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[关键词]计算机技术 信息化 发展趋势
1计算机科学与技术的历史步伐
已去的20世纪,是计算机飞速发展的一个时期。英国数学家布里顿・艾伦・图灵和美国数学家冯・诺依曼在计算机体系结构方面做出了巨大的贡献。1935年到1936年间由图灵设计的抽象计算机“图灵机”成为计算机发展历史中的里程碑,因此,图灵被人们公认为计算机科学之父。冯・诺依曼在1945年总结了ENIAC计算机的优缺点,提出了基于存储程序的通用电子计算机EDVAC逻辑设计方案,1952年成功设计建造,它在体系结构设计中实现了数字化的计算过程、存储程序控制并按电子学原理工作,这三点奠定了现代计算机体系结构的基础,因此,人们又把现代计算机称之为“冯・诺依曼计算机”。
1947美国贝尔实验室的物理学家威廉・肖克莱、约翰・巴丁和沃尔特・布莱顿共同发明了晶体管,他们一起成为了晶体管之父。11年之后,美国物理学家杰克・基尔比研制出第一块集成电路(IC),从此,以晶体管为基础的芯片按照摩尔预言的速度发展,带来了今天计算机的普及,基尔也成为了电子学革命之父。大规模集成电路的发展和微处理器的出现,其直接成果就是带来了计算机的高性能和快速小型化,1971年,世界上第一款微处理器――Intel4004问世,1978年,英特尔公司开发出了8086,首次用于IBM PC机中,电脑走入家庭。一个全新的概念“个人电脑(PC)”取代了“微电脑”的概念。
2计算机科学与技术得到发展的原因
2.1日新月异的时代需求。起初对计算机的时代需求为“二战”时期,有着对各种信息进行处理加工的欲求,这样促使进算计的研发运用。随后信息化时代的快速发展,计算机的运算速度也在不断的提高,存储功能不断强大,使其在教育、经济等领域迅速发展普及。市场激烈的竞争之下,计算机要顺应社会需求,不断的研发变化着,无形的竞争很大程度上促进了计算机科学技术的发展进步。
2.2稳定的选择机制基于计算机技术。对于相互竞争的技术价值做出一个共识性判断之前需要一段时间,这种不确定因素可能最后影响选择机制。大多数,同时发挥作用的围绕计算机技术的若干选择判据和机制及其影响要素,选择的环境常常是非常敏锐和稳定的,这是计算机技术迅速发展的一个重要原因。在实践中,最强的技术性创新,把经济之间的激烈竞争转化为了技术性的较量。其计算机的发展在工程学科和应用学科也给我们许多启发。这使计算机的选择机制判断更加稳定明显,这样就更容易解决计算机在生产生活的运用中所存在的各种问题。
2.3科学技术的发展离不开计算机技术的支持。新一代的技术与其他领域结合,又为了满足其需求不断的研发更新,慢慢计算机技术成为生活生产中的重要工具,并成为其他行业生产中重要的工具,直接与间接的促进了各个行业科学技术的发展,最终提高了社会的经济水平。
3计算机科学与技术的发展趋势
计算机的具体发展趋势主要分为两大部分:
3.1智能化。智能化计算机是指设计结构独特并采用平行的处理技术,对计算机中的多个数据及多种指令可进行同时处理和分析的一种超级计算机。超级计算机相对于普通的计算机来说有着更高的运算速度。这些更智能化的计算机跟接近与人类大脑的性能,可以为人们生活和工作提供方便。更可以在某些高端行业,帮忙处理大量繁杂数据,提高工作效率,节省时间与成本。
3.2新型计算机。计算机的发展是基于硅芯片技术的不断更新,但由于需求的不断加强,硅芯片的研发潜力已近极限。所以很多新型计算机就成为了计算机技术的发展趋势。
3.2.1纳米计算机。计算机技术与纳米技术相结合,便有了纳米计算机。纳米元件与电子元件相比,其体积较小,质地优良且导电性能较高,完全可以取代传统的硅芯片。纳米技术兴起于20世纪80年代初,纳米作为一种计量单位,它的目标是使人类可以自由的操作原子。使用纳米级芯片组成的纳米计算机的能耗非常小,几乎可以忽略不计,性能上远远高于现有的计算机,所以纳米计算会是计算机技术的发展趋势之一。
