何以開展跨學科主題學習？來自整合STEM教育的研究啟示

摘要：整合STEM教育具有天然的跨學科屬性，與跨學科主題學習有異曲同工之妙。面對當前基礎教育的重要課題——何以開展跨學科主題學習，文章采用系統化文獻綜述的方法，對國際上已發表的整合STEM教育研究進行編碼，發現整合STEM教育以發展高階思維和情感態度價值觀為目標，主要由多學科融合的教研團隊圍繞真實情境下的社會議題開展基于項目或問題的學習，學習往往發生在靈活開放的學習場所。基于此，文章闡釋了課程整合視域下整合STEM教育與跨學科主題學習的概念內涵，構建了開展跨學科主題學習的實踐路徑，旨在助推我國基礎教育課程改革和創新人才培養的高質量發展。

關鍵詞：跨學科主題學習；整合STEM教育；系統化文獻綜述

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2024）12—0056—09 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.12.006

《義務教育課程方案（2022年版）》（以下簡稱“新課程方案”）將“跨學科主題學習”納入義務教育階段，作為培養學生核心素養的創新課程改革方法，并規定各科以原則上不少于10%的課時數開展此類學習^[1]。在新課程方案的引領下，各學科課程標準通過設置任務群、教學提示、主題群、主題活動等，為實施跨學科主題學習提供了指導。然而，現實中受限于單一學科知識和教學法知識，能夠開展高質量跨學科主題學習活動的中小學教師僅占極少數^[2][3]。如何統籌設計、實施和評價跨學科主題學習活動，已成為我國中小學教師面臨的重要課題。跨學科主題學習是構建我國教育學自主知識體系的重要概念，其本質在于通過整合至少兩門課程，圍繞特定主題或問題開展綜合性學習活動，以培養學生的核心素養^{[4][5][6][7][8]}。整合STEM教育因其天然的跨學科屬性而受到重視，強調學生整合所學的各學科知識和技能解決現實世界問題，被認為是培養學生核心素養的有效途徑。可見，兩者有著相似的目標與效果，整合STEM教育活動設計和實施的路徑與方法可以為我國中小學校開展跨學科主題學習提供參考。為此，本研究以課程整合為連接點，在厘清整合STEM教育與跨學科主題學習概念內涵的基礎上，通過對國際上發表的關于整合STEM教育的高水平研究成果進行梳理，總結和歸納適用于我國中小學校開展跨學科主題學習的實踐路徑，助推我國基礎教育課程改革和創新人才培養的高質量發展。

一 課程整合視域下的整合STEM教育與跨學科主題學習

1 課程整合的類型

課程整合作為整合STEM教育與跨學科主題學習的“連接點”，是由單學科、多學科、交叉學科、跨學科和超學科五種類型組成的連續統一體^[9][10]。其中，單學科整合也稱“科內整合”，專注于某一學科內知識和技能的習得與應用，有助于優化學生的學科知識結構。多學科整合又稱“科際整合”，強調借助不同學科的視角解決問題，各學科保持獨立，不產生相互作用，如在歷史教學中，可能會融入藝術、文學、科學和地理等學科的知識，但不涉及學科思想的融合。交叉學科整合側重于使用某一學科來講授另一學科的內容，實現橫向整合，如在物理課上探討音樂中的物理學原理。跨學科整合強調融合不同的學科知識于同一主題或問題下，以產生新的理論和方法來解決復雜問題。盡管各學科在本質上保持獨立，但它們之間的有機聯系促進了知識的融合，可以幫助學生構建完整的認知結構。超學科整合則強調在解決真實世界的問題時，不同學科的知識與技能無界限融合，通過主題形式建立學生與真實世界的聯系，實現學科間的充分融合。

2 整合STEM教育的概念內涵

整合STEM教育的概念在美國國家科學院于2011年發布《成功的中小學STEM教育》報告后得到廣泛普及^[11]。經過十余年的發展，整合STEM教育的概念已逐漸演變為廣義和狹義兩種理解。其中，廣義上是指將科學、技術、工程和數學中的至少兩門學科融合到教學過程中，或是將STEM中的一門學科與其他學科融合的路徑和方法；狹義上是指將數學規律和科學探究整合到技術設計與工程實踐中^[12]。當下，整合STEM教育不僅包括技術設計、工程實踐、數學規律和科學探究的融合，也擴展到了STEAM教育，涵蓋藝術、人文社會科學等非STEM領域的學科，其本質在于打破學科壁壘，將不同的學科知識置于同一主題下，為學生構建一個跨學科關聯的問題解決空間，從而提高其綜合運用知識解決復雜問題的能力。

