【智活星期二】侯玉松：「在輔助教學的過程中，我們學習得更多。」

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

• 專訪柳勇全／史丹佛醫學院副教授

在全球疫情緊張的現在，史丹佛醫學院副教授柳勇全說出了睡眠對提升免疫力的重要性，在這個時間點更形重要。柳醫師是耳鼻喉外科併整形外科副教授、生物設計（Bio Design）教師培訓學者，專精於睡眠呼吸中止症的外科治療。

他指出，過去曾經做過一個研究，把感冒病毒置於病人鼻腔，發現睡眠少於五小時的團體，50% 會得到感冒，睡眠多於七小時的人，只有 18% 得到感冒。同樣地，睡眠多於六小時的人，打疫苗後身體會產生大量抗體，而少於六小時的人，抗體反應不明顯，就算事後補眠，效果也不彰。

柳勇全醫師指出，新型冠狀病毒與過去 SARS 病毒很大的不同點在於潛伏期相當長，SARS 病毒的症狀明顯，可以馬上隔離，但在新型冠狀病毒，許多患者剛開始都是無症狀感染，等到看到症狀時，已經感染給許多人。

所以只要呼吸不順、胸痛、發燒、咳嗽，或是頓時失去味覺、嗅覺，都不用等，需要馬上就醫篩檢。

新型冠狀病毒迷思

針對這次疫情，剛開始的時候亞洲人戴口罩，許多美國人則戴手套，差異極大，其實不論哪種形式，都是為了保護自己與別人。但以科學的角度來看，新型冠狀病毒是由上呼吸道感染病人，所以任何可以降低病毒進入人體的都是好方式。

以口罩為例，除了戴好之外，千萬不要用手摸前方，就算丟棄也要丟入有蓋的垃圾桶，不要讓病毒有機會感染其他人。

此外，針對新型冠狀病毒大家有許多迷思，包括下列兩項。

1. 高齡者比較容易被感染
   其實感染新型冠狀病毒沒有年齡的問題，不只是高齡者，目前也有許多年輕患者，譬如本來就有呼吸道疾病，或者是年輕醫護人員在工作過程中吸入大量病毒都有可能。在標榜個人主義的美國，許多年輕人在疫情初期都不願意戴口罩，但是現在的確是一個「你什麼都不做，只要乖乖待在家裡，就可以救別人」的非常時期。
2. 社群媒體的藥物討論
   疫情過程中，不斷有許多社群媒體討論，哪些藥物可以有效治療新冠肺炎，影響了許多人對藥物的看法。柳醫師指出，藥物是否有效，是相當嚴謹的臨床實驗過程，答案絕對不會來自於社群媒體，這當中有很多報導可能都沒有根據，也未經證實，最好的方式還是向醫生詢問，絕對不要亂吃藥物，造成身體不必要的損傷。

疫情對於美國醫學體系的衝擊與改變

這次疫情讓美國各大學首次停辦畢業典禮，過去在畢業典禮中的歡樂與淚水，也在病毒的影響下，只能成為遙遠的小確幸。

柳醫師從醫學教授角度來看，這次疫情對美國醫學體系的衝擊與改變如下：

1. 基礎研究停止
   疫情爆發後，醫院只開急診刀，讓人力保持最大的彈性，許多老師的基礎研究，如果與新型冠狀病毒無關也都須先暫停，而基礎研究是支撐醫學進步的重要基石，暫停雖迫於無奈，但的確也對醫學界產生長遠的影響與衝擊。
2. 遠距教學
   因應疫情時代的來臨，遠距教學將對生活產生根深蒂固的影響。但有許多事務仍是遠距無法取代的，以教學為例，老師在遠距的情況下，無法確切觀察到小朋友的互動、因材施教。
   同樣地，外科醫學院學生或許可以看影片來學習與模擬，但與開刀房的實作環境仍有相當大的不同。在開刀房中對於整個開刀房情況的掌握，絕對不是線上教學可以取代。
3. 創新的限制
   所有領域的創新一直是矽谷的靈魂，幾個人卡在車庫裡的創新，絕對不是遠距可以取代的。而這次疫情的經驗，讓我們知道哪些事情可以善用遠距，同時也更了解，人與人之間的溫度仍是無法取代的門檻。
4. 傳統看診方式正在改變
   傳統的看診方式也正在被遠距取代，問診的確很重要，但是很多測試可以改以行動健康管理的方式進行。以睡眠測試為例，以前到睡眠中心睡一晚的費用相當高昂，但是效果可能不如受試者利用手錶記錄的睡眠數據來得有用。