3.2.2量子计算机。量子力学的原理来对大量数据进行运算以及存储和分析处理的源自可逆计算机的一种物理装置,而量子计算机就是基于这个。量子效应是量子计算机研发的基础,这种计算机中,开与关的状态是通过激光脉冲来改变一种链状分子聚合物的特性来决定的。由于量子的叠加效应,与传统计算机对比而言,量子计算机存储的数据量要大得多,还有就是,其运算速度是传统计算机的十亿倍。除了其存储性能及运算速度方面的优势外,其在安全性及安保体系等方面的优良性能也远远高于传统计算机。这也成为了计算机发展的另一趋势。
3.2.3光子计算机。光子计算机是利用光子进行计算,用光子代替传统的计算机通过电子进行数据计算、传输和储存。并把传统计算机的导线互联转变成了光互联。传统的计算机硬件结构复杂,多数为电子硬件,而光子计算机则为光子硬件,并为光运算,不同的数据是由光的不同波长表现出来的,对于复杂的任务可以进行快速处理。成为新型计算机一员。
关键词:涂料 功能性 机理
近些年来,随着科学技术的不断发展和人民生活水平的日益提高,涂料的作用已不仅仅局限于传统意义上的防腐保护和外观美化,而被赋予了涂装以外更多新的功能,而这类具有某种特殊功能的涂料则被称为功能性涂料。功能性涂料已成为现代涂料的重要组成部分,受到了越来越多的关注。目前,已被广泛应用的功能性涂料主要有耐高温涂料、防污涂料、防水涂料等等。
一、耐高温涂料
耐高温涂料,也叫做耐热涂料,是指在一定时间,一定温度范围内(一般在200℃以上)能够经受高温环境氧化腐蚀而漆膜不变色、不脱落,仍能保持适当的物理机械性能,从而使得被保护对象在高温环境中能正常发挥作用的特种功能性涂料。耐高温涂料具有良好的大面积施工工艺性能,且成本低、效果显著。耐高温涂料主要由耐热基料、颜料、填料组成,其耐高温性与基料的耐高温性密切关系,并受颜料、填料与基料互相配合的影响。由于基料的差异,耐高温涂料主要分为无机耐高温涂料和有机耐高温涂料。
目前,对于耐高温涂料的研究热点主要集中在以下几个方面:
1.纳米技术在涂料中的应用,通过在以达到提高涂层硬度、韧性、耐磨性等方面的性能[1];
2.有机树脂的改性。通过对树脂基体改性或综合几种树脂的优良性能,以达到降低成本,提高涂料附着力、耐有机溶剂性和机械性能等的目的。
3.调整涂料组分中基料、颜料以及填料的配比,以降低成本,提高各项性能。
二、防污涂料
防污涂料是伴随着人们对海洋的开发和利用而逐步发展起来的,它是防止海洋生物附着污损最经济、最有效的方法。防污涂料一般涂装于船底和海洋水下设施的最外层,通过漆膜中毒料的水解、扩散或渗出等方式而逐步释放毒料,从而达到防止海洋附着生物附着于船底和海洋水下设施。早期的防污涂料在利用有毒重金属离子的释放消除污损生物的同时往往会污染海洋环境,不利于可持续发展,因此对新型无毒防污涂料的研发势在必行。目前,新型的无毒防污涂料主要有:
1.低表面能防污涂料,其防污机理为涂料表面的低表面能使得海洋生物难以附着,即使附着,在水流或者外力的作用下也很容易脱落。
2.以导电涂料为表层的电解海水防污技术[2],其工作原理是当在船壳上涂布绝缘层后,导电涂层充当阳极、船壳其它与海水接触部分充当阴极。当有微弱电流通过漆膜表面时,附近的海水会发生电解,产生次氯酸根离子,覆盖在船壳表面,从而形成保护膜,达到防止微生物、藻类、贝类等海洋生物附着的目的。
3.生物防污涂料及仿生防污涂料[3],其中,仿生涂料则是科学家在对海洋生物“天生”性的防污机理进行大量研究的基础上开发出来的一种新型的防污涂料,通过对一些生物的表皮状态进行模仿,赋予涂层以特殊的表面性能等。
三、防火涂料
