淺談加強(qiáng)實踐教學(xué)，將教學(xué)課堂變成實驗室
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李興紅 趙悅 吳永芝1由 分享
【論文關(guān)鍵詞】PLC 實踐性 自主性 組態(tài)設(shè)計
【論文摘 要】鑒于PLC可編程控制器實踐性強(qiáng)的特點，在PLC教學(xué)過程中，改革傳統(tǒng)的以課堂教學(xué)和驗證性實驗、課內(nèi)實驗為主的教學(xué)模式，以“啟發(fā)式、互動式、開放性、自主性”的實踐教學(xué)模式為主導(dǎo)來代替，將PLC整個教學(xué)過程在實驗室完成，邊教學(xué)邊實驗，從驗證性實驗到開發(fā)性實驗，再到創(chuàng)新性實驗，同時結(jié)合組態(tài)設(shè)計，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場，讓學(xué)生對PLC有更深層次的認(rèn)識，所有過程均以學(xué)生自主動手為主，教師協(xié)助教學(xué)為輔。
1.引言
“教學(xué)改革”，尤其是“實踐教學(xué)”是當(dāng)今教育界一個火熱的話題，也是近幾年高校使用頻率最高的詞匯，但如何把“實踐教學(xué)”深入到“教學(xué)改革”的每個方面并與時俱近，卻有待進(jìn)一步研究。就我院而言，近幾年在宏觀方面，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)對學(xué)校的定位及專業(yè)與院、系的設(shè)置、合并及發(fā)展方向等問題幾經(jīng)探討和改革，其結(jié)果總體上是令人滿意的。在微觀方面，所有的任課教師將自己所授課程緊跟著教學(xué)改革的步伐，無論從教材還是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與教學(xué)方法等也在不斷地探索、改進(jìn)與提高，其結(jié)果絕大部分也是令人滿意的。但是，從宏觀到微觀期間，還有一些細(xì)節(jié)差強(qiáng)人意，甚至處于盲點狀態(tài)。如：某些課程的實踐環(huán)節(jié)，尤其是那些實踐性極強(qiáng)的課程，如果還是以傳統(tǒng)的課堂教學(xué)和驗證性實驗的課內(nèi)實驗?zāi)Ｊ桨l(fā)展下去，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今“實踐教學(xué)”的要求，走出校門的學(xué)生也無法適應(yīng)現(xiàn)今社會“創(chuàng)新型人才”和“應(yīng)用型人才”的時代發(fā)展要求，也因此無法在今后的工作崗位上有令人滿意的表現(xiàn)而最終被淘汰出局，狀況很不樂觀。那么，針對一些實踐性極強(qiáng)的課程急需作突破性的變革已成為當(dāng)務(wù)之急。
2.教學(xué)內(nèi)容的變革
PLC教學(xué)內(nèi)容的改革是提高其教學(xué)質(zhì)量的一個有效途徑。我院為了讓學(xué)生更好地掌握并應(yīng)用PLC技術(shù)，經(jīng)過多年的教學(xué)實踐改革，其教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排幾經(jīng)更改使之更加合理，最終確定了如下表所示的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排，該課程總的教學(xué)學(xué)時為40學(xué)時，其中實驗占12學(xué)時。（詳見表1）
3.教學(xué)模式的變革
