序

進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)日新月異。信息技術(shù)、生命科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)以及納米技術(shù)這四大科技領(lǐng)域的融合將給人類(lèi)帶來(lái)巨大的影響。與此同時(shí)，云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、3D打印技術(shù)、納米機(jī)器人、克隆生物技術(shù)等人工智能技術(shù)撲面而來(lái)，我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)隨之而來(lái)的復(fù)雜且頗具不確定性的環(huán)境變化呢？

應(yīng)對(duì)急劇變化環(huán)境的法寶是采取探究式學(xué)習(xí)方法。所謂探究式學(xué)習(xí)，就是像科學(xué)家一樣去探索、研究和創(chuàng)造。事實(shí)上，探究就是指探索和研究。與其說(shuō)探究是一種能力，不如說(shuō)它是一種態(tài)度和行為習(xí)慣。人的探究意識(shí)很強(qiáng)，這源自人類(lèi)趨利避害的本能。21世紀(jì)的人們應(yīng)該具備批判性思考能力、創(chuàng)造力、溝通與交流能力、跨文化能力以及合作能力。要養(yǎng)成這五種能力，離不開(kāi)探究式學(xué)習(xí)。

“數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃”是一個(gè)面向未來(lái)的A-STEM創(chuàng)客教育項(xiàng)目，具有核心素養(yǎng)引領(lǐng)性、創(chuàng)新性、跨學(xué)科性、工程性和數(shù)字化工具性等特點(diǎn)。“數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃”基于探究式學(xué)習(xí)構(gòu)建、重構(gòu)課程，旨在引導(dǎo)青少年使用數(shù)碼相機(jī)、計(jì)算機(jī)仿真與編程、互聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化手段，幫助他們提高解決具有真實(shí)性、綜合性、復(fù)雜性特點(diǎn)的科學(xué)問(wèn)題的能力，進(jìn)而更好地應(yīng)對(duì)人工智能技術(shù)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

本書(shū)是基于“數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃”的基礎(chǔ)課程編寫(xiě)的。通過(guò)本書(shū)，你可以了解到探究世界的3種基本手段：其一，基于實(shí)物實(shí)驗(yàn)的“實(shí)物探”，簡(jiǎn)單易行；其二，基于學(xué)科專(zhuān)家型知識(shí)的“理論探”，深刻、嚴(yán)謹(jǐn)、有效；其三，基于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的“數(shù)碼探”，現(xiàn)代時(shí)尚，與科學(xué)研究前沿接軌。綜合運(yùn)用“實(shí)物探”“理論探”和“數(shù)碼探”這3種基本手段，你可以從容地游弋于物質(zhì)世界和數(shù)據(jù)海洋中。通過(guò)本書(shū)，你將親歷科學(xué)探究過(guò)程，掌握數(shù)據(jù)“觀”與“測(cè)”的基本知識(shí)與技能，體會(huì)其中包含的科學(xué)思想與方法，體驗(yàn)數(shù)據(jù)挖掘、交流與傳播的價(jià)值，養(yǎng)成數(shù)據(jù)探究的意識(shí)和習(xí)慣……

本書(shū)是針對(duì)小學(xué)高年級(jí)和初中低年級(jí)學(xué)生編寫(xiě)的。本書(shū)分為四部分，分別是“課程篇”“技能篇”“工具篇”和“案例篇”。“數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃”系列課程具有主題開(kāi)放性和探究性，在就內(nèi)容深度和探索范圍加以改編之后，既可以用于小學(xué)高年級(jí)學(xué)生的探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)，也可用于低年級(jí)的學(xué)生探究式學(xué)習(xí)。本書(shū)可供中小學(xué)校教師開(kāi)設(shè)校本選修課程之用，也可供中小學(xué)校教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展培訓(xùn)之用，還可供科學(xué)教育研究人員參考之用。

北京師范大學(xué)物理學(xué)系?項(xiàng)華

北京景山學(xué)校?毛澄潔