CN115205070A - 一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统的设计与实现 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统的设计及实现，提供了一种源于但又不同于传统线下教学模式，融合线上“教+学”的新型人工智能教学辅助系统及方法.通过平台功能及学习效能方法的配合使用，提升老师教学效率，节省课堂教学时间.老师可提前进行备课(知识点和分级习题)内容的组织和完善，针对不同能力水平的学生进行分层教学、分级作业及知识点学习的全息加权测评.亦可引导学生自主预习+实时测评，使学生进行分层学习，根据自己的能力水平自主分级作业，自我输出知识并测评，与助教实时在线答疑解惑，通过AI辅助系统和高效学习策略提升学习效果.以此整合传统线下与线上教学之所长，弥补之不足。
Description
技术领域
本发明涉及商业模式技术领域，本质上是一种基于分层/分级教学模型、采用智能推荐算法并兼顾线下与线上融合的人工智能AI教学辅助系统，及多方位检测学习效果的评价与反馈系统。
背景技术
随着时代发展的迫切需要及移动互联网科技的革命性进步，互联网在线教育“教+学+练+测+评”与“人工智能(AI)”的结合已经成为一种趋势。
传统的线下教育学习有其实时互动、实时反馈的优势，但也有其不易复制、不可回看、教学资源封闭无法共享、无法精准分层教学等缺点。随着互联网普及，常规的互联网线上教学(直播/录播视频课程等) 可以实现教学内容的复制及资源共享，但却无法满足必要的教学实时互动、分层教学、良好学习体验等要求，学生在线上学习时容易陷入机械式刷题、遇到困难不思考即寻求标准答案、学习体验感差等问题。这些现象的存在不利于老师教学水平的改善及学生学习主动性和学习效果的提升，因此有必要对当前的传统线下教学和线上教学进一步升级。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统的设计与实现，提供了一种源于但又不同于传统线下教学模式，融合线上“教+学”的新型人工智能教学辅助系统及方法。通过平台功能及学习效能方法的配合使用，提升老师教学效率，节省课堂教学时间。老师可提前进行备课(知识点和分级习题)内容的组织和完善，针对不同能力水平的学生进行分层教学、分级作业及知识点学习的全息加权测评。亦可引导学生自主预习+实时测评，使学生进行分层学习，根据自己的能力水平自主分级作业，自我输出知识并测评，与助教实时在线答疑解惑，通过AI辅助系统和高效学习策略提升学习效果。以此整合传统线下与线上教学之所长，弥补之不足。
按此设计的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统及方法，其特征在于：此系统方法平台开放为社会群体注册，社会群体注册后均可登陆平台；在登陆平台后可根据自身需求，选择成为不同角色，包括老师、学生、家长。
其中，老师登陆平台后需要相关证件认证，以确保平台上的老师的真实性和权威性，相关证件包括不限于身份证、教师资格证；老师登陆平台后，可以进行对应学科知识点查看学习、讲解(上传图文讲解、视频讲解)，习题查看参考、讲解(上传图文讲解、视频讲解)，平台分级习题自定义分级，根据学生学科能力分组布置作业、查看批改作业，提前进行知识点习题备课，创建班级、加入班级等；学生登陆平台后，可以对学科知识点进行查看学习、可选择不同老师讲解，习题查看参考、可选择不同老师讲解，可根据自己的学科能力水平获取老师布置作业，加入班级等；家长登陆平台后，可以加入学生所在班级，查看学生每天作业情况以及学生在知识点的主动性学习情况。
另外，平台具有习题分级、知识点呈现和专题汇总及关联等特点，由平台、老师共同参与创建讲解形成丰富的UGC自生产内容库，也提供给了老师获取额外收益的渠道；知识内容可分为M级(3≤M≤5，级别不同代表难易程度不同)；学生利用此平台对典型习题/错题、知识点进行自我讲解输出(费曼学习法)，也可由家长对其以平台奖励的匿名方式进行奖励，积极调动学生的学习主动性和内驱力发现。