PLC教學(xué)模式的改革也是提高其教學(xué)質(zhì)量的一個有效途徑。PLC是一門實踐性很強(qiáng)的課程，在其教學(xué)過程中，改變以前傳統(tǒng)的教學(xué)模式，改以“啟發(fā)式、互動式、開放性、自主性”的實踐教學(xué)模式來代替，將PLC整個教學(xué)過程在實驗室完成，邊教學(xué)邊實驗，在教師講授理論知識的同時有實物參考，使學(xué)生能夠把理論知識和實際設(shè)備有機(jī)的結(jié)合，每一個小的章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容以課題形式講課，教學(xué)內(nèi)容完成后立即舉其它實例讓學(xué)生思考完成。教師在授課時，第一步講解基本知識，同時要求學(xué)生在實驗臺上驗證；第二步教師提出思考性問題，學(xué)生通過實驗臺來解決；第三步教師加大難度，提出針對本課題綜合性應(yīng)用實例，同時通過組態(tài)軟件做出模擬畫面，模擬動作過程，針對動態(tài)畫面講解，由學(xué)生思考設(shè)計程序并在實驗臺上調(diào)試完成，從而激發(fā)學(xué)生興趣，達(dá)到對本課題的全面理解。學(xué)生通過感性認(rèn)識、理性思維，最終達(dá)到知識的真正理解，有問題即時通過實驗臺思考，有助于問題的解決。
如定時器部分，在理論內(nèi)容結(jié)束后立即舉一個利用定時器產(chǎn)生方波的實例，同時提出問題：如何利用定時器來完成一個占空比可調(diào)的波形發(fā)生器呢？同時如何能在外部看到運行的效果呢？在學(xué)生編寫結(jié)束立刻讓他們在實驗室的實驗臺上驗證，結(jié)束后再讓學(xué)生思考：如何在系統(tǒng)運行2分鐘就自動停止1分鐘后再自動運行2分鐘，如此循環(huán)？學(xué)生在實驗臺上完成后再思考：如何在該問題的基礎(chǔ)上完成模擬十字路口交通燈的運行？……在一個問題的基礎(chǔ)上不斷的提問，不斷的讓學(xué)生思考，由他們自己通過實驗驗證，在整個教學(xué)過程邊教學(xué)邊實驗，變成以學(xué)生自主動手為主，教師協(xié)助教學(xué)為輔的教學(xué)模式，讓學(xué)生對每一部分的內(nèi)容都有深刻的認(rèn)識的同時還能夠靈活應(yīng)用。
在整個教學(xué)過程中，我院教師采用多種方法調(diào)動學(xué)生的聽課興趣和思維能力，從重視知識傳授向重視解決工程實際問題的模式轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生研究式、探索式和自主學(xué)習(xí)的能力，并且取得了令人滿意的效果。
4.教學(xué)方法的研究
對于整個課程是使用黑板教學(xué)還是多媒體教學(xué)，到目前為止各院校還是有很大爭議的，有些院校主張不用多媒體，有些院校主張不用黑板教學(xué)，我院教師是將兩者結(jié)合，但在授課過程中如何處理好黑板教學(xué)的靈活性與多媒體的先進(jìn)性等問題，光靠紙上談兵顯然是不能解決的，還需要經(jīng)過多輪的實踐教學(xué)，需要凝聚全體教師的智慧才能完美結(jié)合，但設(shè)備的投入與課件的制作無疑是必要條件。
多媒體作為現(xiàn)代化的教學(xué)手段，不容置疑是教學(xué)改革的發(fā)展方向，尤其是圖形較多的課程，欲從眾多的模型、繁鎖的掛圖及黑板中解脫出來，就必須借助多媒體。對于這點，我院在多年前就已經(jīng)意識到，并在2005年本課程全部實現(xiàn)了多媒體化。由于PLC課程的特殊性，有些系統(tǒng)運行圖還要做成Flash動態(tài)形式演示出來，這對于教師課件制作的水平就提出了很高的要求，因此課件制作的工作量也相當(dāng)?shù)拇蟆１菊n程課件經(jīng)過多年的使用和不斷改進(jìn)，已經(jīng)日趨完善，全面實現(xiàn)了計算機(jī)輔助教學(xué)。課件將文本、圖形、動畫相結(jié)合，直觀展現(xiàn)了PLC所進(jìn)行的控制過程。課件的制作做到了既體現(xiàn)出計算機(jī)輔助教學(xué)的優(yōu)勢，又吸取了傳統(tǒng)教學(xué)方式的長處，用監(jiān)控組態(tài)技術(shù)動態(tài)模擬PLC的控制過程，使學(xué)生能真實地看到所編制程序的控制效果，以加強(qiáng)學(xué)生對指令的理解和使用。