這些遠端測試數據都是相當重要的資產，如果可以活化應用，以後疫情只要在世界任一角落出現，馬上可以進行隔離、醫治，等於把國防的概念帶到防疫，絕對相當受用。

柳醫師笑著說，美國零售量販賣場塔吉特百貨（Target）發現，疫情期間，襯衫的銷量大增，而褲子的銷量下降，主要原因是大家現在用線上軟體開會，只需要上半身穿著正式即可。雖然說這是個疫情期間的笑話，但是透過會議軟體舉辦的遠距研討會，沒有臨場感，加上看不到聽眾的反應、缺乏互動，效果的確不如實體會議。

美國醫療系統在疫情期間受到嚴重衝擊的主因

這次疫情的爆發，對美國的醫療體系產生巨大影響，柳醫師指出，美國擁有龐大的醫療資源，但長期以來，美國的健康數據卻比不過其他先進國家，也比不過台灣，主要歸因於：

1. 資源分配與供應
   美國的醫療狀況是大城市的資源多，小城市相對少。再者，在醫材零件上較缺乏韌性，一遇到問題時，是否可以即時供應就成為瓶頸。以台灣為例，口罩一有缺，一星期便可以開始產出，但美國較缺乏這種彈性。
2. 人力使用
   疫情爆發期間，美國醫學院學會（Association of American Medical Colleges, AAMC）即指出需要更多醫生，美國其實擁有充足的護理能量，但由於法規的限制，讓人力使用的彈性與效率相對降低。
3. 缺乏全民保險
   美國沒有全民健保，就算有保險也有分類，所以大家不敢隨意看病，這不僅是保險問題，也是政治問題，對於弱勢族群的保障相對薄弱。

目前經濟力較為充裕的加州，正著手以地方的力量解決並改革問題，希望可以透過正確的方式改正目前醫療體系暴露的問題，讓其他地方開始複製、學習。

「疫情把我們打垮，我們才會改變。」雖然這是我們絕對不樂見的狀況，但危機正是轉機，也期待疫情造成的犧牲能為全球醫療與保險體系的修正帶來曙光。

＝ I C 筆記／ 詹益鑑＝

這次訪談是我跟 KT 節目開播後的第一次訪談，也就是說，柳醫師是我們第一個來賓。但因為當時是加州疫情剛爆發的階段，我們所有人都正在適應居家避疫，節目也從第一集開始就採用隔空遠距錄音的方式，因此在準備器材跟訪問資料時，都顯得手忙腳亂。

幸好在柳醫師充足的準備與協助下，我們有了很精彩、順利的第一次訪談錄製經驗，也由於他的專業背景與近距離觀察（日後才知道全灣區第一個新冠肺炎的病患就是送進史丹佛附設醫院），讓我們跟聽眾對於疫情的理解、對於醫療系統所遭受的衝擊，有了明確而清晰的輪廓。

在這集訪問之後，我跟柳醫師成了好友，經常交流醫療科技創新跟疫情相關的資訊，更開始認識跟連結在灣區的醫學研究與公衛體系。現在還出了書，這都是節目錄製前沒有想過的事！

——本文摘自《矽谷為什麼：科技、新創、生醫、投資，矽谷直送的最新趨勢與實戰經驗》，2022 年 6 月，商周出版，未經同意請勿轉載。

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《疫情之下，線上測驗與監考的隱私權難題》
• 作者／許君咏｜科技大觀園特約編輯

今年（2021年）夏天，因 Covid-19 疫情警戒提升至第三級，從五月18日全國各級學校停止到校上課，然而在這段期間內，並不是真的放大假，為了降低疫情對學生學習的影響，教育部強調「停課不停學」， 將課堂學習、測驗評量等都移到線上進行。

後來一路停課至七月底，當時教育部給予的建議為期末考可採多元評量，以不到校為主，然而遠距期末考到底要怎麼考，成為大家當時關心的話題，有些仍採測驗模式的科目爲求公平，老師們紛紛祭出各種防弊作法，例如大學教授提前制定嚴格的線上考試規範通知學生；或者規定學生架設手機、鏡子、電腦至特定角度，讓老師能夠從鏡頭中監考；師大附中則是自建系統舉辦期末考，每次螢幕只顯示一道題目並限定考試時間，全程錄影防止舞弊。

