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教育部教學實踐研究計畫成果報告
計畫編號/Project Number：PEE107144
學門分類/Division：工程學門
執行期間/Funding Period：2019/07/22 ～ 2019/09/20
(計畫名稱) 問題導向學習應用在醫學工程教育之研究-以「再生醫學技術」課程為例
(配合課程名稱) 再生醫學技術/Technologies in Regenerative Medicine
計畫主持人(Principal Investigator)：高震宇
執行機構及系所：國立臺灣科技大學/醫學工程研究所
繳交報告日期(Report Submission Date)：2019/9/13
問題導向學習應用在醫學工程教育之研究-以「再生醫學技術」課程為例
一. 報告內文(Content)
1. 研究動機與目的(Research Motive and Purpose)
訓練學生發展專長與具備未來就業能力，一向是高等教育的重要指標。但在全球化趨勢 下，學生畢業後面對的不只是國內就業市場的競爭者，還有來自世界各國優秀人才的競爭，
因此提升學生國際競爭合作能力成為大學教育的重要目標。英語是全世界最通用的語言，英 文也最多記載創新技術最常使用的語言。透過英語，讓不同母語背景的國際人才可以溝通，
進一步合作並與世界接軌，因此提升學生學習與利用英文的能力，成為台灣高等教育的重要 使命之一。因此大學除了透過提高英語畢業門檻，也鼓勵教師提供全英文授課專業科目 (English as a Medium of Instruction, EMI)，以培育學生具備全球競爭與合作所需的能力(Tsou
& Kao, 2017)。其中，醫學工程(Biomedical Engineering, BME)是特別適合全英文授課的一門 學科，其主要原因有二: 一、醫學工程發展極為快速且跨領域之學科，其最新知識技術來源 多以英語為主(Krishnan, 2011)。¬二、伴隨著全球化的趨勢，英文授課的醫學工程課程可以 吸引國際學生來台就讀，並提供台灣學生使用英文溝通與學習的環境，方便未來與世界接軌。
理想上全英文授課與醫學工程課程的特質契合，但實際操作上卻是困難重重。其一、學 生專業背景差異大。醫學工程研究範圍橫跨理、工、醫等學科，綜合了生命科學、材料工程、
電子、電機、機械工程與化學工程的理論與方法，學生的背景也多元，較難讓不同背景的學 生吸收到基礎理論與新知。其二、學生英文能力與文化差異大。以研究者在台科大醫工所教 的過學生為例，共來自十六個不同國家，英文皆不是這些學生國家之母語，適應各國不同口 音及不同文化的溝通方式也是一大挑戰。其三、教師備課壓力大。除了準備課程要花較多時 間外，且必須付出更多精力在課堂上引導學生參與討論。儘管全英文授課之路充滿挑戰，但 也是對增加學生全球化競合力(global competency)是不可或缺的(Tsou, Chen, Kao, & Tsai, 2016)。因此，如何透過教學技術減少學生與授課教師在全英文授課的壓力，並增加學生的 學習興趣與培養學生自學能力，成為大學培育下一代國際人才的重要責任與義務。
本教學實務技術透過研讀與分析醫工人才培育與全球化挑戰，並研究利用問題導向學 習(Problem Based Learning, PBL)方法提升教學的互動性與培養學生自信心與自學力，增進授 課教師與學生的良性互動，進而讓全英文授課醫工課程成為學生學習醫工專業知識的管道，
同時也提升學生使用英語與國際人士溝通的能力。並以研究者在開設國立台灣科技大學醫學 工程全英文授課課程所面臨的問題與挑戰，與所進行的教學改革為例說明。相較於一般的文 獻探討研究方法，本教學實務技術報告更佐以實際改革的步驟與方法，並用實際改革方案的 執行落實文獻探討的結論，詳述從低於教學評量平均的教學困境，到引進問題導向學習改革 後，成為持續在高於平均教學評量的全英文授課課程的心路歷程，並希望本教學實務報告的 研究方法與結果能夠提供相同性質大學的全英文授課專業科目的參考。