防火涂料又称阻燃涂料,常被用来涂覆在可燃性基材表面,以达到降低被涂材料表面可燃性的目的或是涂覆在结构材料表面用于提高结构件的耐火极限[4]。其防火机理是在遇到高温时,涂料转变成粘稠的不燃熔融体,把可燃物表面覆盖住,使可燃物表面隔绝空气,或者涂料发生膨胀隔,形成蜂窝水泡沫磁质层,具有良好的隔热作用,可以有效延缓物质的燃烧。根据防火涂料的作用机理可大致分为两大类:非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料。非膨胀型防火涂料附着力、物理机械性能、耐潮性均差,且易龟裂、粉化、剥落;而膨胀型涂料在有机物燃烧后会对空气造成二次污染,甚至产生有毒烟气。未来,防火涂料还将有着极大的发展和应用空间,对防火涂料的研究开发应侧重以下几个方面:
1.膨胀型与非膨胀型防火涂料相结合;
2.重点开发环保型防火涂料、新型钢结构防火涂料、多功能型防火涂料及色彩型防火涂料。
四、导电涂料
导电涂料是涂于高阻率的高分子材料商,使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的特种涂料,主要包括本征型和添加型2大类[5]。本征型导电涂料是利用导电高聚物基体自身的导电功能使涂层带电;而添加型导电涂料是在绝缘高聚物中掺入导电填料,使高聚物基料具有导电性能,这种导电性能并非基料所固有的特性,其导电过程通过导电填料提供自由电子载流子来实现。随着导电涂料研究和开发的不断深入,其应用范围也越来越广,尤其是在电子工业、建筑工业、航空和军用工业等领域,具有重要的实用价值。未来导电涂料将向着高性价比、本征型、纳米化以及环保型方向发展。
随着对涂料研究的不断深入,越来越多的功能性涂料走进人们生活,除了上述几种常见的功能涂料,还有示温涂料、防腐涂料、防水涂料、抗菌防霉涂料、阻尼减振降噪涂料、发光涂料等等,这些涂料都是通过采用物理方法或化学方法对基料改性,使其具有特定功能而获得的。当然,在选用这些功能性涂料时,需要综合考虑各类涂料的优缺点以达到较好的应用效果。相信随着科技的进步,功能性涂料必将迅速发展,为人类的进步做贡献。
参考文献
[1]齐中华, 刘谦. 纳米陶瓷涂料的应用研究[J]. 涂料技术与文摘, 2011(10):29-32.
[2]吴始栋. 用导电涂膜防止海生物附着[J]. 船舶物资与市场, 2000(3): 36-37.
[3]余浩杰, 桂泰江, 肖玲, 等. 生物降解型无铜防污涂料研究[J]. 涂料工业, 2012,42(4): 8-11.
关键词:技术预见;方法论;理念假设
1 技术预见方法论的内涵
最早论述技术预见方法论的是吉尔菲兰在20世纪20年代提出来的“探索法”和“规范法”[1]。其中,“探索法”又称之为“能力导向法”,属于逻辑经验主义的科学发展模式,它主要是依靠科技技术自身的成长能力、发展潜力、各种可能的发展方向等来预测技术的发展趋势、项目投入领域和实现时间等。而“规范法”又被称之为“目标导向法”,属于历史主义中的库恩科学发展模式[2],它要求对科学技术未来的发展方向、发展路径和发展规模等按照人们事先的要求加以规范,或者说要依照既定的目标去发展科学技术。因此,“探索法”和“规范法”是研究技术预见的基本方法论。技术预见方法论其中也包括指导技术预见工作开展的一些原理和具体方法,如情景分析法、德尔菲法,等等。因此,技术预见方法论是关于技术预见学方法的学说与理论,即系统研究和分析科学、技术、经济和社会未来需求及发展趋势,确定具有战略性的科技发展领域以及选择关键技术所应当遵循的基本假设、原理、理念和具体操作方法,是技术预见研究及其在科技决策过程中开展工作的一般方法和总体框架,同时也包括具体的技术预见方法。
2 技术预见的理念假设:契约论、稀缺论与构建论
