序

进入21世纪，科学技术日新月异。信息技术、生命科学、认知科学以及纳米技术这四大科技领域的融合将给人类带来巨大的影响。与此同时，云计算、虚拟现实（VR）、3D打印技术、纳米机器人、克隆生物技术等人工智能技术扑面而来，我们该如何应对随之而来的复杂且颇具不确定性的环境变化呢？

应对急剧变化环境的法宝是采取探究式学习方法。所谓探究式学习，就是像科学家一样去探索、研究和创造。事实上，探究就是指探索和研究。与其说探究是一种能力，不如说它是一种态度和行为习惯。人的探究意识很强，这源自人类趋利避害的本能。21世纪的人们应该具备批判性思考能力、创造力、沟通与交流能力、跨文化能力以及合作能力。要养成这五种能力，离不开探究式学习。

“数字科学家计划”是一个面向未来的A-STEM创客教育项目，具有核心素养引领性、创新性、跨学科性、工程性和数字化工具性等特点。“数字科学家计划”基于探究式学习构建、重构课程，旨在引导青少年使用数码相机、计算机仿真与编程、互联网等数字化手段，帮助他们提高解决具有真实性、综合性、复杂性特点的科学问题的能力，进而更好地应对人工智能技术带来的挑战。

本书是基于“数字科学家计划”的基础课程编写的。通过本书，你可以了解到探究世界的3种基本手段：其一，基于实物实验的“实物探”，简单易行；其二，基于学科专家型知识的“理论探”，深刻、严谨、有效；其三，基于计算机信息技术的“数码探”，现代时尚，与科学研究前沿接轨。综合运用“实物探”“理论探”和“数码探”这3种基本手段，你可以从容地游弋于物质世界和数据海洋中。通过本书，你将亲历科学探究过程，掌握数据“观”与“测”的基本知识与技能，体会其中包含的科学思想与方法，体验数据挖掘、交流与传播的价值，养成数据探究的意识和习惯……

本书是针对小学高年级和初中低年级学生编写的。本书分为四部分，分别是“课程篇”“技能篇”“工具篇”和“案例篇”。“数字科学家计划”系列课程具有主题开放性和探究性，在就内容深度和探索范围加以改编之后，既可以用于小学高年级学生的探究式学习活动，也可用于低年级的学生探究式学习。本书可供中小学校教师开设校本选修课程之用，也可供中小学校教师专业发展培训之用，还可供科学教育研究人员参考之用。

北京师范大学物理学系 项华

北京景山学校 毛澄洁