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1、第四章觀察在科學(xué)探究中的地位第一節(jié):科學(xué)觀察追求真實第二節(jié):測量和實驗的意義第三節(jié):科學(xué)觀察的方法第四節(jié):觀察教學(xué)的過程觀察的意義和作用李四光說:“觀察是得到知識的一個首要步驟。 巴甫洛夫 “觀察、觀察、再觀察” 英國細(xì)菌學(xué)家弗萊明 “我的唯一功勞是沒有忽視觀察?!?夸美紐斯曾經(jīng)這樣說道:“一個人的智慧,應(yīng)從觀察天上和地下的實在的東西而來。同時,觀察越多,獲得的知識越牢固?!?人的記憶力85靠眼睛,11靠耳朵,3%或4靠觸覺和嗅覺。 第一節(jié):科學(xué)觀察追求真實 許多人能成為科學(xué)家、文學(xué)家和各行各業(yè)的先進(jìn)工作者,都與他們非凡的觀察能力分不開?!坝^察是智能的極重要的源泉,觀察是知識理解和技藝之母?!?/p>

2、 蘇聯(lián)著名教育家蘇霍姆林斯基 觀察是任何科學(xué)研究的基礎(chǔ)。有專家指出,在整個科學(xué)探究過程的各個步驟中,學(xué)會觀察和提高證據(jù)意識這一步,最具有普遍意義上的教育價值。 觀察在科學(xué)研究中的基礎(chǔ)的核心地位,決定了它在基礎(chǔ)科學(xué)教育中的核心地位。 藝術(shù)家對雪花落地的描述:“翩翩起舞”、“一會兒溫柔地?zé)o聲無息地?fù)硐虼蟮?,一會兒又放蕩不羈地扭成一團(tuán)”一、科學(xué)觀察區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實性 同樣的夕陽,藝術(shù)家可以描述成“最美不過夕陽紅”,也可描述成“夕陽無限好,只是近黃昏”。一、科學(xué)觀察區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實性 科學(xué)與藝術(shù)代表了兩種完全不同的人類知識體系,也導(dǎo)致了兩種完全不同的價值觀。一、科學(xué)觀察

3、區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實性 在科學(xué)圈里,為了能更好地進(jìn)行交流,科學(xué)家們要求在選擇觀察對象、確定觀察條件、進(jìn)行觀察、記錄現(xiàn)象、撰寫觀察報告時,盡量避免主觀性的、情感上的東西的參與。一、科學(xué)觀察區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實性 在日常生活中,人們通過自己的親身感受或體驗認(rèn)識某一個事物的外部特點、變化過程等諸如此類的現(xiàn)象,積累關(guān)于這種事物的感性材料,這是一種廣義的觀察,普遍應(yīng)用于各個領(lǐng)域,也是學(xué)習(xí)科學(xué)觀察的基礎(chǔ)。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式 在科學(xué)教育中,我們要站在科學(xué)研究、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的高度去看待觀察,將觀察看成是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一種方式。 例如,在研究水在什么溫度下結(jié)冰。二、科學(xué)觀察在科學(xué)

4、教育中的主要形式 為盡量減少誤差,增強(qiáng)結(jié)論的可靠性,觀察者應(yīng)當(dāng)將觀察步驟、途徑、方式等在一定程度上納入控制。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式 伽利略最初觀察到羽毛落地比鐵球慢的時候,嚴(yán)格地說還未開始真正的科學(xué)觀察,當(dāng)他形成一個假說“如果不是受空氣阻力的不同,羽毛和鐵球應(yīng)該同時落地”時,科學(xué)觀察便開始。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式 假說是對一個科學(xué)問題的一種猜測性的回答,是后續(xù)觀察的指引。 假說通常影響到在科學(xué)觀察中選取觀察對象、確定觀察范圍、篩選觀察條件、選擇觀察方法和儀器、制定觀察步驟和記錄的內(nèi)容等等若干影響觀察結(jié)果真實性的環(huán)節(jié)。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式 科學(xué)課的觀察目的,

5、明顯區(qū)別于社會科學(xué)中的文獻(xiàn)研究法。 文獻(xiàn)研究法中研究者搜集的主要證據(jù)是前輩的研究結(jié)果,是一種間接的、第二手的觀察資料,親自參與觀察過程是基礎(chǔ)教育中觀察教學(xué)的主要內(nèi)容。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式 在科學(xué)的發(fā)展中,優(yōu)秀的研究者都很重視觀察的方法。 心理學(xué)家弗洛伊德提倡臨床觀察,他是從對病人的敘述和行為的觀察中,推導(dǎo)出他的結(jié)論的。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式 巴甫洛夫曾在自己的實驗室墻壁上寫上:觀察、觀察、再觀察!他還告誡青年,不學(xué)會觀察,就永遠(yuǎn)也當(dāng)不了科學(xué)家。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式 皮亞杰喜歡在家庭、學(xué)?;蛴螒驁鏊葍和匀换顒拥那闆r下觀察研究兒童,他重視研究者敏銳的觀察

