VR、AR和AI如何变革教育方式?

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教育始终是一个长盛不衰的永恒话题,小到国民、大到国家政府,无一不关心教育的发展。可以说,教育水平的高低直接影响着国民的素质、国家的兴衰、社会的稳定以及世界的和平。

 

在过去的两个世纪中,全世界可谓经历了一场学习扩张:全球扫盲率从12%上升到88%,小学、中学和高等教育都出现大幅增长,无论是学校数量还是学生数量,几乎每年都在打破记录。

 

我们的教育课程在不断进化,对世界的认知也在不断提升。而近年来互联网的热潮又以新兴的方式将自我教育带入了大众视野,像可汗学院、TED、维基百科和YouTube等都成为了世界上最大的自我教育资源中心。

 

然而,我们的教学方式却一成不变。

 

VR、AR和AI如何变革教育方式?

不得不说,当代的学习方式仍然非常老旧。按照学生年龄随机分班,并让他们每周五天在教室听老师讲课约6个小时,仅仅只是希望所有学生都能够接收到同样的知识并顺利通过教育课程考试,这种静态的教育方式也被我们称之为“应试教育”。

 

虽然它在某种程度上确实起到了一定的积极作用,但实际上这种教学方式多数人都不会喜欢。一方面,教师的教学任务十分繁重。从备课、实际教学到批改作业以及安排考试,还要确保学生专心听课;另一方面,学生被迫坚持严格的时间表,生活在恐惧的统治下,好奇心日益衰退,不断害怕失败……因为他们在每个学期结束时都会被评定优良中差。

 

VR、AR和AI如何变革教育方式?

 

现今的教育制度是静态的、普遍化的,而不是将个人的自我发展放在重点。更糟糕的是,学生们往往不明白,他们为什么要学习正在学习的东西,这也难怪在谈论个人志向问题时(同时会对神经系统产生某些影响,我们将在后面讨论),有些人会感到迷茫失措、漫无目的了。

 

话虽如此,那么可以做些什么来解决这些问题,把教育提高到一个新的水平呢?如何使教育变得更加精彩、有趣和实用?我们把它归结为三个简单的方式:个性化学习、掌握型学习和体验式学习。

 

在本文中,我们将深度探讨这些方法,结合可以彻底改变当前教育方式的人工智能、沉浸式技术等几种新兴技术,用智能的手段来充分探索未来教育的可能途径。

 

个性化学习

 

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所谓“个性化学习”是指以反映学生个性差异为基础,以促进学生个性发展为目标的学习范式。通俗来讲就是“因材施教”,中国古代圣人——孔子曾经在两千多年前就已经提出“因材施教,有教无类”的教育思想,这大概最早关于个性化教育的理念和思想了。

 

个性化学习通过对特定孩子的全方位评价,发现和解决孩子所存在的学习问题,为孩子量身定制不同于别人的学习策略和教学方法。因为每个人都是与众不同的个体,他们有着不同的学习偏好、兴趣、志向、优劣势和文化背景。

 

在基于互联网的教育环境下,个性化学习可以最大限度地发挥学习者的主动性、积极性,让孩子更有效的学习。这种教学模式不仅能为学习者提供图文音像并茂的、丰富多彩的交互式人机界面,还能为学习者提供符合人类联想思维与联想记忆特点的、按超文本结构组织的大规模知识库与信息库,从而很容易激发学习者的学习兴趣,并为学习者实现探索式、发现式学习创造条件。因此个性化学习有可能真正达到让学习者主动建构知识的意义,实现自己获取知识自我更新甚至创造新知识的理想目标。

 

个性化学习能够获取更直观的感受,并且每年都不断有新增的科学论据来支撑这一观点。比尔及梅林达·盖茨基金会(Bill & Melinda Gates Foundation)的一份最新研究报告显示,使用个性化学习策略的在校学生能够取得更大的学业进步。此外,无数的神经科学研究已经表明,个性化教育体验对大脑的信息接收发挥着积极的作用。