所述平台系统至少设置有教研管理系统、学习管理系统、班级管理系统、内容发布管理系统、助教在线答疑及反馈系统等。其中老师认证登陆后可以进入到教研管理系统、班级管理系统和内容发布管理系统获取不同的操作界面，并对其进行相应操作；学生登陆后进入到学习管理系统和内容发布管理系统获取不同的操作界面，并对其进行相应操作。
所述教研管理系统为平台上提供涵盖初高中全年级全学科(语文、数学、英语、化学、物理、政治、历史、生物、地理)的知识点和与之对应的例题习题，老师可以利用平台的知识点和分级习题等进行备课及布置作业、组建考卷等；知识点包括知识点结构、图文讲解、视频讲解、关联不同星级例题、关联不同星级习题，并且可以由不同的老师进行不同讲解和关联共享给平台用户或者本校、本班级用户，也可以收费的方式共享给平台用户，用户付费查看内容，老师以此获取收益。
(一)所述教研管理系统内的备课功能，仅供老师身份专用；老师可以在浏览习题或知识点时直接将该习题或知识点加入到备课中，且允许对所有日期的备课创建；备课时方便区分备课内容，老师可自定义备课名称；老师也可以先创建备课，然后在收藏的题库或知识库中选择对应的内容填充，也可以在平台库中选择。
所述教研管理系统的备课部分，支持老师将不同星级的习题加入到备课中，且可以自定义星级，以适合自己对题目难度等级的把控和适应本班级学生能力水平。
(二)所述班级管理系统之管理功能，仅供老师身份使用。认证老师可以创建自己所在学校的真实班级，也可创建虚拟班级用于特定目的的教学活动；可以对创建错误或过期的班级进行删除操作，此操作会删除本班级内所有成员和内容，包括老师、学生、已产生的作业、通知、动态等；可随时切换不同班级进行班级管理及教学工作；可转让班级管理员身份于本班级内其他老师等，此系统作为上传下达的级联沟通管道，便于老师兼顾广播式信息推送，以及精准分层推送。
所述班级管理系统之老师管理功能，创建者作为该班级的管理员，可以对老师进行管理：可以对申请加入自己创建班级的老师进行通过验证，并分配其所对应的学科；也可以对班级内已加入的老师进行管理，包括任科修改、移出班级等。
所述班级管理系统之学生管理功能，班级创建者老师可以对学生进行管理：可以对申请加入班级的学生进行通过验证，并按照其本学科的能力水平分配对应的组别，组别分级可分为N级(3≤N≤5)；可对班级内学生进行增减删除操作等。
所述班级管理功能，其中通知墙模块，可以由班级内任意学科老师发布班级通知，包括活动通知、学习通知等；对应的通知也可由发布者进行修改和删除操作。
(三)所述内容发布管理系统，其中之作业模块，可由任科老师布置发布针对本班级的作业；作业包括选择作业题目，可以从我的收藏夹、我的备课库、我的习题库、平台习题库进行选择，选择后可以删除、修改、重选；作业包含本次作业关联的知识点，可以从我的收藏夹、我的备课库、我的知识库、平台知识库进行选择，选择后可以删除、修改、重选；已发布的作业，在没有任一学生提交作业前，可以由本科目老师进行修改操作；已发布的作业，可以由本科目老师进行删除操作，删除后，关联的知识点和习题会一并删除、学生的作业记录也会一并删除。
所述内容发布管理系统，其中之作业模块，可由任科老师查看本次作业或历史任意日期作业的学生完成情况，包括完成时间、作业完成度，对未完成作业的学生可以一键通知提醒；任科老师可以查看本科目作业的任一学生作业详情，并可对其进行评语批改，已查看的作业标识为已批阅，并通知学生。
所述内容发布管理系统，其中之作业模块，可由学生查看老师布置的作业，并以文字、图片、视频等方式写作业，上传到平台供老师批阅；以文字形式可记录作业思路，以图片形式则可以让学生仍然按照传统作业的书面练习习惯去做，完成后拍照上传供老师批阅，以视频形式则可以让学生上传实践类、背诵类、费曼学习法等特殊要求的作业供老师批阅；学生也可以查看班级内其他学生的作业完成情况，督促自主自觉学习完成作业。
