王 沛
(1.西北大学 数学与科学史研究中心, 陕西 西安 710127;2.西安邮电大学 研究生院,陕西 西安 710121)
·科学技术史·
李书华与白兰传真技术在华传播
王 沛1,2
(1.西北大学 数学与科学史研究中心, 陕西 西安 710127;2.西安邮电大学 研究生院,陕西 西安 710121)
依据原始期刊文献,研究近代物理学家、教育家李书华在中法大学代理校长任内,于1926年10月邀请法国电传发明家白兰来华在北京中法大学讲演早期传真技术的历史经过,并对白兰演讲、李书华所译的《传递图像的电报》作了文本分析。结论认为,这是近代传真技术在中国的首次公开演示,开启了中国传真技术经由实物传播的新路径,标志着传真技术在华传播的新起点。李书华在其传者选择、名词术语命名、系统绍介、公开发表于期刊等方面做出了开创性贡献,成为这一重大技术的首要传播者。
李书华(1890—1979);中法大学;传真技术;白兰(M. Edonard Belin,1876—1963);中国现当代科学技术史
李书华(1890—1979),中国近代物理学家、教育家。民国早期留学法国,1918年获图卢兹大学(Université de Toulouse)理学硕士学位,1922年获巴黎大学(Université de Paris)理学博士学位,同年8月受邀回国。历任北京大学物理系主任,中法大学代理校长,北平大学副校长兼代理校长,北平研究院副院长、总干事,教育部政务次长、部长等职务,1948年当选中央研究院院士。李书华极其重视科学技术在国家建设中的地位,重视大学在科学教育、科学研究和科学应用中的作用,在担任北京大学物理系主任特别是代理中法大学校长期间,约请多位中法学者到校演讲。其中,尤为重要的一次演讲是1926年10月14日法国电传图像发明家白兰(M. Edonard Belin,1876—1963)在北平中法大学演讲“电传图像”并示范表演,这是近代传真技术在中国的首次公开演示,标志着传真技术在华传播的新起点。
1.1 童年私塾与学堂教育(1890—1912)
李书华,字润章,1890年生于河北省昌黎县,6岁(1895年)上私塾,16岁(1905年)先后参加县考和府考,后因清朝废科举制作罢。1907年入昌黎县高等小学堂学习整1年,1908年考入保定直隶高等农业学堂农科第三班,入学1年后第三班改为中等班,学习内容包括国文、外国语文(日文日语、英文)、算学、动物学、物理、化学、植物学、矿物学及各种农业专门科目等。1912年,李书华以第一名的成绩从直隶高等农业学堂(时已改为直隶农业专门学校)毕业,并获每年补助大洋600元到法国留学,遂往北京加入留法俭学会,入留法预备学校第一班准备赴法。
1.2 10年留法教育(1912—1922)
1912年底,李书华经西伯利亚到达巴黎,先在蒙达邑中学(College de Montargis),后于1914年转往莫兰中学(College de Melun),学习法文并补习科学。1915年,进入图卢兹大学农科,并同时选习理学院的数学与化学。1918年,获图卢兹大学理学硕士学位(自由硕士),后继续在该校求学,专修物理学。1919年,转入巴黎大学理学院。1920年,成为任教理学硕士,进入让·佩兰(Jean Perrin,1870—1942)的研究室,预备国家理学博士学位。至1922年,先后完成了博士学位所需的两篇论文,第一篇有关主要工作的论文全文发表于法国《物理学报》[1]。1922年6月11日,在巴黎大学理学院举行论文公开答辩后,论文委员会决定以最优等的等级予以通过并公开宣布,即获得法国国家理学博士学位。6月底,李书华接受北京大学校长蔡元培(1866—1940)的聘书,允任北大物理系教授,同年8月回到中国。
1.3 归国后的物理教育生涯
1922年9月至1929年8月,李书华在北京大学先后任物理系教授、主任[2],历时7年,“全部的精力,都给予北大物理系”[3]45。他为北大预科及本科讲授“普通物理”和“近代物理”课程,包括物性、热学、热力学、音学、光学、电学、磁学、放射学及X光线等[4]。李书华重视物理实验教学,其时北大物理系除原有设备外,又添置了不少新设备,设置了机器房,安装了直流电等。李书华本人除兼授物理实验,还为本科一、二年级编写了《普通物理实验讲义》第一册。经过几年发展,“北大本科物理系毕业水准,比美国大学本科毕业水准为高,比美国的硕士学位的水准为低”[3]47-48。
