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讓人好想上學的「美感教科書」!課本不好看,誰是大魔王?

Suzuki
・2019/09/16 ・4620字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

編按:透過教育,能帶領我們更快的認識世界。但在求學時期,卻是讓好多壓力推拉著我們前進。於是周遭的風景模糊,甚至不知道自己的目的地;直到徬徨地到站,還有些人不知自己身在哪裡、該往哪去。這真的是我們希望的教育嗎?
教科書應該是求學時期學生們的好夥伴,我們卻想少有與它們相處的快樂回憶。在108新課綱上線之際,本次《科學教育科科科》專題特別專訪了「美感細胞」的創辦人陳慕天,聊聊關於「教科書再造」的那些事。

新學期開始了,還記得小時候只要一開學,我們就會發一疊課本、習作,然後翻到背後寫上名字後,除非考試會考、上課會用,不然真的不會翻那本圖片老式、插圖傳統的課本。

難道國中小的教科書只能讓人感覺俗俗土土的嗎?

「課本會這麼醜,是沒有大魔王的!」美感細胞共同創辦人陳慕天表示。

教科書之所以難以改革,是因為它和許多單位的不同處境環環相扣:教育部擔憂增加課本的成本會導致反彈而不敢提升課本價格,而在現行每頁課本成本平均只有 3 元的情況下,讓出版社也很難有足夠的資源可以發揮。

「所以我們必須試著做給他們看,課本才有改變的機會。」陳慕天表示,當大家都不敢動的時候,課本就死在那邊。

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2017 年「美感細胞」在 FlyingV 上發起「美感教科書再造計畫」募資。

2017 年「美感細胞」在 FlyingV 上發起「美感教科書再造計畫」募資,希望趕在 108 課綱上路、新課本推出前,進行體制外的教科書革命。「美感細胞」媒合五位設計師,編排國小五年級的國文、英文、數學、自然、社會課本,募資額高達 560 萬,印刷近 1,4000 本送至 170 多所小學,共有超過 7000 位學生參與實驗計畫。

「在資訊爆炸的社會中,太多好看的影片、遊戲分散孩子的注意力,如果課本永遠是最土的,小朋友根本不會用,但這就會犧牲買不起參考書和課外讀本的孩子。」陳慕天覺得,一本具有「美感」的課本,對學習資源缺乏的孩子是會有幫助。

「美感」教科書改變了教科書的什麼?

「美感」聽起來很玄,但到底什麼是符合「美感」的設計呢?(該不會要扯到畢達哥拉斯黃金比例吧!)其實「美感」也不是太難捉摸,主軸是課本的編排符合設計邏輯、要求,以及考量使用者需求。

「美感細胞」在 2017 年第二波教科書改造計畫中,設計五年級的五大主科課本。圖片提供/美感細胞,擷取自美感教科書計畫成果報告書

因此,教科書再造的主軸有二:一是透過視覺設計與排版,創造好的使用這體驗;二是加入設計師的風格與巧思,啟發孩子的學習興趣。

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(1)好的視覺設計,創造好的學習者體驗

「美感細胞」透過許多方式來創造好的課本使用體驗,設計的眉角相當多,以下列舉三點說明:

  • 關鍵字放大、圖表引導,搭起學習的鷹架

陳慕天表示,課本設計跟商業設計最大的不同是,商業設計在客戶消費之後,有沒有記得其中的訊息都沒有關係,但課本可不能這樣。課本必須要能提供引導與鋪成,讓孩子循著鷹架學習。

圖左即是數學課本透過關鍵字放大,引導孩子掌握學習重點。圖片提供/美感細胞,擷取自美感教科書計畫成果報告書

以數學習題來說,就利用第一題將關鍵字放大,下一題將關鍵字縮小,用視覺引導,協助孩子掌握重點。

社會課本在講解少子化時,陳慕天提到過往常用 50 年代生育政策的圖片,搭配說明,但這樣做學生未必有感,若用出生率數據和政策結合,製作跨頁圖表,學生會更好理解少子化的狀況。

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圖表引導範例:「美感細胞」的社會課本,應用圖表解釋台灣的人口變遷,幫助學生掌握重點。圖片拍攝/簡鈺璇
  • 編排有邏輯,空間配置舒適

陳慕天表示,視覺語言影響孩子很深,處理得宜就能讓孩子掌握單元重點,以往編排的方式是「大放大鳴」,有許多跟課文無關的插畫會干擾孩子,因此必須拿掉無意義的插畫,讓圖文搭配有邏輯。

過往出版社可能因為照片授權的原因,所以圖片都會舊舊、老老的。對應這個問題,陳慕天認為能會將圖片改成插畫,或調整圖片比例,重點是讓整本課本的設計風格統一,避免紊亂。

另外,為了閱讀舒適,有些編輯的小規則必須注意,如:對齊、圖片比例、字與圖間的留白與配置⋯⋯等。陳慕天表示。留白就像人講話的換氣點,假使白色的空間雜亂,人的閱讀節奏就不順,學生使用課本就很費力。

空間配置範例:108 年南一出版社編纂的國中一年級新版自然科教科書,「美感細胞」以他們的書為範例,解釋何謂好的空間配置。圖片提供/美感細胞
  • 利用色彩計畫,幫助學習

色彩使用也是教科書重要的一環,如何透過色彩引導學生學習相當重要,因此課本常會用「色彩計畫」,例如將「綠色」色塊區分為先備提示,紅色是關鍵重點,藍色是習題,讓孩子看到顏色就知道現在的學習目標是什麼。

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陳慕天表示,像是最新的康軒出版國小一年級國語課本,就用色彩標示聲符、韻符和介音,幫助孩子快速認識注音。

色彩計畫範例:108 年康軒出版社的國語課本應用顏色區隔聲符、韻符和介音。圖片提供/美感細胞
色彩計畫範例:108 年南一出版社的自然課本,透過不同顏色標示血糖上升過程,更清楚呈現個階段的變化原因。圖片提供/美感細胞

(2)設計師埋梗,激發孩子學習興趣

《美感》合作的設計師各有不同的特質,在課綱內容不變下,透過設計,課本好像「活」了起來,每一本課本都有設計師精心埋的「梗」在裡頭,學習感覺也變有趣呢!

