們受到好的榜樣的鼓舞。

五、結(jié)語

在“集成電路制造工藝與裝備”這一課程的教學(xué)過程中，教師力求讓學(xué)生對該領(lǐng)域有相對全面和系統(tǒng)的認(rèn)識，同時具有一定工藝分析方法和工程設(shè)計能力以及處理實際工藝問題和改善產(chǎn)品的能力。因為傳統(tǒng)的講課式教學(xué)手段比較枯燥、乏味，很難調(diào)動學(xué)生的積極性，所以課程改革的探索在原來的傳統(tǒng)教學(xué)模式下加以創(chuàng)新，在實際教學(xué)中與前沿科技以及最新研究成果結(jié)合教學(xué)。通過優(yōu)化學(xué)科與教學(xué)形式，更有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀積極性，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣能夠在學(xué)校創(chuàng)新型教育的推動下得到提升。同時，教師應(yīng)真正履行“把思維教育體現(xiàn)于課堂教學(xué)整個過程”的指導(dǎo)，本課程教材將把思政元素滲入課堂教學(xué)的整個過程，以培養(yǎng)符合需要的、具有創(chuàng)新性的現(xiàn)代教育人才。

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◎編輯 鄭曉燕