我院于2009年建立了PLC課程的網(wǎng)站（http：//jpkc.cdutetc.cn/zdh/plc），將多媒體課件、電子教案、習(xí)題和習(xí)題答案、模擬試題等相關(guān)教學(xué)資料全部共享在網(wǎng)上，并啟用了網(wǎng)上答疑，增加了師生之間的互動交流；同時在網(wǎng)站上還建立了網(wǎng)絡(luò)課堂，極大地方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)。
5.考核方法的改革
對于PLC課程的考核方法，我院改變了過去只有傳統(tǒng)的筆試考試模式，增加了PLC實踐考試項目。加強(qiáng)PLC考核，特別是實踐能力的考核，將有助于本課程的學(xué)習(xí)。
我院根據(jù)不同專業(yè)不同等級的要求，結(jié)合實訓(xùn)大綱提出了不同的測試內(nèi)容：非測控專業(yè)或?qū)？频膶W(xué)生有兩個方面測試：一方面是傳統(tǒng)的筆試成績，側(cè)重于PLC的理論知識的考查，占總成績50%；另一方面是實驗臺操作的考核，教師事先提出20個難度為中等的實驗題目，多數(shù)都是學(xué)生在實驗課或課堂上做過的實驗，每個學(xué)生隨即抽取一個進(jìn)行單獨操作，這部分側(cè)重學(xué)生對PLC基本操作能力的考核，占總成績的50%；測控專業(yè)或本科的學(xué)生也有兩個方面測試：一方面亦是傳統(tǒng)的筆試成績，試題的難度較非測控專業(yè)或?qū)？朴兴岣?，占總成?0%；另一方面同樣是實驗臺操作的考核，教師事先提出20個難度為中等偏上的綜合性的實驗題目，并要求學(xué)生編程的同時還要用組態(tài)軟件做出系統(tǒng)模擬畫面，模擬動作過程，這些題目是學(xué)生之前沒有做過的實驗，每個學(xué)生隨即抽取一個進(jìn)行單獨操作，這部分側(cè)重學(xué)生對PLC綜合實踐操作能力的考核，占總成績的60%。如此設(shè)置考試規(guī)則主要是對學(xué)生有一個全面的課程考核，達(dá)到讓學(xué)生全面掌握PLC實現(xiàn)自動控制的方法和過程的要求。
6.教學(xué)改革的體會
我院經(jīng)過多年的教學(xué)改革實踐，體會頗深，本課程在進(jìn)行了如此一系列的教學(xué)改革和實踐之后，得到令人滿意的結(jié)果：首先，學(xué)生提高了實訓(xùn)課程的自覺性和興趣，以前按照傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論內(nèi)容時表現(xiàn)出興趣不足。在實驗室做實驗時，一些驗證性的實驗，學(xué)生很快就完成。盡管反復(fù)調(diào)整實驗內(nèi)容，總沒有實質(zhì)性改變。自從進(jìn)行教學(xué)改革后，學(xué)生可根據(jù)教師要求，在掌握教學(xué)內(nèi)容的同時，還要翻閱有關(guān)參考書和資料才能進(jìn)行系統(tǒng)實驗的設(shè)計和編程，這無疑開拓了學(xué)生的思路，并使其感受到新技術(shù)的優(yōu)越性。其次，學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力得到極大的提高，學(xué)生在系統(tǒng)實驗中可以提出各種不同的實驗方案，盡管設(shè)計的程序有區(qū)別，但都能在規(guī)定的時間內(nèi)達(dá)到實驗項目的要求，而且部分同學(xué)設(shè)計的程序簡單可行，值得全體師生借鑒，達(dá)到共同學(xué)習(xí)的目的。
實踐證明：學(xué)生分析和解決實驗中出現(xiàn)問題的能力有了很大的提高。
參考文獻(xiàn)：
[1] 徐曉軍，鄭倫楚，高校研究性教學(xué)的雙講模式探索[J]，中國高等教育，2011-09.
[2] 張儉，伍賢進(jìn)，研究性教學(xué)的探索與實踐[J]，中國校外教育，2009-08.
[3] 史曼莉，高艷利，論創(chuàng)新教育理念與研究性教學(xué)[J]，黑龍江教育（高教研究與評估），2007-09.