2. 文獻探討(Literature Review) (1)全球化醫工人才的培育趨勢
生技醫藥產業為知識密集且具高度創新性的產業，各國紛紛投入資源進行研發，期能
透過創新研究在未來經濟發展上站穩腳步。我國亦將生技醫藥產業列為五大研發創新產業 項目之一，在政府及民間長期耕耘下產值也逐年增加，希望將台灣打造成為「亞太生技醫 藥研發產業中心」。此願景需仰賴大批醫學工程人才投入。
醫學工程發展極為快速且跨領域的特性，讓學生除了必須隨時跟上創新技術的腳步，
並必須學會與不同背景的人溝通的能力，透過創意和專業知識與不同背景的人互相合作。
因此醫學工程教育的基石是透過訓練課程讓學生體會到未來就業所需的經驗，包含如何了 解臨床醫師及專業的醫療人員的需求，並與他們密切合作。同樣的他們也必須與生命科學 與基礎研究學者，維持良好關係，以便將實驗室的研究透過醫學工程師成為橋梁而推廣到 臨床治療(from the benchside to the bedside)。最有效的方法就是讓醫工學生透過不同領域之 間的專題合作，解決目前臨床上未被滿足的問題(Unmet Medical Need)，然而對習慣單打獨 鬥的傳統教育下的學生，要將不同專業背景的學生組成的合作團隊有其難度，遑論這個合 作團隊是個國際化的團隊。很多學生對課程中與國際學生合作專題感到焦慮，但唯有透過 這種方式，才能讓學生在校期間就能模擬與國際接軌的經驗，也才能儲備未來畢業後國際 競合的能力。由於英語是目前國際最通用的語言，因此專業課程的全英文授課成為訓練具 全球競合力的醫學工程學生的最佳工具。
(2)專業全英語教學的趨勢
在全球化趨勢下，提升學生國際競爭合作能力成為大學教育的重要目標。英語是全世 界最通用的語言，英文也最多記載創新技術最常使用的語言。透過英語，讓不同母語背景 的國際人才可以溝通，進一步合作並與世界接軌，因此提升學生學習與利用英文的能力，
成為台灣高等教育的重要使命。但近年來所推動的大學英語畢業門檻與英檢考試等，或許 對英文能力有所提升，但是否對國際化能力與全球競合力的提升卻是沒有定論(Tsou et al., 2016)。因為英文的學習不單單只是英語能力的提升，更是要能夠產生具加乘性質的專業英 語能力。
結合學科內容與外語結合的跨學科教學(Content and Language Integrated Learning, CLIL)近來也被用在高等教育的現場(Tsou & Kao, 2017)，但是原本 CLIL 大多運用在國中小 學的學科當中，面對大學加深加廣的課程內容，卻顯不足。有別於CLIL，專業課程的全英 文授課(EMI) 是由學術專業教師以英文教授專業領域的知識，其教學目的以專業知識的傳 授為主，英語只是一個傳遞訊息的媒介，因此課堂上也不會進行語言教學。EMI 課程有助 於國際化的事實近年來已被證實，而醫學工程是特別適合全英文授課的一門學科，其主要 原因有二: 一、醫學工程發展極為快速且跨領域之學科，其最新知識技術來源多以英語為 主。¬二、伴隨著全球化的趨勢，及國內少子化的影響大學生就學人數的衝擊，英文授課的 醫學工程課程可以吸引國際學生來台就讀，並提供台灣學生使用英文溝通與學習的環境，
方便未來與世界接軌。以台科大而言，外籍生人數逐年攀升，自99 年的 320 人到 107 年的 836 成長幾乎達到 261%，因此對全英文授課的課程需求也大幅增加。
雖然醫學工程適合全英文授課，但實際操作上卻是困難重重。其一、學生專業背景差 異大。醫學工程研究範圍橫跨理、工、醫等學科，綜合了生命科學、材料工程、電子、電 機、機械工程與化學工程的理論與方法，學生的背景也多元，較難讓不同背景的學生吸收 到基礎理論與新知。其二、學生英文能力與文化差異大。以研究者在台科大醫工所所教的
