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工科專業(yè)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究
0引言
化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué),實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)作為培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力化學(xué)化工人才的重要環(huán)節(jié),在整個(gè)化學(xué)教育、教學(xué)過(guò)程中占有特殊的地位。近幾年來(lái),各高校積極進(jìn)行教學(xué)改革,建立了多種化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新體系和教學(xué)新模式,研究開(kāi)發(fā)了一批綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新內(nèi)容,及時(shí)反映了化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域中的新成果、新技術(shù)、新方法以及現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)與手段。許多理科化學(xué)專業(yè)取消了后期的專門化實(shí)驗(yàn),將專業(yè)知識(shí)綜合融入到綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中,在化學(xué)一級(jí)學(xué)科大類平臺(tái)上培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
浙江工業(yè)大學(xué)在省級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)國(guó)家精品課程的建設(shè)過(guò)程中,逐步形成了從基礎(chǔ)規(guī)范性實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)―研究探索性實(shí)驗(yàn)到學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的三層次、一創(chuàng)新遞進(jìn)式化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系,將大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)從課內(nèi)延伸到課外,使教學(xué)的第一課堂與第二課堂緊密地結(jié)合起來(lái)。從2008年開(kāi)始,建立了綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)選修課程,總學(xué)時(shí)為60,學(xué)分為2。課程組根據(jù)浙工大學(xué)生專業(yè)分布面廣、工程實(shí)踐性強(qiáng)的培養(yǎng)特點(diǎn)和要求,研究開(kāi)發(fā)了實(shí)踐應(yīng)用性較強(qiáng)的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)新內(nèi)容,編寫(xiě)了相應(yīng)的《綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材(已由化工出版社出版),每年根據(jù)情況,公布當(dāng)年要開(kāi)設(shè)的5~6個(gè)實(shí)驗(yàn),供學(xué)生選擇,并允許學(xué)生自擬1或2個(gè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生的興趣很高,吸引力很大,選讀該課程的人數(shù)逐年增加。通過(guò)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和綜合應(yīng)用能力得到較大提高,由實(shí)驗(yàn)內(nèi)容延伸的多個(gè)課題先后獲得學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目和浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的資助,以大二學(xué)生為第一作者在各類核心期刊上發(fā)表了多篇相關(guān)的論文,并獲得學(xué)生課外科技活動(dòng)的成果獎(jiǎng)勵(lì)。
1綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思路
綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一般都與本校教師科研成果緊密結(jié)合,各個(gè)高校之間由于教師研究方向和實(shí)驗(yàn)條件的差異,一般比較難以完全照搬其他高校的做法。另外,對(duì)于化工、制藥、材料等近化類專業(yè)的學(xué)生,化學(xué)能力培養(yǎng)的對(duì)象主要是綜合應(yīng)用化學(xué)知識(shí)正確處理工程實(shí)際問(wèn)題的工程師,不可能像綜合性大學(xué)理科化學(xué)專業(yè)那樣用大量的時(shí)間,廣泛涉及化學(xué)的多個(gè)分支領(lǐng)域和最先進(jìn)的儀器進(jìn)行科學(xué)研究。因此,必須深入研究化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)律,探索工科專業(yè)培養(yǎng)的特殊性,使綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)這一門理學(xué)課程在各相關(guān)專業(yè)特別是工科專業(yè)中推廣、發(fā)展,架起基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究之間的橋梁,從而為培養(yǎng)大學(xué)生的刻苦研究精神和創(chuàng)新能力發(fā)揮更好的作用。
從浙江工業(yè)大學(xué)來(lái)看:①化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)應(yīng)化工、制藥、藥學(xué)、材料、食品、生工、環(huán)工等化學(xué)或近化類專業(yè),在培養(yǎng)目標(biāo)上起著基礎(chǔ)和支撐作用;A(chǔ)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí),主要是培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基本技能和實(shí)驗(yàn)方法,但在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段完成后,學(xué)生即進(jìn)入各專業(yè)學(xué)習(xí),對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綜合訓(xùn)練明顯存在不足,限制了學(xué)生的全面發(fā)展,學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力不盡如人意;②在目前實(shí)際操作過(guò)程中,真正要對(duì)整個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的整體融合難度很大,風(fēng)險(xiǎn)同樣也很大,因此,開(kāi)設(shè)相對(duì)獨(dú)立的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程,就成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的突破口。它既是基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)向各專業(yè)實(shí)驗(yàn)有機(jī)銜接的重要課程,又是基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的拓展和提高,是對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)訓(xùn)練和工程實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)的重要載體。