1926年“三一八”惨案后,李书华代理中法大学校长,兼任服尔德学院院长,期间约请许多中法学者到校演讲,因此获得法国政府勋章。1928年,国民政府试行大学区制,李书华任北平大学副校长、代理校长。1930年12月,任教育部政务次长、立法委员,翌年署理教育部长[5],“九一八”事变后请辞。1932年,他创立中国物理学会,任第一、第二届理事会理事长,同时被推为中国天文学会理事会理事长1年。1934年任中法教育基金委员会中国代表团教育部代表,1936年被推举为中国代表团主席。
1929年9月,北平研究院成立,李书华任副院长,历时20年。北平研究院在他的领导下,取得了诸多成绩。至1935年,北平研究院已有物理学、化学、镭学、药物、生理学、植物学、动物学和地质学八个研究所,研究工作“有的偏重学理,有的完全注重实用”,“许多工作,全已得到重要的或者相当的结果”,“各项贡献,很能引起国内外科学界人士的注意,有时且为外国学者所称引”[6]。抗战爆发后,北平研究院迁往昆明,之后的工作“特别注重应用方面的研究”,“同时注重有学术性质或经济价值之调查与研究”[3]137。
1943年,李书华兼任中央研究院总干事,抗战结束后,随北平研究院回到北京,1948年当选中央研究院院士。1945年代表中国出席联合国教科文组织筹备会议,之后参加了联教组织第一、第二、第四及第七次大会。1949年,李书华在巴黎再次获得法国政府勋章,随后旅居法国、德国和美国,1979年7月5日在纽约逝世。
1.4 对法国科学教育思想的关注与介绍
李书华在留法期间即指出“四千年古国,有一线之光明,与无穷之希望者,实为吾辈学生;故使中国而不亡者,为学生;致中国于富强者,亦为学生。而学生之中,尤以留学生似为最有希望者。”因此希望教育当局“规划应设事业”,“注重学生实习”,并“创办中央学院”,否则“恐东亚大陆之美哉山河,将由他人代为整理矣”,故“机不可失,时不再来,吾国人其急图之”[7]。他认为,“中国贫弱的重要原因,就是科学不发达的原故。中国当前的大问题,便是如何救亡图存。解决这个大问题,我们有一条光明的大道,便是发达科学。”[6]
对于科学教育,李书华分析了科学家的特点和成长经历,以寻求科学家教育和培养的共性。他发现“科学家之重要理论及发明,不与其年岁为比例。多数科学家之成就,多在幼年”,其“成熟期,多异常迅速”,大部分都在三十岁之前,“故学校组织,须便成熟甚早,具有科学家天资之学生,能早有成就为宜。吾国小中大各级学校学年甚长,宜及早缩短之。”同时,李书华认为“中学及预备学校中,最足为青年之科学思想障碍者,莫过于古典式教育”,“中国数千年毫无科学思想,实专制式古典教育之结果”,“吾辈青年,须深明此中利害,此实吾民族生死存亡问题”[8]。他创办北平研究院,“就是要发展中国的科学研究,先使中国科学研究由‘无’变为‘有’,再进一步由‘少’变成‘多’,由‘粗’变成‘精’”[9]。对李书华而言,他在国内最为特殊的经历应当是任职中法大学时期,其与中法大学的渊源可以追溯到留法时期。里昂中法大学成立后,时任里大校长吴稚晖(1866—1953)每到巴黎,必到李书华的住所访问,“一谈便是几小时”,并“曾接连不断谈了八小时之久”[3]34。留法10年,李书华对于法国教育体制和学术成就即倍为推崇,而北京中法大学的建立直接将法国先进的教育制度引入中国,使他能够将自己的教育理念付诸实践。
李书华以为,“新发明为世人承认之迟速,往往不以其科学上之价值而定,常以其易于明了与否而定也”[8];“没有人不感觉到火车、轮船、飞机、电报、无线电广播等种种的便利,这些便利全是应用科学之所赐,因人类需要的关系,特别当中国建国时期,自应注意实际应用问题……但是我们应认清科学应用,全是发源于纯粹科学”[10];“中国此时固然应当注重科学应用,但是绝对不能说,此时做科学研究便算多事。非但不算多事,而且实在是必需的”[6]。李书华因而青睐于通过演讲的形式传播科学思想和知识,以应用科学作为切入点,激发学生兴趣,引导其投身纯粹科学研究之中。他多次到全国各地演讲并撰文,传播近代物理知识和科学思想,内容涉及相对论[11]、无线电[12][13]、原子论[14]、太阳能[15][16]、物理学史[17][18]等多个领域。代理中法大学校长期间,凭借早年留法和北大任教期间建立的人脉,李书华亦多次邀请中法学者到校演讲,其中最为著名的一次,当属法国电传图像发明家白兰所演讲之“传递图像的电报”。