過外籍生學生為例，英文皆不是這些學生之母語，適應各國不同口音及不同文化的溝通方 式也是一大挑戰。其三、教師備課壓力大。除了準備課程要花較多時間外，且必須付出更 多精力在課堂上引導學生參與討論。儘管全英文授課之路充滿挑戰，但也是對增加學生全 球化競合力(global competency)是不可或缺的。
莊坤良老師在「全英文授課(EMI)的想像與真實」一文中，成功的 EMI 需要有三大元 素:第一、以學生為中心的翻轉教學取代老師教授為主的課堂教學。第二、正確的英文使用 觀念，利用英文作為溝通的工具，善意的傾聽與合作對話的比文法或腔調更能達到有效的 溝通。第三、重視教學品質，透過小組、互動教學提升師生互動關係，進而提升有效學習 (莊坤良, 2019)。其中第三點，在面對背景多元的醫學工程學生而言，透過提升互動關係的 學習方法，不僅可以學習到專業知識，也能同時加強自己使用英文溝通能力，進而提升全 球競合力。
(3). 以問題導向學習做為培養具全球競合力之醫工人才教育方式。
「問題導向學習」(problem-based learning) (Berry, Levine, Kirkman, Blake, & Drake, 2016;
Clyne & Billiar, 2016) 以及「專題導向學習」(project-based learning)(Krishnan, 2011)這兩種 PBL 教學模式，近來已被用來改善缺乏互動的課程，教師在教學過程中，以解決實務上問 題為核心，經由形成不同的專題讓學生透過小組方式討論，有效提升學生的學習動力與效 果。問題導向學習 PBL 早期已被應用在醫學院的訓練課程中(Hoffman, Hosokawa, Blake, Headrick, & Johnson, 2006)，近來也被推廣到不同教學領域，雖然並非每個學科都適用 PBL 教學策略，但近來PBL 也被用在生技(Berry et al., 2016)與工程領域(Kumar & Radcliffe, 2017) 的例子逐年增加。一如其他工程領域，醫學工程領域的學生長期被訓練解決臨床上面臨的 工程問題，因此是否必須額外採用PBL 教學法來增加學生解決問題能力，一直都是工程教 育學者爭辯的問題。
然而，傳統課堂式授課方式及由教師段提出問題由學生解決的模式，並不足以面對技術 快術變化的就業市場。面對快速變化的時代，教學現場所學的往往趕不上社會變化，因此 學校所教授的不應再是針對特定技術或工作技能，反而是透過教導學生具備 4C 的能力 (Harari, 2018)，透過批判性思考(critical thinking)、溝通(communication)、合作(collaboration) 及創意(creativity)的訓練，讓學生具備自學力(self-learning ability)(Kivunja, 2015)。最有效的 方法就是讓醫工學生透過專題與不同領域之間的同儕合作，以目前臨床上未被滿足的問題 (Unmet Medical Need)作為解決的對象，透過結合有相同研究興趣但不同專業背景的學生，
並經由小組討論與分析的方式，找出可能的解決方式。一般而言，Unmet Medical Need 可 分為兩種(Holloway et al., 2018)，包括 1.針對現存醫療方式的不足，提出改善方式。及 2. 式 對尚未被發明的醫療需求，設計出嶄新的解決方法。後者的難度較高，通常需要長時間的 研究與合作，因此本教學設計中所使用的Unmet medical Need 是屬於前者。
然而對習慣單打獨鬥的傳統教育下，將不同專業背景的學生組成的合作團隊有其難度，
遑論這個合作團隊是個國際化的團隊。在全球化浪潮的衝擊下，醫療全球化議題的重要性 也逐年增加，然而卻常因地區與文化背景不同產生誤解與缺乏認知，國際合作的推行因而 窒礙難行。透過PBL 課程中，讓不同國家、不同背景的學生組成團隊，可以訓練學生了解 不同地區、不同語言、不同文化背景的國際醫療需求，並一齊合作找出可能解決方案