基于以上分析,綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)必須有別于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),不能單純的成為基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)的延長(zhǎng),或成為第二門基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面必須體現(xiàn)課程特色,用比較合適的學(xué)時(shí)數(shù),在一定的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備保證下,選擇一個(gè)較為完整的項(xiàng)目為載體,完成查閱資料實(shí)驗(yàn)方案和儀器設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作、分析檢測(cè)論文或報(bào)告寫(xiě)作等基本科研訓(xùn)練過(guò)程。以開(kāi)放式教學(xué)作為教學(xué)模式,從時(shí)間(不受實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)限制)、空間(不受教師輔導(dǎo)方式限制)、場(chǎng)地(不受固定實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地限制)、內(nèi)容(不受實(shí)驗(yàn)內(nèi)容限制)等方面給予學(xué)生最大限度的自主學(xué)習(xí)機(jī)會(huì):①教學(xué)形式上可分集中訓(xùn)練與導(dǎo)師分散指導(dǎo)兩方面進(jìn)行,以解決教學(xué)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等許多困難;②實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上可以彌補(bǔ)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的不足,將專業(yè)需求內(nèi)容調(diào)整、融入到教學(xué)訓(xùn)練中,同時(shí)可以不受時(shí)間、實(shí)驗(yàn)方案等的限制,提供學(xué)生更多研究探索的機(jī)會(huì);③實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制上要采用多樣化操作,不能像基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)菢,只有完成了?guī)定的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)時(shí)才能合格。因?yàn)榫C合化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有探索性和創(chuàng)新性,要允許學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗,允許沒(méi)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果,只有這樣,才能促使學(xué)生大膽嘗試、勇于創(chuàng)新。
2綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施
2.1綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式
綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門理學(xué)課程,由于各專業(yè)對(duì)學(xué)生培養(yǎng)的目標(biāo)定位不同,特別是各工科專業(yè)在后期必須進(jìn)行工程實(shí)踐能力的訓(xùn)練,不能完全照搬化學(xué)等理科專業(yè)的做法,取消后期的專門化實(shí)驗(yàn)。因此,如何將綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在各相關(guān)專業(yè)中深入開(kāi)展下去,做好課程之間的銜接,需要各個(gè)部門、專業(yè)學(xué)科之間的相互配合,統(tǒng)籌安排學(xué)時(shí)數(shù)及教學(xué)內(nèi)容,探索開(kāi)放、有效的教學(xué)方式。
我們?cè)诰C合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,按照課題式(或項(xiàng)目式)思路布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,一般以3或4人為1個(gè)實(shí)驗(yàn)小組,確定課題組長(zhǎng)。第一階段由指導(dǎo)教師講解實(shí)驗(yàn)基本要求,復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)基本技能,限期進(jìn)行文獻(xiàn)查閱,撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告和文獻(xiàn)簡(jiǎn)述,然后分課題組進(jìn)行交流答辯。答辯通過(guò)后,進(jìn)入第二階段,即實(shí)驗(yàn)階段,學(xué)生按要求訂購(gòu)實(shí)驗(yàn)試劑,做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后,先進(jìn)行文獻(xiàn)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,然后改變實(shí)驗(yàn)條件或?qū)嶒?yàn)方案,逐步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維及對(duì)科學(xué)研究的向往,為鍛煉實(shí)際創(chuàng)新能力做好鋪墊。由于實(shí)驗(yàn)的不確定性,規(guī)定的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)往往是不夠用的,這一階段一般是不限期的,學(xué)生可以利用周末或節(jié)假日進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作,以學(xué)生有充分的數(shù)據(jù)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)總結(jié)或論文為止。第三階段是總結(jié)、撰寫(xiě)論文階段。先由指導(dǎo)教師講解論文寫(xiě)作的規(guī)范要求,然后學(xué)生邊寫(xiě)邊改,直到符合論文發(fā)表的要求。指導(dǎo)教師申報(bào)課程的成績(jī)時(shí),為鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試,最大限度地發(fā)揮創(chuàng)新精神,重點(diǎn)考察實(shí)驗(yàn)的各個(gè)階段及實(shí)驗(yàn)技能的掌握情況,一般不太追究實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2.2綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的主要來(lái)源
綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在化學(xué)一級(jí)學(xué)科層面上開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程,其教學(xué)內(nèi)容必然涉及到綜合性、研究性和實(shí)際應(yīng)用性。因此,必須做好化學(xué)各學(xué)科之間的知識(shí)融合,以及現(xiàn)代合成、分離和表征手段等實(shí)驗(yàn)技能的普遍提高。浙江工業(yè)大學(xué)近3年開(kāi)設(shè)的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,我們的做法是:
(1)堅(jiān)持固基強(qiáng)本的實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)。在完成基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,掌握熟練的實(shí)驗(yàn)基本技能后,進(jìn)一步鞏固基礎(chǔ),加強(qiáng)技能,開(kāi)發(fā)了綜合性的設(shè)計(jì)、研究型實(shí)驗(yàn)。
(2)采用取之于學(xué)生,用之于學(xué)生的辦法。對(duì)學(xué)生有濃厚興趣的內(nèi)容引入到教學(xué)中,將近幾年大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目、大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的內(nèi)容及自擬課題引用到教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。
(3)按照教學(xué)與科研互動(dòng)的原則。將教師的科研成果中適合于教學(xué)的內(nèi)容引入到教學(xué)中,充實(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,反映各學(xué)科領(lǐng)域中的新成果、新技術(shù)、新方法以及現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)與手段,體現(xiàn)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的新穎性、先進(jìn)性。
2.3工科綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)及效果
通過(guò)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí),學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)得到全面提升,達(dá)到了以下目標(biāo)。
(1)堅(jiān)決貫徹基礎(chǔ)規(guī)范性實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)研究探索性實(shí)驗(yàn)的主線。要在已經(jīng)完成的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,將實(shí)驗(yàn)的綜合設(shè)計(jì)性和研究探索性凸顯在本課程的建設(shè)中,著力五基(基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能、基本思維和基本能力)教學(xué),特別注重實(shí)踐能力和創(chuàng)新品質(zhì)培養(yǎng),融創(chuàng)新教育于實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中,在教學(xué)過(guò)程中融入創(chuàng)新意識(shí)、激發(fā)創(chuàng)新思維、鍛煉創(chuàng)新能力,努力讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)實(shí)踐、學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)創(chuàng)新。
(2)強(qiáng)化自主學(xué)習(xí)功能,突出開(kāi)放式教學(xué)和個(gè)性化培養(yǎng)。要著眼各專業(yè)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)理論的教育,讓學(xué)生能綜合應(yīng)用化學(xué)知識(shí),采用多種化學(xué)研究方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與操作,改變考核方式,允許實(shí)驗(yàn)失敗,解除了實(shí)驗(yàn)束縛,最大限度地發(fā)揮了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)想象力,從而在同一空間營(yíng)造出一個(gè)相對(duì)個(gè)性化的教學(xué)環(huán)境,使學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)自主學(xué)習(xí),使個(gè)性化教學(xué)成為可能。
(3)彰顯化學(xué)實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)手段,通過(guò)綠色化引導(dǎo)推進(jìn)創(chuàng)新教育。要將綠色化學(xué)的理念滲透到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,通過(guò)引入微波合成、微反應(yīng)等綠色化學(xué)技術(shù),讓學(xué)生接觸綠色科技前沿。同時(shí),將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液、廢渣處理設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn),在樹(shù)立節(jié)能環(huán)保意識(shí)的同時(shí),有效提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。
3進(jìn)一步完善綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建議
綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必然帶來(lái)學(xué)生創(chuàng)新思維的激發(fā)和實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放,對(duì)教學(xué)內(nèi)容開(kāi)發(fā)、師資隊(duì)伍建設(shè)和實(shí)驗(yàn)室管理帶來(lái)了更高的要求,因此,必須不斷努力,解決以下問(wèn)題。