所述内容发布管理系统，可以由老师来发布自己的习题和对已存在习题进行二次讲解。其中老师发布的习题，包含题目、题目的视频讲解、图文讲解、本题目关联的知识点、本题目的可见范围(公开、本校可见、本班可见)、题目对应的年级、自定义题目的难度星级、自定义题目相关标签，便于检索，老师要在自己的分级习题，重点难点习题上作部分关联习题，关联习题要呈逐级提升的方式，便于系统(推荐算法)推送；其中老师对已存在的习题可以进行二次讲解，包括视频讲解和图文讲解，供本班或本校学生便于查看本班或本校老师讲解；发布和二次讲解的习题纳入我的习题库，方便老师对已发布内容的修改完善，也便于老师在布置作业时方便的调取自己讲解的内容。
所述内容发布管理系统，可以由老师来发布对知识点的讲解。老师对平台的知识点进行视频讲解、图文讲解以及关联不同难度星级的例题；发布后的知识点纳入我的知识点库，方便老师对已发布内容的修改完善，也便于老师在布置作业时方便的调取自己讲解的内容。
(四)所述助教在线答疑及反馈系统，为学生提供了助教在线答疑功能，实时在线的答疑解惑，历史数据记录，助教根据系统测评分析进行有针对性地辅导，为任课老师反馈难点重点知识的接受情况等。
(五)所述学习管理系统，由学生登录平台使用。学生可查看知识点、习题；其中查看知识点时可以选择不同老师的讲解，并可将其加入收藏夹；其中习题讲解也可以选择不同老师或同学讲解，自己也可以亲自讲解习题供其他同学查看，与此同时可获得收益，该收益来自于其他学生对该学生讲解的付费查看。
所述学习管理系统之分级份层习题模块，是根据同步课堂的知识点的需要，将相关典型试题按照难易程度和课程标准需要分为的M个级别，在老师备课时完善好自己的分级习题库，根据需要推送给不同的学生，做到因材施教，精准教学，学生通过适合自己的习题练习，达到既巩固知识点，又提高了自信心，同时还可以逐步提升习题的难度，达到游戏化学习的理念。
所述学习管理系统之知识自我输出模块，强调学生自我讲授/自我输出，以视频讲解或同学/家长间讲授等方式，深谙费曼技巧的学习精髓。要求做到对所学知识点的无缝理解讲授，同时能挖掘到关联知识点并复习。
所述学习管理系统之周期性复习，强调知识记忆的遗忘规律，根据记忆的遗忘规律周期性推送该知识点相关联的同级别题目，进而根据学习掌握及测评情况逐级提升关联题目的级别，让学生感受到逐渐“升级”的喜悦感，也有利于激发学生的兴趣和进取心。
所述学习管理系统之知识点全息测评模块，通过全息数据对各个环节的测评通过加权最终给出一个结果，包括但不限于自我输出测评，分级习题测评，试卷考试测评，在线助教主观测评，任课老师测评，家长测评等。
所述学习管理系统之学习计划与时间管理模块，此能力的培养对于学生至关重要，通过平台工具的使用，学生可以建立自己的任务管理清单，完成打卡及未完成提醒功能，设置周期性巩固练习的时间点等。
所述学习管理系统之错题整理模块，在错题本的基础上增加了“自我讲授”步骤，关联周期性习题推送功能，和知识图谱的自我输出等。
本发明通过上述功能的搭建，与现有传统教学和线上教学相比有以下优点：
1、帮助老师大幅缩减备课和习题收集时间和精力。老师通过平台可以快速检索备课等需要的知识点和分级习题，快速加入到备课中或进行考卷组建，节省大量时间和精力，提升教学效率；实时掌握学生的作业情况，避免线下作业情况的不透明性；
2、帮助老师实现分层教学的目的。针对不同能力层次的学生进行分层布置作业检测学习成果，以人工智能的方式根据老师对学生的能力水平分组状况，展示对应等级的题目；
3、帮助学生分层学习。平台针对学生各科的能力水平，推荐对应等级题目；
4、帮助学生自主学习。学生可以在完成本能力水平学习和作业后根据自己状况进行升级或降级自主学习；学生可通过费曼学习法上传自己的知识点学习和习题解答过程，彻底理解其所以然；学生在课堂未理解透彻的知识点可以在平台直接找到自己的任课老师关于此知识点的讲解，避免查看其他老师讲解的跳出感，让学生在线上的学习也能浸入到课堂身临其境的感觉，提高学生学习自主性。
附图说明
附图1为学生端示意图，展示了学生身份登录平台后所使用的主要模块及学习管理模块的内部逻辑。
附图2为教师端示意图，展示了教师身份登录平台后所使用的主要模块及教研管理系统的内部逻辑模块。
具体实施方式
