基于云开发平台的移动学习系统的设计与研究-北京交通大学软件工程硕士学位论文开题报告.pdf
硕士学位论文开题报告论文题目：
学院：软件工程
专业：软件工程
学号：XXX
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一、论文选题的背景意义和根据
（对基础研究，着重结合国际科学发展趋势，论述课题的科学意义；对应用基础或应用研究，着重结合学科前沿、围绕国民经济、社会发展和管理实践的重要问题，论述其应用前景）在信息化社会环境下，移动智能终端设备的使用范围越来越广，同时随着相关支持技术的发展，如移动计算技术、无线通信技术等使得移动学习（M-Learning）作为一种新的学习方式应运
而生，并且随着专业人士的关注而成为教育技术领域的研究热点之一。虽然目前对于移动学习还未形成统一的概念和定义，但这并不影响其在广泛社会人群和研究领域中的运用和推广。移动学习凭借其自身具有的优点，如个性化、情境性、便捷性、移动性等，可以为移动学习者提供随时、随地、随身的学习体验，以满足移动学习者的学习需求，进而能够达到一些目前的传统教学模式所无法达到的效果。如今，移动学习已经在学校、企业、博物馆等不同场景中得到运用，人们对移动学习的相关研究从最初的先期探索阶段逐渐转入使其成为主流学习方式的研究阶段，并进而影响对当前教育模式及主流学习学习方式的探索，关注如何使得移动学习更加便利、更加广泛、更加普适。但是到目前为止，移动学习的发展还处在初级阶段，虽然已经取得诸多的成效，但其自身还存在诸多不足和缺陷，这不仅影响移动学习的效果，也制约着移动学习自身优势的发挥和发展。同时，相关技术的进步和推广为移动学习的发展提供了必要的技术支持和新思路，不仅能有效解决其现阶段存在的
不足和缺陷，也提高了本文开展相关研究的可行性。
二、有关方面的最新成果和发展动态
（包括国内外相关研究现状和实践发展状况分析）
在信息化社会环境下，移动智能终端设备的使用范围越来越广，同时随着相关支持技术的发展，如移动计算技术、无线通信技术等使得移动学习（M-Learning）作为一种新的学习方式应运而生[1]，并且随着专业人士的关注而成为教育技术领域的研究热点之一。虽然目前对于移动学习还未形成
统一的概念和定义，但这并不影响其在广泛社会人群和研究领域中的运用和推广[2]。移动学习凭
借其自身具有的优点，如个性化、情境性、便捷性、移动性等，可以为移动学习者提供随时、随地、随身的学习体验，以满足移动学习者的学习需求，进而能够达到一些目前的传统教学模式所
无法达到的效果。如今，移动学习已经在学校、企业、博物馆等不同场景中得到运用，人们对移
动学习的相关研究从最初的先期探索阶段逐渐转入使其成为主流学习方式的研究阶段，并进而影
响对当前教育模式及主流学习学习方式的探索，关注如何使得移动学习更加便利、更加广泛、更
加普适[3]。但是到目前为止，移动学习的发展还处在初级阶段，虽然已经取得诸多的成效，但其
自身还存在诸多不足和缺陷，这不仅影响移动学习的效果，也制约着移动学习自身优势的发挥和
发展。同时，相关技术的进步和推广为移动学习的发展提供了必要的技术支持和新思路，不仅能
有效解决其现阶段存在的不足和缺陷，也提高了本文开展相关研究的可行性。
基更博士在亚洲开放大学协会第18 届年会上的主题报告中指出：“移动学习代表了下一代的
学习”[4]。移动学习具有诸多优点，给学习者随时、随身、随地的开展学习提供了很大的帮助。对
于学习者而言任何学习方式中的学习资源都是有效学习的重要来源和基本保障，移动学习亦是如此。移动学习资源的设计与开发影响着移动学习效果，所以在移动学习相关研究过程中需要对其
重点关注。
借助相关先进技术和资源建设标准来设计和开发移动学习资源，实现资源跨平台共享与资源
的个性化定制是迫切需要采取的措施。自2006 年Google 公司正式提出“云计算”这个名词之后，
云计算技术的发展如火如荼，并且影响到了众多领域。同样，云计算技术的兴起与飞速发展为移
动学习带来了新的思路[5]，异构系统资源共享机制和分布式计算模式是实现移动学习系统的关键
