小学科学探究式教学案例的开发与研究rdquo课题.docx
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小学科学探究式教学案例的开发与研究rdquo课题
“小学科学探究式教学案例的开发与研究”课题
结题报告
南京市玄武区教师进修学校冯凌
一、课题的提出
1、在小学科学教育中推行“探究式”教学是社会进步发展的需要
21世纪，人类正迈入知识化、信息化高度发展的社会，科学技术不仅是我们了解世界和我们自身的有力工具，也是强有力促进人类社会发展的第一生产力，特别是自上世纪五十年代之后，科学技术发展十分迅速，使人类的生活质量、活动范围、通讯方式和生产方式等都发生了革命性的变化。
所以，无论对国家、社会还是个人而言，掌握科学知识和技术成为能在知识社会存在和参与发展的基础。
在这样一个以知识为基础的社会里，在日趋激烈的国际经济与科技的竞争中，国民的科学文化素养和创新能力对国家整体发展作用越来越突出。
落实科教兴国战略、全面实施素质教育、提高儿童和全体公民的科学素养水平是增强国家综合国力和促进社会发展极为重要的战略举措，是加强科学能力建设的基础，也是保证人类社会可持续健康发展的基础。
为了迎接21世纪的挑战，我们必须以强烈的使命感、责任心和勇于开拓、实事求是的精神，努力探索符合我国国情的发展教育、发展科学技术的道路。
2、在小学科学教育中推行“探究式教学”是我国基础教育课程改革的需要
今天，信息爆炸性的增长使传统的知识传递方式受到了严峻的挑战，没有智能工具的引导我们不可能管理大量的信息。
智慧和直觉常会在浩瀚知识的海洋里遗失，信息的综合和生成数据本身一样重要，因而，我们不仅要培养学生学习的能力还要培养他们解决问题的能力，包括综合信息的能力。
探究式科学教育的实施，是教育改革的重要组成部分，是培养创新人才的重要途径。
新一轮国家基础教育课程改革的一个重要而具体的目标，就是要改变至今仍普遍存在的学生被动接受、大运动量反复操练的学习方式，倡导学生主动参与的探究式教学，把“培养学生的探究能力“作为科学课程的核心目标。
从中我们可以看出，科学探究已经被写入课程标准中，这势必对教材编写和教学实践产生重大的影响。
3、在小学科学教育中推行“探究式教学”是学生自身发展的需要
儿童生而具有强烈的好奇心和学习科学的巨大潜力，但儿童也会形成一些对科学概念的错误理解，对5－12岁的儿童进行探究式科学教育，不仅可以保护和激发儿童的好奇心，帮助儿童建立正确的科学概念，发展探究能力，而且有利于儿童情绪能力、语言能力等方面的培养，它既让儿童有一个愉快的学习经历，又为他们的终身学习和发展打下了重要的基础。
由于长期以来，我们的小学科学教育存在重知识、轻能力；重结果、轻过程；重间接经验传授、轻亲身体验获得的偏向，造成学生动手操作能力和综合解决问题的能力严重不足。
据中国科协1992年、1994年、1996年三次全国公众科学素养调查结果显示：
我国公众的科学素养水平十年来停滞不前，科学素养水平与发达国家差距很大，亟待提高。
“探究式科学教育”的基本理念和倡导的准则有利于克服这些方面的弊端，促进儿童自身全面发展，成长为具有良好科学素养的未来公民打下必要基础。
4.在小学科学教育中推行“探究式教学”是借鉴与继承的需要
上世纪六十年代以后，世界上一些主要的发达国家都十分重视在幼儿园和小学里进行探究式的科学教育，特别是在上世纪八十年代以后，例如，1988年英国的英格兰、威尔士和苏格兰先后通过教育改革条例，对5—12（11）岁的儿童进行科学教育，并把语文、数学和科学教育列为小学的三门主课，1983你美国国家卓越教育委员会发表了致美国科学促进协会发布了2061计划的第一份重要报告，1996年美国发布了美国历史上第一部国家科学教育标准，提出了要在幼儿园和小学中实施探究式科学教育，并随后采取了一系列的措施来落实这个科学教育标准。