 

神经学家和教育家Judy Will博士说:“学生必须要思考最新接收的信息,才能将它们转变为长期记忆存储。而通过个性化方法所形成的记忆最有可能成为强关联的长期记忆,以供日后检索。”

 

这是一个非常伟大的概念,因为它表明,要真正获取知识,学生们需要信服他们所学内容的重要性。教学要有成效,第一步首先是激励学生。个性化学习就是让学生相信眼前的信息值得吸收——而这往往是极其困难的。不同的学生对教学方法有着不同的反应,所以最受欢迎的老师往往懂得如何激发学生:他们并非简单地把信息扔给学生,让他们自己消化,而是激励和启发整个班级的兴趣和好奇心。当学生觉得一个学科很酷时,一切都会改变。

 

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那么问题来了,既然个性化教育如此重要,为什么在学校里几乎看不到它的身影呢?要知道,在当前的教育系统中,给予学生真正的个性化教育恐怕将需要配备数十名、甚至上百名专业教师。退一万步说,即便拥有了足够多的师资力量,教学机构仍然缺乏适当的方法来收集和处理大规模的个人学生数据,以创建有目共睹的教学成果。尽管存在诸多挑战,某些学校也在努力尝试探索这一概念,但个性化教育的潜力依旧没有得到真正显现。

 

完整的个性化学习还需要一个流畅、灵活和非线性的教学课程,如此才能达到完全理想化,这是接受学生差异并为每个人创造独特的学习方法的唯一途径。然而遗憾的是,它恰好与当前的教育方式背道而驰。

 

不过幸好,设计与科技领域的新进展为个性化学习开辟了一种前所未有的新途径,但在此之前,我们先来谈谈另一种教育方式:掌握型学习

 

掌握型学习

 

掌握型学习是基于一个非常简单的想法:对于逐步积累知识的科目(如数学),学生只有在掌握了之前的所有概念以后才能继续后期的学习。

 

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你可能会认为当今的教育系统就是这样运作的,但事实并非如此。学生通过课程考试只需要达到及格水准,所以如果了解课程的70%就可以进行后面的学习。注意,这里说的是大概了解,而不是熟练掌握。

 

看起来这似乎也没什么不妥,但它却很敷衍,考试分数显然已经不是检验知识的可靠指标了。真正掌握知识和只为通过一系列考试的学习之间有着明显的区别,毕竟通过死记硬背公式或者抄袭别人的答卷也能取得不错的分数。正是由于这种不可靠性,成绩才说明不了一切,而学生的真正需求也无法得到体现和关注。

 

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知识是一棵树,所有科目都是相互联系的

 

一旦你认识到掌握知识对教育的必要性,那么形势将变得更加严峻如果学生在一开始就没有完全掌握基本概念,那么随着时间的推移会形成一道知识空白,往后的学科也就更加难以理解。一些需要逐步累积的科目是建立在以往所学知识之上的,所以如果不能完全理解分数,那么就没有办法正确地学习几何;如果不理解代数,就不可能学会微积分。这些相关性也延伸到了其它学科,比如物理学需要对数学分支的充分掌握,而高中生物学则是基于对化学的基本理解。

 

当然你也可以说,所有知识在宏观看来都是相互关联和累积的,这使得上述知识空白的后果变得更加不可预测。这些空白隐藏在许多学科中,而学生自己却全然不知,从而迷失方向、缺乏自信,误认为自己无法掌握某个学科是因为天生能力不足。

 

这就是为什么很多人声称自己“数学不好”的原因,不是他们缺乏数学基因,而是因为他们在没有充分理解和掌握数学概念的情况下就开始了下一阶段的学习。所以,难怪一些学科慢慢变得难懂起来。缺乏理解导致缺乏直觉,而缺乏直觉则导致所学科目看起来不可理解。学生唯一能做的就是死记硬背或者按老师的要求去做,而不是去学习它的真正含义。因此很多人虽然知道π约等于3.14,但却不知道π实际上代表什么。