技术手段，这将有效缓解和解决移动学习现阶段存在的弊端和不足，充分将移动学习与云计算技
术两者的优势相结合，实现优势互补，有效提高和改善学习者的学习体验和学习效果[6]。
一、云开发平台国内外研究现状
云平台，顾名思义，这种平台允许应用程序的开发者们或是将其写好的程序放进“云”里运行，或是直接使用“云”里所提供的各种服务，又或是二者兼而有之[7]。究其本质而论，云平台并不是技术层面的创新，而是支持应用的方式层面的创新；由于IBM、Yahoo、Amazon、Google以及微软
等公司积极投入将并行计算、分布式计算与虚拟现实等技术想商业化方向推动，导致这种新的支
持应用的方式——云平台，发展极为迅速，并且有着巨大的应用前景。
实际环境中的云平台能够提供的服务通常分为三大类：SaaS、PaaS及IaaS[8]。第一类：软件
即服务(SaaS)。SaaS应用时完全在云里运行的，其客户端通常是浏览器或者其他简易的客户端。Salesforce是目前最知名的SaaS应用，另外还有许多其他优秀的SaaS应用。第二类：附着服务。
每个应用其本身都具有一定的功能，可以不时地去访问云里提供的针对该种应用的服务以增强自
身的功能。因为这些服务职能为这些特定的应用所使用，所以可以认为这些服务是附着于该种应
用的。例如苹果公司的iTunes、微软公司的Exchange等。第三类：云平台。云平台提供应用开发
者在创建应用时所需要采用的基于云的服务。
云平台全称云计算平台。云计算平台中的云计算，是将分布式计算、并行计算、网络存储、
虚拟化等传统的计算机技术和网络技术进行融合和发展后的产物[5]。云计算具有可动态配置性、
按需访问性和自动化管理三个特点。目前对于云平台的研究工作主要集中在以下几个方面：云存
储技术、云数据中心、云安全和虚拟化技术等[6]。
云平台通常可以划分为以下三类：以数据处理为主的计算型云平台、以数据存储为主的存储型云平台、以及计算和数据存储兼顾型的综合性云平台[7]。目前全球的去多公司都拥有自己的商业云
平台，其中比较著名的包括微软的Azure平台、Google的AppEngine、阿里巴巴的云电子商务平台、中国移动的BigCloude-大云平台等[8]。
现有的云计算的产品有很多，但是业界龙头亚马逊的AWS却是不得不提[9]。AWS是一个典型的IaaS服务，它提供了存储、计算能力、消息传递和数据集等一系列的服务。这些云计算服务也成为云计算领域各个服务厂商竞相追逐与模仿的风向标[10]。基于亚马逊的AWS，企业用户可以在几分钟的时间内快速地获取基于亚马逊基础设施的虚拟基础设施服务；并且这些基础设施是有弹性的，可以任意扩展[11]。就像windows之于Linux，IOS之于Android，同样除了以上提到的商用的解决方案，也有开源的云平台[12]。Abicloud是Abiquo公司推出的一个开源云计算平台，它能使公司或者企业能以简单、快速和可扩展的方式创建和管理大型、复杂的IT基础设施[13]。Abicloud与其他同类产品的主要区别在于有强大的Web管理界面[14]。Eucalyptus最初是美国加利福尼亚大学的一个研究项目，但是现在已经商业化，发展成了Eucalyptus Systems Inc[15]。不过Eucalyptus仍然按开源项目模式那样维护和开发。OpenStack是亚马逊AWS的开源实现，该项目是由Rackspace和NASA共同发起的[16]。从其被研发问世到现在已吸引了超过176家公司和2000名开发者[17]。OpenStack的愿景是为所有公有云和公有云提供商提供可满足他们任意需求、容易
实施且可大规模扩展的开源云计算平台[18]。
二、云计算技术
“云”是网络、互联网的一种比较形象的说法。云计算是传统计算机技术和网络技术发展融合的产物，其中网络技术包括网格计算、分布式计算、网络存储、以及负载均衡等技术支持[19]。云计算可以将移动终端设备中的信息和云端服务器中存储的资源集中在一起，实现基于互联网的协同工作的超级计算模式。与此同时，云计算技术拥有由大量计算机构成的云端服务器资源池，并将计算任务分布其中，即使是大量用户同时访问也能从容应对，能够适应各种不同应用操作系统并可以根据用户需要获取计算力、存储空间和各种软件服务[20]。
