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第2课时《认识工程》教学设计
一、教学目标
科学观念:
许多发明创造来源于对生活的观察,可以在自然界找到原型;工程建设需要运用相关科学知识以及技术的支撑来完成;工程需要在一定的限制条件下完成任务,要经历相类似的建设过程。
科学思维:
根据工程案例归纳出工程建设过程的相似步骤;了解宏大工程建设所需的科学技术支持,分析工程与科学技术的关系。
探究实践:
能通过阅读资料探究港珠澳大桥建设需要面临的限制条件及解决办法。
态度责任:
认识到工程建设的艰难,从而产生对建设者的敬仰之情;进一步唤起学习工程的兴趣,激发做一名小小工程师的愿望;进一步认识到科学技术对社会发展的重要作用,人类的好奇及社会的需求对科学技术发展的积极促进作用。
二、教学重难点
重点:根据港珠澳大桥工程建设的案例,归纳出工程建设过程的相似步骤。
难点:根据案例了解工程建设所需的科学技术支持,分析工程与科学技术的关系。
三、评价任务(根据需要设计评价量规)
评价任务 评价标准 表现程度 自评 互评 师评
☆☆☆ ☆☆ ☆
总结住房结构及建设过程 能回顾总结住房结构和建设过程。 能 基本能 不能
探索工程建设过程 能了解港珠澳大桥的建造过程并能回答港珠澳大桥建设的四个问题 能 基本能 不能
总结出工程建设的步骤 能 基本能 不能
说出工程建设与科技的关系。 能 基本能 不能
了解工程和科技进步的关系 能根据案例了解工程建设所需的科学技术支持,分析工程与科学技术的关系。 能 基本能 不能
学习收获
四、教学过程
学习活动 设计意图 效果评价
(一)情境导入 科科学习住房的机构和各个系统的作用,对工程有了一定的了解,现在他想在这个基础上进一步了解其他工程建造的特点。于是他请教果果老师,在果果老师的帮助下,他们能解决问题吗? 通过故事情境,活跃课堂氛围,激发学生探究新知的积极性。 学生融入故事情节,对能够联系本节内容的,要给予积极评价。
(二)探究活动 评价活动一:回顾住房结构及建设过程 同学们,我们已经了解了自己的住房,其实住房就是一个工程建设。 教师出示图片 那么,大家回顾一下住房结构及建设过程吧! 教师组织讨论: 参考: 1.住房的基本结构包括门、窗、承重梁、墙体、楼板,需求不同,住房的结构也会存在差异。 2.经历:选址、设计、建造,验收等过程。 其实住房就是一个工程建设,工程建设有许多相似之处,现在我们一起来了解珠港澳大桥的建设吧! 评价活动二:探究工程建设过程 现在,我们一起来观赏港珠澳大桥吧! 教师出示视频《港珠澳大桥简介》,组织学生观看。 1.珠港澳大桥的建设 大家阅读一下港珠澳大桥的相关资料,进行知识大比拼吧! 课件出示资料 港珠澳大桥全长55千米,其中包含22.9千米的桥梁工程和6.7千米的海底隧道,隧道由东、西两个人工岛连接;桥墩224座,桥塔7座;桥梁宽度33.1米,沉管隧道长度5664米、宽度28.5米、净高5.1米。港珠澳大桥建成通车,极大地缩短了香港、珠海和澳门三地间的时空距离,在大湾区建设中发挥着重要作用。港珠澳大桥的工程建造有以下三大亮点技术。 1.外海造岛:港珠澳大桥海底隧道所在区域没有现成的自然岛屿,需要人工造岛。在陆地上预先制造120个直径22.5米、高度55米、重量达550吨的巨型圆形钢筒,通过船只将其直接固定在海床上,然后在钢筒合围的中间填土造岛。 2.沉管对接:沉管技术,就是在海床上挖出沟槽,然后将预制好的隧道沉放至沟槽,再进行水下对接。港珠澳大桥沉管隧道及相关技术是整个工程的核心,既要减少大桥和人工岛的长度,以降低建筑阻水率,保持航道畅通,又要避免与附近航线产生冲突。 3.索塔吊转:港珠澳大桥的斜拉桥距离机场很近,受密集航班影响,海上作业建筑限高严格,传统的架设临时塔式起重机吊装的方法无法施展。为此,施工团队采用预制索塔牵引吊装的方案。 港珠澳大桥部分施工时间节点如下: 2009年12月15日,港珠澳大桥正式开工建设。