[4] 顧沛，試論研究性教學(xué)中教師的作用[J]，數(shù)學(xué)教育學(xué)報，2006-03.
【論文摘 要】鑒于PLC可編程控制器實踐性強(qiáng)的特點，在PLC教學(xué)過程中，改革傳統(tǒng)的以課堂教學(xué)和驗證性實驗、課內(nèi)實驗為主的教學(xué)模式，以“啟發(fā)式、互動式、開放性、自主性”的實踐教學(xué)模式為主導(dǎo)來代替，將PLC整個教學(xué)過程在實驗室完成，邊教學(xué)邊實驗，從驗證性實驗到開發(fā)性實驗，再到創(chuàng)新性實驗，同時結(jié)合組態(tài)設(shè)計，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場，讓學(xué)生對PLC有更深層次的認(rèn)識，所有過程均以學(xué)生自主動手為主，教師協(xié)助教學(xué)為輔。
1.引言
“教學(xué)改革”，尤其是“實踐教學(xué)”是當(dāng)今教育界一個火熱的話題，也是近幾年高校使用頻率最高的詞匯，但如何把“實踐教學(xué)”深入到“教學(xué)改革”的每個方面并與時俱近，卻有待進(jìn)一步研究。就我院而言，近幾年在宏觀方面，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)對學(xué)校的定位及專業(yè)與院、系的設(shè)置、合并及發(fā)展方向等問題幾經(jīng)探討和改革，其結(jié)果總體上是令人滿意的。在微觀方面，所有的任課教師將自己所授課程緊跟著教學(xué)改革的步伐，無論從教材還是教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與教學(xué)方法等也在不斷地探索、改進(jìn)與提高，其結(jié)果絕大部分也是令人滿意的。但是，從宏觀到微觀期間，還有一些細(xì)節(jié)差強(qiáng)人意，甚至處于盲點狀態(tài)。如：某些課程的實踐環(huán)節(jié)，尤其是那些實踐性極強(qiáng)的課程，如果還是以傳統(tǒng)的課堂教學(xué)和驗證性實驗的課內(nèi)實驗?zāi)Ｊ桨l(fā)展下去，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今“實踐教學(xué)”的要求，走出校門的學(xué)生也無法適應(yīng)現(xiàn)今社會“創(chuàng)新型人才”和“應(yīng)用型人才”的時代發(fā)展要求，也因此無法在今后的工作崗位上有令人滿意的表現(xiàn)而最終被淘汰出局，狀況很不樂觀。那么，針對一些實踐性極強(qiáng)的課程急需作突破性的變革已成為當(dāng)務(wù)之急。
2.教學(xué)內(nèi)容的變革
PLC教學(xué)內(nèi)容的改革是提高其教學(xué)質(zhì)量的一個有效途徑。我院為了讓學(xué)生更好地掌握并應(yīng)用PLC技術(shù)，經(jīng)過多年的教學(xué)實踐改革，其教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排幾經(jīng)更改使之更加合理，最終確定了如下表所示的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排，該課程總的教學(xué)學(xué)時為40學(xué)時，其中實驗占12學(xué)時。（詳見表1）
3.教學(xué)模式的變革