6、能力。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式 科學(xué)觀察一如科學(xué)研究具有求真的特性,要反映真實的現(xiàn)象,揭示真實的面貌,因此,就像科學(xué)理論一樣,要經(jīng)得起別人按照你的觀察步驟進(jìn)行重復(fù)檢驗。三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性 雖然觀察結(jié)果要求追求真實,但觀察的主體卻是不可避免地帶有主觀意志的個人。 感官觀察會犯錯誤,產(chǎn)生錯覺。三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性 我們常說:眼見為實,耳聽為虛,但有時并非眼見為實。例如,魔術(shù)是我們的眼鏡幫助魔術(shù)師欺騙了我們自己。三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性 自然界

7、雖然不像魔術(shù)師那樣別有用心,可是有時也會讓我們“不識廬山真面目”。三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性 科學(xué)家不會放棄可疑的觀察結(jié)果,會用重復(fù)觀察的方法對待偽科學(xué)、避免犯錯誤。 沒有經(jīng)過科學(xué)觀察訓(xùn)練的人,往往徒有一雙萬物之靈的眼睛。三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性 在機(jī)遇面前人人平等,機(jī)遇在觀察中隨時會出現(xiàn),但它只偏愛有準(zhǔn)備的頭腦。 瓦特觀察到蒸汽的力量,對蒸汽機(jī)加以改進(jìn)。三、觀察的易錯性和重復(fù)的必要性第二節(jié):測量和實驗的意義 測量是對事物某一方面特性精確的描述,是針對精確描述事物某一特性的特殊的科學(xué)觀察,講究精確性。 測量使觀察精確,測量使觀察定量化。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 任何一門自然科學(xué)研究都離

8、不開測量,人體科學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、運(yùn)動科學(xué)、營養(yǎng)科學(xué)、能量科學(xué)、材料科學(xué)、天文學(xué)等無不如此。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 目前社會科學(xué)面臨的最大問題是測量的困難性,因為它的研究對象是復(fù)雜、多變的人的行為,發(fā)展新的測量工具和方法在社會科學(xué)中是十分重要的任務(wù)。 測量的精度往往反映一項研究的科學(xué)水平,一門學(xué)科的發(fā)展水平。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 通過測量還可以產(chǎn)生重大的科學(xué)問題,引發(fā)新的科學(xué)觀察。 例如,鐘擺運(yùn)動規(guī)律、行星運(yùn)動規(guī)律等。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 測量是實現(xiàn)科學(xué)觀察的高級階段的重要手段。在擺的研究中,要需要用數(shù)據(jù)來說話,而數(shù)據(jù)必須通過測量才能得到。定量研究建立在能夠?qū)⒀芯繉ο蠓纸獬稍S多變量,只有理清變

9、量間的相互關(guān)系,才能考慮它們的定量表達(dá)。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 【測量的困難性】 測量的困難性首先來源于對被測量對象的認(rèn)識不夠,無法對變量進(jìn)行測量。 科學(xué)家在19世紀(jì)剛發(fā)現(xiàn)電流的時候,不能定義其大小,后來發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng),才用電流產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)弱來定義電流的大小。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 我們還用一些標(biāo)準(zhǔn)化的題目來測量人的智力,但是智力測量比電流測量的精確性要低得多,因為我們對于智力這個測量對象的認(rèn)識遠(yuǎn)沒有電流來得清楚。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 在自然科學(xué)中,如果變量選擇不恰當(dāng),實驗設(shè)計不合理,也會出現(xiàn)變量不可測的問題。 如,空氣對小車運(yùn)動影響的研究。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 測量的第二個困難來源于儀

10、器的精度和效度。 定量化的程度還受到測量工具的影響,例如顯微鏡、放大鏡、鑷子是難以測量麻、絲、棉等紡織材料的柔軟性、牢固性、透氣性和吸水性的。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 所謂精度就是測量能精確到什么程度,如在數(shù)學(xué)中我們經(jīng)常對于保留小數(shù)提出精確到個位還是十分位、千分位的要求,對于長度的測量我們也要明確精確到米,還是厘米、毫米、微米。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 所謂效度就是所測量的東西是否是你要測的東西。 如磁場的強(qiáng)弱是否能反映電流的大小,它們之間的關(guān)系是線性的還是非線性的。我們傳統(tǒng)的考試往往不能測量完整的智力。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 科學(xué)發(fā)展與儀器發(fā)展關(guān)系密切,往往重大儀器的產(chǎn)生會導(dǎo)致科學(xué)的革命,如望遠(yuǎn)