在分布式数据处理技术的支撑下，云计算技术能够对大数据环境下的海量互联网信息进行有效的存储和管理，使数据的检索、调用等更加智能化，为学习者和用户查询、获取信息提供了更加快捷的服务[21]。云计算技术还具有一些明显的特征优势：如具有超大存储空间、数据安全性、超强计算能力，通用性等特点，这些都为实现资源存储、调配和共享提供了极大的便利，同时也为移动学习资源的个性化定制和共享率的提高提供了思路[22]。
三、云端一体化
云端一体化的理念是随着云计算技术与各种终端技术的发展而演变来的，各种终端包括个人笔记本、平板电脑、智能手机、智能眼镜或手表等，本文研究中涉及到的终端设备主要是具有不同操作系统的移动智能设备[23]。换言之，云端一体化就是云服务器端和移动智能终端是可以相互作用的，即不同操作系统的手机可以访问云端的资源和信息，实现资源共享；同时，云服务器端也为移动智能终端提供反馈，根据学习者请求给出回复，并可以将学习者存储在云端的资源用于不同学习者之间的资源和信息共享，通过信息的上传下达满足不同学习者的学习需求[24]。
3. 1 云端一体化的内涵与特点
云端一体化可以实现云端与异构移动终端之间数据信息无间隙、一体化传输和共享，其目标是满足学习者在任何时间、任何地点访问任何信息与应用，并且管理任何数据的需求。通过云端一体化，学习者可以将对设备操作系统、硬件设备条件等的约束降到最小化，将数据存储在云端，不仅安全、可靠，还能够享受随时随地访问云端信息资源的便利[25]。云端一体化平台是连接云端和异构移动终端的纽带，满足不同学习者的学习需求，传递信息，具有以下特点：
3.3.2 协同性
一端是数据量极大的服务器集群，另一端是无处不在的移动终端；一端是相对完善的信息资源池，另一端是学习者各不相同的学习兴趣和需求等，这些是该平台需要连接和服务的两端，同时也是该平台要协同完成任务的两端[28]。协同云端与移动端的连接、传输等工作，协同资源与请求之间的调配；还要协同不同用户之间的请求，提高资源的利用效率[29]。
3.3.3 独立性
云端一体化平台主要解决的问题之一就是资源不能跨平台、共享率低，通过相关技术的设计与开发，最终实现与平台无关、硬件独立、不同终端之间资源共享和重复利用的效果，为学习者自主性、个性化的学习需求提供支持[30]。
3.3.4 便捷性
解决了资源的共享问题之后，用户可以通过任意移动终端访问云端学习资源，把用户从对操作系统平台和硬件设备的依赖中解放出来，减少甚至消除访问时间和访问地点的限制，真正满足用户不受时间、空间限制的学习，为移动学习者的学习提供了极大的便利[31-33]。
3.2 云端一体化移动学习资源的技术支持
云端一体化移动学习资源开发需要借助特定的技术条件和手段，包括移动开发工具包（SDK），J2ME、Flash Lite 等技术程序[34]，以及支持移动学习资源开发的不同操作系统（如安卓、塞班、微软等）等开发移动学习资源。鉴于本研究的目的之一是实现资源的跨平台共享，故主要对以下技术支持做具体分析：
3.2.1 操作系统
根据市场分析提供的智能手机操作系统在全球范围内的分布情况，可以得知，时间截止到2014 年第二季度，Android 操作系统的全球市场份额已达84.6%（有史以来最高比重），而其他操作系统，如iOS、Windows 等操作系统市场占有比均有所下滑[35]。
其中，Android 操作系统在近两年的全球市场份额中一直稳居第一位，而且本季度将近85%的比重却是历史最高纪录[36]。该调查还指出在2014 年第二季度，支持Android操作系统的移动设备在全球范围内的出货量高达为2.496 亿部，与去年同期为1.868亿部相比增加量十分可观[37]。根据调查，我国Android 手机操作系统的市场占比达到78.8%。众所周知，Android 操作系统与其他操作系统的不同是它的源代码是开放的，并且主要用于移动设备。Android 操作系统的高份额的市场占有率也为移动学习资源在大范围内统一标准，实现资源共享提供了契机[38,39]。