3 跨學科主題學習的概念內涵

雖然新課程方案并未給出“跨學科主題學習”的明確定義，但經過相關學者的闡釋，其內涵是清晰的，即圍繞特定主題或問題，整合兩門或以上的課程知識與技能開展項目化、綜合性的實踐活動，以培養學生的核心素養^{[13][14][15][16][17]}。同時，學者在界定這一具有中國特色教育學自主知識體系的概念時，強調了以培養學生核心素養為導向、以問題或主題為載體的學習活動設計，以及主科目整合至少一門其他科目內容的方式。然而，對于跨學科主題學習中“跨學科”內涵的定位仍存在爭議：一些學者認為其內涵與“課程整合”下五種類型中的“跨學科”一致，是狹義的理解，而有些學者傾向于廣義的理解，即與“課程整合”的內涵相近^{[18][19][20][21]}。總的來說，跨學科主題學習之“跨學科”的核心應在于主題導向的意義建構和問題解決，超越單純的科目跨越，更加觸及教育的本質。

通過分析整合STEM教育與跨學科主題學習的概念，不難發現，兩者的內涵有異曲同工之妙：首先，都致力于培養學生的核心素養；其次，都側重于圍繞真實世界的復雜問題設計學習活動或任務。另外，整合STEM教育強調將至少兩門學科的內容進行融合來解決實際問題，這與跨學科主題學習中將不同學科內容融入同一主題的理念不謀而合。兩者的差異在于，跨學科主題學習通常是某一學科根據教學需要，通過整合其他學科內容并以單元課程模塊的形式開展，而整合STEM教育更多的是一種獨立的新課程。由此可見，整合STEM教育與跨學科主題學習在學習目標、學習活動設計以及學科融合等方面具有高度一致性，均強調通過整合不同學科的知識和方法來解決真實世界的問題，以培養學生的核心素養。因此，總結和歸納國際上關于整合STEM教育的最新研究成果，為我國開展跨學科主題學習提供參考，不僅是必要的，也是切實可行的。鑒于此，本研究采用系統化文獻綜述的方法梳理整合STEM教育的現有研究成果，從“教學法”層面厘清整合STEM教育在課程設計、教學實施與學習評價的一般思路和做法，以此提出我國中小學開展跨學科主題學習的實踐路徑。

二 研究設計

1 研究方法

系統化文獻綜述作為一種研究方法，能夠整合特定研究問題或主題的原始研究成果，挖掘其價值并積累科學知識。該方法包括確定研究問題、制定納入和排除標準、文獻檢索與篩選以及文獻編碼等環節，具有強操作性和可重復性。

2 文獻檢索與篩選

本研究選取Web of Science核心合集為數據來源，以STEM為關鍵詞進行大范圍組合檢索，檢索式為：TI=（（“STEM” OR “STEAM” OR “iSTEM” OR “STEM integration” OR “integrated STEM” OR “integrative STEM” OR “interdisciplinary STEM”） NOT （“CELL” OR “health” OR “story stems”））。此外，整合STEM教育的概念是在2011年正式提出，故重點關注在2011年以后被SSCI收錄的期刊文章^[22]。最終，本研究檢索到的相關文獻共計1417篇。

本研究將文獻納入標準設定為：①研究主題聚焦整合STEM教育；②研究對象限定為中小學生和學齡前兒童；③必須是實證研究。五位研究人員共同參與了文獻篩選過程，首先通過瀏覽標題和摘要，排除了1223篇不符合要求的文獻；隨后通過閱讀全文，進一步排除了90篇文獻。經過篩選，最終有104篇文獻被納入本研究進行分析。

3 文獻編碼

本研究從納入的文獻中提取了關于課程設計、教學實施以及學習成果三個維度的內容。具體來說，課程設計維度涵蓋教學人員配置、課程組織形式和主題設計；教學實施維度包括學習模式、實施時間和學習場景；學習成果維度則關注學習成果的內容及其評價方式。為確保分析的準確性，四名研究者獨立閱讀全文并進行編碼，隨后由另一名研究者對編碼結果進行復核。在發現編碼不一致的情況下，研究團隊通過討論最終達成共識。

