序

進入21世紀，科學技術日新月異。信息技術、生命科學、認知科學以及納米技術這四大科技領域的融合將給人類帶來巨大的影響。與此同時，云計算、虛擬現實（VR）、3D打印技術、納米機器人、克隆生物技術等人工智能技術撲面而來，我們該如何應對隨之而來的復雜且頗具不確定性的環境變化呢？

應對急劇變化環境的法寶是采取探究式學習方法。所謂探究式學習，就是像科學家一樣去探索、研究和創造。事實上，探究就是指探索和研究。與其說探究是一種能力，不如說它是一種態度和行為習慣。人的探究意識很強，這源自人類趨利避害的本能。21世紀的人們應該具備批判性思考能力、創造力、溝通與交流能力、跨文化能力以及合作能力。要養成這五種能力，離不開探究式學習。

“數字科學家計劃”是一個面向未來的A-STEM創客教育項目，具有核心素養引領性、創新性、跨學科性、工程性和數字化工具性等特點。“數字科學家計劃”基于探究式學習構建、重構課程，旨在引導青少年使用數碼相機、計算機仿真與編程、互聯網等數字化手段，幫助他們提高解決具有真實性、綜合性、復雜性特點的科學問題的能力，進而更好地應對人工智能技術帶來的挑戰。

本書是基于“數字科學家計劃”的基礎課程編寫的。通過本書，你可以了解到探究世界的3種基本手段：其一，基于實物實驗的“實物探”，簡單易行；其二，基于學科專家型知識的“理論探”，深刻、嚴謹、有效；其三，基于計算機信息技術的“數碼探”，現代時尚，與科學研究前沿接軌。綜合運用“實物探”“理論探”和“數碼探”這3種基本手段，你可以從容地游弋于物質世界和數據海洋中。通過本書，你將親歷科學探究過程，掌握數據“觀”與“測”的基本知識與技能，體會其中包含的科學思想與方法，體驗數據挖掘、交流與傳播的價值，養成數據探究的意識和習慣……

本書是針對小學高年級和初中低年級學生編寫的。本書分為四部分，分別是“課程篇”“技能篇”“工具篇”和“案例篇”。“數字科學家計劃”系列課程具有主題開放性和探究性，在就內容深度和探索范圍加以改編之后，既可以用于小學高年級學生的探究式學習活動，也可用于低年級的學生探究式學習。本書可供中小學校教師開設校本選修課程之用，也可供中小學校教師專業發展培訓之用，還可供科學教育研究人員參考之用。

北京師范大學物理學系?項華

北京景山學校?毛澄潔