 

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掌握型学习可以解决以上这些问题,通过深度的个性化方式(与前文谈论的个性化学习相关),学生可以快速地掌握他们所擅长的科目,并将更多精力投入到其它难以攻克的概念。最终,只有当真正掌握一门学科时,学生才能进入下一个学习阶段,无需因花费时间而感到羞耻。这种方法的结果是,学生实际掌握的知识可以通过创造性和心智等多种意想不到的方式与其他学科联系起来,这远远比成绩单上的分数重要。

 

这种教育方式目前没有得到推广的原因与个性化教育相似——需要大量资金与人力支持。而且学校和教育者已经习惯了传统的教学方法,即便这是有缺陷的,他们难以想象没有了分数和考试该如何衡量教学成果。

 

然而,新兴技术可以使这种方法成为可能——不过今天先吊吊胃口,我们先谈谈下一个教育方法:体验式学习

 

体验式学习

 

你可能听过“实践出真知”的说法,的确,从实践中学习与被动听课有着很大的不同,因为人的大脑显然更倾向于前者。

 

这种方式被称为体验式学习,它是通过实践经验和事后反思来学习的过程。在科学研究和课堂实践中,它已经被证明是保留信息、掌握知识的最有效形式之一。体验式学习把学生的大部分感官融入到学习过程中,培养他们的社会情感技能,创造记忆背景,扩展批判性思维,并且把实际应用与所学知识联系起来。

 

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此外,体验式学习也鼓励学生进行实验,以激发其好奇心。这其中最重要的一点就是将实验中的错误转化为学习过程的一部分,而不是惩罚学生的理由。毫无疑问,这是一种强大的教育方式,也是人类从原始时代以来一直在践行的部分。

 

从某种程度上说,当前的教育系统是肯定这一方式的,因为体验式学习并没有完全脱离于学校,像艺术和科学这类的课程就涉及许多实际操作的内容。当然,还有老师们非常喜欢的一种实践任务,那就是作业,尽管学生们都很讨厌。

 

老师之所以布置作业,是因为学生在做作业的同时能够实际动手操作。为了完成作业,学生必须思考他们在做的是什么,解决手头的任务并反思这整个过程。但是从用户体验的角度来看,作业往往是非常无趣的。它不会与人类大多数感官结合起来,而且形式也是固定不变的,由于多数任务需要独立完成,因此并不能让他们真正感到兴奋。那为什么我们不去尝试其它方法呢?

 

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简单地说:这很难。以概念化的新方式来教授像数学、生物和历史这类课程是一个巨大的挑战,更何况还要花费大量资金。而且,自古以来这些学科就是通过书本和黑板授课的,那么我们将如何去吸引学生感官,使学习变得积极、活跃,同时保持低廉的教育成本来实现所有学习目标呢?

 

现在我们已经深度剖析了当前教育体制所存在的问题,在下期文章中,我们将讨论新兴科技如何彻底颠覆传统教育模式,敬请期待吧。

 

前文我们提到过,现今的教育制度是静态的、普遍化的,而不是将个人的自我发展放在重点。更糟糕的是,学生们往往不明白,他们为什么要学习正在学习的东西,因此很多人会感到迷茫失措、漫无目的。

 

而个性化学习、掌握型学习和体验式学习这三种方式可以有效解决这些问题,把教育提高到一个新的水平,使教育变得更加精彩、有趣和实用。但要实施这些教育概念必将面临诸多挑战。

 

本文中,我们将深度探讨这些方法,结合可以彻底改变当前教育方式的人工智能、沉浸式技术等几种新兴技术,用智能的手段来充分探索未来教育的可能途径。

 

沉浸式教育的黎明

 

新兴技术在过去两个世纪中不断革新现代社会,而且它非但没有要停止的迹象,还“变本加厉”地加速发展。人类的工作、学习、娱乐和社交几乎每10年就被重新定义一次,这其中大部分原因与新计算平台的出现有关:首先是个人电脑,然后是智能手机,当然还有现在的沉浸式技术。

