一個月打造一台真正的實驗室儀器
這是一門為實驗物理研究生開設的實作短期課程：三場工作坊，然後是你專案的成果發表與展示。
- 工作坊 1：實驗物理學家的 AI——大型語言模型如何運作、我們使用的工具（VS Code、Claude Code 擴充功能（extension）、git、免費網頁託管）、我們的「AI 方法」五步驟，以及兩個專案：專案 1，一個你自選的網頁應用程式（模擬器或遊戲），部署（deploy）到公開網路；專案 2，一個透過 WiFi 控制 ESP32（一塊小型 WiFi 微控制器（microcontroller）板，課堂提供）並從它讀取量測值的手機 App。
- 工作坊 2：設計印刷電路板——電子學速成班，然後是班級板：把我們的 ESP32 變成真正的實驗室設備。我們一起在 KiCad（我們用來畫電路與佈局電路板的免費軟體）中設計班級板——一份設計、每個人一塊同樣的板子，由 JLCPCB 製造並組裝。
- 工作坊 3：韌體與基礎機械設計（PCB 外殼）——把東西做出來：哪些自己做、哪些向外下單、讓列印件與切割件成功的規則，以及專案 3：你的儀器——使用班級板的韌體（firmware）與 App，裝在一個外殼（housing）裡：外殼以一段由 AI 撰寫、你讀得懂的短程式描述，再用實驗室的 Bambu P1S 列印或用雷射切割機切出——並以一個很棒的專案網站呈現。
- 成果發表與展示（10月26–30日）——領取組裝完成的板子與外殼，組裝、測試，然後發表並展示你的專案、App、網站，以及（如果你願意）一段影片。
重點：班級板是一台小型核磁共振（NMR）儀。你自己繞的線圈套在一管水上，置於 2 mT 的磁場中，質子的頻率就落在 89 kHz。電路板送出一個脈衝進線圈、把自己的接收器暫時關閉（blanking），記錄自旋回傳的自由感應衰減（FID），App 就顯示出頻譜。經驗法則：磁場決定頻率——同一台儀器只要換線圈、功率放大器與前置放大器，就能用在更高的磁場。
這塊電路板插在 ESP32-S3 開發板（dev board：一顆帶 WiFi 的單晶片小電腦，裝在有 USB-C 接頭與腳位的板子上）上，補上開發板做不到的事：2 路 ±10 V 16 位元波形輸出、8 路 ±10 V 16 位元輸入、一組模組排針（七路 5 V MODULE OUT 訊號，可驅動光耦隔離的模組）、2 路隔離快速輸入、8 路 TTL 輸出（5 V 邏輯準位訊號）與 2 路快速觸發輸出、可切換的 TRIG、 手機 App、Python API（從電腦驅動這塊板子的一組 Python 指令）與 OLED（小型顯示器）——全部只靠一條 USB-C 線。你能把它改造成解決你目前研究中某個問題的工具嗎？
本課程要傳達的訊息是：有效運用 AI 是實驗物理學家的超能力——只要你能明確說出你要什麼，並驗證你得到了什麼。沒有測試與驗證，絕不信任 AI。
第一堂課之前，請先完成課前準備的各個步驟。請自備已完整準備好的筆記型電腦；ESP32 板由課堂提供。
- 課程
- 現代實驗技術－物理（2 學分）
Modern Experimental Techniques – Physics (2 credits) - 課程代碼
- PHT048 · TIGP722300 · 222 D5400
- 學程
- TIGP，中央研究院原子與分子科學研究所
- 時間
- 每週五 14:20–16:20（第一堂課：2026年9月11日）
- 地點
- 中研院原分所 311 室
Room 311, IAMS, Academia Sinica - 形式
- 工作坊／實作教學形式——你需要自備筆記型電腦，並在每堂課前完整準備好
- 語言
- 英文（Claude 可以翻譯成中文）
- Claude 使用權
- 所有修課學生皆可使用 Claude（Team standard）——邀請郵件已於 9月6日（日）寄出
- 評量
- 以專案為準：20 % 硬體展示 · 30 % 應用程式／軟體展示 · 30 % 成果發表 · 20 % 專案網站
- 授課教師
- Shayne Bennetts（原分所）
s.p.bennetts@g.iams.sinica.edu.tw - 攜帶物品
- 已完成課前準備的筆記型電腦（Windows / macOS / Linux），以及一條給 ESP32 用的 USB-C 線（授課教師有備用）
課程目標
教授每一個現代實驗物理實驗室都需要的關鍵技能。
智慧
軟體與 AI：一個能規劃、撰寫、測試並部署你所指定程式的 AI 程式代理（agent）——以及如何可靠地與它合作。
電子
電子學是我們把智慧接上真實世界的方式：一塊印刷電路板（PCB），為微控制器提供精確的輸入、輸出與切換。
機械
做出實體硬體——零件以一段由 AI 撰寫的短程式描述，用實驗室的 Bambu P1S 列印或用雷射切割機切出——讓板子成為一台可以放在工作檯上的儀器。
我們不教 AI 的運作原理，也不教電子或機械工程（那要花好幾年）。我們的目標是給你一堂速成課，學會啟動自己專案所需的工具。
課程時程
| 日期 | 場次 | 內容 | 交付成果 |
|---|---|---|---|
| 9月11日前 | 課前準備（在家完成） | 筆電就位：VS Code、已登入的 Claude Code 擴充功能、在 VS Code 中開啟一個課程資料夾，然後由 Claude 依 SETUP.md 安裝其餘部分；一個已連上 GitHub 的免費 Cloudflare 帳號。 |