PLC教學(xué)模式的改革也是提高其教學(xué)質(zhì)量的一個有效途徑。PLC是一門實踐性很強(qiáng)的課程，在其教學(xué)過程中，改變以前傳統(tǒng)的教學(xué)模式，改以“啟發(fā)式、互動式、開放性、自主性”的實踐教學(xué)模式來代替，將PLC整個教學(xué)過程在實驗室完成，邊教學(xué)邊實驗，在教師講授理論知識的同時有實物參考，使學(xué)生能夠把理論知識和實際設(shè)備有機(jī)的結(jié)合，每一個小的章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容以課題形式講課，教學(xué)內(nèi)容完成后立即舉其它實例讓學(xué)生思考完成。教師在授課時，第一步講解基本知識，同時要求學(xué)生在實驗臺上驗證；第二步教師提出思考性問題，學(xué)生通過實驗臺來解決；第三步教師加大難度，提出針對本課題綜合性應(yīng)用實例，同時通過組態(tài)軟件做出模擬畫面，模擬動作過程，針對動態(tài)畫面講解，由學(xué)生思考設(shè)計程序并在實驗臺上調(diào)試完成，從而激發(fā)學(xué)生興趣，達(dá)到對本課題的全面理解。學(xué)生通過感性認(rèn)識、理性思維，最終達(dá)到知識的真正理解，有問題即時通過實驗臺思考，有助于問題的解決。
如定時器部分，在理論內(nèi)容結(jié)束后立即舉一個利用定時器產(chǎn)生方波的實例，同時提出問題：如何利用定時器來完成一個占空比可調(diào)的波形發(fā)生器呢？同時如何能在外部看到運行的效果呢？在學(xué)生編寫結(jié)束立刻讓他們在實驗室的實驗臺上驗證，結(jié)束后再讓學(xué)生思考：如何在系統(tǒng)運行2分鐘就自動停止1分鐘后再自動運行2分鐘，如此循環(huán)？學(xué)生在實驗臺上完成后再思考：如何在該問題的基礎(chǔ)上完成模擬十字路口交通燈的運行？……在一個問題的基礎(chǔ)上不斷的提問，不斷的讓學(xué)生思考，由他們自己通過實驗驗證，在整個教學(xué)過程邊教學(xué)邊實驗，變成以學(xué)生自主動手為主，教師協(xié)助教學(xué)為輔的教學(xué)模式，讓學(xué)生對每一部分的內(nèi)容都有深刻的認(rèn)識的同時還能夠靈活應(yīng)用。
在整個教學(xué)過程中，我院教師采用多種方法調(diào)動學(xué)生的聽課興趣和思維能力，從重視知識傳授向重視解決工程實際問題的模式轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生研究式、探索式和自主學(xué)習(xí)的能力，并且取得了令人滿意的效果。
4.教學(xué)方法的研究
對于整個課程是使用黑板教學(xué)還是多媒體教學(xué)，到目前為止各院校還是有很大爭議的，有些院校主張不用多媒體，有些院校主張不用黑板教學(xué)，我院教師是將兩者結(jié)合，但在授課過程中如何處理好黑板教學(xué)的靈活性與多媒體的先進(jìn)性等問題，光靠紙上談兵顯然是不能解決的，還需要經(jīng)過多輪的實踐教學(xué)，需要凝聚全體教師的智慧才能完美結(jié)合，但設(shè)備的投入與課件的制作無疑是必要條件。
多媒體作為現(xiàn)代化的教學(xué)手段，不容置疑是教學(xué)改革的發(fā)展方向，尤其是圖形較多的課程，欲從眾多的模型、繁鎖的掛圖及黑板中解脫出來，就必須借助多媒體。對于這點，我院在多年前就已經(jīng)意識到，并在2005年本課程全部實現(xiàn)了多媒體化。由于PLC課程的特殊性，有些系統(tǒng)運行圖還要做成Flash動態(tài)形式演示出來，這對于教師課件制作的水平就提出了很高的要求，因此課件制作的工作量也相當(dāng)?shù)拇蟆１菊n程課件經(jīng)過多年的使用和不斷改進(jìn)，已經(jīng)日趨完善，全面實現(xiàn)了計算機(jī)輔助教學(xué)。課件將文本、圖形、動畫相結(jié)合，直觀展現(xiàn)了PLC所進(jìn)行的控制過程。課件的制作做到了既體現(xiàn)出計算機(jī)輔助教學(xué)的優(yōu)勢，又吸取了傳統(tǒng)教學(xué)方式的長處，用監(jiān)控組態(tài)技術(shù)動態(tài)模擬PLC的控制過程，使學(xué)生能真實地看到所編制程序的控制效果，以加強(qiáng)學(xué)生對指令的理解和使用。