任何科学研究都有理论假设前提。有研究者认为[3],技术预测研究基本假设为“社会契约论”,该理论的依据是美国万涅瓦・布什(V・Bush)的一份报告《科学――永无止境的前沿》,认为只要对科技大力投入,就一定能有产出。而英国技术预见的基本假设是“资源稀缺论”,理由是所有国家都存在着资源短缺的问题,在给定经济和智力总资源条件下,在科技与其他投资领域中、在当前与未来相互争夺资源的情况下,所有国家均面临资源合理配制问题,每单位资源的使用都存在机会成本。这就需要通过技术预见来合理配制资源。任何一种过度投资行为都将带来不经济现象。
事实上,技术已经不仅仅是单纯的技术问题,还必须考虑技术经济对社会发展的影响,正如WiebeE・Bijker和John Law在1992年出版的《shapingTechnology/Building Society》的一段话比较典型地说明了社会建构主义的观点:“我们的技术反映我们的社会。技术再生产并包含着专业的、技艺的、经济的和政治的因素的相互渗透的复杂性。我们这样说并不是指责技术,我们也不是提出某种技术的导向。我们并不想说‘如果技术是纯粹的技术,那该有多好。’相反,将要说的是,全部技术都是构成我们社会的各种复杂要素所建构的并反映着这些要素;运行得好的技术与那些失败的技术并没有什么不同。‘纯的’技术是没有意义的。技术总是包含着各种因素的折中,无论技术是被如何设计或构建出来,都涉及到政治、经济、资源强度的理论,涉及到关于美与丑的观念、专业倾向、嗜好和技能、设计工具、可用的原材料,涉及到关于自然环境的活动的理论”[3]。因此,笔者也认为技术是被构建的。因而,“技术构建论”也是技术预见所必须遵循的基本假设。
综上所述的基本结论是:技术预见是从技术预测演变而来,因而“社会契约论”、“资源稀缺论”和“技术构建论”都是技术预见的立论前提,预见的目的是“选择最具投资价值的重点领域、关键技术和通用技术,实现其经济与社会利益最大化”,从而实现塑造与构建美好的未来社会。3技术预见的一般原理探讨与分析
英国著名技术预见专家本马丁(B,Martin)在考察了日本开展多年技术预见活动基础上就如何体现技术预见宗旨和理论基础又做了大量研究工作,提出了5“C”技术预见原则:沟通原则、聚焦未来原则、协商一致原则、协作原则以及承诺原则,针对更大范围的技术预见,Anderson and Fears提出了第6个“C”:理解(Comprehension)原则。实际上这6“C”原则背后揭示了技术预见方法论所遵循的基本原理:系统论、突变论、博奕论、辩证法,等等。
3.1 技术预见系统论
3.1.1 协同论 从未来学的角度讲,未来技术必须与未来的科学、经济、社会、环境(文化)和政治协调发展。因此,必须以大系统协同论来指导技术预见专家的研究工作,并在具体的技术预见方法中贯彻这一思想,如在建立技术预见专家库时,不仅仅是来自科学和技术领域的专家,还要包括社会发展界、产业界、教育界、政府的资深公务员等社会各行各业的专家:在技术预见德尔菲问卷设计时,不仅仅只考虑技术自身的成长度,还要考虑市场需求的拉动度。只有这样,才能使技术的发展与科学、经济、社会、环境和政治的发展相适应,尽量避免技术的负面效应。正如预见专家格鲁普(Grupp)和林斯顿(Line stone)(1999)所指出的,随着技术前瞻及预见活动的进行和执行,预见可视为整个社会“协商系统”中沟通的手段[5]。反过来,经济、社会、环境(文化)和政治的发展也会影响技术的未来发展。因为国家科技发展政策的影响越来越大,所以想要参与或影响其制定的团体及成员越来越多,而技术预见活动可以提供不同群体之间的沟通平台,可促进政策制定真正适应环境及使用者的要求。
3.1.2 信息论 信息论是20世纪40年代产生的,其主要创立者是美国的数学家申农(C・E・Shannon)和维纳[6]。今天,广义的信息论还包括“语义信息”、“无概率(主观)信息”、“相对信息”、“有效信息”等“广义有效信息”,以及“模糊信息论”和“算法信息论”等。信息论在技术预见中的应用就是要构建技术预见信息方法论,包括技术预见研究所需要的方方面面信息的收集与处理的方法,如科技信息、市场需求信息、政治信息、社会发展信息,等等。在技术预见信息收集方面一是要不断拓宽有效信息的收集渠道。如建立技术预见专家知识库,定期组织专家提交技术预见咨询报告和开展“头脑风暴法”论坛或“预见沙龙”:不断跟踪和研究世界各国的科技、经济社会发展信息:通过德尔菲法收集不同专业背景的专家对未来技术发展的概率(主观)信息,等等。二是要