2012年12月16日,港珠澳大桥主桥墩开钻。 2015年2月3日,青州航道桥56号墩索塔“中国结”结形撑首个节段吊装成功。 2016年9月27日,港珠澳大桥主体桥梁全线贯通。 2017年3月7日,港珠澳大桥海底隧道最后一节沉管安装成功。2018年2月6日,港珠澳大桥主体工程完成交工验收。2018年10月24日,港珠澳大桥通车运营。 现在我们通过收集的资料,进行一次知识大比拼。 游戏规则; 学生分成三个小组,教师出示4道题目,学生进行回答,然后进行评分,分数高的小组获胜。 教师组织学生进行比赛。 1.为什么要建造港珠澳大桥?(2分) 参考答案:促进香港、澳门和内地经济的进一步发展。 2.大桥的建造面临了哪些限制和挑战?(3分) 3.这些问题都是怎样解决的?(3分) 限制和挑战解决办法珠江口有大量的泥沙会涌入海洋增大桥墩的跨度大桥要经过通向香港的唯一航道,桥面高度必须超过80米。修建海底隧道 桥梁和隧道需要用岛屿连接修建人工岛建岛的海床上有淤泥用圆钢筒
将图片与港珠澳大桥施工过程连接起来?(4分) 2.归纳工程设计过程要经历的步骤。 对比房屋和港珠澳大桥的建造过程,我们来归纳一下工程设计过程要经历的步骤。 教师组织学生小组交流讨论。 参考结果: 工程的建设都是有目的的,在建设的过程中会遇到很多困难,要有设计图、进行施工、最后验收。 当遇到困难,根据这些困难进行方案的设计。设计完方案再建造。 下面我们画一下步骤图吧! 教师组织画出工程步骤图。 评价活动三:了解宏大工程和科技进步的关系 中国“天眼”、高铁、“鸟巢”体育场、“天宫”空间站这些工程分别采用了哪些技术?这说明什么? 课件展示相关资料: (1)“鸟巢”工程在建设过程中,采用了大量新技术、新工艺和新材料,创新成果非常丰富,其中、较为突出的新技术、新工艺包括·灌注桩后压浆技术、清水混凝土技术、新型脚手架应用技术、钢结构CAD技术、钢结构防火防腐技术、新管材应用技术、新型空调和采暖技术等。 (2)“中国天眼”—500米口径球面射电望远镜(简称FAST)是中国科学院和贵州省人民政府共建的“十一五”国家重大科技基础设施建设项目。FAST索网结构直径500米,采用短程线网格划分,并采用间断设计方式。FAST索网是世界上跨度最大、精度最高的索网结构,也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系。 (3)中国高铁网是国内首家以打造和传播高铁文化软实力为主、主动对接国家"一带一路"战略决策的互联网平台,由国内首家高铁战略智库--西南交通大学中国高铁发展战略研究中心倾力打造。营运高速铁路里程世界第一。高速铁路的弯道少,弯道半径大,道岔都是可动心高速道岔。大量采用高架桥梁和隧道。来保证平顺性和缩短距离。 (4)视频《中国天宫空间站》 现在我们来讨论一下这些宏大工程和科技进步的关系吧! 学生进行讨论。 参考答案: “工程的关键是技术”。“技术的核心是发明”。科学技术进步支持工程的实施,工程的实施也推动着科学技术不断发展,科学技术与工程是相辅相成的关系。 评价活动四:研讨 教师组织活动: 1.通过两节课的学习,我们对工程有了哪些认识?这些认识的依据是什么? 学生活动,讨论,得出结论。 在工程中的设计往往是有限制条件的,比如材料、环境等。像港珠澳大桥建造时就要考虑没有可用的岛屿进行连接。 2.完成一项工程要经历哪些重要的工作阶段? 学生活动,讨论,得出结论。 明确要解决的问题,在限制条件下进行设计,制作一个模型(解决方案),测试模型,评估改进,重新进行设计,实施建设…… 3.工程与技术的关系是怎样的? 学生活动,讨论,得出结论。 “工程的关键是技术”,“技术的核心是发明”。科学技术进步支持工程的实施,工程的实施也推动着科学技术不断发展,科学技术与工程是相辅相成的关系。 4.假如让我们做一名小小的工程师,我们都要完成哪些工作呢? 学生活动,讨论,得出结论。 