(Krishnan, 2011)，也成為教育訓練的重要目標之一。不可否認，很多學生對課程中與國際 學生合作專題感到焦慮，但唯有透過這種方式，才能讓學生在校期間就能模擬與國際接軌 的經驗，也儲備未來畢業後國際競合的能力。
在醫學工程 PBL 課程中，教師扮演的角色相對多元，在初期是透過基本學裡的介紹與 研究方法教學，在進入PBL 課程執行過程中，將這些背景不同的學生分成可管理的小組，
此時教師的角色又變為在旁協助引導的教練，隨時觀察學生討論的現況，教導學生不只使 用課堂上的知識，更重要是學習去探索課堂外的新知來解決問題，PBL 的操作方法中，需 要學生自主性的投入，針對所提出的解決方法隨時評估與回饋，直到得出它們最終的解決 方法。而PBL 的教學核心就是訓練學生成為具備成具推理、批判思考技能並成為一個具終 生學習能力的研究者(Kumar & Radcliffe, 2017)。
3. 研究方法(Research Methodology)
本教學技術之主題內容與目的是: 以提升學生學習為中心，透過問題導向學習方式 協助全英文授課之醫學工程課程之教學改善研究。本教學研究架構是以選修臺灣科技大 學醫學工程所的”再生醫學技術”為學生主體對象，研究 PBL 教學法對不同國籍、不同研 究領域學生對醫學工程學科的影響。藉由學生小組間的學習及形成議題之能力，並經由 討論、自評與透過教學實況的呈現，找出可能之解決方案， 針對上課學生(共 18 人)，以 課程前測評量表在第三周進行前測，及利用課程後測評量表在第十三周進行後測問卷為 主要研究方法。並結合學校的期中(第九周)及期末(第十七周)評量報告及各小組之學習會 議周誌為輔，進行資料蒐集及與分析。
本全英文授課醫學工程應該包含兩部分:第一、基礎學理介紹。與第二、問題導向 學習專題的實踐。以再生醫學技術這門課為例，在前段基礎學理介紹中，除了介紹再生 醫學的基本學理與應用外，特別也加入學生自我介紹專業及文化背景的作業，藉此讓學 生了解彼此的專業背景及國家文化，也為後期問題導向學習中找尋合作夥伴鋪路。並在 此階段進行學期初課程問卷，以了解學生在接受PBL 教法之前的狀態。
4. 教學暨研究成果(Teaching and Research Outcomes) (1) 教學過程與成果
本教學實務技術研究架構是以選修臺灣科技大學醫學工程所”再生醫學技術” 的學生 為主體對象，研究 PBL 教學法對不同國籍、不同研究領域學生對醫學工程學科的影響。藉 由學生小組間的學習及形成議題之能力，並透過討與藉由自評論找出可能之解決方案，呈 現教學的實況。Table1 是研究者從 99 年第一學期開始教授全英文授課的”再生醫學技術”
課程，到 107 年第一學期為止，共計有七次教授此門課的紀錄。 由學校的期末教學評量結 果顯示其課程總平均除 101 年外，皆在 4.42 以上，表現尚可。但因為每年學生評量皆有高 低起伏，應該與所上選修課程相比，特別是與全英文授課之課程相比較，方能看出差異。
因此特別將差異呈現在 Figure 1 中。
Table 1.全英文授課的”再生醫學技術”課程期末評量結果。
RM 99-1 RM 100-1 RM 101-1 RM103-1 RM105-1 RM106-1 RM107-1 填答人數/
修課人數 9/12 5/5 8/9 15/16 6/10 7/19 9/18 課程
總平均 4.42 4.58 4.28 4.81 4.87 4.6 4.51
所上
課程平均 4.46 4.52 4.52 4.43 4.69 4.46 4.41 所上英文授課
課程平均 4.63 4.54 4.71 4.38 4.83 4.36 3.91
國際生人數 1 1 1 7 4 13 13