2.1 白兰其人与演讲来由
白兰是法国发明家,近代传真技术的主要发明者和改进者。1924年,里昂中法大学学生黄涓生(1894—1990)“前承里昂电书实验所主人之招待,曾与巴黎华法教育会何君鲁之作一度之试验”,因而得以亲身体验白兰式传真机。黄涓生将其见闻感想刊载于《东方杂志》[19],白兰及其传真机遂得以为更多的中法大学学生和国人所知。
1926年,白兰受邀来华,于10月7日赴中法大学参加建校七周年庆典,并于10月14日晚九时,在中法大学服尔德学院讲演其所发明之传递图像的电报。中法大学同时发出请柬,邀请各界旁听[20]。此次讲演盛况空前,包括法国公使马泰尔(Conte de Martel,1878—1940)在内的中外人士约八百人前往听讲,“后来者因讲堂已无立足之地,均立门窗之外……先由李书华君介绍白兰于听众,并述欢迎之意。继白兰讲演,首述其发明之历史,随即述其发信机与收信机之构造与用法。并用幻灯将图片向听众说明,听众莫不赞赏。”[21]
白兰在中法大学的讲演全文,由李书华译成中文,刊入《中法教育界》。在这篇《传递图像的电报》译文中,李书华对白兰的演讲表示了感谢[22]:
“白兰先生是‘传递图像的电报’的发明者,这个讲演的法文原稿,是他讲演后亲自写的。发明者在北京中法大学亲自讲述他自己的发明,又为中法教育界亲自写出他的讲演稿,我们对于他是十分的感谢”。
讲演结束之后,白兰于1926年10月18日,进行了第一次公开传真试验,由李书华亲笔书信一封,发送给东北大学张翼军先生,内容如下[23]:
“奉天东北大学教授张翼军先生鉴:
法国白兰先生由法来华,现利用北京奉天间长途电话线,试验电传字书及电传照像。今日系第一日试验已传递字书数次,成绩甚佳。特此告知。
顺请大安。
弟 李书华十五.十.十八”
此次讲演很快引起了社会各界的注意,故10月29日,白兰“又假北大物理试验室在北京为第二次之试验”,“仍由中法大学代理校长李书华君及京北交通司令兼北京电话局长蒋斌君为之介绍,并由电话局及中法大学同人组织招待团体”,“是日下午三时开始试验……张学良韩麟春于珍王琦邢士廉诸将领及各界要人均先后莅止。外人到者有法公使,东方汇理银行总理马肃,铎尔孟等十余人。合各界来宾共数千人。”[21]
11月8日,白兰离开北京奔赴天津,李书华等中外人士20余人前往送行[24]。
李书华后来回忆:“在我代理校长时期,曾约请许多中法学者到校演讲,很引起学生的兴趣。其中白兰(Edward Belin)演讲,尤其是破天荒的一次。民国十五年十月十四日法国电传图像发明家白兰先生在北平中法大学演讲‘电传图像’(La Télégraphie des Images),并假北大物理实验室利用北京沈阳间长途电话线试验电传字书及电传照像,成绩甚佳……这是中国电传图像的第一次”[3]106。
2.2 白兰演讲内容
白兰在讲演开始,首先对中法大学特别是李书华的翻译工作表示感谢,然后从七个方面对“传递图像的电报”进行了详尽的阐述。
2.2.1 传递图像电报的定义与分类 白兰指出传递图像的电报“是借电力将各种图像传达于一定距离以外所有各种方法的总名”,根据传递时效性即“时间”的重要性,分为“电传照像”、“电传晤面”和“电传电影”三类。“电传照像”是“由起点将已有之照片传递于终点,在终点可得到与原照片相同之另一照片”,其时间问题无关重要。“电传晤面”是“在起点置一特置仪器于一实物(物之意义为光学上的意义,物与像为对待的)前,借电力使此实物的影像暂时的在终点显出。试验完毕的时候,此影像亦随之而消灭”,其时间问题甚为重要。“电传电影”是同时利用以上两种技术原理,“将已有之‘电影照片’由起点传达至终点,在终点之遮屏上可得到活动的影像”。
图1 白兰式机器全图Fig.1 Belin′s Facsimile Apparatus