陳慕天表示,五本課本是有光譜的!有跟現行教科書最接近的國語、社會和自然課本,也有離現行市場較遠的英文與數學課本。以下分別重點說明五本課本的特色吧!(看到課本,真想要再當一次學生喔!)

  • 數學課本:打破頁數 像變形金剛的課本

設計師方序中操刀的數學課本就像變形金剛般,打破一頁一頁翻書的慣例,透過拉頁和不規則形的內頁,讓孩子有跳脫框架的視覺震撼。

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數學課本雙開頁,小朋友拉開時好驚艷!圖片提供/美感細胞

在題型演練部分,別於考卷僵化的問答題型,數學課本加入類似解謎的圖形,請小朋友算出有幾個扇形。課本封面設計也有巧思,以「黃金比例」為靈感,類似鸚鵡螺的設計,老師教學時就有素材,扣連數學與生活的關係。

小朋友正在算這張神秘圖形中有幾個扇形。圖片提供/美感細胞
  • 英文課本:時尚活潑 學英文還可以成為 fashionista

由陳永基設計師操刀的英文課本,走當代、前衛路線,裡頭的小動物穿著某一年歐洲兒童時裝週的衣服,封面是填字遊戲,用手機一掃,即可玩填字遊戲,以課本拉近英文與生活的距離,亦認識外國的文化。

英文課本當代感十足,給孩子不同的圖像刺激,課本內頁插畫是由插畫家「紅 林 」繪製的。圖片提供/美感細胞
  • 自然課本:用高質感攝影來讓孩子對實驗有感

設計師王艾莉的自然與生活科技課本,搭上空氣與燃燒單元,便在封面設計一個生鏽機器人,孩子可拿硬幣將機器人刮亮,而自然課本的內頁也跟金屬氧化的色彩變化有關係喔!

此外,與以往自然課本不同的是,設計師將實驗照片重新拍攝,以放大實驗圖片,以跨頁呈現實驗流程,讓同學掌握實驗結果,想忘也忘不了。

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自然與生活科技課本封面的機器人(圖左),設計成刮刮樂,讓孩子認識「氧化」反應。圖片提供/美感細胞,擷取自美感教科書計畫成果報告書
  • 國語課本:增添趣味互動 領略課文背後意義

由設計師馮宇的國語課本編排,除了強調生難字詞的學習外,加入許多趣味的互動,像是〈生命中的大石頭〉那課,就透過表格讓學生學習安排時間;在〈果真如此〉課文中,就設計一個望遠鏡打孔的頁面,感受一管窺天的侷限,提醒自己對任何事物抱有懷疑的精神。

在〈果真如此〉一課的設計中,特別將望遠鏡做挖洞的設計。圖片提供/美感細胞
  • 融入生活實際情境的社會課本

「圖文不符」在設計社會課本時,就加入許多時事梗和思辨討論,例如:加入「博愛座」的議題討論,透過大型摺頁插圖的方式,呈現不同處境的人,討論誰適合坐博愛座。

提及「多元文化」單元時,則配上一張群眾上街抗議的插畫,畫中每個人都拿著不同牌子,上頭有環保、勞工、土地和性別等抗議標語,讓學生知道社會中許多人都有關注的議題。

陳慕天笑著說:「光這張圖就能讓老師上一整節課了!」

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社會課本透過豐富的插畫,將許多議題包在裡頭。圖片提供/美感細胞

走入體制內是更重要的事情!

「我不敢說所有小朋友因為課本就喜歡那個科目,但十個有兩、三個跟我們說,他對那門科目比較有興趣。」陳慕天表示,2017 年「美感細胞」完成課本改造計畫後,大家都很期待下一波的計畫,但設計課本不是他們的目標,走入體制內才是。

「過往是『給我們一本課本,給孩子一個美術館』,現在則是『創造一個教育設計產業鍊,改變社會』。」陳慕天表示,這只是實驗計畫,像是替出版社和教育部打前鋒,試試看美感課本的水溫。

陳慕天認為,既然體制外有些小成果,出版社和教育部也看到美感課本的需求,就有機會慢慢改變這個不健康的教科書出版體制,突破結構性問題。

因此,他們與出版社、教育機關與設計師一同合作,把募資實驗的能量,用在讓全台灣所有學生都有美感課本上面。

目前已有許多成果,陳慕天表示,在 108 年課綱中,三家出版社都有找設計師加入團隊,也積極優化部分課本的設計,今年許多學生就可以用到新編排的「美感」課本。

「美感細胞」在去(2018)年也跟新北市教育局、老師合作推出國中「品德聯絡簿」,由金曲獎設計師顏伯駿組團操刀。陳慕天表示,聯絡簿中還加入很素養的哲學思辨單元,透過問答方式帶領同學思考,挑戰自己原本的價值觀,這個聯絡簿計畫今年還在進行喔!(但只有新北市國中生才有,大家想買也買不到(嗚嗚))