1995年，法国的诺贝尔物理奖获得者GeorgesChqrpak将其引入法国，并进一步发展，称为“LAMAP”，意为“动手和面。
美国的“handson”和法国的“LAMAP”，都已分别经历了十几年的研究摸索，形成了比较成熟的经验，再加上到05年为止，我国近四年的“做中学”科学教育课题研究，都对“探究式科学教育”有了一定的研究。
我们必须认真找到自身的差距，在继承、借鉴、引进先进理念的同时，结合自身经验，探索出符合我国国情的、促进儿童科学素养发展的有效途径。
随着新课改的深入，“探究式教学”在我国中小学科学教育领域已经成为家喻户晓的时尚名词。
然而，对于“什么是探究式科学教学”、“探究式科学教学的本质特征是什么”等问题，教师的认识仍存在偏颇。
本课题就是力图通过对“探究式教学案例”的开发与实践，形成一批符合“探究式教学”本质特征的案例，更好地推进探究式科学教学。
二、课题的界定
探究：
根据美国科学委员会在美国国家科学教育标准中给出的定义：
探究是一种多层面的活动，它包括：
观察、提出问题、通过浏览书籍和其他信息资源来了解什么是已经知道的知识，制定调查研究计划；根据试验方面的证据评价已有的知识；用工具来收集、分析和解释数据、提出解答、阐述和预测，交流结果。
探究需要对假设进行鉴别，运用批判和逻辑思维，并考虑其他可供选择的解释。
小学科学探究式教学：
是一个让儿童亲历科学探究的学习过程，它大致包括根据情景、观察到的现象和可以获得的信息，从儿童已有的知识，对问题的了解和已具有的科学概念（想法）出发，提出问题，对问题的解答进行猜测，为证实猜测提出假定，设计试验或进行观察、收集和整理数据，得出结论和进行交流，提出新的问题……
我们认为学生的探究式学习应该是一个完整的过程。
因此，我们的探究式教学在让学生掌握核心的科学知识和概念，同时培养学生的批判性思维、尊重事实、尊重别人、合作而主动积极的科学态度，这些方面的培养是不可分割的。
本课题研究的视角是整合现有的国内外探究式教学案例，分析“探究式教学”的本质特征，以“水”主题为系列，本土化开发符合中国小学一～四年级学生的探究式教学案例，以此促进学生科学素养的整体提高。
三、课题研究理论
1、建构主义理论
（1）皮亚杰的结构主义教育理论
皮亚杰认为“每一个认识活动都含有一定的认识结构”。
认识活动涉及到图式、同化、调节和平衡四个基本概念。
图式是人类认识事物的主观上的结构。
儿童最初的图式是遗传性的，以后图式在适应环境过程中不断变化和丰富起来。
同化和调节是个体适应环境的两种作用。
在认识过程中，同化是个体把客观纳入主体的图式之中，这只引起图式的量的变化；平衡是指同化作用和调节作用两种活动的平衡。
儿童每遇到新事物，在认识中总是试用原有图式去同化，如获得成功，便得到暂时的认识上的平衡。
反之，儿童便做出调节，调整原有图式或创立新图式去同化新事物，直到达到认识上新的平衡。
这就是皮亚杰所谓认识结构的形成和发展的基本理论，也就是发生认识论的重要组成部分。
按照皮亚杰的观点，环境是重要的。
教师需努力创设教学情境，刺激并要求儿童。
当儿童探索环境的时候，他们遇到能引起兴趣的事件，这些事件应具有适度的新奇，不很适合他们已有的认知结构，于是促使儿童不断调整他们的判断，在这个过程中找到对付问题的新方法。
在这样的行动中，不是环境本身创造儿童的智力，而是儿童自己在与环境的互动中发展出了新的认知图式。
（2）维果茨基的社会建构理论
维果茨基对儿童思维发展进行了大量富有成效的研究，并提出了一些颇有价值的观点。
其一、与皮亚杰相比，维果茨基同样强调儿童内在思维发展的可能性（遗传的和生理的因素）与所处环境的相互作用。
但他尤其强调人际交往对思维发展的影响。
社会中的一切，包括风俗习惯、宗教信仰、生活中的衣食住行、前辈留下的历史文化、社会制度、行为规范等，构成了人类生活中的文化世界。
这个文化世界既影响成人的行为，也影响成长中的儿童。
