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【2014智活星期二】羅日生:3D列印輔助設計教學成果分享

PanSci_96
・2014/09/25 ・1025字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

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記錄:羅紹桀

台中教育大學的羅日升老師,這上學期課程結合最近非常夯的3D列印與台中市西川社區的特有「古婚禮文化」,進行課程的安排與產學合作。

羅老師任教的台中教育大學與西川社區在地理上相當靠近,大約路程只有二十分鐘不等,而西川社區在台中地區屬於古婚禮相當俱有特色與代表性的社區,因此羅老師選擇以「古婚禮文化」為主要的訴求,帶領同學進行文創加值的設計專案。

羅日生:適性3D列印輔助設計教學成果分享—以古婚禮文創商品設計為例

西川社區古婚禮的文創加值

事實上,西川社區本來就有許多古婚禮的相關設施,包含新郎街、古禮的迎親隊等等,由於這個課程是一個全新規劃的課程,因此學生需要一個數位化的軟體工具來輔助,羅老師首先花了半年的時間學會所謂的3D列印技術,接著,羅老師領導學生應用科技進行設計的應用過程,包括場域的踩踏、訪問社區居民,並聚焦幾個特定的議題,以「花轎」為例,一般來說花轎的意義代表首次出嫁,如果是再婚就會使用紙或彩布紮成的「彩轎」。

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最後實際做出古婚禮主題產品,每一組至少要做出兩樣以上成品,並且要有特定主題,設計發想、理念等等,期末把成果做成一場展演,主題為「弄囍」。

3D列印技術

在實作部分,是利用系上和智活聯盟的材料來作所謂的RP(快速成型)作出實體模型,然後進行上色,在系上剛好就有一臺3D列印機,用很簡單的輸出的流程,讓學生瞭解整個設計的實踐,這個過程看起來很簡單,但事實上要在一學期設計出一個產品事實上是有一點難度和時間上的緊迫的。

這次的課程規劃中使用的3D列印技術雖然最近非常夯,但它其實並非新的技術,只是近幾年專利到期,所以才會普及,使用使用3D列印的技術中,模型的建造是關鍵,有好的檔案才會有好的作品出來,羅老師認為,通常在做產品開發的時候,創意重要,設計實踐能力也很重要,尤其是現在很多3D列印或是一些技術越來越成熟了,這些技術加上所謂商品化的點子,與產學合作,就能產生更多的設計能量。

【關於智活星期二】

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智活星期二是Pansci與CRE@TAIWAN智活聯盟共同舉辦的小規模聚會,旨在推廣「智慧科技導入常民生活」的教學理念與社會實踐,活動的主要形式是找三、四位各大專院校不同領域的講者針對同一主題,各自在15分鐘內與大家分享自己的教學方法論與實踐經驗,並讓所有人都能參與討論,推廣智慧生活與創新服務。

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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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【2014智活星期二】吳育龍:虛實混和的未來世界
PanSci_96
・2014/11/07 ・1285字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

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紀錄:羅紹桀

「我們希望在教學過程當中不要讓學生只是在教室裡空想一個不切實際的題目,然後做出一個不合時宜的東西,但經不起市場與商業模式的考驗,所以我們的課程設計希望讓學生深入場域去與場域的內容結合」

吳育龍老師認為,現在的學生很習慣於處在真實的教室裡,但同時心理處於虛擬的網路,這是現在人類天生的技能與生活方式,我們希望去結合虛擬與現實,做出一個展演的互動,今天他將與我們分享他實際帶領學生深入場域的例子。

吳育龍:虛實混和的未來世界

數位與文化交融─大甲媽祖文物館與西川社區古婚禮的例子

吳老師帶領學生進行的第一個案子就是大甲金華山媽祖文物館,它是坐落於台中的一個很有名的文物館,號稱是全世界收藏媽祖文物最豐富的博物館,但問題是其原本的場域設計並不太引人入勝,所以吳老師與學生組成的團隊希望能讓它變得更加有趣,怎麼做呢?

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學生以媽祖為主題,做出一套體感遊戲「保庇之心」,玩家利用左右手扮演千里眼和順風耳,跟著媽祖幫助海上的漁船安全回航,所謂的分數以「福報」來隱喻,當海怪過多「殺不完」時還可以「放大絕」,當時展覽從原本的空無一人到小朋友必須排隊才能玩到體感遊戲。

另外,利用館藏收藏的媽祖生平畫作共五十幅作品,做成動畫呈現,原本只做了六幅,但館方看了之後相當滿意,便與該組六名同學產學合作,完成五十幅畫的動畫。

另一組的作品「禪想」,概念就是把宗教中打坐的「靜」轉換成虛擬世界的養分,如果你在這個體感遊戲中坐著不動,虛擬世界的樹就會成長,並生出蝴蝶;一組利用動態拼貼的技術創作出「眾生相」,利用現場參觀的民眾留下的影像拼貼成媽祖頭像。