107 年第二學期的新北市國中聯絡本,加入四篇哲學作家朱家安的文章,此篇正是討論「事實判斷與價值判斷的差異」。圖片提供/美感細胞

陳慕天表示,許多成果顯示慢慢的改變與累積是有效果的,目前他們除了擔任師長、出版社和教育機關間的橋樑,協助溝通外,另一件事就是與台北教育大學合作,進行相關教育設計的研究,希望能用研究的方式,佐證課本對孩子學習之間的效果。

「美感細胞」的創辦人陳慕天,他手裡是 107-2 新北市國中的品德聯絡簿。圖/簡鈺璇攝影

陳慕天認為,人才培育亦很重要,他們開始將過往教科書實驗的經驗,製作編輯手冊或設計流程,讓更多設計人才能夠投入教育設計的產業中。

儘管走入體制後,事情變得很繁雜,改變也無法即時,但陳慕天說:「民主國家就像載著 2300 萬人的大機械往前走,換顆螺絲釘都很難,可是一旦換了,別人要改也很難。課本變美了,要把它變醜也是不容易啊!」

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Suzuki
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超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。

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從PD-L1到CD47:癌症免疫療法進入3.5代時代
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/25 ・4544字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

如果把癌細胞比喻成身體裡的頭號通緝犯,那誰來負責逮捕?

許多人第一時間想到的,可能是化療、放療這些外來的「賞金獵人」。但其實,我們體內早就駐紮著一支最強的警察部隊「免疫系統」。

既然「免疫系統」的警力這麼堅強,為什麼癌症還是屢屢得逞?關鍵就在於:癌細胞是偽裝高手。有的會偽造「良民證」,騙過免疫系統的菁英部隊;更厲害的,甚至能直接掛上「免查通行證」,讓負責巡邏的免疫細胞直接視而不見,大搖大擺地溜過。

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過去,免疫檢查點抑制劑的問世,為癌症治療帶來突破性的進展,成功撕下癌細胞的偽裝,也讓不少患者重燃希望。不過,目前在某些癌症中,反應率仍只有兩到三成,顯示這條路還有優化的空間。

今天,我們要來聊的,就是科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?

科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?/ 圖片來源:shutterstock

免疫療法登場:從殺敵一千到精準出擊

在回答問題之前,我們先從人類對抗癌症的「治療演變」說起。

最早的「傳統化療」,就像威力強大的「七傷拳」,殺傷力高,但不分敵我,往往是殺敵一千、自損八百,副作用極大。接著出現的「標靶藥物」,則像能精準出招的「一陽指」,能直接點中癌細胞的「穴位」,大幅減少對健康細胞的傷害,副作用也小多了。但麻煩的是,癌細胞很會突變,用藥一段時間就容易產生抗藥性,這套點穴功夫也就漸漸失靈。

直到這個世紀,人類才終於領悟到:最強的武功,是驅動體內的「原力」,也就是「重新喚醒免疫系統」來對付癌症。這場關鍵轉折,也開啟了「癌症免疫療法」的新時代。

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你可能不知道,就算在健康狀態下,平均每天還是會產生數千個癌細胞。而我們之所以安然無恙,全靠體內那套日夜巡邏的「免疫監測 (immunosurveillance)」機制,看到癌細胞就立刻清除。但,癌細胞之所以難纏,就在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

免疫系統中,有一批受過嚴格訓練的菁英,叫做「T細胞」,他們是執行最終擊殺任務的霹靂小組。狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,這個偽裝的學名,「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, PD-L1) 」,縮寫PD-L1。

當T細胞來盤查時,T細胞身上帶有一個具備煞車功能的「讀卡機」,叫做「程序性細胞死亡蛋白受體-1 (programmed cell death protein 1, PD-1) 」,簡稱 PD-1。當癌細胞的 PD-L1 跟 T細胞的 PD-1 對上時,就等於是在說:「嘿,自己人啦!別查我」,也就是腫瘤癌細胞會表現很多可抑制免疫 T 細胞活性的分子,這些分子能通過免疫 T 細胞的檢查哨,等於是通知免疫系統無需攻擊的訊號,因此 T 細胞就真的會被唬住,轉身離開且放棄攻擊。

這種免疫系統控制的樞紐機制就稱為「免疫檢查點 (immune checkpoints)」。而我們熟知的「免疫檢查點抑制劑」,作用就像是把那張「偽良民證」直接撕掉的藥物。良民證一失效,T細胞就能識破騙局、發現這是大壞蛋,重新發動攻擊!

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狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,也就是「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, 縮寫PD-L1) 」/ 圖片來源:shutterstock

目前免疫療法已成為晚期癌症患者心目中最後一根救命稻草,理由是他們的體能可能無法負荷化療帶來的副作用;標靶藥物雖然有效,不過在用藥一段期間後,終究會出現抗藥性;而「免疫檢查點抑制劑」卻有機會讓癌症獲得長期的控制。

由於免疫檢查點抑制劑是借著免疫系統的刀來殺死腫瘤,所以有著毒性較低並且治療耐受性較佳的優勢。對免疫檢查點抑制劑有治療反應的患者,也能獲得比起化療更長的存活期,以及較好的生活品質。

不過,儘管免疫檢查點抑制劑改寫了治癌戰局,這些年下來,卻仍有些問題。

CD47來救?揭開癌細胞的「免死金牌」機制

「免疫檢查點抑制劑」雖然帶來治療突破,但還是有不少挑戰。

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首先,是藥費昂貴。 雖然在台灣,健保於 2019 年後已有條件給付,但對多數人仍是沉重負擔。 第二,也是最關鍵的,單獨使用時,它的治療反應率並不高。在許多情況下,大約只有 2成到3成的患者有效。

換句話說,仍有七到八成的患者可能看不到預期的效果,而且治療反應又比較慢,必須等 2 至 3 個月才能看出端倪。對患者來說,這種「沒把握、又得等」的療程,心理壓力自然不小。

為什麼會這樣?很簡單,因為這個方法的前提是,癌細胞得用「偽良民證」這一招才有效。但如果癌細胞根本不屑玩這一套呢?