2.2.2 高恩式传递图像电报装置 白兰介绍,有许多人从事于传递图像电报的研究,而即使是“未得到结果的研究人对于有这个建筑物也全都变过一块石头”。白兰列举了两个重要的人物,即意大利物理学家乔瓦尼·凯斯利(Giovanni Caselli,1815—1891)和德国人阿瑟·科恩(Arthur Korn,1870—1945),指出科恩的工作尤其重要,继而对科恩(高恩氏)的电传照相方法进行了详细的说明。
高恩式传递图像电报装置,在起点发报机,将照像胶片围绕于玻璃圆筒上,由光源S所发出之光线经过聚光透镜L后聚集于照像胶片之C点上,光线穿过胶片后发散并进入玻璃圆筒中,由全反射三棱镜P反射于硒电阻A上(图2)。因受光强弱不同,硒的电阻值亦发生变化。玻璃圆筒旋转并沿轴向运动,光线所聚集之C点在圆筒表面以螺旋线遍历照相胶片上诸点。因胶片透明程度不同,照射于硒上之光强度亦不同,于是硒的电阻亦发生变化,电线中的电流强度也就发生变化。
图2 高恩式发报机Fig.2 Korn′s Facsimile Transmitter
在终点收报机,执行与发报机相反的动作,即通过电流强度的变化引起光强度的变化,从而感应照像纸,形成与原来照像相同的新相片。为达到这一目的,可使电流通过一“线动电流表”,该电流表由两根平行金属线构成,两线中间置一轻铝片。在电流作用下,金属线及铝片均在一个三角形小孔前移动,光线照射于铝片和小孔。小孔不被遮盖时,光线可达于收报机圆筒外包裹的照相纸上。因发报机所发来电流经过电流表时引起铝片的移动,三角形小孔可露出一部,电流越强,小孔露出的部分越大。随着收报机圆筒的转动并沿轴向移动,就得到深浅颜色不同的照片。这种照片由面积大小不等的黑色而成,视觉上如同看见真正的相片一样,但颇为粗放,其精度与在圆筒上所画之螺旋线的螺距相关。
白兰指出,“高恩氏方法虽有真正科学的价值,但是还有一个大缺点,就是硒有惰性,试验后需经过很长的时间才能复回到原来的状态。虽然高恩教授设法减少这种惰性,然而他的器械在实用上还不能适用如意”。
2.2.3 白兰电传照像技术原理与实现 白兰认为硒的惰性问题难以即刻解决。为得到快而好的电传照像,他没有使用硒,而采用了机械协同电力的方法。白兰电传照像的原理,是利用“双铬酸盐”感光后不溶解于水的特性,用双铬酸盐胶片制作具有凹凸面的照片,即“炭照法”。具体的方法是将照像阴片附于双铬酸盐照像纸上,感光后将照像纸浸于温水中,则未感光之部分全溶解,感光最多之部分全不溶解,在两者之间溶解部分的多少,与感光程度成正比,即与阴片透明程度成反比。由温水中将照像纸取出干燥,即可得到表面凹凸相间的像片。白兰称这种方法为“光雕刻术”。
在发报机一端,将制成的双铬酸盐胶片包裹于发报圆筒之外,用一固定于金属狭薄片上的小针与发报圆筒表面接触,圆筒旋转时,小针在圆筒上画一螺旋线,此螺旋线的螺距为0.2mm,如此小针遍历圆筒表面各部。小针另一端的金属薄片与显微音器的碳膜接触,因小针尖端与照像纸的凹凸面不断接触,碳膜所受小针的压力随时变化,显微音器的电阻亦随之变化,电路上的电流强度遂生变化。
在收报机一端,安装有卜龙德氏双线电流表,该电流表的转动部分由直径0.02mm或0.03mm的铜丝或银丝构成,置于电磁铁两极间的磁场中,两根细丝距离很近,为一长环形,在细丝中间固定有一个边长1mm的小平面镜。光源S发出的光线经聚光透镜L1及L2与宽度可变化的狭缝F后,照射于平面镜M上,其反射光线经过凸透镜L后恰射于收报圆筒C外所包之照像纸上(图3)。电流经过电流表的转动部分时,平面镜M将旋转一定角度,使得反射光线靠近或偏离凸透镜L的中心。在凸透镜L旁置一等差透光片E,其宽度与反射光线最大倾斜度相当。当电流最强时,反射光线达于等差透光片极不透明的部分,光线全部被阻,圆筒的照像纸上可得到白色。电流最弱时,反射光线经过等差透光片最透明的部分,照相纸上可得到黑色。当电流强度处于最强与最弱之间时,则反射光线经过等差透光片的相当部分,照相纸上得到与之黑白相当之色。
图3 白兰式收报机Fig.3 Belin′s Facsimile Receiver
白兰介绍,上述原理首先应用于复杂的电传照像,转而才开始解决简单的电传字书或电传真迹。将发报机的显微音器换成“电流切割器”,将收报机的等差透光片换成一狭缝(图4),使用胶漆粉配合特制墨水在上写字作成凸形字,即可轻易实现电传真迹。