11、鏡的產(chǎn)生對近代天文學(xué)的推動,電子對撞機(jī)對核物理的推動作用。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn) 實驗是人為地把事物放在特定的條件下予以研究,觀察它的自然變化和形成原因,以發(fā)現(xiàn)規(guī)律,探求合理的解釋,是科學(xué)觀察另一種比較高級的階段。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察 【實驗與觀察的關(guān)系】 實驗是經(jīng)過抽象、排除與所關(guān)心的科學(xué)問題無關(guān)的影響因素的觀察。實驗可以說是人造的觀察,也可以說是有結(jié)構(gòu)的觀察。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察 伽利略在比薩斜塔上的自由落體實驗,是一種結(jié)構(gòu)化的觀察,他用兩個大小不同的鐵球這樣的實驗結(jié)構(gòu)排除了空氣阻力的影響,使人們通過羽毛飛舞遲于鐵球的表面現(xiàn)象,看到了世界的本來面目。 通過將瓶子放在水中

12、來證明空氣的存在。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察 排除了無關(guān)變量的科學(xué)實驗,與日常觀察、感官觀察具有許多優(yōu)勢:(1)實驗可以讓研究者專注于兩個觀察變量之間的因果關(guān)系,排除了無關(guān)因素的干擾,以揭露事物的本質(zhì)。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察(2)人們可以借助各種儀器設(shè)備,制造出自然狀態(tài)下難以出現(xiàn)或不能出現(xiàn)的環(huán)境和特殊條件,以獲取在通常條件下不易得到或不能得到的許多新的現(xiàn)象。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察(3)人們借助于某種手段,使變化迅速的過程得以延緩,使變化緩慢的過程得以加速,以便進(jìn)行科學(xué)的認(rèn)識規(guī)律。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察(4)能將宏大的自然現(xiàn)象縮小規(guī)模進(jìn)行模擬實驗。(大氣環(huán)流模擬實驗)

13、二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察(5)實驗這種特殊的觀察還可以重復(fù)進(jìn)行。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察 人們對一些無法直接進(jìn)行科學(xué)觀察的自然現(xiàn)象進(jìn)行考察和探索通常采用模擬實驗。 例如研究晝夜成因時,可以設(shè)計一個與太陽、地球運(yùn)行相似的模型進(jìn)行替代。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察 怎樣建立模型、怎樣使模型具有與原型盡可能相似的條件,以致能夠替代原型進(jìn)行研究,是成功運(yùn)用模擬實驗的關(guān)鍵問題。 例如,運(yùn)用模擬實驗研究霜的形成,設(shè)計的模型要求滿足原型條件:空氣中有足夠的水蒸氣,有低于0的足夠冷的物體。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察 實驗的目的與觀察在根本上相同的,都是為了獲得認(rèn)識客觀事物和過程的真實數(shù)據(jù)資料

14、;實驗是發(fā)展了的、更精細(xì)化的科學(xué)觀察。二、實驗是一種有控制的科學(xué)觀察第三節(jié):科學(xué)觀察的方法 觀察必須要有順序、有步驟,才能發(fā)現(xiàn)事物各個部分之間的差異,才能從平常的現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)不平常的東西,才能從表面上似乎無關(guān)的東西中發(fā)現(xiàn)相似點或相互聯(lián)系?!居^察的類型】 按不同的分類指標(biāo),可以將觀察分為不同類型。按觀察對象分,有第一手的實物觀察和第二手的模型、圖形觀察;按觀察目的分,有隨意觀察和有指向的觀察;按觀察者的主動程度分,有自發(fā)觀察和教師指導(dǎo)下的觀察;按觀察的手段分,還可分為感官觀察、工具觀察等。【觀察活動設(shè)計】1.感官觀察 運(yùn)用人體的感覺器官,如眼、耳、鼻、舌、手感知事物的外部特點、變化或?qū)傩浴?.非視