想像一下,整套免疫系統抓壞人的流程,其實是這樣運作的:當癌細胞自然死亡,或被初步攻擊後,會留下些許「屍塊渣渣」——也就是抗原。這時,體內負責巡邏兼清理的「巨噬細胞」就會出動,把這些渣渣撿起來、分析特徵。比方說,它發現犯人都戴著一頂「大草帽」。

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接著,巨噬細胞會把這個特徵,發布成「通緝令」,交給其他免疫細胞,並進一步訓練剛剛提到的菁英霹靂小組─T細胞。T細胞學會辨認「大草帽」,就能出發去精準獵殺所有戴著草帽的癌細胞。

當癌細胞死亡後,會留下「抗原」。體內的「巨噬細胞」會採集並分析這些特徵,並發布「通緝令」給其它免疫細胞,T細胞一旦學會辨識特徵,就能精準出擊,獵殺所有癌細胞。/ 圖片來源:shutterstock

而PD-1/PD-L1 的偽裝術,是發生在最後一步:T 細胞正準備動手時,癌細胞突然高喊:「我是好人啊!」,來騙過 T 細胞。

但問題若出在第一步呢?如果第一關,巡邏的警察「巨噬細胞」就完全沒有察覺這些屍塊有問題,根本沒發通緝令呢?

這正是更高竿的癌細胞採用的策略:它們在細胞表面大量表現一種叫做「 CD47 」的蛋白質。這個 CD47 分子,就像一張寫著「自己人,別吃我!」的免死金牌,它會跟巨噬細胞上的接收器─訊號調節蛋白α (Signal regulatory protein α,SIRPα) 結合。當巨噬細胞一看到這訊號,大腦就會自動判斷:「喔,這是正常細胞,跳過。」

結果會怎樣?巨噬細胞從頭到尾毫無動作,癌細胞就大搖大擺地走過警察面前,連罪犯「戴草帽」的通緝令都沒被發布,T 細胞自然也就毫無頭緒要出動!

這就是為什麼只阻斷 PD-L1 的藥物反應率有限。因為在許多案例中,癌細胞連進到「被追殺」的階段都沒有!

為了解決這個問題,科學家把目標轉向了這面「免死金牌」,開始開發能阻斷 CD47 的生物藥。但開發 CD47 藥物的這條路,可說是一波三折。

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不只精準殺敵,更不能誤傷友軍

研發抗癌新藥,就像打造一把神兵利器,太強、太弱都不行!

第一代 CD47 藥物,就是威力太強的例子。第一代藥物是強效的「單株抗體」,你可以想像是超強力膠帶,直接把癌細胞表面的「免死金牌」CD47 封死。同時,這個膠帶尾端還有一段蛋白質IgG-Fc,這段蛋白質可以和免疫細胞上的Fc受體結合。就像插上一面「快來吃我」的小旗子,吸引巨噬細胞前來吞噬。

問題來了!CD47 不只存在於癌細胞,全身上下的正常細胞,尤其是紅血球,也有 CD47 作為自我保護的訊號。結果,第一代藥物這種「見 CD47 就封」的策略,完全不分敵我,導致巨噬細胞連紅血球也一起攻擊,造成嚴重的貧血問題。

這問題影響可不小,導致一些備受矚目的藥物,例如美國製藥公司吉立亞醫藥(Gilead)的明星藥物 magrolimab,在2024年2月宣布停止開發。它原本是預期用來治療急性骨髓性白血病(AML)的單株抗體藥物。

太猛不行,那第二代藥物就改弱一點。科學家不再用強效抗體,而是改用「融合蛋白」,也就是巨噬細胞身上接收器 SIRPα 的一部分。它一樣會去佔住 CD47 的位置,但結合力比較弱,特別是跟紅血球的 CD47 結合力,只有 1% 左右,安全性明顯提升。

像是輝瑞在 2021 年就砸下 22.6 億美元,收購生技公司 Trillium Therapeutics 來開發這類藥物。Trillium 使用的是名為 TTI-621 和 TTI-622 的兩種融合蛋白,可以阻斷 CD47 的反應位置。但在輝瑞2025年4月29號公布最新的研發進度報告上,TTI-621 已經悄悄消失。已經進到二期研究的TTI-622,則是在6月29號,研究狀態被改為「已終止」。原因是「無法招募到計畫數量的受試者」。

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但第二代也有個弱點:為了安全,它對癌細胞 CD47 的結合力,也跟著變弱了,導致藥效不如預期。

於是,第三代藥物的目標誕生了:能不能打造一個只對癌細胞有超強結合力,但對紅血球幾乎沒反應的「完美武器」?

為了找出這種神兵利器,科學家們搬出了超炫的篩選工具:噬菌體(Phage),一種專門感染細菌的病毒。別緊張,不是要把病毒打進體內!而是把它當成一個龐大的「鑰匙資料庫」。

科學家可以透過基因改造,再加上AI的協助,就可以快速製造出數億、數十億種表面蛋白質結構都略有不同的噬菌體模型。然後,就開始配對流程:

  1. 先把這些長像各異的「鑰匙」全部拿去試開「紅血球」這把鎖,能打開的通通淘汰!
  2. 剩下的再去試開「癌細胞」的鎖,從中挑出結合最強、最精準的那一把「神鑰」!