3.2.2 编程开发语言
Java 语言是Android 操作系统中运行软件的开发语言，其具有以下主要特点:平台无关性，Java 可以运行于不同的操作平台；具有高安全性，对程序提供了安全管理器，能够防止程序的非法访问[40]。此外，Java 还具有面向对象、分布式、健壮性等特点，通过库函数可以在使用网络上的文件时和使用本机文件一样容易,其中，Java RMI（Java Remote Method Invocation）是Java 编程语言中一种用于实现远程过程调用的应用程序编程接口。同时，Java 还致力于检查程序在编译和运行时的错误，减少内存出错的可能性。Java 程序语言的以上特性其得到广泛的应用，同时也为移动学习资源的开发提供了编译基础和便利[41]。
除Java 编程语言外，可扩展标记语言XML 非常适合网络数据传输，其功能极其简单且易于在不同程序之间读写数据。XML 语言在数字化学习管理中能够顺利通过现有HTTP 传输协议，实现数据可靠传输；其灵活有效的数据管理和存储格式能够实现于不同系统间数据的共享与交互，以上特性可以有助于实现移动学习资源不同操作系统之间的兼容与共享。
3.3 云端一体化体系架构
云计算的应用形式主要有SAAS(软件即服务)，PAAS(平台即服务)，IAAS(基础设施即服务)。本研究中的云端一体化体系既有SAAS 的部分功能，又有PAAS 的服务，但整体而言本研究更加偏向于SAAS——软件即服务[42]。云计算的SAAS 应用形式是指将开发好的软件置于云端服务器中，用户只需要通过浏览器即可获取该软件所包含的信息和资源，不仅可以省去在移动终端安装软件的时间，还可以有效减少移动设备内存的占用，保证学习过程中资源访问的流畅度[43]。
云端一体化平台简单来看就是将云端资源与异构移动智能终端设备连接起来，对学习资源的获取不再受不同操作系统以及硬件设备的局限，可以相互访问和通信。云端一体化平台中的云端服务器接收并处理移动终端的各种请求，解析处理后向移动终端发送相关信息；同样地，移动终端不仅可以访问存储在云端的各种资源和服务，也可以将自己的资源存储于云端供其他学习和交流[44]。
云端一体化未来将作为移动学习的主要支撑平台，不仅为移动学习提供强大的服务支持，实现资源之间的跨平台共享与交流，还为学习者提供可靠的学习体验，降低学习成本，提高了学习效率[45]。
四、云端一体化下移动学习资源设计思想
从以上分析中可以看出，云端一体化的内涵与特点以及其技术支持等为移动学习的进行和发展提供了良好的条件，两者有共通之处，同时云端一体化也为移动学习资源现阶段问题和不足的解决提供了新的解决思路和途径[46-49]。云端一体化是对云计算技术的进一步延伸和拓展，并将其运用到移动学习领域，使云端海量学习资源和服务与各种异构移动终端连接在一起，为学习者提供丰富、良好的学习支持和服务[50,51]。
4.1 云端一体化对移动学习的作用
在云计算模式中，互联网的计算架构由“服务器+客户端”向“云服务平台+客户端”演变。云端一体化平台作为云环境下移动学习的主要支撑平台，能为移动学习者提供海量、安全的信息存储和快捷、便利的网络服务，使学习者真正实现与平台无关、硬件独立的无缝学习状态[52-54]。云端一体化对移动学习的作用主要体现在以下几个方面：
4.1.1 提供强大的存储能力和服务功能
云端服务器是由数量庞大的服务器集群组成的，不仅有存储数据的大量空间，还有很高的数据处理和计算能力[55]。所以，在存储海量移动学习资源的同时，云端一体化平台能够在分布式处理技术、网格技术等技术支持下快速处理学习者请求，将学习资源与各种服务高度整合，能够为移动学习者提供强大的学习支持服务[56-58]。此外，还可以扩大移动学习资源共享和使用的范围，提高资源的利用效率，适合大规模使用移动智能终端进行学习的移动学习模式[59]。
4.1.2实现资源在不同操作系统之间共享，提高资源重复使用率