在限制条件下进行设计、制作模型测试、评估、改进、修改设计,不断循环往复。 拓展:埃菲尔铁塔于1889年建成,距今已经一百多年,经历了风吹雨打的埃菲尔铁塔为什么如此牢固稳定?它的结构有什么特点? 教师出示视频《埃菲尔铁塔》。 教师组织学生讨论。 参考答案: 埃菲尔铁塔的整体形状呈上小下大,内部为三角形等结构,因此距今一百多年仍牢固稳定。 活动一: 引导学生将学习视角从住宅工程拓展到港珠澳大桥的工程,聚焦本节课的学习主题。 活动二:通过讨论港珠澳大桥的建设,探索工程建设的过程。 活动三:通过拓展中国宏大工程相关资料,引导学生学习并思考工程建设与科技的关系。 活动四: 研讨板块帮助学生梳理这两节课的学习总结,及时检查学生对前面内容的学习情况,又是为下一节课进行建造工程做准备。 活动一: 学生能回顾总结住房结构及建设过程。 活动二: 学生能了解工程建设最核心的关键点是什么,回答四个问题。 活动三:学生能根据案例了解工程建设所需的科学技术支持,分析工程与科学技术的关系。 活动四:学生能积极参与研讨活动,并运用本节课知识点回答相关问题。
(三)生活应用 根据所学内容,说说建筑塔台需要考虑哪些因素? 教师引导,学生交流。 参考答案:塔台的大小、材料、成本、结构是否坚固等。 拓宽领域挥新知、知识运用巧迁移。 观察学生是否积极参与谈论以及现象解释。
(四)知识总结 学生自主总结,用简报或思维导图等形式,进行展示。 帮助学生学会设计思维导图,通过导图总结归纳本节课内容。 教师考查学生运用思维导图进行归纳总结的能力,给予评价。
四、成果集成
总结工程建设步骤以及工程与技术的关系,用思维导图形式展现。
五、作业设计
【知识技能类作业】
一、选择题
(1)关于港珠澳大桥,下列说法错误的是( )。
A.横跨伶仃洋,连接香港与珠海、澳门
B.大桥全长55千米,包含桥、岛、隧
C.大桥在修建过程中利用了两座天然岛屿
(2)建设港珠澳大桥的主要目的是( )。
A.彰显我国强大的经济实力和科技水平
B.促进粤港澳大湾区的经济发展
C.促进科学技术的进步
(3)修建港珠澳大桥时,用圆钢筒围岛的主要目的是( )。
A.保护环境 B.节省时间 C.节省费用
二、判断题
(1)高铁的建设需要运用相关科学知识以及技术的支撑来完成。( )
(2)限制条件是人为添加的,设计无法完成时可以适当减少限制条件,使设计正常进行。( )
(3)“鸟巢”和埃菲尔铁塔应用了现代科技。( )
答案:
(1)C (2)B (3)A 二、(1)√ (2)X (3)√
【综合实践类作业】
收集鸟巢、东方明珠等建筑的结构特点及建造过程,用手抄报的形式展示出来。
板书设计
1.2 认识工程 住宅→港珠澳大桥
七、教学反思
本课通过回顾前知和分享展示自然引入。探索一中,让学生观看视频并阅读资料,提升了学生处理信息的能力。探索二中,一方面让学生自己梳理、归纳住宅与港珠澳大桥建设过程的相似步骤,发展学生归纳总结的能力;另一方面,通过对箭头指向的循环过程的思考,强化学生对设计的重要性、复杂性、闭环性的认知,让学生认识到“工程的关键是设计”这一核心理念。探索三的资料展示,让学生感知到工程离不开大量的科学技术,同时工程也推动着科学技术的创新。拓展部分引导学生思考铁塔为什么如此牢固稳定,它的结构有什么特点,在激发学生学习工程的兴趣的同时,也为后面两课关于设计和建造塔台的学习做铺垫。
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第一单元《小小工程师》大单元整体教学设计
教材版本 教科版 单元(或主题)名称 《小小工程师》
单元主题 学校计划在操场上建造一座塔台,供足球教练指挥队员训练或领操员领操、教操,于是面向六年级学生展开了一场塔台招标活动,参加活动的学生需以小组为单位,从选址、材料选择、塔台的设计、成本核算、人员分工、时间分配等各个方面进行工程整体设计,制作出塔台模型,获胜的小组将获得“塔王”的称号。“塔王”的称号将花落谁家呢?