結果顯示生醫學技術這門課的表現是以 103 年為一個分水嶺，在這 103 年前的教學 評量大多低於同時期醫工所英文授課，而 103 年後則皆高於所上選修課平均，特別是英 文授課之專業科目的平均。而 103 年正是第一次引進團體期末報告的第一年，也可以視 為是第一次初步實施 PBL 的第一年。
Figure 1.為採用 PBL 教學方式的再生醫學課程與其他醫工所選修全英文課程之差課程評量 平均變化趨勢圖。
由前測及後側的結果發現，學生雖雖然差異性大，但對教學進度感覺適中(78%)。對課 程內容，學生大致感覺中間偏難（適中(67%), 偏難(28%)，少部分覺得太難(5%)）。但學生 大多覺得課程負擔恰到好處(78%)。並且有 88%的學生表示:透過此種教學方法，能提升對 學習現況的興趣(非常有興趣(33%)及有興趣(50%)，並明顯增加對再生醫學的了解。PBL 教
-0.21
0.04
-0.43
0.43
0.04 0.24
0.6
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
99 100 101 103 105 106 107
再生醫學技術課程滿意度與系所英文 授課課程平均之差異
學方法也有效提升學生的各項競合能力，67%學生同意此課程能增加跨領域合作能力（非 常同意(11%)或同意(56%) ），有 72%學生表示此課程能增加跨國合作能力（非常同意(28%) 或同意(44%)）。並有 88%學生表示此課程能增加對再生醫學特色與發展更加了解(非常同 意(44%)或同意(44%))
特別針對PBL 與其他傳統講學授課方式相加比較，在上課前大多數修課同學已了 解此課程屬於PBL 教學(94%)，並了解 PBL 的學習概念(83%)。大多數修課同學(78%)認 為問題導向學習PBL 較一般傳統講學授課方式更能夠增進學習興趣。並且大多數修課同 學(83%)認為問題導向學習 PBL 較一般傳統講學授課方式更能學習到更多知識。
本研究成為利用PBL 應用在全英文授課的少數範本。特別國內 PBL 課程大多集中 在本國語言教授的課程，較少用在全英文授課課程上，因此研究也相對較少，在追求國 際化的目標下，本研究將提供國內教育學者在全英文教學上寶貴資訊與教學方法。透過 研究者在面對國立台灣科技大學醫學工程全英文授課課程所面臨的問題與挑戰與所進行 的教學改革為例說明。相較於一般的文獻探討研究方法，本教學實務技術報告更佐以實 際改革的步驟與方法，並用實際改革方案的執行落實文獻探討的結論，詳述從低於教學 評量平均的困境，在引進問題導向學習改革後，成為持續在高於平均教學評量的全英文 授課課程的心路歷程，並提供相關的評估表格與方法，希望本教學實務報告的研究方法 與結果能夠提供相同性質大學的全英文授課專業科目教師的參考，並降低專業科目老師 進入全英文教學的技術門檻。
(2) 教師教學反思
再生醫學是一門發展極為快速、對科技創新及產業應用要求極高之學科，其研究範圍 橫跨理、工、醫等。學生來源也相對多元，授課教材也以英文為主。以申請者所教授 107- 1 之”再生醫學技術”課程之學生為例，18 位學生共來自七個不同的國家，包含德國、法國、
挪威、瑞典、衣索比亞、越南及台灣，分別來自應科、醫工與化工系所，為數一半以上的 交換學生背景更複雜，有生物科技、電機、生化、機械、及商學院，學生的醫工相關背景 差異相當大，因此在課程內容與上課進度上要適度調整，並藉由適當的評估方法分析現況，
以期能找出兼顧不同背景學生的教學策略。此外，這些學生都英文皆不是該國之第一語言，
照理說，台灣學生由於可以在課後用中文和老師討論上課教材，相對上應該較其他國家學 生有較佳之表現。然而，在實際表現上，卻是外籍學生不論在期中考及口頭報告上表現較 佳。因此在全英文授課教學上，值得去研究此一現象，並藉由適當的評估方法分析現況，
以期能找出改善策略。
此次執行 PBL 課程後，由於與學生和助教間有更頻繁的互動與討論，教師與學生的關 係也提升許多，不僅增加學生上課的興趣。看到學生努力的討論與思考，也讓授課的我更 願意投入更多的心血與熱情。，除了教導學生如何到國外研究單位網站查詢最新資訊之外，