三 研究結果

1 基本信息

本研究納入的文章主要發表在International Journal of Technology and Design Education、Journal of Science Education and Technology和International Journal of Science and Mathematics Education等34本期刊上。其中，第一作者所在國家以美國（33篇）和中國（26篇）為主，共占納入文獻的56%。值得注意的是，Christensen等^[23]的研究包含兩個子研究，因此實際納入的研究數量為105個。研究所關注的學生主要分布在小學（34篇）、初中（30篇）、高中（22篇），另有19篇研究涉及跨學段的學生。超過一半的研究整合了四到五門學科（57篇），近三分之一的研究（28篇）整合了兩到三門課程，其中科學學科與工程學科的組合尤為常見。此外，還有近三分之一的研究（26篇）將藝術、社會科學、語言等人文類學科整合在內。

2 將培養高階思維和發展情感態度價值觀作為課程目標

整合STEM教育具備跨學科、實踐導向和創新驅動的特性，有利于培養學生的批判性思維、問題解決能力、設計思維和計算思維等高階思維能力。例如，Mater等^[24]的研究顯示，與傳統的教學相比，整合STEM課程將日常生活的問題情境融入教學，幫助學生運用已有的知識和概念來構建解決方案，從而培養學生的批判性思維。Ju?kevi?ien?等^[25]發現，在基于Arduino的實物編程課上完成諸如組件搭建、傳感器控制等富有挑戰的沉浸式任務后，中學生的計算思維測試成績有顯著提升。可見，通過跨學科整合的方式，STEM教育鼓勵學生主動進行探索和實踐，同時培養學生面對復雜跨學科問題時的分析、綜合與創新能力，以幫助其形成系統性思考的能力，并提升終身學習的能力和適應未來社會需求的關鍵技能，繼而促進核心素養的全面發展。

整合STEM教育不僅有助于培養學生的課程學習興趣、專業認同和職業傾向，還能促進社會責任感、可持續發展觀等價值觀的形成。例如，Musavi等^[26]發現，在參與探究當地水質的暑期項目后，學生對未來從事STEM相關職業的興趣有所提升。Lin等^[27]的研究分析了在以制作雞蛋保護裝置為主題的STEM學習活動前后，中學生對技術學科態度的積極變化。Ba?aran等^[28]的研究則發現在參與基于STEM的環境教育課程后，小學生的環境保護意識得到增強。可見，通過關注學生的情感態度和價值觀，整合STEM教育有助于增強學生學習STEM課程或專業，以及未來從事STEM相關職業的意愿。

3 以多學科融合的團隊教研為主開展課程設計

整合STEM課程設計主要依賴于多學科融合的團隊教研模式。這些團隊通常由具有不同學科背景的教師、學科專家、研究人員和相關部門工作人員組成，他們共同開展協同設計與授課。在授課團隊中，STEM專任教師或學科教師扮演著主要角色，尤其是科學教師。在English等^[29]的研究中，一個由學科教師、工程研究生和交通部工作人員組成的團隊共同開發了“建造抗震建筑”的課程，其中學科教師負責課程設計和實施，交通部工作人員提供教學支持。不同背景的團隊成員通過共享知識、教學法和學科資源，協同設計并構建具有挑戰性的課程主題和任務，這種跨學科的合作為實施整合STEM課程提供了堅實的專業支持與教學保障，從而促進了整合STEM教育的深入發展。

4 選取面向真實情境的社會性議題作為課程主題

整合STEM課程的主題主要集中在環境污染、節能保護、動物保護等社會科學議題和傳統手工藝術傳承等社會文化議題上。例如，Anwar等^[30]設計了以解決當地河流生態系統污染問題為議題的課程單元，旨在指導學生設計污水過濾器。Chittum等^[31]以倡導節能環保和動物保護為主題，引導學生運用化學、數學與工程學知識為企鵝搭建環保耐熱住宅。Lu等^[32]則設計了以弘揚傳統文化為議題的課程單元，融合了工程技術和藝術創作，指導學生設計并制作具有交互功能的微型紙雕燈籠。這些面向真實情境的整合STEM課程，通過挖掘與學生日常生活和實際經驗緊密相關的社會性議題，不僅能夠幫助激發學生的學習興趣與動機，還有助于培養他們的跨學科思維和問題解決能力。