而且任何社会都会有意识地通过各种渠道使下一代接受社会文化的熏陶。
其二、认知思维与语言发展有密切关系。
儿童在社会性的语言交流中，才能发展自己的认识。
其三、提出“最近发展区”的概念。
他将儿童自己实力所能达到的水平与经别人给予协助后所可能达到的水平之间的差距称之为最近发展区。
在了解了儿童的实际发展水平之后，应进而根据其可能的发展水平，找出其最近发展区，通过成人的协助使儿童的认知思维能力达到最充分的发展。
这些观点的提出是我们在实践中促进学生科学思维发展的重要依据。
2、脑和认知科学的新进展
在认知神经科学、认知心理学和人工智能等各领域内研究成果的支持下，一种新的学习观应运而生了。
这一新理念对如何有效地设计课程以及怎样提高教学效率产生了直接的影响。
其要旨可以简述如下：
Ø学习者个体自主建构知识。
Ø理解就是明确事物之间的关系。
Ø关系的明确取决于先前所具有的相关知识。
有关教育的神经科学研究同时也说明了学生有些正确的科学概念的建立不是可以自发形成的，需要良好的教学策略。
一些概念要比另一些概念更难建立。
说明应该尽早对儿童进行科学教育，应在他们巩固这些错误概念以前，帮助他们建立正确的科学概念或是纠正错误的概念。
因为可能在许多情况下，这些错误的概念不能被置换或是重新组织，而只是可以被一定程度地抑制。
专家们所以能较好的学习和解决问题是因为在他们的脑中建立了一些概念和模型。
概念也是建构儿童认知的基石，幼儿园和小学的学生已经有能力建立一些认知结构。
由此在本研究中，我们也相应选择了一二年级的学生针对相应的概念开展做中学研究活动。
四、课题研究的方法
1、文献研究法
在我们进行本课题研究之初和研究过程中，理论界基于“探究式教学“的教学思想、教学策略、教学设计等已经有了一部分研究成果，特别是美国的“handson”和法国的“LAMAP”，已分别经历了十几年的研究摸索，形成了比较成熟的经验。
面对这些文献资料，我们组织课题组成员认真学习，细致分析，在理清基本理论和操作层面主要问题的基础上，梳理出了一些对于本课题而言是有价值的、可供课题研究参考的意见。
为课题的顺利开展做了充分的理论储备和前期准备工作，从中获得了一些益于本课题开展的宝贵财富。
2、行动研究法
在本课题研究中，我们采用行动研究的方式，实验教师运用自己掌握的教育理论和教学经验，通过对各种情况的调查和分析，制定“水“单元其中一个概念的解决策略（教学设计），开发了符合探究式教学特征的系列案例，并通过实践去探索，不断反复验证，提高案例的实用和推广价值。
3、经验总结法
本课题研究中，在教师实践了系列案例后，依托教师自己实验的经验，再经过针对实际需要去学习理论、分析综合等过程，逐步总结出规律性认识的方法。
五、课题研究的实践与探索
1、架构系统
根据课题方案所厘定的课题本质蕴涵、框架的研究策略，我们首先成立了课题研究小组。
包括课题领导小组、课题指导小组、科学家咨询小组、实验教师团队等。
课题领导小组：
区教研室的领导及课题负责人。
负责课题实施的组织、协调和领导。
课题指导小组：
主要由南师大郝京华教授、江苏省教研室卢新祁老师、市教研室徐燕老师、区教科所陈立春所长组成。
科学家咨询小组：
只要依靠东南大学学习科学中心的叶善专教授（新课标修订组主要成员）、周建中主任、叶兆宁主任等担任。
在自主案例开发与实施中对科学概念的准确性给予我们大力帮助。
实验教师团队：
我们首先选定了课题实验校（北小、附小、长小、小营、逸仙、宇花、月苑、成小），选定了素质优良的教师为实验教师，其中南京市学科带头人一名，南京市优秀青年教师2名，专业出生的研究生本科生3名。
优秀的实验教师团队为课题的顺利实施奠定了基础。
各实验校在学习的基础上，根据拟定的“水”概念图，选择一个方面进行案例的开发与整理。
2、培训学习
课题组的培训学习分为以下几层：
一是对国内外现有资料的学习：
课题组所有成员阅读了美国《2061计划》系列丛书、法国《做中学黄皮书》（内部资料）、韦钰院士的《探究式科学教育教学指导》等书籍。
