傳統(tǒng)的課堂實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生按照規(guī)定的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行的，從組裝器材、記錄數(shù)據(jù)到以此驗(yàn)證科學(xué)的結(jié)論。但是這種方式僅僅是科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程的一小部分，只是重復(fù)前人設(shè)計(jì)好的程序。按照這種方式培養(yǎng)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲得動(dòng)手操作的技能與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思考，能否讓學(xué)生借助更具創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的方式來獲得所需的知識，是所有實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)的目的和基礎(chǔ)，通過動(dòng)手進(jìn)行知識的探索才是學(xué)習(xí)過程的本質(zhì)。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程中，程序化的操作過程無法為學(xué)生提供更多探索的方式，這影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?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(dāng)機(jī)器人進(jìn)入學(xué)校時(shí)，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(xué)科的實(shí)驗(yàn)中，并且進(jìn)行了很多有益的探索。樂高教育曾委托我以及我的團(tuán)隊(duì)對他們開發(fā)的科學(xué)模塊進(jìn)行審核，這一模塊的開發(fā)與我的主張和想法相一致，將機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)中不僅可以使傳統(tǒng)教學(xué)的方式得到改變，而且會(huì)帶來教學(xué)內(nèi)容的變化。讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生的潛能在這一過程中得以展示和發(fā)展，我們?yōu)榇诉M(jìn)行了多年的探索。

讓教師和學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并具有動(dòng)手操作的能力是本書的目標(biāo)。編者不希望本書為各學(xué)科現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一個(gè)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(shí)驗(yàn)的現(xiàn)成方案不能從本質(zhì)上帶來創(chuàng)新的動(dòng)力，只有讓教師和學(xué)生了解如何分析問題、如何解決問題，才會(huì)帶來教育的改變。

人工智能技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)在學(xué)生的創(chuàng)新活動(dòng)中得到了廣泛的應(yīng)用，這也是我們這一項(xiàng)目所具有的廣泛基礎(chǔ)。但是與創(chuàng)新活動(dòng)不同，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是根據(jù)一定目的，運(yùn)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(huì)實(shí)踐形式，是獲取經(jīng)驗(yàn)事實(shí)、檢驗(yàn)科學(xué)假說和理論真理性的重要途徑。科學(xué)實(shí)驗(yàn)具有不同于學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)的特點(diǎn)，將創(chuàng)新活動(dòng)引向科學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以極大地提升學(xué)生的科學(xué)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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