不断改进和完善对所收集到的技术预见有关信息的处理方法,提高预见的精度。如把模糊数学引用到技术预见中来,在德尔菲调查问卷中把一些难以量化的指标用模糊数学来表示,如使用一般、不熟悉、较熟悉。非常熟悉等模糊性语言,但在数据统计处理时又要把其还原成精确数据,“精确兮,模糊所伏;模糊兮,精确所依。”只有利用信息论的方法不断地收集更多和更有效的技术预见信息以及完善信息的处理方法。以建立技术预见竞争情报系统,技术预见才能在把握科技的未来发展趋势和重点优先领域选择、关键技术遴选和科技的中长期发展规划中发挥更有效的作用。
3.1.3 控制论 控制论是美国人维纳(NorbertWiener)1947年创立的。技术预见研究也需要借用系统控制论的一些原理。首先,技术预见的科技塑造未来理念实际上就是借助了控制论的事前控制原理,利用对过去信息总结提炼,预见未来科技,来左右和影响未来科技经济社会的发展方向和速度,如趋势外推法、关键技术遴选法等。其次,预见在左右国家的研发事务上,必须对未来需求及现在投资的跨国性基准进行比较,激活反馈程序。以往的预测工具,无法适应全球环境的剧烈变动,而前瞻则注重和其它国家的基准比较,同时以不同的观点描述未来,可以增加整个国家的危机处理能力及适应环境的弹性。再次,具体的技术预见方法上也需要应用系统控制论,如在技术预见德尔菲调查问卷不仅仅要考虑技术自身的能力推动和市场需求拉动,还要考虑影响技术发展的关键因素以及如何利用一些措施来实现这些技术,这事实上也是借用系统控制论的原理来影响未来技术的发展。
3.2 技术预见突变论
技术的发展轨迹不仅仅是连续的,可能还存在跳跃性的发展。在技术预测的历史中,有很多当时站在人类认知最前沿的著名科技、经济大家的错误预见例子。如“这种名叫‘电话’的东西毛病太多,无法认真地把它作为一种通信工具来看待,这种设备对我们一点价值都没有。”(经济管理学家西盟,1876年);“我想计算机的世界市场的容量为5台”(IBM前董事长汤姆斯・奥特森,1943年)。这说明预见科技是多么困难的事情。为什么会出现这种预见性的错误呢?这种“智者千虑,必有一失”,究竟失在哪里呢?失就失在只考虑技术发展的连续性,而没有考虑技术发展间断性、跳跃性。因为在一些新兴的科技领域中,某项技术一旦在其技术本身研发积累达到一定的水平和外界市场需求巨大的条件,就会产生跃迁式跨越发展,如计算机技术,网络技术、数码技术、多媒体技术,等等。而突变论为研究技术发展的不连续性提供了一个很好的研究工具和方法。技术预见专家在预见和选择未来技术时,可以运用突变论的思想来研究可能会出现的颠覆传统的新技术,尤其是在一些新兴的技术领域,很可能出现一些新的颠覆性技术,如纳米技术领域。
3.3 技术预见博弈论
博弈论本身作为一种理论和方法,不仅在经济领域中得到了广泛的应用,而且在其他领域的决策中也发挥了重要作用。事实上,作为一种关于决策和策略的理论,博弈论来源于一切通过策略进行对抗或合作的人类活动和行为,它在军事、法律、政治、国际关系和外交、环保、体育竞技等诸多领域都得到了广泛的应用[7]。技术预见博弈论是指国家(地区)等组织或个人在预见未来科技发展时利用博弈论的基本原理,预见和谋划本国(地区或组织)的未来科技发展方向、重点领域、关键技术选择。技术预见博弈一般属于完全信息动态博弈,但在一些秘密高科技军事技术或其他技术领域的预见博弈则是不完全信息动态博弈和不完全信息静态博弈。