我院于2009年建立了PLC課程的網(wǎng)站（http：//jpkc.cdutetc.cn/zdh/plc），將多媒體課件、電子教案、習(xí)題和習(xí)題答案、模擬試題等相關(guān)教學(xué)資料全部共享在網(wǎng)上，并啟用了網(wǎng)上答疑，增加了師生之間的互動交流；同時在網(wǎng)站上還建立了網(wǎng)絡(luò)課堂，極大地方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)。
5.考核方法的改革
對于PLC課程的考核方法，我院改變了過去只有傳統(tǒng)的筆試考試模式，增加了PLC實踐考試項目。加強(qiáng)PLC考核，特別是實踐能力的考核，將有助于本課程的學(xué)習(xí)。
我院根據(jù)不同專業(yè)不同等級的要求，結(jié)合實訓(xùn)大綱提出了不同的測試內(nèi)容：非測控專業(yè)或?qū)？频膶W(xué)生有兩個方面測試：一方面是傳統(tǒng)的筆試成績，側(cè)重于PLC的理論知識的考查，占總成績50%；另一方面是實驗臺操作的考核，教師事先提出20個難度為中等的實驗題目，多數(shù)都是學(xué)生在實驗課或課堂上做過的實驗，每個學(xué)生隨即抽取一個進(jìn)行單獨操作，這部分側(cè)重學(xué)生對PLC基本操作能力的考核，占總成績的50%；測控專業(yè)或本科的學(xué)生也有兩個方面測試：一方面亦是傳統(tǒng)的筆試成績，試題的難度較非測控專業(yè)或?qū)？朴兴岣?，占總成?0%；另一方面同樣是實驗臺操作的考核，教師事先提出20個難度為中等偏上的綜合性的實驗題目，并要求學(xué)生編程的同時還要用組態(tài)軟件做出系統(tǒng)模擬畫面，模擬動作過程，這些題目是學(xué)生之前沒有做過的實驗，每個學(xué)生隨即抽取一個進(jìn)行單獨操作，這部分側(cè)重學(xué)生對PLC綜合實踐操作能力的考核，占總成績的60%。如此設(shè)置考試規(guī)則主要是對學(xué)生有一個全面的課程考核，達(dá)到讓學(xué)生全面掌握PLC實現(xiàn)自動控制的方法和過程的要求。
6.教學(xué)改革的體會
我院經(jīng)過多年的教學(xué)改革實踐，體會頗深，本課程在進(jìn)行了如此一系列的教學(xué)改革和實踐之后，得到令人滿意的結(jié)果：首先，學(xué)生提高了實訓(xùn)課程的自覺性和興趣，以前按照傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論內(nèi)容時表現(xiàn)出興趣不足。在實驗室做實驗時，一些驗證性的實驗，學(xué)生很快就完成。盡管反復(fù)調(diào)整實驗內(nèi)容，總沒有實質(zhì)性改變。自從進(jìn)行教學(xué)改革后，學(xué)生可根據(jù)教師要求，在掌握教學(xué)內(nèi)容的同時，還要翻閱有關(guān)參考書和資料才能進(jìn)行系統(tǒng)實驗的設(shè)計和編程，這無疑開拓了學(xué)生的思路，并使其感受到新技術(shù)的優(yōu)越性。其次，學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力得到極大的提高，學(xué)生在系統(tǒng)實驗中可以提出各種不同的實驗方案，盡管設(shè)計的程序有區(qū)別，但都能在規(guī)定的時間內(nèi)達(dá)到實驗項目的要求，而且部分同學(xué)設(shè)計的程序簡單可行，值得全體師生借鑒，達(dá)到共同學(xué)習(xí)的目的。
實踐證明：學(xué)生分析和解決實驗中出現(xiàn)問題的能力有了很大的提高。
參考文獻(xiàn)：
[1] 徐曉軍，鄭倫楚，高校研究性教學(xué)的雙講模式探索[J]，中國高等教育，2011-09.
[2] 張儉，伍賢進(jìn)，研究性教學(xué)的探索與實踐[J]，中國校外教育，2009-08.
[3] 史曼莉，高艷利，論創(chuàng)新教育理念與研究性教學(xué)[J]，黑龍江教育（高教研究與評估），2007-09.
[4] 顧沛，試論研究性教學(xué)中教師的作用[J]，數(shù)學(xué)教育學(xué)報，2006-03.