为了便于理解本系统，下面将结合具体实施例对本系统进行更全面的描述。但是本系统发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。本系统发明中所描述之老师、学生、学校，非仅指体制内的学校及其老师、学生，亦包含构成教与学关系的经营机构及其老师、助教、学生。
本系统发明是一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统及方法，此系统平台开放为社会群体注册，社会群体注册后均可登陆平台；在登陆平台后可根据自身需求，选择成为不同角色，包括老师、学生、家长。
老师登陆平台后需要相关证件认证，以确保平台上的老师的真实性和权威性，相关证件包括不限于身份证、教师资格证；老师登陆平台后，可以进行对应学科知识点查看学习、讲解(上传图文讲解、视频讲解)，习题查看参考、讲解(上传图文讲解、视频讲解)，平台分级习题自定义分级，根据学生学科能力分组布置作业、查看批改作业，提前进行知识点习题备课，创建班级、加入班级等。
学生登陆平台，可以对学科知识点进行查看学习、可选择不同老师讲解，习题查看参考、可选择不同老师讲解，可根据自己的学科能力水平获取老师布置作业，加入班级等。
家长登陆平台，可以加入学生所在班级，查看该学生每天作业情况以及学生在知识点的主动性学习情况。
具体的讲，老师可以使用平台的教研管理系统、内容发布管理系统、班级管理系统，老师可以在浏览习题或知识点时直接将该习题或知识点加入到备课中，且允许对所有日期的备课创建；备课时方便区分备课内容，老师可自定义备课名称；老师也可以先创建备课，然后在收藏的题库或知识库中选择对应的内容填充，也可以在平台库中选择；老师可将不同星级的习题加入到备课中，且可以自定义星级，以适合自己对题目难度等级的把控和适应本班级学生能力水平；认证老师可以创建自己所在学校的真实班级，也可创建虚拟班级用于特定目的的教学活动；可以对创建错误或过期的班级进行删除操作，此操作会删除本班级内所有成员和内容，包括老师、学生、已产生的作业、通知、动态等；可随时切换不同班级进行班级管理及教学工作；可转让班级管理员身份于本班级内其他老师等；创建者老师作为该班级的管理员，可以对老师和学生进行管理：可以对申请加入自己创建班级的老师进行通过验证，并分配其所对应的学科；也可以对班级内已加入的老师进行管理，包括任科修改、移出班级等；可以对申请加入班级的学生进行通过验证，并按照其本学科的能力水平分配对应的组别；可对班级内学生进行删除操作等；可由任科老师布置发布针对本班级的作业；作业包括选择作业题目，可以从我的收藏夹、我的备课库、我的习题库、平台习题库进行选择，选择后可以删除、修改、重选；作业包含本次作业关联的知识点，可以从我的收藏夹、我的备课库、我的知识库、平台知识库进行选择，选择后可以删除、修改、重选；已发布的作业，在没有任一学生提交作业前，可以由本科目老师进行修改操作；已发布的作业，可以由本科目老师进行删除操作，删除后，关联的知识点和习题会一并删除、学生的作业记录也会一并删除；任科老师查看本次作业或历史任意日期作业的学生完成情况，包括完成时间、作业完成度，对未完成作业的学生可以一键通知提醒；任科老师可以查看本科目作业的任一学生作业详情，并可对其进行评语批改，已查看的作业标识为已批阅，并通知学生。
具体的讲，学生可使用平台的学习管理系统和班级管理系统、内容发布系统。学生可查看老师布置的作业，并以文字、图片、视频等方式写作业，上传到平台供老师批阅；以文字形式可记录作业思路，以图片形式则可以让学生仍然按照传统作业的书面练习习惯去做，完成后拍照上传供老师批阅，以视频形式则可以让学生上传实践类、背诵类、费曼学习法等特殊要求的作业供老师批阅；可使用平台进行周期性知识点及关联习题推送复习，也可在线测评及错题整理，并建立自己的学习任务及时间管理清单；学生也可以查看班级内其他学生的作业完成情况，督促自主自觉学习完成作业；学生可查看知识点、习题；其中查看知识点时可以选择不同老师的讲解，并可将其加入收藏夹；其中习题讲解也可以选择不同老师或同学讲解，自己也可以亲自讲解习题供其他同学查看，与此同时可获得收益，该收益来自于其他学生对该学生讲解的付费查看。