5 采用項目式學習和問題式學習作為課程實施模式

整合STEM教育主要采用基于項目的學習和基于問題的學習兩種模式展開，這兩種模式強調通過實際產出與問題解決來激發學生的主體意識。此外，基于探究的學習、工程設計和基于設計的學習也是常用的教學模式，這些模式鼓勵學生通過實踐、探索與創新來深入理解STEM概念。例如，Lu等^[33]采用基于項目的學習模式，要求學生以小組形式使用micro：bit進行紙雕創作和電路連接。Moreno等^[34]通過基于問題的學習模式開展“像宇航員一樣思考”系列任務，讓學生在模擬航天工程師角色的過程中評估和解決實際問題。Toma等^[35]采用基于探究的學習模式，引導學生使用樂高設備模擬古埃及人搬運石塊建造金字塔的活動，激發了學生的好奇心和探索欲。Zheng等^[36]通過工程設計模式，要求學生使用模擬軟件Energy3D設計綠色建筑，并利用定量分析工具評估建筑的能源性能。Won等^[37]采用基于設計的學習模式，引導學生利用電路、電容器和計算機輔助設計等知識，先后在計算機模擬環境與物理空間中設計并搭建村莊電網。這些教學模式和學習策略的結合，不僅可以幫助學生掌握STEM知識，還能夠通過動手實踐、小組學習、協作學習等方法激發學生的主體意識，有效培養學生的問題解決和協作探究能力，為其全面發展奠定基礎。

6 借助靈活開放的校外活動和場館延展學習時空

整合STEM教育的實施場所多為一些開放靈活的學習空間，如STEM專用學習空間、博物館和科技館等場館空間。例如，在Evans等^[38]的研究中STEM課程實施的場所為專門設計的學習空間，與傳統教室相比，該空間不僅面積寬敞，而且桌椅和投影設備等可靈活擺放，能為學生提供一個自由開放的學習空間。而Ba?aran等^[39]設計的以提高小學生環保意識為主題的系列STEM教學活動，其教學場所不僅包括教室和學校花園，還擴展到了博物館、森林、公園等校外場所。另外，還有不少STEM教育活動在課后活動、夏令營和暑期學校開展，如Musavi等^[40]設計的檢測當地河流水質情況的活動就安排在暑期學校中，師生在一周內合作開展了水體檢測、水樣分析、污染問題討論等一系列STEM活動。可見，學習時空的延伸為學生創設了更靈活的學習樣態，同時能夠為優質學習活動的設計和開展提供支持。

7 將表現性評價作為課程評價手段

整合STEM教育將表現性評價作為課程評價手段，既關注學生在項目開展過程中的過程性參與以及表現，也關注對項目完成后手工制品、項目解決方案等學習成果的評價。例如，King等^[41]通過評估小學生在工程設計課程中制作光學儀器的過程，考察其運用STEM概念的能力。整合STEM教育不僅考察學生的知識掌握情況，還重視其在實際操作中的表現。另外，整合STEM教育還通過觀察并分析學生的操作過程與作品展示，全面評估學生的知識掌握和應用能力。這種評價方法有助于促進學生的全面發展，提高其在STEM領域的綜合素養，以更好地面對未來的挑戰。

四 跨學科主題學習活動的設計、實施與評價建議

基于研究結果，借鑒整合STEM教育在設計、實施和評價等教學環節的典型經驗，本研究嘗試為我國中小學設計與實施跨學科主題學習活動、整合與開發跨學科學習資源、重構與創新學習內容、評價與改進學習提供參考性建議和意見。