图4 白兰式电传真迹发报机Fig.4 Belin′s Text Facsimile Transmitter
在这部分的最后,白兰特别强调自己的传真装置不但可以使用直流电,也可使用交流电,即可以同时应用电报线路或者电话线路传输,但使用交流电时其振动率(频率)须为800方可。
所谓“整时法”,是使收报圆筒旋转较发报圆筒稍快,每旋转一周后,收报圆筒的运动忽被停止,以便等待发报圆筒运动达于一定位置时发送“改正电流”于电路,使收报圆筒回复自由并开始第二周旋转。白兰以围绕跑马场而赛跑的两匹马作比喻,生动描述了整时法在其电传图像装置上的实现过程。
同样,为适应电话线和无线电传输,白兰提出发报机与收报机,均可分别使用一个真正的时钟调整其运动,使之具有等时性,例如可以利用时摆,每当运动至垂直位置时作用于电流割断器,使电流达于电磁铁,时摆每运动一周期后,通电一次,如此可使发报机与收报机具有等时性。由于“等时”未必就是“同时”,还须在收报机上安装“整时器”,确保发报机和收报机的两个时摆起点位置相一致,从而使得发报圆筒和收报圆筒运动完全同步。
2.2.5 无线电传图像的发展 利用整时器,可以使用无线电传递字迹或图像。白兰自豪地宣布“实在是我同我的合作人于1921年8月5日经过大西洋作成了第一次无线电传字迹”,由纽约传递至巴黎并转交巴黎晨报。随着“三级电灯”(三极管)的发明,白兰第一次无线电传照像于1924年6月在马尔迈松和巴黎间传递成功。
白兰回顾了无线电传图像技术的发展,特别提到了美国电报电话公司、“光合公司”(Radio Corporation)、马可尼(Marconi)公司以及德国德律风根公司将光电管应用于传真技术的最新进展,并指出德律风根公司的方法相较而言最为先进。
2.2.6 白兰电传图像保密技术原理 白兰继而介绍了其所发明之电传字书及电传图像保存秘密的新技术。一是保留齿轮的特别连接方法仅为发报与收报两方所知,使第三人(如一个侦探)不能收到发报人所发之电报。二是预先在真正的发报机旁连接另一个发报机,当真正的发报机停止时,使另一个发报机动作,故意发出“扰乱的电报”以混乱侦探的收报机。三是不但发报机与收报机同时在不规则的时间内停止,还可以同时变化发报和收报两机的转轴角速度,这种方法保密效果最为出色,对于军事上十分重要。
白兰强调电传字书具有不必译码、信文可以直接读取、免除翻译错误等优点,在法国巴黎、斯特拉斯堡、波尔多、里昂、马赛、尼斯等城市之间已经广泛商用,而这种方法“对于中国及远东各国的电报事业,关系尤为重要”。
2.2.7 电传晤面的基本原理与发展 作为近代电视技术的发明人之一,白兰以光电管的构造为切入点,详细介绍了电传晤面的基本原理。
“电传晤面的发报机与收报机,系借无线电而传递。发报机光源之光穿射于欲传递其影像于远方之物体,经过聚光镜而达于光电管,因物体透明程度的不同,光电管电流强度亦随之而变。收报机为一特制之三级电灯,其金属丝为4volts的蓄电池所燃烧。由发报机所来之电流,达于三级电灯之金属板及金属网。由特制电磁铁所发生之磁场,可使三级电灯金属丝所发生的电子达于一定之遮屏而发光。当光电管的电流等于零时,遮屏上的光亦为零。当光电管的电流最大时,遮屏上的光亦最大。”
在讲演的最后,白兰介绍了自己电传晤面试验的进展。1922年底“得到了一个强度变化的光点”,几个月后“得到一个可变化的光圈”,1926年7月“得到一个运动物体的影像”。对电传晤面的应用,白兰表达了美好的憧憬,充满了对中法人民友好的祝福:“如果有一天由北京你们看见了巴黎人,你们要知道既然是法国人,就是你们的朋友”。
李书华留法归国后,即躬身于国家教育与科研事业发展。作为教育家,他在北大物理系实验室的建设工作为白兰等著名学者的演示试验提供了客观条件。作为科学家,他既强调应用科学对于国家建设的直接推动作用,又特别重视纯粹科学的学习研究。白兰受邀来华并讲演其所发明的传递图像的电报,是李书华教育生涯中的辉煌篇章之一。
在白兰演讲稿的翻译过程中,为保证译文便利明了,李书华在尊重原稿内容的基础上,对原文次序和字句进行了变更和增减。译文中的诸多名词术语,如“电传晤面”、“电传真迹”、“光雕刻术”、“整时器”、“光电管”等的翻译使用,显示了李书华深厚的物理学功底,为传真技术在中国的后续传播奠定了基础。