15、覺觀察 不使用視覺,只通過其他感官來“觀察”周圍的環(huán)境。研究表明:有時候我們放棄一種感官,反而能夠加強(qiáng)我們其他感官的知覺能力,使觀察能力得到提高。3.比較觀察 出示一組能反映不同屬性的對照物,學(xué)生在觀察中通過比較事物的不同,發(fā)現(xiàn)事物某些平時不易發(fā)現(xiàn)的顯著特征。 例如,在美國FOSS課程中,“認(rèn)識植物的葉子”這一教學(xué)內(nèi)容,讓孩子們通過比較觀察,發(fā)現(xiàn)沒有兩片完全相同的樹葉。4.近距離觀看 通過放大鏡或顯微鏡觀察普通或珍稀的日常用品。它能把一個新的視覺世界引進(jìn)教室,很快就吸引學(xué)生的注意力,催生更多的發(fā)現(xiàn)。5.定量觀察 即測量,借助于一些測量工具進(jìn)行細(xì)致而深入的觀察,獲得一些精確的數(shù)據(jù)。 學(xué)生需要掌握

16、常用的一些測量工具的使用方法,并學(xué)會一些常用的物理量的測量,如:長度、質(zhì)量、體積、面積、大小、溫度、時間等。6.觀察實驗 了表現(xiàn)出所要觀察的事物內(nèi)部的變化或在特殊條件下的變化而采用實驗或試驗方法。 通常借助于一些日常顯性的材料表現(xiàn)隱性的運(yùn)動變化,如用綠豆顯示鼓面發(fā)聲時的振動現(xiàn)象。7.野外觀察隨錄 培養(yǎng)孩子們記錄自己在平時生活中觀察到的事物的細(xì)節(jié)及其所引發(fā)的思考、感受與發(fā)現(xiàn)。這是與自然界發(fā)生的自主的互動,是教育所要發(fā)展的觀察智能。8.連續(xù)觀察 在一段時期內(nèi)對事物的發(fā)展進(jìn)行連續(xù)的觀察,或有規(guī)律的間斷性的觀察活動,從中發(fā)現(xiàn)事物的發(fā)展變化規(guī)律。 如對一株植物的生長周期進(jìn)行全過程的觀察。9.反復(fù)觀察 連

17、續(xù)或間斷的對事物進(jìn)行反反復(fù)復(fù)的重復(fù)觀察,意圖在于檢驗現(xiàn)象的客觀性,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,提高觀察質(zhì)量。10.自我提問 在觀察過程中提出反思性問題,使觀察更加細(xì)致的方法。11.命名游戲 讓學(xué)生自己給生物或非生物取名字。給事物命名是以細(xì)致的觀察和思考為基礎(chǔ)的,它鼓勵人們?nèi)ニ伎妓麄兯姷降氖挛?,并注意觀察細(xì)節(jié),發(fā)現(xiàn)差異與特點。用來了解事物是什么、怎么樣的活動是事實觀察,它是科學(xué)觀察的初級階段,主要是就單個事物進(jìn)行觀察。 【觀察能力的提高】 隨著感官觀察向借助工具的觀察、靜止的觀察向動態(tài)的觀察、外部特征觀察向內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察、局部細(xì)節(jié)的觀察向整體特征觀察的進(jìn)展,觀察能力逐步得到提高?!颈容^觀察】 在兩個或多個事物之間

18、進(jìn)行的觀察是比較觀察,在比較中發(fā)現(xiàn)事物之間的相似與不同,發(fā)現(xiàn)問題或解決問題,從而找到因素之間的聯(lián)系?!咎骄坑^察】 探究觀察是科學(xué)觀察的最高水平,觀察者自己發(fā)現(xiàn)值得研究的感興趣的問題,并想辦法通過一系列的觀察解決這個問題,達(dá)到科學(xué)家的境界。第四節(jié):觀察教學(xué)的過程 觀察是感知的特殊形式,是認(rèn)識事物之源。它激勵人們提出問題,幫助人們回答問題,被當(dāng)成科學(xué)研究的基礎(chǔ)。 我們提倡突出觀察活動的主體學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性,突出觀察活動的實用性和開放性,從發(fā)展學(xué)生觀察智能的角度,注重系統(tǒng)的培養(yǎng)與訓(xùn)練,同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。 心理學(xué)理論認(rèn)為,人類的觀察活動是一種有目的、有意識地去認(rèn)識事物的知覺過程,是