其實在這十年來，線上課程便已成為一股潮流，而 Covid-19 的流行更加速了遠距教學發展的步伐，隨著線上教學越來越普遍，不同公司紛紛推出遠距監考服務，試圖解決教育工作者的煩惱 ——「遠距考試怎麼做才公平？」。根據 2020 年 EDUCAUSE 雜誌的調查發現，超過一半（54%）的高等教育機構使用遠距監考服務，另外有 23% 的機構正在考慮或計劃使用。

常見的監考服務形式有以下幾種，例如要求學生安裝瀏覽器擴充功能，以「鎖定」他們的瀏覽器，防止學生在考試期間瀏覽其他網站；有些則是追蹤學生在電腦上使用的軟體；或者透過能夠進入學生網路鏡頭的軟體來監視他們，甚至再加上一位監考員；也有服務是利用眼動追蹤或網路流量分析來進行監考。然而，這些因應遠距考試的監考服務看似方便，卻也帶來更多挑戰。

今年八月，美國喬治華盛頓大學發表的一項研究，探討了被遠距監考的學生們對安全與隱私的看法。首先，他們分析了八種遠距監考 Chrome 瀏覽器擴充功能的用戶評論，發現自 Covid-19 大流行後，2020 年 2 月評論數量迅速增加，同時這些擴充功能的星級評分也急劇下降，這可能表示用戶們不喜歡監考服務，接著，他們對 102 名參加過線上測驗的學生進行調查，以了解他們的想法及疑慮。

結果顯示，只有 39% 的參與者表示他們偏好線上監考測驗，大多數的參與者，即便認同遠距監考是維持線上測驗公平性的解決方法之一，但他們還是偏好傳統考試。學生們了解，為了在家中安全考試，他們需要放棄一些隱私權，然而，大部分學生還是會擔心為了參加考試，必須向遠距監考的公司提供個人資料，尤其在身份驗證的過程，例如學號、電話、地址，甚至學生證及駕照等重要個資，學生們在意的是這些資訊會被如何處理，以及會被留存多久。

雖然一半以上的學生認為線上監考過於侵犯隱私，但對不同監考方式的反應仍有些差距，像是鎖定瀏覽器、使用網路鏡頭以及螢幕錄影等，是較為常見的遠距監考模式，但研究結果表示，只有一半的人能接受鎖定瀏覽器，而四分之一的人對攝影機和螢幕錄影感到自在，代表目前常用的監考方式和學生能接受的有一定落差，至於參與者們最不喜歡的方式，就是瀏覽器歷史紀錄被監視。而到底遠距監考能不能有效避免舞弊，大部分的參與者不認為監考有用，約 61% 的人認為仍然有辦法作弊。

這項研究也探討了權力動態對學生看法的影響，意思是 97% 的學生被遠距監考是因為老師或學校要求，因此他們可以為了考試公平犧牲一些隱私，也有些參與者表示，不認為遠距監考會侵犯他們的隱私，因爲他們信任提出監考要求的教育機構。

最後，研究團隊也根據他們的發現，對教育機構提出了一些建議。

例如在考慮班級規模及學生預期行為後，建議選用最少監控的監考方法，並在考試前向學生提供明確的理由，說明為何選擇這個監考類型；並希望各機構能徹底了解線上監考軟體的常見漏洞及風險，並在考試前詳細說明，在考後協助卸載，或將軟體安裝在學校發放給學生的設備裡。當然，更理想的作法是，和學生一起評估和選擇監考軟體。

Covid-19 的到來，讓數位學習前進的步伐被迫加速，然而這種跨越時間、空間的學習模式並不會隨著疫情趨緩而停滯，不論是教學模式或評量方式，學習者和教育者都在適應這些改變，新的挑戰接踵而至的同時，也讓我們重新思考教育的本質是什麼。

資料來源

• 防學生遠端期末考作弊 逢甲教授訂超嚴規則網一片讚嘆
• 國立大學遠距考試擺鏡子喬角度「自主監考」 學生：是認真的嗎？
• 秒存答案不怕網路斷線！師大附中自建系統 舉辦線上期末考
• Susan Grajek. EDUCAUSE COVID-19 QuickPoll Results: Grading and Proctoring. EDUCAUSE Research Notes, April 2020.
• Balash, D. G., Kim, D., Shaibekova, D., Fainchtein, R. A., Sherr, M., & Aviv, A. J. (2021). Examining the Examiners: Students’ Privacy and Security Perceptions of Online Proctoring Services. arXiv preprint arXiv:2106.05917.
• Lederman, D., & Lieberman, M. (2019). How many public universities can ‘go big’online. Inside Higher Ed.