3.1積極改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),激發(fā)自主學(xué)習(xí)的積極性
為了更好地建設(shè)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn),必須考慮工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方式的多樣化,體現(xiàn)個(gè)性化教育,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于綜合實(shí)踐能力的提高,有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)機(jī)。按照以學(xué)生為本的理念,努力加大開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的力度,要盡量使化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器設(shè)備等方面努力實(shí)行全方位開(kāi)放,讓學(xué)生擁有自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和指導(dǎo)教師的機(jī)會(huì),充分調(diào)動(dòng)他們的積極性和創(chuàng)造性。開(kāi)放性的實(shí)施除了對(duì)文獻(xiàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、質(zhì)疑以外,還可體現(xiàn)在3個(gè)方面:①實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)放性,可以鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生自擬課題,增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的自主設(shè)計(jì)權(quán)。②與大學(xué)生課外科技活動(dòng)密切結(jié)合,選擇趣味性、應(yīng)用性、綜合性較強(qiáng)的科研成果,設(shè)計(jì)成學(xué)生選修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。一方面可以進(jìn)一步激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,另一方面解決實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的短缺問(wèn)題。③積極創(chuàng)新學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié),探索綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)與后期專業(yè)實(shí)驗(yàn)改革的新路子,結(jié)合課程論文或畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))工作,積極利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展課題研究。
3.2不斷更新完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的新穎性和應(yīng)用性
綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容必須不斷開(kāi)發(fā),要真正形成一批綜合性、設(shè)計(jì)性、可推廣的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,否則,該課程開(kāi)設(shè)幾年后,供學(xué)生選擇的量逐年減少,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性就會(huì)降低。對(duì)于工科專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要注重新穎性和實(shí)用性。一方面,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要緊扣化學(xué)化工行業(yè)發(fā)展的新成果,適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)的難度、深度,在合成方法、產(chǎn)品與溶劑處理、檢測(cè)分析手段等方面具有先進(jìn)性;另一方面,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要注重工程實(shí)際,應(yīng)當(dāng)盡可能選擇一些與工業(yè)生產(chǎn)、日常生活密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際和生活中的問(wèn)題,提高學(xué)習(xí)積極性。
3.3著力加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師隊(duì)伍建設(shè),增強(qiáng)課程建設(shè)的生命力
實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師對(duì)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高起著重要作用,是課程建設(shè)的生命力。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)要求高,牽涉面廣,教師不但要全面地理解本專業(yè)教學(xué)目標(biāo),還要準(zhǔn)確地把握各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的特點(diǎn)以及它們之間的聯(lián)系,無(wú)疑會(huì)比指導(dǎo)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)付出更多的勞動(dòng),如果沒(méi)有一支實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)豐富、學(xué)術(shù)科研水平較高、富有創(chuàng)新和犧牲精神的教師隊(duì)伍,課程將會(huì)逐漸萎縮,直至消亡。因此,要制定一系列的政策,在人員引進(jìn)、業(yè)績(jī)點(diǎn)計(jì)算等方面給予特殊性,應(yīng)當(dāng)撥出?钣糜谛聦(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā),鼓勵(lì)教師將自己的科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中進(jìn)一步改進(jìn),提高教學(xué)質(zhì)量。同時(shí),還可以聘請(qǐng)企業(yè)、研究院(所)的相關(guān)人員合作指導(dǎo)實(shí)驗(yàn),增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際的密切聯(lián)系。
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