吳老師接著與我們分享另一個主題,是西川社區的古婚禮,學生同樣利用科技將古婚禮文化作包裝,一組學生作品「創造未來」利用照片拼貼機的技術,讓來訪的民眾拍攝之後套上老化效果,象徵長長久久,並可以Email傳送收藏;另一組學生設計了一個多用途的繡球花,可以讓花童戴在頭上作為一個發光的帽子,但帽子反過來就變成ㄧ個提袋,如果放在桌上就變成燈飾;還有一組學生包裝了傳統的禮俗「奉茶儀式」,把平板電腦包裝成「茶盤」當你把茶放在茶盤上,就會出現各種新人出嫁時的心情分享。

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數位與教育的結合─食物鏈怪獸卡計畫

最後吳老師與我們分享他目前還在進行的科技部專案,希望能透過新的方式讓學生在學習時更有趣,希望學生在玩中學習,吳老師的團隊改編國小課綱的食物鏈概念製作成AR實境的戰鬥卡牌,以食物鏈的上下關係製成「怪獸卡」,並融合各種物種的「習性」成為「技能卡」,小朋友如果要贏,就必須先把知識記憶下來。

吳老師今年希望能推廣成為免費教具,希望學生能在玩的過程中學習。


【關於智活星期二】

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【2014智活星期二】許倍銜:創意服務與場所改造
PanSci_96
・2014/09/25 ・1508字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

記錄:羅紹桀

許倍銜老師來自交大建築研究所,上學期開了一門「創新公共文化場所創造」課程,希望看待一個公共空間並為它進行「改造」,修課的同學以大學部為大宗、有各領域的大學生參與。

許倍銜:創意服務與場所改造

設計只是開口,環境是「活的」

這堂課為了讓學生實際操作,以公共場所來作為一個範圍。

為什麼選擇公共場域呢?我們整天的生活都在接觸各種不同的環境,這些環境都具備一個特徵,他們是「活的」。他們並不是靜態抽象的概念,包含許多的「事件」和不同的「元素」,它可能損壞,也可能出現新的需求以至於我們必須去更新它。

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環境一直在變動,所以它是「活的」。

因此我們在設計一個環境的時候,要知道建築物會根據時間的演進產生變化,我們沒有辦法「設計它的結果」只能「設計它的開口」。什麼意思呢?因為環境成形之後,會因為人的使用,時間的推移持續地變化,所以結果是「一開始的空間+再演進的空間+人的活動」形成「場所」的概念,所以設計時要瞭解,人的需求是會變化的、環境也是會變化的。

許老師舉了個國外停車場的例子,有一個停車場一開始「故意」不放停車格,看人們怎麼停,找人做記錄,規劃出人們停車的習慣,接著在依照記錄來設計停車格,這個案例告訴我們,環境的設計可以分階段做,不一定要一次做完。

當然像都市這麼大的尺度,這麼大的範圍,很多事情不是一次到位,以台北來說,最近一些文化園區慢慢加進來,就是一個「滲透」的概念,你設計幾個大的點,然後慢慢擴散出去。

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服務設計改造計畫

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但大的改造有難度與經費的問題,一般的民眾能做些什麼呢?就回到了我們的課堂在想的事情,如果能在學校裡做某些練習,希望能讓同學真的做些大規模的改造,例如公共空間裡的物件,這些物件單點之間產生的累積和連結將對公共空間產生影響,這就是老師這門課希望去做的。

林老師認為,要改造一個場域最重要的是「設計」「空間」「科技」三大要素。

林老師的課堂上採用了服務設計(Service Design)的概念,意味著用一個有系統的方法來觀察問題,並提出創意的解決方案。

在服務設計的階段中,有五個階段:

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Step1:尋找問題

Step2:提出解決

Step3:創新方案

Step4:情境設計

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Step5:服務藍圖

在前置工作的練習中,學生實際在學校進行調查,並以「角色扮演」的方式,一個人扮演使用者,一個人負責觀察問題,並提出解決方案,最後分成六組,各組的主題發想分別是「車棚e卡通」、「Idea Sharing board」、「歡樂烤肉區」、「校園智慧公車站」、「CT Bike校園景點探索」和「校園及時資訊分享」

潛力無上限,科技速成教學!

他們開始去觀察實體現況,並找出問題、從現況作分析,例如以烤肉區為例,下雨天不能使用該怎麼讓它變成可以?如何讓回收變得更便利?

接著進入設計階段,要把科技的想法與技術加入,由於大部分的學生沒有技術背景,課程中只用了一節課,教授兩個技術「makey makey」和 「Scratch」兩個相對易於上手的互動裝置,並實際應用,之後還加入了「Arduino」的應用,這些沒有相關背景的學生也竟然都能快速上手。(或許20小時理論又要再縮短成兩小時了XD)

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智活星期二是Pansci與CRE@TAIWAN智活聯盟共同舉辦的小規模聚會,旨在推廣「智慧科技導入常民生活」的教學理念與社會實踐,活動的主要形式是找三、四位各大專院校不同領域的講者針對同一主題,各自在15分鐘內與大家分享自己的教學方法論與實踐經驗,並讓所有人都能參與討論,推廣智慧生活與創新服務。

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