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| 9月11日（五） | 工作坊 1：實驗物理學家的 AI 14:20–16:20 · 311 室 |
AI 與我們使用工具的介紹；我們的「AI 方法」五步驟。專案 1：做一個網頁應用程式（模擬器或遊戲）並部署上線。專案 2：用手機透過網路控制微控制器。 | 專案 1：一個已部署的網頁應用程式、它的報告與專案網站。專案 2：參考韌體在你的 ESP32 上運作，然後是你自己的手機 App。下一場工作坊之前：完成課前準備、改進你的 App、動手做、玩得開心——安裝 KiCad 10，建立 JLCPCB 帳號。 |
| 9月18日（五） | 工作坊 2：設計印刷電路板 14:20–16:20 · 311 室 |
電子學 101；用 KiCad 設計 PCB、自動化生產與組裝。班級板：把我們的 ESP32 變成真正的實驗室設備，大家一起設計。 | 在 KiCad 中完成的班級板，納入全班訂單。 |
| 9月25日（五） | 國定假日 | 不上課。 | — |
| 9月28日（一）下午 2 點 | 全班 PCB 訂單截止 | 最終的 Gerber 檔（製造檔）送交 JLCPCB。這是硬性截止。 | 班級板在截止前合併（merge）。 |
| 10月2日（五） | 工作坊 3：韌體與基礎機械設計（PCB 外殼） 14:20–16:20 · 311 室 |
把東西做出來：製造選單（自己做，或向外下單）與列印件、切割件的訣竅。專案 3：為你的儀器做一個外殼，由 AI 寫成一段短程式，大家一起做，用 Bambu P1S 列印或用雷射切割機切出；打造你儀器的韌體、App、專案網站與影片。 | 外殼設計檔；韌體、App 與專案網站繼續進行。 |
| 10月9日（五）下午 2 點 | 3D 列印／雷射切割設計檔截止 | 外殼設計檔送交製造。硬性截止。 | 你的外殼設計檔已提交。 |
| 約 10月16日（五） | 領取列印好的外殼與組裝完成的 PCB | 組裝你的 ESP32、PCB 與外殼；測試並改進你的韌體與 App。 | — |
| 10月26–30日 | 專案成果發表／展示 | 發表並展示你的專案、App、網站與影片——每人約 15 分鐘。 | 成果發表與展示。 |
兩個硬性截止：全班 PCB 訂單於 9月28日（一）下午 2 點截止（JLCPCB 製造並組裝板子；約兩週後送回），外殼設計檔於 10月9日（五）下午 2 點截止。9月25日（五）為國定假日（不上課）。
課程如何進行
一個專案，三場工作坊
三場工作坊並不是各自獨立的主題——它們是打造同一件裝置所需的三種技能：班級儀器。你的網頁應用程式與手機 App 通往專案 3：你的儀器——班級板上的韌體、App 與外殼——在它自己的專案網站上呈現。
工作坊，而非講座
每場工作坊是一段簡短的介紹，接著就是動手做，並有 Claude 家教（tutor；Claude Code 中的 /tutor）在旁協助，英文或中文皆可。理論只在能幫你做出決定時才出現——請家教解釋一個概念，也讓它反過來問你問題。
「AI 方法」五步驟
願景（Vision）→ 規格／計畫（Specification/Plan）→ 審查（Review）→ 寫程式（Code）→ 測試／除錯／驗證（Test/Debug/Verify），然後反覆迭代：第一版計畫永遠不是最後一版。我們使用 VS Code + Claude Code 擴充功能，以 git 作為安全網。沒有測試與驗證，絕不信任 AI。
每一步都真的做一次
部署一個真正的 App、一起設計一塊真正的板子、畫一個真正的外殼——然後在這塊專業組裝的板子上打造一台儀器，裝在外殼裡展示，並放上一個很棒的網站。發揮創意。
課程結束時你會做出的東西
- 一個已部署的網頁應用程式——模擬器或遊戲——附上說明其概念的報告。
- 一個透過 WiFi 控制你 ESP32 的手機 App。
- 你的儀器——使用班級板各項能力的韌體與 App。
- 一個儀器的外殼，3D 列印和／或雷射切割。
- 你儀器的一個很棒的專案網站——App 做什麼、怎麼用、範例與示範，以及可選的影片或動畫。
- 你專案的成果發表與展示。
每個專案都放在你帳號下自己的公開 GitHub 儲存庫（repository）裡，並有自己的專案網站（GitHub Pages：它是什麼、如何運作、一張它運作中的照片或影片、驗證了什麼、連到 App 與程式碼的連結）。所有專案都會出現在班級專案牆上——上課時投影在螢幕上，每分鐘自動更新，所以大家都看得到彼此的專案陸續出現。
硬體是全班共同的基準線。軟體、韌體與 App 是開放的——資料記錄器、LINE 通知、PID 區塊、Python 掃描、你實驗室需要的工具。那裡才是你展現能力的地方。用 LINE 或 Telegram 和你的儀器對話——我們最鼓勵的延伸：數值飄移或警報觸發時推播通知，以及能從手機讀取數值、切換一路模組輸出的機器人指令，隨時隨地。盡管做出很棒的東西。
聯絡方式
Shayne Bennetts 肖恩 — s.p.bennetts@g.iams.sinica.edu.tw
中央研究院原子與分子科學研究所。研究團隊網站：IAMS Quantum。