以上所述仅为本发明的较佳实施例说明，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统的设计与实现，其特征在于：包括教师教学管理端(1)、学生学习端(2)、家长查看端(3)，教师可以在系统中发布知识习题内容并进行内容分级，对学生分层教学管理因材施教，学生可分级学习，并通过人工智能辅助和科学学习方法自主学习，家长查看端可以随时查看学生作业和学习情况，其中：
教师教学管理端，老师登陆平台后需要相关证件认证，以确保平台上的老师的真实性和权威性，相关证件包括不限于身份证、教师资格证；老师登陆平台后，可以进行对应学科知识点查看学习、讲解(上传图文讲解、视频讲解)，习题查看参考、讲解(上传图文讲解、视频讲解)，平台分级习题自定义分级，根据学生学科能力分组布置作业、查看批改作业，提前进行知识点习题备课，创建班级、加入班级等。
学生学习端，学生登陆平台，可以对学科知识点进行查看学习、可选择不同老师讲解，习题查看参考、可选择不同老师讲解，可根据自己的学科能力水平获取老师布置作业，加入班级等。
家长查看端，家长登陆平台，可以加入学生所在班级，查看该学生每天作业情况以及学生在知识点的主动性学习情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统，其中教师教学管理端(1)，其特征在于：包含教研管理系统(4)、班级管理系统(5)、内容发布管理系统(6)、助教在线答疑及反馈系统(7)。
3.根据权利要求2所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之教师教学管理端(1)，其教研管理系统(4)特征在于：平台上提供涵盖初高中全年级全学科的知识点和与之对应的例题习题，老师可以利用平台的知识点和习题等进行备课及布置作业、组建考卷等，知识点包括知识点结构、图文讲解、视频讲解、关联不同星级例题、关联不同星级习题，并且可以由不同的老师进行不同讲解和关联共享给平台用户或者本校、本班级用户，也可以收费的方式共享给平台用户，用户付费查看内容，老师以此获取收益。
4.根据权利要求2所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之教师教学管理端(1)，其班级管理系统(5)特征在于：认证老师可以创建自己所在学校的真实班级，也可创建虚拟班级用于特定目的的教学活动；可以对创建错误或过期的班级进行删除操作，此操作会删除本班级内所有成员和内容，包括老师、学生、已产生的作业、通知、动态等，可随时切换不同班级进行班级管理及教学工作，可转让班级管理员身份于本班级内其他老师等，班级创建者老师可以对学生进行管理：可以对申请加入班级的学生进行通过验证，并按照其本学科的能力水平分配对应的组别，组别分级可分为N级(3≤N≤5)；可对班级内学生进行删除操作等。
5.根据权利要求2所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之教师教学管理端(1)，其内容发布管理系统(6)特征在于：可以由老师来发布自己的习题或知识点和对已存在习题或知识点进行二次讲解，其中老师发布的习题或知识点，包含题目、视频讲解、图文讲解、关联的知识点或习题、可见范围(公开、本校可见、本班可见)、对应的年级、自定义习题的难度级别(难度级别可分为M级，3≤M≤5)、自定义习题或知识点相关标签，便于检索，其中老师对已存在的习题或知识点可以进行二次讲解，包括视频讲解和图文讲解，供本班或本校学生便于查看本班或本校老师讲解，发布和二次讲解的习题或知识点纳入我的习题库或我的知识点库，方便老师对已发布内容的修改完善，也便于老师在布置作业和对外展示时方便的调取自己讲解的内容。
6.根据权利要求2所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之教师教学管理端(1)，其助教在线答疑及反馈系统(7)特征在于：为学生提供了助教在线答疑功能，实时在线的答疑解惑，历史数据记录，助教根据系统测评分析进行有针对性地辅导，为任课老师反馈难点重点知识的接受情况等。