也趁機教導學生學習專案管理(Project Manager)的技術，以加強小組員之間的合作。透過 PBL 的課堂討論，讓我可以更快了解學生的學習盲點，並快速引導學生的解決疑惑。有時 在我忙著與其他組討論問題而無法馬上協助學生解決問題前，同組的組員已透過網路查詢
到所需要的資料，這點也讓我印象深刻。除了課堂上使用 moodle 與 Zuvio 等教學網站協助 教學外，學生們彼此討論與分享資訊的方式也讓我耳目一新，由於透過 google note 的雲端 分享，學生們可以即時將討論的結果整理，資訊交流的速度遠高於僅用 email 或 moodle 的 傳統方式。在教學現場端，學生應用電子資訊溝通已成常態，面對這樣的變化，老師也必 須與時俱進，學習利用學生熟悉的網路溝通工具，並加以改良與應用，才可以更貼近學生，
並有效改善他們的學習狀況。
(3) 學生學習回饋
傳統授課式教學缺乏差異化教學模式，較難讓不同背景的學生吸收到基礎理論與新 知，教學上常發生成顧此失彼的問題。如何利用PBL 協助學生克服學習背景差異，並學 習快速進步的技術學問，成為老師教學上所面臨的挑戰。由評估解國顯示，大多數修課 同學(78%)認為問題導向學習 PBL 較一般傳統講學授課方式更能夠增進學習興趣。，有 83%修課同學認為問題導向學習 PBL 較一般傳統講學授課方式更能學習到更多知識。
這可能是因為非相關背景學生可以透過與不同領域、不同背景的同學間的相互學 習，提升對再生醫學的相關知識，並透過brain storming 與 design thinking 的方式，活用 知識來解決問題，比起單向學習，這種培養自學能力的教學方法，更面對技術快速演進 的科技產業有更佳的學習效果。
然而，也有少數學生因為同組學生溝通方面出現問題(背景、語言)，有找老師和助 教抱怨同組學生難溝通，在協調後雖能完成期末報告，但成果相對不佳。所幸，看到更 多正向的結果，特別其中一組有個本國籍學生在期中考中分數相當低，因此特別安排與 他有相同興趣的前幾名外籍同學與他同組。該生的英文也不佳，但透過密集與外籍生互 動，及反覆的練習，在期末報告中，他自信的和同學一起報告嶄新的韌帶再生技術，獲 得同學們熱烈的鼓勵。最後這組榮獲全班票選第一名，這位學生當天非常的激動，因為 他不只在此學科有所成長，在英文和人際關係也大幅改善，也特別感謝協助他的兩位外 籍同學及助教老師的幫忙。看到這樣的結果，也是授課老師最大的獲得。
在報告的幾組中，，除了之前提到榮獲第一名的韌帶再生組之外，其他幾組也表現 亮麗，在此分享其中心臟再生這組，來自挪威的學生雖然是機械背景，他利用他的專長提 出利用微針將再生激素送到心臟部分，並利用數學及電腦模擬方式計算所需的藥量與微 針大小。來自台灣的同學也不惶多讓，在皮膚再生這組，他們研究如何將刺青移除，並促 進皮膚再生的方法，除了提出理論之外，也藉由在地優勢，到市場買豬皮，進行豬皮刺青 及清除刺青的實驗。以上這兩個例子的學生表現，也是我之前在傳統教學上未曾見過。整 體而言，PBL 增進授課教師與學生的良性互動，進而讓全英文醫工教學課程不再成為阻 力，反而成為學生學習醫工專業知識的管道。透過這套創新的教育方法不僅提升學生醫工 專業知識，同時也提升了使用英語與國際人士溝通的能力，加強學生的全球競合力。
二. 參考文獻(References)
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莊坤良. (2019). 全英語授課(EMI)的想像與真實. English Career, 67, 58-60.
三. 附件(Appendix)
與本研究計畫相關之研究成果資料，可補充於附件，如學生評量工具、訪談問題等等。
(1) 前測問卷
(2) 學生互評表格及選出最佳表現團隊。
