為了教學而設計、執行的實驗，自古至今在教育現場可以找到的例子不勝枚舉，卻仍想為機械系今年的教學實驗—「量測原理與機工實驗」寫些甚麼，紀錄一下這段時光，也遙想一下未來的可能。

整合課程　設計創新實驗
這門課的前身是機械系高年級的必修課程「機工實驗」，是繼「工廠實習」以及「機械設計概論」之外難得的實作課程。後擴充為「量測原理與機工實驗」，期望學生在實驗課堂實作之外，能對相關的量測方法與原理有足夠的認識，也在多位老師共同努力下實行了很多年。但隨著近年來各種實務整合課程的推動、網路的快速發展，學生學習習慣隨之改變、教學方法與思維也因此更多元，於是自然有了重新思考這門課的想法。希望能整合既有的課程內容並加入新的元素，以「上學期著重量測元件及基礎物理量的量測、下學期著重於應用及量測系統」為宗旨，來規劃新的課程。

█ 實驗課前一晚最後測試（由左至右：助教孫文波、大四專題生陳星伃、助教江明哲）。

教學實驗　捲起衣袖動起來
找了共同授課的老師一起設計課程，上學期從基礎放大電路、應變計、感測器及加速規的學習與操作，到操控介面的LabView程式使用，再到壓力、流量及流場的量測。下學期，則包含了材料性能的拉伸實驗、旋轉件平衡實驗，到全新的馬達性能實驗、風洞實驗和冷凍空調實驗。紙上談兵的更新內容後，隨之而來的挑戰是設計及建構新的教學實驗。「要改、就改個徹底」這是和充滿實作精神的張鈞棣老師商量後，而有的結論。我們決定跳脫以往由老師設計、委外加工的方式，而改以「學士專題」的方式招募學生來搭建屬於學生的教學實驗台。很幸運的，上學期我們找到了五位大四的學生（註一），與很厲害的助教們一起幫學弟妹搭建了三個新的熱流實驗，透過同一個水道依序展開靜、動水域之壓力場、穩態流支流量、及穩態流流經固體圓柱後方速度場的量測與流場觀測。從壓克力板的加工組裝防漏，到微調構件以達流量穩定及流場均勻，再到量測元件的裝配測試及除錯，學生、助教和我們定期討論、多方尋找解答，然後在大量的晚間週末加班趕工之後才讓實驗如期順利運行。我深刻的記得張老師和學生在課程前一週的週末在工廠加工，新實驗的前一天我們還手忙腳亂的在處理馬達水管及水道的水密。最刻骨銘心的，應該是透過雷射光頁的流場可視化實驗，我們一直都在晚上測試，搬進實驗室之後才驚覺白天上課的教室裡有一整面牆是採光極佳的窗戶，在來不及裝遮光窗簾的情況下，助教和張老師找了大量的紙箱，連夜把整片窗戶都遮住了，形成了風格非常特立的實驗空間。艱困但果實尚甜的走完了第一學期。

█ 106上學期新水道實驗示意圖。上：靜態及動態壓力測試（楊馥菱老師）、下左：穩態流量測試（張鈞棣老師）、下右：PIV流場量測及圓柱後方窩環結構觀測（張鈞棣老師）。