移动学习资源存储在云端服务器中，在统一的学习资源管理系统的调配下，全国各地甚至世界各地的移动学习者只要通过移动设备与云端实现无线连接，就可以访问存储在云端的所有共享的资源[60]。除此之外，移动学习者可以充分利用云计算超强计算能力和资源灵活定制这一优点，根据自己的实际需要和兴趣爱好获取学习资源，因人而异的获取一套方便快捷、符合自己的个性化的学习服务。
4.1.3资源存储安全可靠
在云端一体化环境下，海量信息包括移动学习者的用户信息、学习数据以及学习资源和服务等都存储在云服务器端，这样即使服务器端的节点出现问题，或者移动学习者的移动设备出现故障，都不会影响移动学习[61]。而且，云计算具有数据备份和保护功能，能够保证云端数据信息和支持服务的稳定与安全。
4.2.1 以学习者为中心，满足移动学习者的需求
移动学习是由学习者自主进行的个性化学习，与传统意义上的学习不同。移动学习者的特点和学习需求是资源设计与开发的落脚点，在设计中应该以学习者为中心，立足于学习者的学习需求使其根据自己的实际需要自主制定学习计划、选择学习内容[62]。因此，资源开发者要尽量设计出适合不同学习者的个性化的学习资源，充分利用相关技术优势，根据学习者的需求和兴趣给予最快捷而准确的反馈，满足不同学习者的个性化需求[63]。
4.2.2 立足移动学习的特点，符合“碎片化”要求
移动学习具有情境性、交互性、碎片化等特点，所以资源设计要遵循自身特点，开发出持续时间短、与情境相关、并包含有效交互的微型学习内容，以方便移动学习者易受外界干扰、注意持续时间较短的特点，满足随时、随地、随身的学习要求[64]。移动学习的情境是比较灵活的，比如公交车、地铁、火车站、快餐店等。在以上情境中进行的移动学习极易受到外界环境的干扰甚至中断；而且移动学习者的学习时间也是“碎片化”的，持续时间不长。因此，移动学习资源的设计应该考虑外界环境的干扰、以及碎片化时间的学习等因素，尽量避免结构复杂、体系庞大的学习资源。在移动学习资源的设计过程中应该选择结构简单、知识量小的知识点，与移动学习的特点相呼应，使学习者能够随时随地的开展学习，提高学习效率[65]。
4.2.3 交互性原则
移动学习过程不仅需要学习者独立自主进行，完成学习任务，同时在这一过程中也需要学习者与周围的同伴、老师、学习环境、学习支持系统等进行交互，相互协助，共同完成学习任务[66]。同时，移动学习支持系统要对学习者的学习进度和学习状态进行记录并反馈给学习者和教师，这样不仅有助于学习者了解和掌握自己的学习情况，有的放矢的学习，也有助于教师掌握学生的整体和个别学习情况，方便统观全局和因材施教[67]。对此在移动学习资源的设计与开发中应该增强有效交互，使学习者能够获得实时的交流、评价和反馈，增强学习的兴趣和动机，在潜移默化中提高学习兴趣，完成学习任务[68]。
4.2.4 统一资源建设标准，建设“规范化”学习资源。
现阶段移动学习资源建设缺乏统一标准和规范，导致资源重复开发，且重复利用率低。目前，对于移动学习资源的设计和开发可以借鉴相关模型有e-Learning 标准、SCORM 标准等，通过已有相关标准制定出适合移动学习资源的建设标准，使移动学习资源更加有序、有效，增加资源的跨平台使用和共享，节省存储空间，方便资源高效管理和调用，减少学习资源开发的成本，进一步完善云端一体化环境下移动学习的用户体验。
三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标
1.课题的研究内容
（1）对移动学习的内涵与特点，以及移动学习设备的特点作详细分析，之后阐述移动学习的理论基础与技术支持，其中理论基础包括学习理论、设计理论和教学理论；技术支持包括移动计算技术、无线通信技术、软件技术和云计算技术等。在基本内容阐述完成之后提出云端一体化环境下移动学习资源的设计思想，并对资源设计需要遵循的原则作出分析。
（2）以“教育技术”课程的移动学习为案例，在教学设计理论等思想的指导下对云端一体化环境下移动学习资源进行设计，包括移动学习材料、移动学习环境和移动学习支持系统三个部分，并着重对移动学习资源资源个性化、交互性进行设计研究。
（3）为进一步完善移动学习资源的设计与研究，架构出云端一体化移动学习资源库模型与云端一体化移动学习平台模型，并对平台具体模块和功能进行分析，为以后移动学习资源的相关研究奠定基础。