事实上,在全球化的今天,各国(地区)的未来科技发展战略都不是孤立的,而是要充分考虑本国国情和其它国家(地区)的科技发展战略。这事实上就构成了各国(地区)科技发展对策之间的博弈,科技发展策略之间的博弈。而且这种技术预见博弈是客观存在的,如美国在世界上率先研制并掌握了原子弹技术,而随后苏联、英国、法国、中国也掌握了原子弹制造技术,这实际上就是技术预见的完全信息动态博弈。又如,日本在开展技术预见研究时自觉不自觉地运用了博弈论的方法。它在开展前6次技术预见研究时,主要是聚焦未来的应用技术创新,为什么不进行原创性和基础领域的技术预见呢,除了考虑日本本身的财力、资源等要素有限外,还考虑到这些原创性的技术可以从美国引进,这是典型的技术预见博弈跟随战略。而后来的日本第7、8次预见又非常重视原创性的技术,因为此时美国已经加强了对原创性技术的专利保护,使日本引进这些技术的成本非常高。另―个技术预见博弈论的例子就是美国和前苏联之间科技博弈,属于典型的技术预见寡头博弈。美国制订“星球大战计划”等一些高科技军事发展计划,迫使前苏联在本国资源有限的情况下发展军事技术。结果把前苏联的国民经济体系几乎搞垮。
3.4 技术预见与辩证法
马克思曾说:“辩证法对每一种既成的形式都是从不断的运动中。因而也就是从它的暂时性方面去理解;辩证法不崇拜任何东西,按其本质来说,它是批判的和革命的。”马克思的这一经典论述告诉我们,辩证法的本质和基本精神是对每一种“既成”的形式都持否定、批判和超越的态度。实践辩证法是目的性的,发现辩证法和再现辩证法是手段性的,因为人的存在的根本目的是对外部世界进行实践改造,而科学发现及技术预见与对本质世界的再现则是为实践服务的,是实践的手段。可见,由发现辩证法、再现辩证法、实践辩证法构成的辩证法形态体系,从根本上说,是面向未来的,因此,辩证法就以上述形态体系成为未来学的方法论。而技术预见作为未来学的一个分支交叉学科,辩证法也同样是技术预见的方法论。
技术预见是研究未来技术发展趋势、优先发展领域和关键技术遴选,它的主要研究对象是未来技术成长情况、未来的经济社会发展对科技的需求、技术的两面性。但是,为了研究未来,也要研究过去与现在。尤其必须研究历史与现实的本质,它以未来世界为研究的终端目标,但要以对本质世界的研究为基础,因为只有深谙过去,才能预见未来。另一方面,人类的未来怎样,在很大程度上取决于人类对未知世界的掌握情况,因此,技术预见方法的研究还要与对未知世界的研究与探索同步和协调。由此看来,技术预见方法应当同时研究人类文明面对着的三个世界:未知世界、本质世界、未来世界,技术预见的最终研究成果――对未来世界科技的预见。既是对于正确理念引导之下的人类实践的预期,也是对未知世界、本质世界的研究成果的必然结论。
4 主要技术预见方法的评价
目前国内外通用的技术预见方法、每种方法优缺点以及适用的情况见表1。
5 结束语
技术预见方法在第二次世界大战以后,以惊人的速度向前发展,尤其是在20世纪60年代以后发
展的速度更快。一是表现在预见方法越来越多,并且应用的范围越来越广泛,但每一种方法都有自己优缺点和应用范围。二是预见方法的综合化和融合化,即技术预见很少采用单一方法,通常是各种方法的有机组合。此外,技术预见方法还必须与规划的方法结合起来发挥作用,技术预见支撑科技规划的制订,科技规划的制订需要技术预见,二者互动起来。因此,只有全面理解技术预见方法论,才能构建“面向未来的意识,聚焦科技的观念,战略决策的本质,跨越发展的思想,政府主导的特点,重在行动的精神”的技术预见基本理念:才能从战略高度把技术预见理解为一种新的战略分析与集成的工具,在具体行动上落实“以问题为导向”的技术预见研究,构建技术预见多领域专家交流平台,把握国家科技前沿趋势和社会发展需求,为政府科技决策和我国自主创新战略落实服务。
参考文献
[1]李健民.全球技术预见大趋势[M].上海:上海科学技术出版社,2002:41―42.
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