课标要求 核心概念: 技术、工程与社会;工程设计与物化。 学习内容: 12.1 技术与工程创造了人造物,技术的核心是发明,工程的核心是建造: ①知道技术包括方法、程序和产品等;知道发明的常用方法,举例说出一些典型的发明,知道发明会用到一定的科学原理,很多发明可以在自然界找到原型。 ②知道工程以科学和技术为基础,知道工程通常由多个系统组成;知道中国主要的大科学工程。 12.2 技术与工程改变了人们的生产和生活: ③知道技术对提高生产效率或工作效率的影响,举例说明应用适当技术可以提高生产效率或工作效率,应用所学科学原理设计并制作出可以提高效率的作品。 12.3 科学、技术、工程相互影响与促进: ④初步认识技术与工程对科学发展的促进作用,应用仪器设备进行观察并进行记录;举例说明科学发现可以促进新技术发明。 13.1工程需要定义与界定: ①描述简单的设计问题,包括材料、时间或成本等限制条件。 13.2工程的关键是设计: ②利用示意图、影像、文字或实物等多种方式,阐明自己的创意,初步认识设计方案中各影响因素间的关系。 ③基于有说服力的论证,认同或质疑某些设计方案,并初步判断其可行性和合理性。 13.3工程是设计方案物化的结果: ④利用工具制作简单的实物模型,根据实际反馈结果进行改进并展示。 学业要求: 1.能说出技术与工程的基本特点及其对提高生产效率或工作效率的作用。 2.能举例说出常用的发明方法,能说出一些工程中的主要系统和中国的一些大科学工程;能简要说明技术与工程对科学发展的促进作用,能尝试利用仪器设备进行观测和记录。 3.能尝试应用所学科学原理设计并制作简单的装置,能进行模拟演示并简要解释如何提高效率。能以事实为依据作出判断。 4.能提出满足一定限制条件的简单工程问题,知道验收标准,了解设计方案中各种因素间的关系。 5.能基于所学科学知识,应用创造性思维的基本方法提出多种设计方案,基于批判性思维评价并优化设计方案。 6.能制作实物模型,并基于证据改进实物模型的设计和制作。乐于尝试多种设计方案,初步具有质疑、创新的态度;知道技术与工程需要实事求是,能如实记录相关信息和正确对待作品的缺陷。
教材分析 “小小工程师”单元的学习,让学生经历一个工程建造的系统过程。从贴近学生生活的房屋建造工程入手,以建造塔台为任务目标,让学生一步步地体验、学习工程的过程:明确任务—设计—建造(模型)—测试—评估一改进。学生通过实践,认识工程的各个要素,了解设计是工程的核心,同时渗透工程思维,体会到工程实践与科学探究的不同魅力,从解决问题的角度培养学生的实践能力和创造能力。 本单元隶属于技术与工程领域。在小学阶段,没有对技术与工程做出严格的区分,统一表述为工程设计,本单元实则指向的是工程。单元题目以“小小工程师”命名,就是希望学生担当起工程师的角色,像工程师一样根据规定的任务目标,运用已有经验和对科学的理解,设计并建造出相应的产品。本单元学习核心是以建造塔台为任务目标,让学生经历一个“工程”建造的系统过程:明确任务一设计—建造(模型)一测试一评估—改进。通过塔台建造的实践活动,学生将初步建立起对工程的了解,感受工程的复杂与魅力,从而让科学学习的开展更为活泼和真实。 本单元共有七课时: 第1课“了解我们的住房”,从住房的基本结构、必需系统、建造过程三个方面开展学习。通过对自己居住房屋的回忆和分析,学生初步认识工程是由多个系统组成的。通过阅读房屋建设资料,了解住房建造工程的基本过程,为单元后几课实施工程实践活动做铺垫。 第2课“认识工程”,以港珠澳大桥为例,进行资料搜集与分析,梳理出工程建设的相似步骤,重点明确限制条件下的设计、制作模型测试、评估、改进、修改设计……,直至达成解决问题的循环往复过程。学生从感性角度认识工程,为后五课提升理性认识打好基础。