1 跨學科主題學習活動的設計

（1）組建以多學科教師為主體的教研團隊，構建跨學科教師發展共同體

受限于知識儲備、教學時長等因素，單科教師設計和實施跨學科主題學習存在較大難度。因此，鑒于我國現狀，建設以多學科教師為主體的教研團隊是開展跨學科主題學習的可行方略。具體而言，可以教研團隊為主體，聯合高校科研工作者、學校管理部門和企事業單位相關工作人員，組建跨學科教師發展共同體，共同開展跨學科主題學習活動的設計、實施與評價。其中，科研工作者可提供系統化和科學的學習內容，為教師規范開展相關主題的教學研究提供智力支持；學校管理部門工作人員可為活動的設計和組織提供教育資源的統籌規劃與輔助支持；企事業單位相關工作人員可為真實教學情境的創設、環境搭建和設備配置等提供技術支持。這種以共同體形式開展多方協作教研的方法，可為我國中小學開展高質量跨學科主題學習活動提供有力的師資保障。

（2）挖掘社會文化和社會科學議題，開發基于“大概念”的單元整體教學設計

主題設計是高質量跨學科主題學習活動開展的第一要義。主題的選取既要激發學生的學習興趣，也要關聯課程標準，以滿足學生核心素養和實踐技能發展的需要；同時，還要考慮主題的可持續性，好的主題能夠呼應時代發展的需求，在較長時間內為學生提供有意義的學習體驗。因此，在教學設計階段，應鼓勵教師關注與學生日常生活、實際經驗相關聯的社會文化和社會科學議題，一方面注重中華優秀傳統文化和社會主義先進文化等相關社會文化議題的融入，另一方面倡導發掘社會科學性議題，如氣候、歷史、社會變革、技術演進等。此外，主題選擇為跨學科主題學習活動的設計提供了基本情境，而恰當的“大概念”的選取則為活動設計打下了堅實的基礎，具有關聯性和可遷移性的“大概念”可以幫助學生深度分析和使用社會議題背后的學科知識與技能，促進其學科思維和核心素養的培養。因此，在社會文化與社會科學議題的引導下，開發基于“大概念”的單元整體教學設計也應當作為跨學科主題學習活動設計的重要策略之一。

2 跨學科主題學習的實施

（1）實施基于真實問題導向的項目化學習

臆造的學科聯系、膚淺的拼盤式學習內容設計和散亂的學習過程是導致跨學科主題學習活動實施效果欠佳的主要原因。為此，應開展以真實問題為導向、多學科整合和學習成果驅動為特點的跨學科項目化學習，其原因在于真實問題本身所具有的復雜性和目標明確性，可避免學科知識點的簡單串聯。另外，不同學科之間通過問題和項目成果緊密融合，可幫助學生對知識產生新的、更深入的、更整合性的理解。更為重要的是，實施基于真實問題導向的項目化學習，能夠真正激發學生的內在學習動機，引導其在探究過程中主動建構知識體系，促進其在解決實際問題的過程中發展批判性思維和創新能力，從而實現知識的深度理解與應用。

（2）構建多場景虛實融合的跨學科主題學習空間

源自真實情境的、具有復雜性的學習主題需要豐富且多樣的學習環境作為支撐，而封閉、單一的傳統教室布局難以滿足學生對這些主題進行深入理解和實踐應用的需求。因此，跨學科主題學習的學習空間亟待轉型，應采用更加開放和靈活的空間布局，并引入無縫互聯技術、可移動桌椅、交互式白板等工具，以支持學生的沉浸式探索與協作。同時，隨著數字技術的迭代，體驗式和沉浸式學習活動能夠彌合知識講授與真實實踐之間的鴻溝，促進創造性思維的發展。此外，虛擬技術提供了一個安全的實驗環境，能夠使學生將抽象概念具體化，從而極大地豐富學生的學習體驗。

（3）靈活利用課后服務時間落實跨學科主題學習

跨學科主題學習活動時間跨度長，課時安排靈活，但在基礎學時和固定課程結構的限制下，正式課堂往往難以提供充足的時間供學生進行深入的實踐探索與知識轉化。“雙減”政策實施后，我國中小學推出的課后服務為學生拓展學科素養和促進個性化發展提供了機會。然而，目前的課后服務多集中于作業輔導和興趣培養，與正式課程的聯結不足，缺乏系統性。因此，將跨學科主題學習融入課后服務，不僅能豐富課后服務內容，推動其向多元化和系統化發展，還能激發學生的學習興趣，提升學生的跨學科學習素養。