接著,就是把這把「神鑰」的結構複製下來,大量生產。可能會從噬菌體上切下來,或是定序入選噬菌體的基因,找出最佳序列。再將這段序列,放入其他表達載體中,例如細菌或是哺乳動物細胞中來生產蛋白質。最後再接上一段能號召免疫系統來攻擊的「標籤蛋白 IgG-Fc」,就大功告成了!

目前這領域的領頭羊之一,是美國的 ALX Oncology,他們的產品 Evorpacept 已完成二期臨床試驗。但他們的標籤蛋白使用的是 IgG1,對巨噬細胞的吸引力較弱,需要搭配其他藥物聯合使用。

而另一個值得關注的,是總部在台北的漢康生技。他們利用噬菌體平台,從上億個可能性中,篩選出了理想的融合蛋白 HCB101。同時,他們選擇的標籤蛋白 IgG4,是巨噬細胞比較「感興趣」的類型,理論上能更有效地觸發吞噬作用。在臨床一期試驗中,就展現了單獨用藥也能讓腫瘤顯著縮小的效果以及高劑量對腫瘤產生腫瘤顯著部分縮小效果。因為它結合了前幾代藥物的優點,有人稱之為「第 3.5 代」藥物。

除此之外,還有漢康生技的FBDB平台技術,這項技術可以將多個融合蛋白「串」在一起。例如,把能攻擊 CD47、PD-L1、甚至能調整腫瘤微環境、活化巨噬細胞與T細胞的融合蛋白接在一起。讓這些武器達成 1+1+1 遠大於 3 的超倍攻擊效果,多管齊下攻擊腫瘤細胞。

結語

從撕掉「偽良民證」的 PD-L1 抑制劑,到破解「免死金牌」的 CD47 藥物,再到利用 AI 和噬菌體平台,設計出越來越精準的千里追魂香。 

對我們來說,最棒的好消息,莫過於這些免疫療法,從沒有停下改進的腳步。科學家們正一步步克服反應率不足、副作用等等的缺點。這些努力,都為癌症的「長期控制」甚至「治癒」,帶來了更多的希望。

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數學不會就是不會?——先別怕!培養「數感」可解答生活中的大小事
科技大觀園_96
・2021/11/15 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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「長期在壓抑的情況下,其實他(學生)不喜歡數學,是很正常的。」嘉義大學數理教育研究所終身特聘教授,兼任副校長的楊德清表示。 

嘉義大學數理教育研究所教授楊德清。圖/陳亭瑋攝

最近有句網路流行語獲得許多人共鳴:「人生會背叛你,但數學不會,數學不會就是不會。」從一句話就可以看出來,數學是很多人求學階段的挫折經驗。困難的學科有很多,為什麼在臺灣,數學特別容易得到「困難」、「聽不懂」的標籤呢?

楊德清長年投入數學教育領域,研發「數常識電腦化診斷測驗」,兩度獲得科技部傑出研究獎。長年推廣「數感」(亦稱「數常識」)的楊德清觀察,臺灣學生常年對於數學的排斥感,除了教材因素,更多與難以擺脫的升學壓力有關。許多家長認為,數學成績好才能在未來有好的課業表現,因此早在國小階段對於數學成績就非常看重,急著送孩子進補習班,反而讓孩子沒辦法好好享受數學所能提供的邏輯與思考的趣味。而學校課程與評量的安排,也受限於考試領導教學,讓數學流於偏重計算與記憶。

過往偏重抽象計算的教學內容,也讓學生容易誤認為數學只有抽象的做題、沒有實用價值。由此的反思,掀起了一波對於「數感」的推廣。數感是什麼呢?「對數字有很好的理解,而能夠把這種理解實際的應用在生活當中,彈性、靈活地解決生活中的問題。」數學是人類理解世界最重要的工具,我們每天的生活環境不管有沒有意識到,都會遭遇到與數學有關的問題,從在菜市場買菜估算身上的錢夠不夠,到金融投資選擇保險、基金、儲蓄險要衡量損益,都會運用到數學的概念。 

楊德清認為,數感是「對數字有很好的理解,而能夠把這種理解實際的應用在生活當中,彈性、靈活地解決生活中的問題」。圖/fatcat11 繪

借鑑國外教科書,讓數學更貼近生活

臺灣的數學教育向來在國小國中階段,可以獲得不錯的成績,但是學生對於數學的興趣與自信心卻相對低落。楊德清率領團隊進行跨國研究,比較新加坡、芬蘭、美國的數學課本,後來還配合南向政策,加入馬來西亞、印尼等國,希望透過探究教材上的差異,了解是什麼因素讓有些國家的學生,既有好成績,也不致嚴重磨損學習熱情。

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「芬蘭的教科書非常強調與生活情境的連結,內容非常『寫實』。」芬蘭的數學課本會提供非常具體的例子,作為教材也應用於學生的練習。像是給國小的課本,講到比例就會以實際的昆蟲放大縮小來舉例;上到時間判讀,就直接拿出全球的時區來上課。這樣的教材內容除了生活化,也讓學生可以非常快速認識實際應用場景。 

芬蘭的教科書非常強調與生活情境的連結,例如上到「時間判讀」,就直接拿出全球的時區來上課。圖/楊德清研究室提供

臺灣過去國小的數學教材,相對重視背誦、記憶與計算。讓很多孩子不知其所以然,不知道為什麼要回答這些問題,這些原因都會造成學生不喜歡數學。重視計算之餘,國小教材也很早就引入「直式算則」,教學生使用特定計算方法、得到單一解答。而受限於教學現場,老師也沒有時間鼓勵發展創新多元的解法。這在國小階段相當可惜,沒有機會提供學生與數學一同玩耍、訓練思考、發展創新的機會。