二是对国内外现有资料的实践学习：
各实验校在课题研究的第一年均实践了法国原版的《法国“做中学”经典案例》中的小学案例，在其中体会了探究式案例的精髓。
三是每学期参加由南京市教育局、教研室和东南大学学习科学中心组织的探究式教学案例培训，在“探究式”的培训中体验探究式教学的一些基本原则。
四是参加法国等世界各国的专家培训。
课题研究期间，我们先后有南师大附小单道华、北京东路小学吴京钧老师赴法接受为期一个月的探究式科学教育的专项培训。
近几年在东南大学学习科学中心和江苏省教研室的组织下先后接受了五次法国、加拿大等国专家的现场培训，让课题组老师对国际探究式科学教育的研究前沿、研究现状有了清楚的认识。
五是外出学习，先后组织课题组老师到北京、上海、云南进行了专项学习。
3、案例研发
根据计划，每所实验校负责开发相应概念的探究式教学案例，我们每月召开一次课题组会议，形式有案例交流、听课研讨等。
（1）团队建设
我们清楚地认识到实验教师的素质决定本课题研究的水平，所以自05年以来，我区科学教师队伍整体发生了喜人的变化。
专职教师数有原来的28人增加到了40人，其中45岁以下的占到74%，专业出生的研究生7名，本科生4名。
一来看出区教育局对科学教育的重视，二来看出课题研究带来了一定的效益。
特别是在八所实验校，近几年增加了实验教师共4名，近几年成长了1名南京市学科带头人、2名市优秀青年教师，课题研究真正促教师专业发展。
（2）行动实践
每所实验校根据课题研究的计划和进度，每学期开学制定研究计划、教学进度表，共同开发案例，课前共同备课，课后共同反思。
每学期由课题组负责组织两次以上的观摩、示范研讨、交流，督促各校做好案例开发的前期准备、中间资料的收集、之后的反思。
每学年参加由市教育局和教研室组织的相关案例、论文评比和课堂教学竞赛。
扎实的研究过程让实验教师得到了锻炼。
六、课题研究的成果
1、对案例开发成果的分析与总结
在课题研究中，我们确定以“水”为主线进行案例的开发与研究。
因为，水是自然界中最常见的液体，水是生命的摇篮，水是地球表面覆盖最广的物质，是最重要的物质。
水的特性多样而奇特，因而它又是人类孜孜不倦地进行探究的对象。
水是孩子们最熟悉的，从小到大，孩子们天天和水打交道，如：
水能喝、水抓不住、什么物品放在水里会沉……这些粗浅的认识，正是学生们在小学阶段学习“水”主题的基础。
因此，关于“水”的主题，可以贯穿整个小学阶段探究式科学教育的学习之中。
我们拟定了小学阶段关于“水”的内容框架图：
根据近几年课题的实践与反复论证，我们对每阶段孩子需要掌握的概念进行了大致的划分：
7—8岁孩子需要掌握的主要概念有：
●水的基本特征――液态的水是没有颜色、没有气味、没有味道、透明的
――液态的水是会流动的
――液态的水没有固定的形状，但有一定的体积
9—10岁孩子需要掌握的主要概念有：
●水的重要物理性质――水的浮力
――水的表面张力
――水与物体间的浸润
――水的渗透
11—12岁孩子需要掌握的重要概念有：
●水以三种自然形态存在――三种形态之间的转变
以下是各实验校已经成功自主开发的案例，共计10个主题系列，60学时：
一年级（开发学校：
小营小学）
课程名称
学时
概念发展
开展活动
观察水
2
感知水是没有颜色的、没有气味、没有味道、透明的
活动一：
区分牛奶、水、白醋、糖水（一看二闻三尝）
活动二：
观察一杯水
水的形状
3
水没有固定的形状，但有一定的体积（体积守恒）
活动一：
水倒进什么样的瓶子就是什么形状
活动二：
变形，变量吗？
活动三：
这儿够了，那儿也不少
活动四：
水平面在哪儿？
一年级（开发学校：
逸仙小学）
课程名称
学时
概念发展
开展活动
水的流动
10
·水是会流动的
·影响水在地面流动的因素
活动一：
把它们装起来
活动二：
装好了，运走
活动三：
接水
活动四：