白兰作为世界著名的发明家,代表着当时世界传真技术发展的最高水平,其在中法大学的讲演及其后续试验,是近代传真技术在中国的首次公开演示,开启了中国传真技术经由实物传播的新路径,标志着近代传真技术在华传播的新起点。
白兰的传真技术讲演不仅极大地激发了中法大学学生的学习兴趣和热情,更吸引了包括张学良在内的政府军政和电政人士的关注。白兰来华后不久,采用白兰式传真电报机的东北摄影电报公司即在天津宣告成立,随后南京国民政府又引进了德国德律风根无线电报公司的卡鲁禄斯式传真电报机,开通了南京与柏林间的传真电报线路,传真技术在中国的传播和应用进入了一个快速发展的时期。
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[21] 编者.纪事[J].中法教育界,1926(2):58-59.
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[23] 编者.白兰先生在北京及奉天间第一日试验所发电报之一[J].中法教育界,1926(3).
[24] 编者.白兰出京昨日启程赴日[N].顺天时报,1926-11-09(7).
(编 辑 陈镱文)
Li Shuhua and the spread of Belin′s fax technology in China
WANG Pei1,2
(1.Centre for the History of Mathematics and Science, Northwest University, Xi′an 710127, China;2.Graduate School, Xi′an University of Posts and Telecommunications, Xi′an 710121, China)
Based on the original journal literature, the paper reviews the history of French fax machine inventor Belin invited by Li Shuhua, who is a Chinese modern physicist and educator, to the Sino-French University to make the famous lecture and demonstration on early fax technology in October 1926, and makes a text analysis of the telegram of transmitting picture. It concluded that this is the first public demonstration of modern fax technology in China, which opens a new path of object communication and marks a new starting point of the spread of fax technology. For pioneering contributions, Li Shuhua became the primary communicator of this important technology in China.
Li Shuhua(1890—1979); Sino-French University; fax technology; Belin (1876—1963); history of modern science and technology in China
2016-03-11
陕西省自然科学基金重点资助项目(207000003)
王沛,男,陕西西安人,从事科学传播史研究。
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10.16152/j.cnki.xdxbzr.2016-05-027