不只是選擇題、計算題、應用題等只有單一答案的問題,楊德清認為,國小數學也可以發展開放式的問題,來了解學生的學習理解。楊德清舉例:「什麼是周長?」就是開放式的問題,每個孩子的回答可以都不相同,例如孩子可以回答:繞著我們家附近的池塘走一圈,那一圈的距離就是那個池塘的周長。透過這樣的提問與回答,可以觀察到學生是不是真正了解數學的觀念、是不是存在哪些迷思,也可以提供學生進一步思考數學概念的機會。 

「什麼是周長?」每個孩子的回答可以都不相同,例如:繞著我們家附近的池塘走一圈,那一圈的距離就是那個池塘的周長。圖/Pixabay

善用科技,診斷學習迷思、提供補救教學

楊德清在 2014 年與 2020 年兩次獲得「科技部傑出研究獎」,研究的重心就與數學的「迷思概念」息息相關。他率領團隊完成可以在線上執行的「數常識電腦化診斷測驗」,透過網路測驗系統,取代傳統的紙筆測驗或面對面訪談,針對國小四到六年級的學生,了解學生的數學程度,也診斷迷思概念。而學生評量完,除了可以快速獲得測驗結果,幾個比較常見的迷思概念也可以直接透過「數常識電腦數位動畫學習活動」獲得補救教學。

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楊德清表示,現階段的診斷系統屬於「三階」的診斷,第一階詢問學生數學問題,第二階詢問學生「原因選項」,也就是選擇答案的原因,第三階「信心選項」更往下進一步詢問學生對於這個答案的「自信程度」。所有的問題都經過仔細設計,第二階「原因選項」更是經過多年詳細的訪談及紙筆測驗,扎扎實實收集資料,反映學生存在的迷思概念。現在還在進行的「四階」診斷,除了詢問對答案的自信程度,更詢問學生,對於「原因選項」的自信程度。線上的診斷系統除了針對數學教學研究能夠快速收集資料、進行分析,也可以提供學校老師作為教學與學生程度的參考。 

現階段的診斷系統屬於「三階」的診斷,其中第二階「原因選項」更是經過多年詳細的訪談及紙筆測驗,扎扎實實收集資料,反映學生存在的迷思概念。圖/Pixabay

對於診斷測驗系統下一階段的發展,楊德清充滿了想像,認為未來甚至可以加入人工智慧,讓學生進行測驗的時候,直接藉由人工智慧與學生進行互動、討論,提供回饋甚至是補救教學。另外一個還在構思中的研究,則是透過臉部辨識系統區辨學生的臉部表情與情緒,分析學生的學習狀況,在教學的現場就可以提供老師回饋與教學指引。

在臺灣的教育環境中,數學的課業壓力似乎短期內很難避免。焦慮或對數學缺乏自信的家長,又該怎麼做呢?楊德清提供的建議是:在早期階段,不需要急著給解答或資源,反而在孩子學習過程中,提供「陪伴」才是最重要的;其次是多給孩子一些空間,不要有太多限制。「(面對數學的時候)鼓勵他去想『要怎麼解決一個問題』、『為什麼要這樣做?』」楊德清認為,強求制式的解答或成績,容易導致孩子失去興趣或信心;讓孩子隨著自己的天性才能發展,適才適性才能有好的結果。

「要讓孩子學得更好,應該要鼓勵他在學習過程中去思考、用自己喜歡的方法解決問題、去想為什麼,因為這些才是真正(數學)核心的重點。」

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科技大觀園_96
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為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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從科普閱讀談科學素養:閱讀能力才是終身學習的基礎
科學研習
・2019/07/31 ・4805字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 557 ・八年級

文/黃俊儒│國立中正大學通識教育中心教授

本文轉載自科學研習月刊-第55卷11期(2016)

編按:透過教育,能帶領我們更快的認識世界。但在學校時,卻有好多壓力推拉著我們前進,於是周遭的風景模糊,甚至不知道自己的目的地;直到徬徨地到站,還有些人不知自己身在哪裡、該往哪去。這真的是我們希望的教育嗎?
在108課綱上線之際,本次《科學教育科科科》專題特別挑選了《科學研習》2016年黃俊儒老師所寫的《從科普閱讀談科學素養》轉載搭配,讓專題主題更為全面。
就來一起聊聊科學教育,和讓我們不能與科學成為朋友的那些事吧。

 

如何讓一般民眾在日常生活中,仍能夠保持對於科學的關心及參與?科普閱讀的推動就成為厚植公民科學素養的重要基本功。

閱讀是培養公民科學素養的基本功

在許多對於臺灣社會基礎能力的國際評比中,筆者特別對於臺灣 2006 年首次參加的國際學生能力評量計畫(Programme for International Student Assessment, PISA)印象深刻。

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在這一項針對各國 15 歲學生的評比中,那一年臺灣學生的數學成績傲視全球,科學素養的成績也名列前茅,但是閱讀能力卻僅在 57 個國家中差強人意地名列第 16 名。無獨有偶地,在同年相近時間公布以國小四年級學生為對象的「國際閱讀素養調查」(Progress in International Reading Literacy Study, PIRLS)中,臺灣仍僅在 45 個國家中名列第 22 名。

source: Kaboompics .com

這樣的結果在之後幾次的國際調查中,也都呈現出類似的分佈樣貌。表面上,我們似乎仍維持著數學及科學上的優勢,但是如果再仔細想想,青少年階段學科知識上的領先,未必在進入成人階段後還能繼續維持。因為一旦缺乏考試的驅力,人們必須仰賴喜歡不斷吸收新知的內在動機來維持,但是閱讀習慣的不佳,卻極有可能造成我們出了教室之後智識上的停滯。