2.拟采取的研究方法、技术路线及研究难点
(1)拟采取的研究方法
本研究采取异构系统资源共享机制和分布式计算模式，此模式是实现移动学习系统的关键技术手段，这将有效缓解和解决移动学习现阶段存在的弊端和不足，充分将移动学习与云计算技术两者的优势相结合，实现优势互补，有效提高和改善学习者的学习体验和学习效果。
(2)技术路线
基于云端一体化的移动学习资源设计与研究，首先将云计算技术与移动终端技术相结合，满足移动学习者的学习需求，为其提供丰富、即时、准确的学习内容；其次，使移动学习者在移动学习过程中能够获得较高的学习交互体验，支持学习者进行协作学习和情境学习。最终，将云端与各异构移动智能终端连为一体，实现移动学习资源跨平台共享，减少操作平台系统、硬件设备、应用安装管理等对学习者随时、随地学习的束缚，更好的为学习者服务。
(3)研究难点
第一，云计算技术与移动终端技术相相融合并应用与移动学习当中。第二，使最终构建的云端一体化的移动学习平台能够对学习者产生有效的促进作用。
3.预期达到的目标
（1）构建出移动学习资源教学设计的一般流程和资源库模型。
（2）将云端一体化与移动学习资源设计相结合，并架构出云端一体化移动学习平台模型。
（3）实现云端一体化移动学习资源的系统开发和实践应用。
四、文章写作目录
第1 章绪论
1.1 研究背景与研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内外移动学习资源研究综述
1.2.2 国内云端一体化研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 本文组织结构
第2 章移动学习相关理论与技术支持
2.1 移动学习的内涵与特征
2.1.1 移动学习的内涵
2.1.2 移动学习的特征
2.2 移动学习终端设备
2.3 移动学习的相关理论基础
2.3.1 学习理论
2.3.2 设计理论
2.3.3 教学理论
2.4 移动学习的技术支持
2.4.1 移动计算技术
2.4.2 移动通信技术
2.4.3 软件技术
2.4.4 云计算技术
第3 章云端一体化下移动学习资源的设计思想3.1 移动学习资源
3.1.1 学习资源
3.1.2 移动学习资源的内涵
3.1.3 移动学习资源的特点
3.2 云端一体化研究概述
3.2.1 云端一体化的内涵与特点
3.2.2 云端一体化移动学习资源的技术支持3.2.3 云端一体化体系架构
3.3 云端一体化下移动学习资源设计思想
3.3.1 云端一体化对移动学习的作用
3.3.2 云端一体化下移动学习资源的设计原则第4 章云端一体化下移动学习资源的教学设计
4.1 前端分析
4.1.1 确定教学目标
4.1.2 学习内容分析
4.1.3 学习者特征分析
4.1.4 确定学习需求
4.2 移动学习资源设计
4.2.1 移动学习材料设计
4.2.2 移动学习环境设计
4.2.3 移动学习支持系统设计
4.3. 脚本撰写
4.4 云端一体化移动学习资源库设计
第5章云端一体化移动学习平台设计与资源开发
5.1 云端一体化移动学习平台
5.1.1 云端一体化移动学习平台架构
5.1.2 自适应网络接口设计
5.2 移动学习资源开发与测试
5.2.1 开发技术与环境
5.2.2 移动学习资源模拟测试
五、论文详细工作进度和安排
时间段研究内容
2015.01前期调研，撰写开题报告和文献综述2015.02—2015.03项目实地考察、资料收集
2015.03—2015.04相关资料整理与分析
2015.04—2015.05系统设计相关技术及材料整理
2015.05系统设计完成
2015.06—2015.07系统应用与测试
论文框架结构设计，完成，并提纲撰写毕业论文初2015.07—2015.08
稿
2015.08—2015.09毕业论文修改、完稿
2015.09准备答辩
六、主要参考文献
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