制作地形沙盘模拟雨水
活动五：
小手分水岭
活动六：
看看我们的河流
活动七：
水到哪去了
活动八：
海绵的本事
活动九：
找找周围的井
活动十：
你知道沼泽吗
三年级（开发学校：
北京东路小学）
课程名称
学时
概念发展
开展活动
往上跑的水
3
·水能沿着某些物品向上移动。
·在水能往上移动的材料中可以发现细缝，水就是沿着物品的这些细缝向上移动的。
活动一：
水能往上跑吗？
活动二：
水在细缝内移动
活动三：
生活中的毛细现象。
观察水的爬行
感知水的毛细作用
活动一：
纸的吸水性
活动二：
沿着芹菜梗爬上去
活动三：
制作过滤器
活动四：
大自然中的毛细现象
三年级（开发学校：
月苑小学）
三年级（开发学校：
长江路小学）
课程名称
学时
概念发展
开展活动
认识水
10
●水是无色、无味、透明、可以流动的液
活动一：
清清的水
活动二：
乒乓球、沙子、水的比较
活动三：
清水、白醋、酒精的比较
●只要是水通过材料的毛孔或细缝隙穿行的现象都属于毛细现象体
活动一：
水能跑多远
活动二：
水在哪种纸巾中爬的快
活动三：
浸湿的“鲨鱼”
活动四：
生活中的毛细现象
●水的表面被一种强大的拉力聚拢在一起，使得水看上去好像周围又一层薄而又有弹性的“表皮”，这种力就是水的表面张力。
活动一：
硬币能滴多少水？
活动二：
水杯里到底能装多少回形针？
●不同的液体倒入水中后，会出现不同的现象
活动一：
认识液体
活动二：
小小调酒师
四年级（开发学校：
南师附小）
课程名称
学时
概念发展
开展活动
沉与浮
1~2
靠近水面为浮
落在水底为沉
有些物体随着时间推移会由浮到沉；有些物体不会改变
一、在水底还是在水面？
2
物体轻重有时与物体在水中沉浮一致，有时相反
二、比一比，量一量，它们为什么会这样？
1～2
轻重相同，体积大可能浮
，体积小可能沉；在两者都浮的情况下，体积大的物体露出水面的部分比体积小的物体多。
三、轻重一样的物体在水里会一样的沉浮吗
1
体积相同，重的可能沉，轻的可能浮；在两者都浮的情况下，重的物体露出水面的部分比轻的物体少
四、体积相同的物体在水里会一样沉浮吗
1
不论大小、不论轻重，同一种物体一样沉浮的原因是密度不变
五、大山芋和小山芋在水中会一样沉浮吗？
2
50ml的盐水、糖水、水的轻重不同，通过计算发现密度不同
液体的密度大小与物体的沉浮有关系，物体在密度大的物体中浮的可能性大
六、山芋放进盐水里为什么会浮？
1~2
认识到一样轻重的物体，体积小的金块溢出的水少
七、阿基米德和王冠的故事
1~2
试着理解物体在水中所受的浮力等于物体排出水的轻重；
试着理解不管什么物体、是否空心，只要它比同体积的水轻，就会浮在水面，否则就会沉入水底；
八、像阿基米德那样研究
一段时间
船需要具备一定的稳定性，有一定的装载量，需要动力，还能经受一定的风浪……
九、做小船
五年级（开发学校：
北京东路小学）
课程名称
学时
概念发展
开展活动
水的三态变化
1课时
感知固体与液体、气体的不同，比较后能够对物体的状态作出正确的判断
活动一：
它们有什么不同？
4课时
水可以由液体状态变成气体状态的水蒸气，初步认识到水蒸气是无色、无味，看不见、但在空气中存在的
活动二：
水到哪里去了
2课时
水能从气体状态的水蒸气变成液体状态的水，认识到这是一个循环的过程
活动三：
空气中的水又回来了
3课时
云、雨的形成就是：
水蒸气遇冷凝结成的小水滴
活动四：
云、雨是怎样形成的
2课时
认识雾的形成也是水蒸气遇冷凝结成的小水滴
活动五：
雾是怎样形成的
3课时
认识到液体状态的水不但可以变成气体状态的水，也可以变成固体状态的水
活动六：
霜是怎样形成的
2、对探究式科学课堂教学实质的认识
在文献研究和行动研究中，我们逐步形成了对“探究式教学”的基本认识：
我们认为：
在探究式教学中，学生是主动的学习者，学习过程是学生对知识的建构过程，学生独立、合作学习，克服学习过程中的困难，逐渐调节自身的学习，逐渐意识到自身的思维过程和学习的策略与方法，成为一个具有终身学习能力的学习者。