因此如何讓一般民眾在日常生活中,仍能夠保持對於科學的關心及參與,這對於一個成熟的公民社會而言具有指標性的意義。在這種狀況之下,科普閱讀的推動就成為厚植公民科學素養的重要基本功。

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「文本」(text)在人類知識傳承的過程中,原本就扮演一個極為重要的角色,如果沒有透過文本的傳承,現代科學恐怕很難發展到目前的地步。例如一個人可以經由錯誤中的嘗試、口耳相傳、或是學徒的方式獲取某些知識,但是沒有閱讀的能力就無法體會某些知識體系的精髓。

在臺灣,我們都習慣透過「教導者」對於相關科學概念的解說以及演練來達到理解科學的目的。但是在晚近的國際評比中,卻逐漸著重在透過閱讀短篇故事、網路信件、雜誌報導及統計圖表等各種形式的資訊,來衡量學生的閱讀能力。

科普雜誌等形形色色的文本都是傳遞科學知識的重要媒介。攝影/張志定

這些不同方式的評比所考驗的能力包括:

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  1. 擷取資訊的能力──就是能否從所閱讀的文字資料中,找到所需資訊;
  2. 解讀資訊的能力──即閱讀後,能否正確解讀資訊的意義;
  3. 思考和判斷力──就是能否將所讀內容與自己原有的知識、想法和經驗相連結,在綜合判斷後,進一步提出自己的觀點。

因為每一個人都不可能在學校裡習得未來進入社會後所需要具備的一切知識和技能,因此閱讀理解的能力必須為終身學習奠定穩固的基礎,畢竟在資訊爆炸的時代中,我們有太多機會可以接觸到各式各樣的文本,而這些形形色色的文本都是傳遞科學知識的重要媒介。

在科普閱讀中領略科學的多元面貌

類型眾多的科普圖書是補足教室內科學教育的重要管道,我們可從中領略科學的多元面貌,瞭解當代科技社會運作類型眾多的科普圖書是補足教室內科學教育的重要管道,我們可從中領略科學的多元面貌,瞭解當代科技社會運作。攝影/張志定

如果科普閱讀是補足教室內科學教育的重要管道,那麼從類型眾多的科普文本可以如何理解科學呢?

教室中的科學教育多與基礎的科學知識有關,教室外的科普閱讀則可以更加寬廣,更有機會回應整體科技社會的真實樣貌。筆者從過去科學傳播的相關實務工作及研究觀察,大概歸納出幾種在科普閱讀的過程中有助於瞭解當代科技社會運作的解讀視角:

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一、科學知識的秩序與美感

透過科普閱讀來更新科學知識,這應該是一般人最能夠理解的想像,也確實是科普讀物的主要功能之一。科學知識就像是人類發明來描述自然界的一種語言,這個語言引領人們用不同的角度看世界,除了具有實用的價值之外,更兼具了美感。

透過科學的語言,可以同時讓人們領略「科學知識之美」以及「科學對象之美」,前者包括各種科學理論、數學方程式、實驗設計等,所呈現的和諧性、對稱性或齊一性,體現了科學知識的嚴整及規律;後者指的則是透過科學知識的語言,引介我們對於身處之自然環境的另一種體察, 例如植物、動物、微生物、細胞,或是山川、海洋、草原、天空等,小到微觀的纖細世界,大到浩瀚的無垠宇宙,都可以透過科學語言來呈現出某種秩序及美感。

二、科學的創造歷程

科學發展的過程中,有一個十分迷人的層面是屬於科學家、工程師或技術人員在從事相關創發時的心理歷程。這些心理歷程往往呈顯了人類在挑戰外在世界時的艱辛足跡,它可以進一步區分成個人的層面以及社會群體層面:

  • 在個體的心理層面上,包括這些科學工作者如何構思、推理及創造,透過這些過程可以發現一般人所不容易發現的事物或理論;
  • 在社會群體的心理層面上,則可以觀察那種競爭壓力、社會文化情境或利益衝突下,能夠有效地促成相關的科學發展。

不論是個人的聰明才智或是群體的社會動力,都是促成科學進步的重要驅力,但是在教室中的科學所呈現的比較是一個「事後合理化」的過程,不容易重現科學發展過程中的實際心理歷程。但是透過科學家傳記之類的科普書籍閱讀,可以更加生動地描繪這個有趣的科學面向。

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三、科學理論的更迭

教室裡的科學教育需要有效率地傳遞科學知識,因此從教科書中所揭示的科學發展圖像,難免就是 A 科學家很努力地針對一個問題研究到一個階段後,就會出現另一個 B 科學家在這些基礎上接續努力,而之後的 C 科學家又跟在這兩位科學家後面承先啟後。所以整個科學發展的歷程就像是接力賽一樣,一棒傳過一棒,而科學理論就在這個過程中不斷地累積與堆疊,直到如今的樣貌。

事實上,這麼直線性的科學發展觀常常只是一種「理性重建」後的產物,真正的科學發展過程恐怕不是如此的順暢與理所當然。幾乎每個科學理論在成形前,都經過許多競逐、爭辯或是詮釋的歷程,各種社會及文化的變數甚至都可能參與其中。