 

很多人要问沉浸式技术是什么?它是VR头显、AR眼镜,以及介乎于两者之间的技术。

 

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毫无疑问,沉浸式技术将成为下一代大型计算平台。它能做现代计算机无法做的事,并且完全重新定义了我们与信息的关系,就像之前的革命性平台一样。突然之间,你可以用现实中的手与数字世界进行互动,它们就生动地出现在你周围,而不只是局限于眼前的屏幕中。虽然这类技术还处于初期阶段,但是我们已经看到,很多曾经的幻想化为了现实。

 

当沉浸式技术首次出现时,即被认为是一种以游戏为中心的媒介,但自从主流设备Oculus Rift推出以来,很多开发者就不这么认为了。时至今日,围绕生产力、艺术、数据可视化等等的各种VR应用程序层出不穷。而类似的沉浸式技术(如增强现实/混合现实)也在渐渐崛起,为我们提供了新的思维方式来展示现实世界的信息并与之进行交互,就像其实际存在一样。

 

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微软的HoloLens就是一个很好的例子。虽然已经面世两年有余,但它仍然是现代技术最令人印象深刻的作品之一。HoloLens不仅可以创造外观和感觉真实的全息图,而且还了解你的周围环境——它知道家具、墙壁的位置,甚至其它的一切信息,并通过这些信息将数字和物理世界无缝地融合到你的现实感观中。

 

随着沉浸式技术与手部追踪、触觉反馈和深度学习等其他先进技术相结合,几年之后我们就可以在自己家中触摸到全息图像,而沉浸式设备则更趋向于小型化的眼镜而不是看起来笨重的头显。沉浸式技术本质上重在体验,它的诞生就是为了说服人们相信眼前所见是真实的。同时,沉浸式内容不受物理定律的约束,这意味着开发者们能够以相对较低的成本来创造“难以置信的体验”。无论是把观众带到月球、去加利福尼亚的海滩,还是到500年前的古堡,其创作成本都是一样的。

 

对于教育来说,沉浸式体验可谓意义非凡。例如,生物学通常通过教科书、幻灯片和绘图进行教学,这种方式既老套又无趣,很容易让学生失去兴趣或者难以真正理解。而像The Body VR这样的初创企业正在采用身临其境的教育方式,让人们亲身体验人体内部构造并积极与之互动,而不仅仅只是在书本上观看图片。

 

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类似的初创企业还有Medivis,它重新定义了解剖学的教育方式。通常,医学生只能通过几幅插图来学习人体解剖学,他们需要拼凑组合头脑中所看到的所有2D图像,并试着理解这些图像是如何在三维空间相互融合的。但MediVis正在构建的一个学习平台,能够让学生可视化一个完全3D、真人大小的全息人体,并准确地将人体的每一块标记出来。从此,书本、图片和贵重的实验尸体就都变得多余了。

 

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除此之外,还有很多新兴科技教育应用范例。如混合现实化学应用《MyLab》能够生成全息的化学周期表,学生可以把上面的元素生动地结合起来;而游戏《宇宙沙盘(Universe Sandbox)》能够让学生在虚拟现实中探索宇宙,就像实际造访那样,甚至还允许他们创造出自己的星系。

 

值得注意的是,这还只是一个开始,要知道目前大部分项目都是由少数人员在完全没有任何外部资金的支持下开发的。现在仅仅是这些小型3D游戏,就可以以完全不同和充分参与的方式进行教学。而且由于创作这些体验的成本极低,所以我们必然会在设计和互动方面看到教育方式的一些创新。特别是随着创作工具的普及,未来将会有大量优秀作品诞生。

 

长远来看,教育将从枯燥的条条框框,逐渐转变成一种学生乐意去探索的互动领域。这种从被动学习到近似娱乐的转变,将成为教育领域的一个重大转折点。沉浸式技术让概念变得具象化,而传统的“练习”和“考试”则可以无缝地融入到故事和虚拟世界中,学生们可以自由地探索和沉浸在他们所学习的科目中。

