序

硬件創造與計算思維

最近一年，我的主要精力都放在計算思維的理論研究和表現性評價的實踐中。計算思維顯然是具有時代特征和烙印的，不同時代下計算思維的重心不同。在人工智能時代下，計算思維已成為一種重要的素養，因為它可以幫助我們與身邊越來越多的智能體互動協作。信息的處理即計算，人們利用信息獲取物質和能量的現象在生活中比比皆是：查閱計算出的天氣預報結果而非實地考察，查詢實時交通情況而非親自統計路況，網上購物而非逛購物中心。科學的飛速發展和技術的全面應用讓計算思維教育成為必然的需求，因此各國的課程標準都非常重視計算思維的培養，我國的信息技術新課標也不例外。

思維的培養少不了兩個重要的土壤：環境和動機。環境理論非常復雜，這里我們僅關注的是智能硬件這一要素，也就是本書的主要載體——掌控板。從Papert建造主義的理念講，理解的關鍵是動手創造，通過制造和設計來學習。掌控板是一個非常優秀的計算系統，因為和單純的編程相比，它與物理世界的互動能力更強，也因此具備更強的制造屬性。或許你和我一樣在小的時候對各種電子設備的構造很感興趣，好奇其運行原理。掌控板可以在一定程度上打開黑盒，讓你通過指令精準地控制信息，實現自己的創意，與物理世界互動。從動機上來說，思維的培養缺少不了真實的情境，好的情境能夠帶來有趣的問題和持續的探究。從這本書為讀者準備的項目來看，音樂盒、聲光控燈、計步器等都與生活關聯緊密，讀者可以通過有趣的項目激發創作的動機。

計算思維還有一個神奇的“功效”，那就是它可以很好地鍛煉邏輯思維、批判性思維、創造性思維。從思維結構理論來看，任何領域的思維教學活動都可以培養上述思維品質，但在計算思維的世界中，這一點尤其明顯。在編寫程序時，學習者要仔細思考每一個步驟的邏輯，還要關注整體性、系統性、層次性，這就是對邏輯思維的培養；在程序調試時，學習者要不斷反思自己的問題出在哪里，這就是對批判性思維的培養；在創作項目時，學習者會不斷實現自己的創新想法，挑戰更難、更真實的項目，這就是對創造性思維的培養。顯然，掌控板作為計算思維培養工具，對學習者的思維提升也大有裨益。當我們使用它造物時，思維便可以得到充分鍛煉。

回想2014年初，我進入STEM教育圈的契機正是接觸和掌控板同屬于開源硬件的Arduino。即使當時已學習編程多年，但第一次成功控制LED燈閃爍效果的造物欣喜感仍記憶猶新。從簡單的IO項目到復雜的物聯網應用，開源硬件的低門檻創造特性幫助更多創造者構建自己的應用，架起創意和實物的橋梁。

本書選用的掌控板和mPython都是低門檻造物利器。作為一本入門級圖書，本書對初學者來說非常友好，能夠帶領初學者熟悉硬件世界。曾老師一線教學經驗豐富，循序漸進地通過多個項目闡述計算概念、計算實踐和工具的使用方法。課程采用PBL的思路，程序步驟清晰，每一課都有情境引入和課后練習。本書還設置了知識拓展、拓展任務等發散思維環節，這有助于創造性思維的培養。我相信這是一本數字造物的入門佳作。歡迎你來到硬件世界，做好準備在編程命令和小小電流塑造的創意空間中漫游吧！

李澤

計算思維愛好者

《Scratch高手密碼》《計算思維養成指南》作者

2021年11月8日