傳統(tǒng)的課堂實驗是由學生按照規(guī)定的實驗步驟進行的，從組裝器材、記錄數(shù)據(jù)到以此驗證科學的結(jié)論。但是這種方式僅僅是科學發(fā)現(xiàn)過程的一小部分，只是重復前人設(shè)計好的程序。按照這種方式培養(yǎng)的學生在實驗中獲得動手操作的技能與嚴謹?shù)目茖W思考，能否讓學生借助更具創(chuàng)新實驗的方式來獲得所需的知識，是所有實驗課程設(shè)計的目的和基礎(chǔ)，通過動手進行知識的探索才是學習過程的本質(zhì)。在傳統(tǒng)的實驗課程中，程序化的操作過程無法為學生提供更多探索的方式，這影響了學生實驗?zāi)芰Φ陌l(fā)展。

人工智能技術(shù)為我們提供了走出困境的方案，20年前，當機器人進入學校時，國內(nèi)外很多教師都在考慮如何將這一技術(shù)應(yīng)用于學科的實驗中，并且進行了很多有益的探索。樂高教育曾委托我以及我的團隊對他們開發(fā)的科學模塊進行審核，這一模塊的開發(fā)與我的主張和想法相一致，將機器人技術(shù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用于學科教學中不僅可以使傳統(tǒng)教學的方式得到改變，而且會帶來教學內(nèi)容的變化。讓學生自己動手設(shè)計實驗，可以使學生的潛能在這一過程中得以展示和發(fā)展，我們?yōu)榇诉M行了多年的探索。

讓教師和學生學會設(shè)計實驗并具有動手操作的能力是本書的目標。編者不希望本書為各學科現(xiàn)有實驗教學提供一個替代方案，我們主張授人以魚不如授人以漁，提供人工智能替代傳統(tǒng)實驗的現(xiàn)成方案不能從本質(zhì)上帶來創(chuàng)新的動力，只有讓教師和學生了解如何分析問題、如何解決問題，才會帶來教育的改變。

人工智能技術(shù)與機器人技術(shù)在學生的創(chuàng)新活動中得到了廣泛的應(yīng)用，這也是我們這一項目所具有的廣泛基礎(chǔ)。但是與創(chuàng)新活動不同，科學實驗是根據(jù)一定目的，運用一定的儀器、設(shè)備等物質(zhì)手段，在人工控制的條件下觀察、研究自然現(xiàn)象及其規(guī)律性的社會實踐形式，是獲取經(jīng)驗事實、檢驗科學假說和理論真理性的重要途徑�？茖W實驗具有不同于學生創(chuàng)新活動的特點，將創(chuàng)新活動引向科學實驗，可以極大地提升學生的科學素養(yǎng)和能力。

本書在寫作過程中得到了DFROBOT的大力支持，在此向DFROBOT表示衷心的感謝。由于本人水平有限，書中難免存在疏漏之處，還請讀者和同行不吝指正。

編者2025年1月

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