同时,理解工程与科学技术进步的关系。初步理解“技术发明通常蕴含着一定的科学原理”这一主要概念。 第3课“建造塔台”,在之前学习的基础上,开始体验工程实施过程。以招投标形式明确工程项目要求,体会并感受设计的重要作用。在设计中感受工程设计要考虑的各项因素和其相互之间的联系,体会工程的多系统与复杂的特性,加深对工程的理解。 第 4 课“设计塔台模型”,从本课开始,教科书的呈现方式没有沿用惯常的四个板块的编写体例,而是采用工程建设的基本程序来展开。建立模型是工程设计的关键步骤,本课是在上一课设计总体方案的基础上,聚焦塔台设计这个关键点来开展工程实践活动的。在设计中学生要更多地考虑技术难关的突破,思考达成工程项目要求的方法。 第5课“制作塔台模型”,本课的重点是动手做。学生基于上一课的设计动手制作塔台模型。动手制作模型不但是将上一课的设计予以具体实施,而且也是为后几课的测试、评估、改进打基础。实施过程不仅要遵循设计图纸要求,在制作过程中也会有新的发现、感受、改进。 第6课是“测试塔台模型”。模型的设计是否符合工程要求,是以制作模型测试结果为依据的。以评价表为评价标准,全班进行测试、评价是本课的核心活动。量化各项测试活动,比较分析数据,找到自己模型的优势与问题,在此基础上对问题进行梳理与分析,最终明确模型设计或制作方法的修改点,均是本课学习的重点任务。 第7课是“评估改进塔台模型”。本课重点有两个:一是评估,二是改进。改进是工程设计的关键,渗透在工程的各个环节。本课的改进活动要让学生认识到“依据”的重要性,要在数据、现象等证(依)据的支持下进行改进与完善。在本课与前几课的学习中,学生将亲历工程实践的基本程序,完成建造塔台模型的过程,获得小小工程师的角色体验,对工程的理解一定优于之前的认识。但在本课学习的最后,要让学生知道工程设计绝不是“一锤子买卖”,可能要经过多次地反复改进直至满足工程的需要,同时还要提示学生对方案的最终选择是在权衡多种因素后的取舍。
学情分析 通过几年的科学学习,大多数学生对科学课产生了浓厚的兴趣,对科学本质有一定的了解,科学素养得到相当的培养,已经具备了初步的探究能力,他们对周围世界产生了强烈的好奇心和探究欲望,乐于动手,善于操作。不过两极分化很明显。优等生表现出对科学浓厚、持久的兴趣,科学素养发展态势良好;后进生对科学有种担忧,随着年级的升高,课程难度值增加,学习态度不够认真,加上对科学学科的认识不足,认为本学科不重要,轻视,造成科学素养发展态势一般。因此,在教学过程中重点引导学生养成合作探索的意识,让学生在探索中获得真知,在实践中提高能力。 单元题目以“小小工程师”命名,就是希望学生担当起工程师的角色,像工程师一样根据规定的任务目标,运用已有经验和对科学的理解,设计并建造出相应的产品。本单元学习核心是以建造塔台为任务目标,让学生经历一个“工程”建造的系统过程:明确任务一设计—建造(模型)一测试一评估—改进。通过塔台建造的实践活动,学生将初步建立起对工程的了解,感受工程的复杂与魅力,从而让科学学习的开展更为活泼和真实。
单元目标 科学观念: 许多发明创造来源于对生活的观察,可以在自然界找到原型。 一项工程是由多个系统组成的,各系统内部需要协同工作。 工程建设需要运用相关科学知识以及技术的支撑来完成。 工程无论大小都要经历相类似的建设过程。 工程的关键是设计,设计需要经历不断改进的往复过程,直至满足建造要求。 工程建设具有复杂性的特点,需要集合多人的智慧共同协作完成。 2.科学思维: 能举例说出工程与科学技术的关系。 能正确评估本组与他组的塔台模型,反思并提出建议。 能综合考虑各种建议,改进原设计方案,并基于调整后的设计方案对塔台模型进行重整。 3.探究实践: 能通过观察、搜集资料、调查、案例分析等方式获取信息。 