 

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当然,沉浸式体验的好处远不止这些:我们可以通过在沉浸式体验中收集的数据,定制出前所未有的个性化教育体验。创造性条件以及沉浸式教育对人类大脑来说有着极其重要的意义,我们绝对有理由相信,沉浸式教育终会有成为标准的一天。现在,很多研究已经证实这种新型教学方式的显著成效和无穷潜力:视觉、社交、互动和情感参与度非常高的沉浸式教育,能够将知识牢牢地留在大脑之中。

 

教育分析的新时代

 

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沉浸式媒体的优势是可以从用户数据中获取大量信息。由于头显不断被跟踪,因此我们可以清楚地知道用户正在查看的内容、使用时间和使用时长、喜欢与什么交互,甚至是用户选择忽略的内容也能够进行收集。

 

下一代头显预计将加入眼球跟踪功能,这将为开发者打开另一个信息世界的大门。你大概早就听说过人类瞳孔在看到感兴趣的事物时会有所放大,但是事实远不止如此。

 

除了有趣的事物,精神紧张和情感参与也能够让瞳孔放大。普林斯顿大学心理学家丹尼尔·卡尼曼几十年前曾表示:瞳孔的大小与任务难度成正比。比如计算9乘以13,此时瞳孔会稍微扩大;而计算29乘以13,瞳孔就会进一步放大,并保持这种状态,直到找到答案或停止计算为止。卡尼曼说:“仅仅通过在实验中观察瞳孔的变化,就可以预知是否有人放弃了计算。”

 

德国马尔堡菲利普斯大学神经物理学家沃尔夫冈·艾因泽斯·特雷耶WolfgangEinhäuser-Treyer)2010年的一项研究显示:瞳孔大小的变化与做出决定的时间相关。研究人员让参与者在10秒间隔内的任意时间按下按钮,就在他们做出决定的前一秒钟,瞳孔开始放大,并在一到两秒后达到峰值。

 

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这对于教育来说非常适用,利用人工智能技术将所有数据收集起来,使得内容创作者能够轻而易举地准确获取学生们实时变化的心理特征,甚至可以预测他们的行为。事实上,这些精准的数据完全可以让考试制度下岗,因为一旦了解了学生潜意识中对一门学科的掌握程度,那就没有什么需要测试的了。

 

尽管对这些数据的滥用仍然存在担忧,但它确实为教学软件奠定了基础。总而言之,与AI结合的沉浸式教育可以实时测量学生智力和情感参与度,以灵活调整教育体验,自动解决学习困难,以定制个性化体验从而最大限度地发挥学生的兴趣。最终,结合AI的沉浸式教育成为促进教育进步的动力源泉,创造真正独特的互动体验,为个性化学习和掌握型学习铺平道路。

 

但是AI能走多远?未来有一天AI能成为老师吗?

 

人工智能与完美教师

 

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目前为止,我们已经大胆地研究了沉浸式教育如何通过主要的体验式方法在长期内重新定义学习,我们还讨论了如何在这些体验中收集数据以创建真正的个性化教育,让开发人员、教师和创作者能够实时了解学生的思维。

 

让我们进一步扩展想象力,设想一下新兴技术如何融入沉浸式媒介,促进教育发展——先从AI说起。

 

毋庸置疑,人工智能是当今世界最重要的技术之一,其影响力波及医疗、金融、聊天机器人和艺术等多个领域。可以说,人工智能已经以人类无法估量的方式渗透在生活的方方面面,就像日常使用的计算机和互联网一样,未来我们必然会越来越依赖它所带来的力量。

 

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AI正在改变我们与设备交互的方式,这就不难理解,为什么通过语音控制设备的对话式用户界面(Conversational User Interface,CUI)变得日益流行起来。人工智能技术如今广泛应用于智能手机(如谷歌语音助手、苹果Siri、微软小娜)以及家庭设备(如亚马逊Echo、Google Home)中,所利用的正是人类最直观的控制方式:说话。随着文本转语音、语音识别和程序化对话技术的不断推进,距离我们与设备进行完全对话只需要几年时间。

 

那么当AI与沉浸式教育相结合时,会发生什么呢?