在其中，教师是学习过程的组织者和引导者，学习环境的提供者。
我们深入地研究了探究式教学的步骤：
在近两年我们实践的过程中，对小学科学探究式课堂的理解如下：
A．尊重儿童原有经验（前概念）
前概念在学生的科学学习中扮演着非常重要的角色。
新概念的形成建立在它的前概念基础之上。
当科学概念和前概念比较一致时，学生就容易理解；反之，他们就会觉得很难。
所以在实际的科学教学中，如果教师能够把握住学生的前概念，就会使得教学有的放矢，就能更好地提高教学效果。
因此，我们在自主开发“水”单元探究式教学案例前都先对学生进行前概念的检测，我们总结出了解学生前概念的方法可以有以下几种：
画图
画网状图（圆圈图，气泡图）
KWLH表格（know，want，learn，how）
概念图
为某个事件或现象选择一项解释
提问（班级性和个别性）
之后对前概念的检测进行详尽的分析，清楚了解学生的知识等储备，这是开展好后面探究式教学的基础，可以帮助学生真正意义上进行认知建构。
B．探究式教学的基本步骤及特征
●第一步：
提出问题。
教师将学生引入情景，让他们观察和获得有关的信息，逐步聚焦话题。
从学生原有的概念和实际理解出发，由教师或在教师帮助下由学生归结出将进行探究的问题。
这一步是很重要的，立题不对，常常直接影响到探究教育能不能进行，而立题也不能只靠现成的案例，即使有案例，也需要教师理解以后，根据学生的实际情况决定如何采用。
在这一步中，关键在于两点：
1、教师如何将学生引入讨论，并了解学生已有的概念和认识；
2、另一个关键是学生往往会提出许多问题，这些问题中，有的适于探究，有的不适于探究，教师要根据教学计划的要求，经过和学生的对话，引导学生集中探究的题目。
●第二步：
进行第一次集体讨论。
学生提出自己对问题答案的推测，经过教师与学生之间，学生与学生之间的讨论，得出学生自己或是小组对问题答案的预测，并尽可能记录下来。
在探究式教育中有多次讨论。
讨论是探究式科学教育中教师和学生互动，学生和学生互动的主要形式，贯穿探究的全过程，构成了探究的“软”环境。
●第三步：
经过第二次集体讨论，完成实验设计，以进行调查研究。
以每个学生或每个小组为单位,设计如何通过实验或观察来证实自己的预测。
在动手进行观察或实验以前，要尽可能把步骤想清楚，最好记录下来，或制作成要填写的表格等。
教师对可能发生的不安全的因素要予以强调。
对可能明显不完善的地方，可以启发学生进一步完善。
在课堂语言中教师可以选用：
教师可以通过提问引导学生，如：
为了搜集我们需要的证明，我们能作什么？
我们需要做什么试验？
这是一种好方法吗？
这样做公平吗？
我们能用其他方法吗？
那可能好一点吗？
我们做这个试验时需要一定的顺序吗？
我们从哪儿能得到帮助？
谁能帮助我们？
●第四步：
进行实验和观测
在进行实验和观察的过程中，要尽可能让学生直接接触实际的客观世界，运用多种感官去感受现实的世界，包括：
视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等，这样做是符合这个年龄阶段儿童脑的发展特点的。
实验要在可重复和可以控制的情况下进行，要做到这点，变量要尽量单一。
这是小学探究式教学常用的实验方法。
观察在整个探究过程中会经常使用，要注意引导学生围绕某个核心的内容或概念作深入的观察，而不要做不集中的、目的不明确的、表面的观察，强调深入和仔细，多看看，看仔细一点，多想一想。
以下是我们总结出的可以启发学生深入实验、观察的一些教学语言：
我们首先需要做什么？
我们怎么分工，谁做什么？
我们怎样用这些物品和工具？
我们要注意那些安全问题？
我们小心地做了吗？
你
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