传统的课堂实验是由学生按照规定的实验步骤进行的，从组装器材、记录数据到以此验证科学的结论。但是这种方式仅仅是科学发现过程的一小部分，只是重复前人设计好的程序。按照这种方式培养的学生在实验中获得动手操作的技能与严谨的科学思考，能否让学生借助更具创新实验的方式来获得所需的知识，是所有实验课程设计的目的和基础，通过动手进行知识的探索才是学习过程的本质。在传统的实验课程中，程序化的操作过程无法为学生提供更多探索的方式，这影响了学生实验能力的发展。
人工智能技术为我们提供了走出困境的方案，20年前，当机器人进入学校时，国内外很多教师都在考虑如何将这一技术应用于学科的实验中，并且进行了很多有益的探索。乐高教育曾委托我以及我的团队对他们开发的科学模块进行审核，这一模块的开发与我的主张和想法相一致，将机器人技术、人工智能技术应用于学科教学中不仅可以使传统教学的方式得到改变，而且会带来教学内容的变化。让学生自己动手设计实验，可以使学生的潜能在这一过程中得以展示和发展，我们为此进行了多年的探索。
让教师和学生学会设计实验并具有动手操作的能力是本书的目标。编者不希望本书为各学科现有实验教学提供一个替代方案，我们主张授人以鱼不如授人以渔，提供人工智能替代传统实验的现成方案不能从本质上带来创新的动力，只有让教师和学生了解如何分析问题、如何解决问题，才会带来教育的改变。
人工智能技术与机器人技术在学生的创新活动中得到了广泛的应用，这也是我们这一项目所具有的广泛基础。但是与创新活动不同，科学实验是根据一定目的，运用一定的仪器、设备等物质手段，在人工控制的条件下观察、研究自然现象及其规律性的社会实践形式，是获取经验事实、检验科学假说和理论真理性的重要途径。科学实验具有不同于学生创新活动的特点，将创新活动引向科学实验，可以极大地提升学生的科学素养和能力。
本书在写作过程中得到了DFROBOT的大力支持，在此向DFROBOT表示衷心的感谢。由于本人水平有限，书中难免存在疏漏之处，还请读者和同行不吝指正。
编者2025年1月
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