低速風洞　打造超大型實驗台
更大的挑戰是第二學期應用系統的實驗。其中（也是至今完成的部分），我們希望打造一個低速風洞，讓學生測試他們在另一門必修課「機械工程實務」所打造出來的車子的氣動性能。對於這個實車測試的想法，非常幸運的在年初號召到五位大三的同學（註二），確認目標之後依各自的興趣分成整流段、風洞主結構、及風扇驅動三個工作小組，學生自行設計，在與我討論材料及加工想法之後開始加工組裝。在經費及空間的考量下，我們設計了一個開放式風洞，以直流風扇陣列在下游吸風驅動，在上游則利用市售吸管製作了能把風扇旋轉風場拉直的整流段、搭配能讓流場均勻的紗網，搭建了入風段，在接上漸縮段加速風場，在測試段內產生與車速相當(0.5-2.2m/s)的近均勻風場。
由於實車的尺寸（A4截面積）並不小，為避免邊界效應，我們設計了1m為邊長的正立方測試段，這1m×1m的截面，也讓上游的整流段截面積擴大到1.5m×1.5m。配合流場可視化的需求，我們選用了透明壓克力為基材。而大面積的壓克力材料不僅重量重，也容易發生變形，而材料的特性，更讓鑽孔加工及黏著加工各有困難點，種種限制讓這個壓克力風道的組裝工作比預期的困難許多。入風口的整流吸管也是多方嘗試之後才找到可以「生產線化」的加工及組裝方法；風扇的尋找，也是有各界前輩的大力幫忙才能順利找到合用的設備（註三）。藉著五位專題學生和助教的持續努力，及大一服務學習課學生的熱誠，才透過大量人力在一個又一個的工作天完成一個比所有人都高的實驗台。在團隊組裝的同時，專題生還獨立完成了風扇陣列的驅動與控制，助教們建置推力測試平台以及實驗要的風扇驅動模型車，我則負責流場可視化煙霧產生器的建置和測試（註四）。密集的多工作業、一次又一次的測試與除錯修正，實驗上檔前每一晚到深夜的加班，才得以完成。

█ 大三專題生林孟豪與馮建中學長（中、註三）及林沛群老師（右）協助檢測。	█ 整流段吸管安裝流程化（左至右：大三專題生邱鈺昇、洪偉聖與林孟豪）。	█ 整流段紗網組裝：紗網繃緊後螺絲鎖緊，可順便固定整流吸管。

█ 整流段吸管最後填充排列。	█ 整流段完工。	█ 風洞支撐架搬運定位。

█ 測試段安裝及風扇驅動線路配置。	█ 漸縮段安裝。	█ 整流段安裝。

█ 可視化風洞實驗裝置。	█ 風扇驅動之流場可視化。（右方黑色刷子型管路為工場林瑞陽師傅協助製作）

堅持信念　團隊合作的美好
寫這篇文章的同時，實驗課還在進行，昨晚助教因為實驗馬達的損毀加班準備替代品到十點，我們第二個風洞也還在組裝及測試中，也還有新的馬達實驗（顏家鈺老師）和熱工實驗（張鈞棣老師、陳希立老師）在建構中。沒有太多詩意的字句，因為這是一次又一次現場的奮鬥，或大或小，或簡單或膠著，都是秉持著我們一定做得出來的信念走下去的。我並不是一個實作能幹的人，甚至比較喜歡寫方程式的理論研究。但這次因為與同事一起對教學的一點夢想，因為學生與也曾為學生的助教們所表現的投入，讓我能夠走過這段密集的「實作課」，一次又一次動手操作後機台成功運作所獲得的感動，和寫完一條又一條方程式得到顯示解析解後的微笑，初嚐似乎一樣，但細細回想後，更值得書寫的，或許是和團隊一起的成長和那些共同的記憶，而我似乎也再懂了一些甚麼。

█ 用紙箱封窗遮光，完成教學實驗（右二為張鈞棣老師）。	█ 全體助教（註五）協助搭建高速風洞。

影片網頁:https://youtu.be/XHCSKvnO2Y8


※註一：參與水道建構的專題生：陳翔宥(B03502007)、陳星伃(B03502010)、
曾柏魁 (B03502018)、黃婕茵(B03502052)、梁家銘(B03502070)。
※註二：參與低速風洞建構的專題生：洪偉盛(B04502068)、邱鈺昇(B04502069)、
郭靖玟(B04502087)、林孟豪(B04502128)、何書醇(B04502143)。
※註三：非常感謝台達電子邱俊隆及許世宗前輩在風扇問題上給我們大量的協助；此外，也非
常感謝長聖儀器股份有限公司馮建中學長從風洞設計、組裝及可視化給我們的建議與
無價諮詢。
※註四：非常感謝本系實習工場林瑞陽師傅幫我們趕工製作出刷型結構件，以完成多條可視化
流線。
※註五：協助本屆熱流相關教學實驗完工的助教群，江明哲、孫文波、仰致 翰、張恆昇、陳子
殷與林子源。