3 跨學科主題學習的評價

（1）倡導基于證據的過程性評價

跨學科主題學習不僅有助于完善學生的知識體系，更重要的是能夠促進學生內在思維和潛在能力的發展。然而，傳統“一刀切”的評價方式難以全面捕捉學生的思維、能力和潛力，需從發展性評價的角度出發衡量學生在一定時空序列中的成長。此外，技術的深度應用促使教師從依賴經驗的教學決策向“基于證據”的模式轉變。因此，跨學科主題學習應采用基于證據的過程性評價，關注學生的課堂表現、階段性成果和內在認知變化。這些證據可通過教師觀察、學生電子檔案袋、問卷調查和深度訪談等多種方式獲取，并通過學生自評、小組互評、教師點評和平臺自動采集等多種渠道收集。基于證據的過程性評價不僅增強了評價的客觀性和真實性，還為跨學科主題學習的精準化與個性化提供了支持，確保學習活動順利進行。

（2）強化情感維度的評價

在跨學科主題學習中，學生的情感體驗是學習效果的“催化劑”和“發動機”。將學習情感納入評價體系，有助于教師全面評價學生的發展，并為優化教學設計提供有針對性的支持信息。因此，教師應以育人目標和綜合素養為導向，根據跨學科主題和學生情況制定評價指標；評價內容應涵蓋學生對主題的興趣和感受、對社會議題的態度和價值觀、協作和交流能力、專業選擇或就業意向等。同時，教師應持續關注學生在不同學習階段、環節和情境下的情感變化，并提供適時的評價與指導，以強化其自我認知，激發其學習動機，從而落實核心素養培育。

五 結語

社會變革和教育發展要求當代學生具備更強的問題解決能力、創新思維能力與協作能力，跨學科主題學習憑借其真實性、探究性、實踐性等特征，為培養這些能力提供了有效途徑。因此，系統化綜述國際上整合STEM教育的文獻，吸收借鑒國外的優質教學經驗，對開拓我國中小學跨學科主題學習的設計、實施和評價具有重要意義。然而，跨學科主題學習應用于一線教學并非易事，確定素養導向下的教學目標、設計具有可行性的學習活動、突破傳統的教學觀念等，都是未來優化跨學科主題課程實踐路徑的關鍵，這不僅能夠拓展跨學科主題學習活動的開展空間，也是挖掘和凝練實施模式與策略的核心目標。

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How to Implement Interdisciplinary Thematic Learning？ Insights from Integrated STEM Education Research

CHENG Wei¹""" YANG Shu-Ting²""" TANG Qian-Wen³""" ZHANG Yan⁴""" YIN Zi-Han⁴

（1. School of Educational Science and Technology， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing， Jiangsu， China 210023; 2. Department of Educational Information Technology， East China Normal University， Shanghai， China 200062; 3. School of Journalism amp; Communication， Yangzhou University， Yangzhou， Jiangsu， China 225009; 4. Faculty of Artificial Intelligence in Education， Central China Normal University， Wuhan， Hubei， China 430079）

Abstract： Integrated STEM education has a natural interdisciplinary attribute， which shares a similar charm with interdisciplinary thematic learning. Faced with the current important issue in basic education， namely how to carry out interdisciplinary thematic learning， this paper used a systematic literature review method to code the published international research on integrated STEM education. The results showed that the integrated STEM education took the development of higher-order thinking， emotional attitude and values as goals， and was the project-based or problem-based learning mainly carried out by multidisciplinary teaching and research teams around social issues in real situations， and learning often took place in flexible and open learning places. Based on this， the conceptual connotations of integrated STEM education and interdisciplinary thematic learning under the perspective of curriculum integration were elaborated， and a practical path to carry out interdisciplinary thenatic learning was proposed， expecting to promote high-quality development of basic education curriculum reform and innovative talent cultivation in our country.

Keywords： interdisciplinary thematic learning; integrated STEM education; systematic review

*基金項目：本文受教育部人文社會科學研究項目“循證視域下技術有效應用于教與學的理論與實踐研究”（項目編號：19YJC880013）、南京郵電大學引進人才科研啟動基金“循證視域下技術支持學習的有效性研究”（項目編號：NYY219003）資助。

作者簡介：程薇，講師、博士，研究方向為技術促進學習、循證實踐和智慧學習環境，郵箱為chengweiet@njupt.edu.cn。

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