透過科普文本,可以有比較大的空間去重現每一項科學理論的轉換過程,引導讀者以較巨觀的視角去檢視科學理論的更迭,可以彌補教室科學中比較片面的科學發展觀所可能導致的「見樹不見林」。

四、科學與產業、生活型態

科技的驚人進展改變了許多人類生活的樣貌,同時也改變了產業的型態。

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例如,科技發展促成許多自動化機具的研發,間接鼓勵了大規模的生產及供給模式,並進一步改變了市場的交易規則及貿易方式;透過科技發展所開發的大規模食物生產方式,讓人類得以緩解糧食飢荒的問題,也讓我們得以用便宜的花費購買食物;基於運輸科技及食物保存科技的進步,讓我們可以吃到許多遙遠地方的農產品,甚至造成東西方食物的融合及互相影響;網路及電子通訊產品的發達與普及,造成了人們交友或社交活動型態的改變。

許多科學發展下所造成對於人力的取代,帶動了產業及生活型態的改變,卻也同時將人們的勞動力、知識、尊嚴都重新地加以洗牌與重新分配。透過科普閱讀,可以觀察最新的科技對人類生活型態所發生的影響。

五、科學的效果與侷限

科學的發展常常像是一把雙刃劍,會有效果也會有局限,更可能有反作用力。例如飛機、汽車和輪船等交通工具的出現後,人類可以快速地往返兩地,明顯地節省時間、體力與負擔,但是在這種便捷之下,卻也同時助長了病毒在世界各地的傳播,下午在香港的流行性病毒,不出一天就可能傳播到紐約。

在科技的效能發揮到某種極致之後,往往彼此鏈結出一個越來越龐大的複雜網絡,也累積出一些避免不了的科技風險。這種「效果」與「局限」之間彼此交織的情形,是現代科學發展中的一項重要特質,也是在科普閱讀中很值得深入了解的面向。

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六、影響科學發展的社會因素

智慧型手機的功能為什麼會是這幾種?感冒藥為什麼會區分成這幾種類型在藥架上販賣?汽車為什麼會有這幾種標準配備?健康檢查為什麼要檢查這幾種項目?工程師為什麼不把科學產品設計一步到位,而老是要過不久就換一種版本或機型?

關於這些問題,教科書中的科學描述,會讓我們認為是因為科學家或工程師發現人們有需求,於是針對這些需求所進行的研發所造成。但事實上,各種科技器物的發展與被使用,背後卻可能還有更多影響的因素、條件及過程,才造就了現在我們所使用的各種方式,並非如此的理所當然。

科普閱讀可以讓我們瞭解這些屬於科學社群背後的陰謀或是陽謀,真正瞭解「科技來自於人性」的真義。

七、科學與社會爭議

人們在擁抱科技進展所帶來的便捷之餘,同時也逐漸地需要承受這些好處所伴隨而來的副作用。例如對於臺灣社會而言,2000 年之後,出現了許多因為科技發展所引發的爭端,例如科學園區設置、焚化爐興建、核廢料選址等問題。

這些科技爭議可以區分成幾種不同的型態,包括科學理論或研究活動對於社會道德的挑戰、工業活動造成的健康威脅、環保主義與經濟優先性之間的緊張、個人期望和社會群體目標間的衝突等。科普閱讀可以讓我們瞭解科技發展中「有失有得」的公平邏輯,避免視而不見的鴕鳥心態。

八、科學與倫理、價值

許多人相信,科幻小說的場景在實際的生活中,終究會有實現的一天。科技發展的速度常常領先人類的想像,在人們還沒想到如何因應之前,科技的效果就已大舉入侵我們的生活。

例如在網路還沒有發達之前,我們很難想像會有所謂偷取線上遊戲籌碼的「虛擬犯罪」。因為過去沒有發生過,所以就不會有相應的法律予以規範及保障。科學與科技的發展過程中,或多或少都會衝擊人類社會既有的倫常關係,透過科普的閱讀可以了解科學與倫理、價值之間互動共生的關係。

面向新時代的科普閱讀

傳播媒介形式界線逐漸模糊的時代,電視或網路上科學影片是否屬於科普閱讀的範疇?有待討論。圖為掛載網路影音分享平台上的公共電視科普節目《流言追追追》。

科技發展的影響十分全面,即便是對於「科普閱讀」本身也產生了很大的質變,需要被予以重新定義。我們習慣很自然地將科普讀物直接想像成是「科普書籍」,但是自從資訊科技的蓬勃發展之後,所謂的科普閱讀,它在範疇上已經發生了許多的變化。

例如,社群媒體中隨處可得的科學新聞或訊息,算不算?通訊軟體上好友互相傳遞的健康新知或關懷文,算不算?名人的粉絲專頁、報紙雜誌的深度專欄、獨立評論者的網誌,算不算?如果把閱讀的範疇從文字再擴及到範圍更大的影音文本,那麼科學電影、科學影集和科學記錄片,算不算?

從這些列舉的例子中可以發現,這個時代的科普閱讀不僅已經有更多元的風貌,而且從各種管道滲透到常民的文化之中,這些新型態的媒介對於型塑社會公民的科學素養而言,有著更直接與立即的影響。

雖然在不同文本中可以觀察的科學面貌仍有其共通性,但仍需要有更多深入的研究及探討來瞭解新媒介的科普閱讀問題,如果僅局限在古典科普文本的想像,恐怕很多科普閱讀的推動措施都會失靈。因此如何協助閱讀者回應新型態的科普文本,這或許是許多科普閱讀推動者在未來需要更加著力的地方。

轉載自科學研習月刊-第55卷11期(2016) ,原文為《從科普閱讀談科學素養》。
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