7.根据权利要求1所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统，其中学生学习端(2)，其特征在于：学生可查看知识点、习题，其中查看知识点时可以选择不同老师的讲解，并可将其加入收藏夹，其中习题讲解也可以选择不同老师或同学讲解，自己也可以亲自讲解习题供其他同学查看，与此同时可获得收益，该收益来自于其他学生对该学生讲解的付费查看，学生端包含分级/分层习题模块(8)、知识自我输出模块(9)、周期性复习模块(10)、知识点全息测评模块(11)、错题整理模块(12)、学习计划与时间管理模块(13)等。
8.根据权利要求7所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之学生端(1)，其分级/分层习题(8)模块特征在于：是根据同步课堂的知识点的需要，将相关典型试题按照难易程度和课程标准需要分为的M个级别，学生通过适合自己的习题练习，达到既巩固知识点，又提高自信心，同时还可以逐步提升习题的难度，达到游戏化学习的理念。
9.根据权利要求7所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之学生端(1)，其知识自我输出模块(9)特征在于：强调学生自我讲授/自我输出，以视频讲解或同学/家长间讲授等方式，深谙费曼技巧的学习精髓。要求做到对所学知识点的无缝理解讲授，同时能挖掘到关联知识点并复习。
10.根据权利要求7所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之学生端(1)，其周期性复习模块(10)特征在于：强调知识记忆的遗忘规律，根据记忆的遗忘规律周期性推送该知识点相关联的同级别题目，进而根据学习掌握及测评情况逐级提升关联题目的级别，让学生感受到逐渐“升级”的喜悦感，也有利于激发学生的兴趣和进取心。
11.根据权利要求7所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之学生端(1)，其知识点全息测评模块(11)特征在于：通过全息数据对各个环节的测评通过加权最终给出一个结果，包括但不限于自我输出测评，分级习题测评，试卷考试测评，在线助教主观测评，任课老师测评，家长测评等。
12.根据权利要求7所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之学生端(1)，其错题整理模块(12)特征在于：在错题本的基础上增加了“自我讲授”步骤，关联周期性习题推送功能，和知识图谱的自我输出等。
13.根据权利要求7所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统之学生端(1)，其学习计划与时间管理模块(13)特征在于：通过平台工具的使用，学生可以建立自己的任务管理清单，完成打卡及未完成提醒功能，设置周期性巩固练习的时间点等，培养学习计划与时间管理能力。
14.根据权利要求1所述的一种基于分层/分级模型的智能教学辅助系统，其中家长查看端(3)，其特征在于：家长登陆平台，可以加入学生所在班级，查看该学生每天作业情况以及学生在知识点的主动性学习情况。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117788240A (zh) * | 2024-02-28 | 2024-03-29 | 云南师范大学 | 一种校园电子商务智能教学服务平台 |
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2021
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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