 

沉浸式媒介的美妙之处在于,它可以为人工智能助手、聊天机器人等虚拟角色提供物理存在。我们已经处于能够与这些人工智能机器人进行对话的边缘,而使用沉浸式技术,我们还可以让它们拥有一个用以交互的身体以及表达情感的面孔。

 

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如此看来,与AI机器人建立一种微妙的关系似乎并非不可能,这一点对于教育来说至关重要。随着时间的推移,人工智能助手必定会比我们更了解自己,包括之前提到的对学生智力和情绪的理解。总之,功能强大的AI教师即将到来,它们精确地知道怎样有效传授信息。

 

虽然这个概念可能在某些人看来似乎很荒谬,但它确实能够被实现。传统的教学模式并不复杂——老师在课堂上统一授课,观察学生的反应,偶尔提些问题让学生回答或者做一些活动,然后再继续回归书本内容。当然,并不是所有的教学都以这种方式进行,但绝大多数都是。这种模式对于AI来说简直轻而易举,但在这样一个千篇一律的模式中工作可不是AI教师的终极目标。相信随着人工智能技术的不断进步,我们将找到新的方式来扩展师生关系,减少等级差异,提高学生参与度。

 

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不过要注意的是,AI教师不必拘泥于某个特定的人物或形象。特别是在沉浸式媒介中,人工智能能够以各种方式进行教学。对于AI教师而言,采用什么样的形式或形象来教授课程理论上并没有限制,所有这些都可以基于个人喜好创造,生成互动式课堂。

 

从长远来看,要真正实现个性化教育,除了AI教师以外别无它法(除非脑机接口技术有重大突破)。AI教师的数字化和无限访问信息的能力,使得它们能够真正理解学科知识从而教导学生。

 

其实AI向人类学习已经足够长时间了,现在也是时候让它来教育人类了。

 

流动课堂

 

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你可能会认为,这些沉浸式教育体验都是孤立的,毫无团队协作可言。没错,它确实是一种单一的用户体验。但是,前文提到将大数据和沉浸式教育相结合,就能为课堂带来全新的变化形式。

 

把来自全球各地的学生连接在一起,为他们无缝匹配具有相似经验水平、兴趣,甚至技能互补的同伴,以鼓励他们合作解决问题,这样就能够实现多用户教育体验。当学生不再把课堂看作是一个物理的房间,而是作为一个协作学习的抽象空间时,教育体验可以在任何时候以任何形式进行,并且无需担心缺乏人际交流和互动。毕竟,沉浸式技术终将会发展,让数字世界与现实世界完全无法分辨。

 

这一点至关重要,沉浸式多用户教育体验不仅能够让学生接触到各种环境和文化,同时也可能为教育节省巨额成本。传统学校运营费用高昂,并且会占用大量的物理空间,而随着数字革命达到新的高度,学校的房屋、人力以及物流相关的成本,都将慢慢转变为数字形式,学生可以在改善的教育体系中持续学习,所节省的成本可达数千亿美元。 

 

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这种虚拟教室甚至不必拘泥于某种单一的数字体验,它可以无缝融入现实世界,以不可预知的方式不断呈现在你周围。

 

以上提及的全新学习方式可能听起来很梦幻,但通过新兴技术、设计和想象力的巧妙结合,都可以一一实现。关于未来的一个确定性因素是:未来必将颠覆现在。鉴于沉浸式技术和人工智能的迅猛发展,我们似乎有机会将教育变成我们想要的样子。

 

那么问题来了,如果可以,你想把它变成什么样子?

始发于微信公众号:SnailShellVR

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slduo
  • 本文由 发表于 2018年3月7日22:36:02
匿名

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