能结合自己家的住房,说出住房的基本结构(功能分区)及供水、采光、供暖等主要系统。 通过查阅资料,能简述出住房及其他工程的建造过程。 能根据建造塔台的具体任务,综合考虑相关因素,制订出建造方案。 能根据限制条件设计出符合要求的塔台模型,并能用文字和绘图的方式表达创意。 能根据设计方案制作塔台模型,并能宣讲自己的设计理念与思路。 能按照评价表给定的指标测试塔台模型。 能根据测试结果梳理塔台模型存在的问题并初步提出改进设想。 能自觉运用批判性思维和创造性思维开展工程实践活动。 4.态度责任: 对工程建设抱有极强的兴趣与探索愿望,对担当小小工程师的角色充满期盼。乐于投入建造塔台的工程实践之中,认识到细心、耐心、务实和实事求是的重要性。乐于通过测试的方式发现问题,不断改进设计,体会坚持与信念的重要性。愿意与同学合作、交流与反思,感受到合作的重要性。 感受到工程与科学技术的密切关系,认识到科学与技术的发展对人类生活的影响。 认识到工程是为满足人们对美好生活的向往而付诸的行动,意识到人工世界对社会发展的影响。
单元结构化活动
达成评价 围绕课时学习目标 1.关注课堂问题预设与学生课堂反馈表现。 2.作业设计与学生答题正确率的及时分析。 3.分层设置单元测试。 4.塔台招标活动表现。
单元课时课型规划 课时课型课时内容课时目标 (单元目标分配)课时学习任务 (或问题) (一般1-2个) 达成评价1工程技术课 了解我们的住房结合自己家的住房,说出住房的基本结构(功能分区)及供水、采光、供暖等主要系统。说出住房的基本结构(功能分区)及供水、采光、供暖等主要系统。 能简述出住房及其他工程的建造过程。讨论说出住房的基本结构; 交流简述出住房及其他工程的建造过程,记录在班级记录表和信息记录表中。1工程技术课 认识工程 根据具体工程案例分析工程与技术的关系。知道许多发明创造来源于对生活的观察,可以在自然界找到原型。 知道工程建设需要运用相关科学知识以及技术的支撑来完成。能通过阅读资料知道工程建设需要面临的限制条件有哪些,又是怎样解决难题的。 能了解工程建设所需的科学技术支持,分析工程与科学技术的关系。1工程技术课 建造塔台结合建造塔台所涉及的各个因素和“标书”样本制订出塔台竞标标书。知道对一项工程的设计需要考虑到各因素以及各因素之间的关联。能够考虑到建造塔台所涉及的各个因素。 能够根据教科书中的“标书”样本制订出建造塔台标书。 能够利用文字、绘图的方式表达自己的创意与构想。1工程技术课 设计塔台模型学会设计塔台模型根据建造塔台的具体任务,综合考虑相关因素,制订出建造方案。能根据建造塔台的具体任务,综合考虑相关因素,制订出建造方案。 能根据限制条件设计出符合要求的塔台模型,并能用文字和绘图的方式表达创意。 能深入思考,发现并解决设计中的难点问题。 能反思自己的设计,不断改进。 1工程技术课 制作塔台模型学会制作塔台模型依照设计方案,制作出塔台模型。能依照设计方案,制作出塔台模型。 能在制作模型的过程中发现新问题,引发新思考。 能根据塔台模型制作评价表反思所制作模型的优劣。1工程技术课 测试塔台模型对塔台模型进行测试并记录依据标准对塔台模型进行测试并记录,对测试结果进行反思。能依据标准对塔台模型进行测试并记录。 能对测试结果进行反思,能归因问题所在。 能将问题进行梳理、归纳。1工程技术课 评估改进塔台模型工程要反复评估改进,不断完善,才能达成最终的工程要求。依据评估标准,开展自评与互评,梳理出需要进一步改进的问题,再次改进设计。能依据评估标准,针对每一组模型开展小组自我评估与组际评估。 能根据评估结果,梳理出需要进一步改进的问题。 根据已梳理的问题,依据塔台模型制作评价表再次改进设计。
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