19、多種心理因素共同作用的結(jié)果;觀察的過程是多種心理因素共同參與的過程。一、觀察的心理學(xué)基礎(chǔ)【觀察的過程】(1)注意過程 觀察事物必須專心致志,否則就不會有令人驚奇的發(fā)現(xiàn)。一、觀察的心理學(xué)基礎(chǔ)(2)記憶過程 在觀察的過程中,需要記住現(xiàn)象,進(jìn)行前后對比;同時為了識別、理解新事物,必須從記憶的倉庫中調(diào)動原有的知識與經(jīng)驗。一、觀察的心理學(xué)基礎(chǔ)(3)想象過程 在認(rèn)識事物的過程中,受某種因素的激發(fā),產(chǎn)生由此及彼的聯(lián)想與探索性的想象,促進(jìn)觀察的深入。一、觀察的心理學(xué)基礎(chǔ)(4)思維過程 整個觀察事物的過程,都貫穿著思維活動,如:分析、判斷、概括、推理,沒有思維活動,觀而不察,就捕捉不到事物的特征,更談不上揭示事

20、物的本質(zhì)和規(guī)律。一、觀察的心理學(xué)基礎(chǔ)(5)情感過程 它是觀察的催化劑,對觀察起著推進(jìn)或阻礙的作用。一、觀察的心理學(xué)基礎(chǔ)(6)意志過程 當(dāng)觀察遇到困難時,沒有意志力的約束,那是很容易被放棄的。一、觀察的心理學(xué)基礎(chǔ)【幫助學(xué)生克服障礙】 小學(xué)生在觀察活動中遇到困難經(jīng)常顯得手足無措,我們應(yīng)采取合適的教學(xué)策略,引導(dǎo)學(xué)生克服觀察過程中各方面的障礙。一、觀察的心理學(xué)基礎(chǔ) 學(xué)生需要通過自己在學(xué)習(xí)實踐中建構(gòu)起屬于自己的觀察的認(rèn)知結(jié)構(gòu),這種認(rèn)知結(jié)構(gòu)需要在體驗的基礎(chǔ)上生成,僅僅會講、會聽、能記住,是學(xué)不會科學(xué)觀察的。一、觀察的心理學(xué)基礎(chǔ)1.創(chuàng)設(shè)情境,吸引注意 觀察中的專注程度直接影響著觀察的效果,教師要積極創(chuàng)設(shè)讓學(xué)

21、生感興趣的觀察活動,使他們充滿好奇和驚奇,產(chǎn)生強(qiáng)烈的探索愿望和極大的熱情。二、觀察教學(xué)的基本環(huán)節(jié)2.明確目的,指向鮮明 要幫助學(xué)生確定觀察什么,用簡潔明了的語言引導(dǎo)學(xué)生明確觀察目的。引導(dǎo)過程中教師可以用反問或選擇句式引導(dǎo)學(xué)生思考:這個觀察的要求到底是什么?需要解決什么問題?所有的活動都應(yīng)圍繞著這一個中心任務(wù)來開展。二、觀察教學(xué)的基本環(huán)節(jié)4.合作研究,優(yōu)勢互補(bǔ) 要培養(yǎng)學(xué)生的合作精神,每個學(xué)生的認(rèn)識風(fēng)格各具特色,在小組學(xué)習(xí)中學(xué)生充分地交流自己的發(fā)現(xiàn),實際上就是在提供豐富的學(xué)習(xí)材料,大家一起進(jìn)行思維碰撞。二、觀察教學(xué)的基本環(huán)節(jié)5.綜合運(yùn)用,細(xì)致觀察 綜合運(yùn)用各種方法,反反復(fù)復(fù),直至找到合乎事實的結(jié)論

22、。二、觀察教學(xué)的基本環(huán)節(jié)6.巧用記錄,留下過程 記錄是學(xué)生觀察能力的真實寫照,有利于教師有針對性的引導(dǎo),同時還是孩子們的成長記錄,是過程性評價十分重要的根據(jù)。二、觀察教學(xué)的基本環(huán)節(jié)7.表達(dá)交流,形成共識 學(xué)術(shù)交流是科學(xué)研究的重要環(huán)節(jié),大家要在交流討論的基礎(chǔ)上形成共識。二、觀察教學(xué)的基本環(huán)節(jié) 觀察并不是我們生活中所說的簡單地看,是要動腦筋地看、有比較地看、全面地看、有聯(lián)系地看。 如何訓(xùn)練教師和學(xué)生的觀察力,在教學(xué)中我們應(yīng)該注意哪些問題呢?三、觀察教學(xué)中應(yīng)注意的問題1.觀察的目的要明確 例如,在操縱紙飛翼的活動中,教師需要引導(dǎo)孩子們通過比賽,自己形成一個研究興趣點,如:怎樣使紙飛翼下落得更慢一點。三、觀察教學(xué)中應(yīng)注意的問題2.一次觀察活動只針對一個科學(xué)問題。同時研究幾個問題對孩子來說是比較困難的。三、觀察教學(xué)中應(yīng)注意的問題3.所觀察對象的變量要少,一般不超過兩個

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