前言

這是一本面向6～15歲孩子的機器人設計、搭建和編程操控書。讓孩子學習機器人搭建、編程，可以提高他們的科學素養，更適應人工智能時代的發展要求。

一 為什么要學習機器人

機器人技術融合了機械原理、電子傳感器、計算機軟硬件及人工智能等眾多技術。學習機器人會涉及編程，通過積木式編程控制機器人運動，不僅可以使孩子獲得成就感，增強自信心，還有助于培養孩子科學探究的精神，養成嚴謹踏實的良好習慣。具體來說，學習機器人有如下優點。

1．豐富孩子的想象力

機器人學習套裝里包含種類豐富的結構件，這些結構件可以組成各種機械結構，這些結構在生活中大量存在。孩子在學習機器人的時候，通過自由搭建，可以了解很多結構知識，同時也大大提高了孩子的空間想象力。

2．提高解決問題的能力

機器人教育的本質是鼓勵孩子自己解決問題，主動思考，學會反思總結，舉一反三；充分運用知識去搭建一個機器人，注重知識與生活的聯系，旨在培養孩子的動手能力，再通過編程讓孩子的想法變成現實，對提高孩子的動手能力和解決問題的能力有很大的幫助。

3．培養抽象邏輯思維能力

機器人學習中非常重要的一點就是邏輯編程。機器人是通過一整套嚴密的程序來實現設計者的要求的。因此，只有經過嚴謹而周密的思考，編寫出一套好的執行程序，才能達成自己的設想，讓機器人按照自己的意愿來行動。而且機器人程序不是各種生澀難懂的代碼，而是形象生動的圖形化界面，使得對孩子的邏輯思維訓練變得更加容易。

4．培養勇于試錯的能力

在學習機器人過程中，會遇到很多困難和問題，需要孩子不斷去嘗試新的方法，采取新的措施去獲得滿意的結果，這是一個不斷試錯—修正—再試—再改的過程，讓孩子在不知不覺中得到鍛煉和提高。

5．提升孩子的科學素養

學習機器人的過程中，會綜合學習到很多機械、電子、自動化、數學、計算機軟硬件的知識，同時會運用各種先進的傳感設備來實現機器人的很多功能。這些科學知識對于開闊孩子的眼界，提升他們的科學素養都是非常有益的。

二 為什么選擇樂高

樂高是全世界小朋友普遍愛玩的玩具，而且是完整的零件系統，可以與樂高所有的玩具零件組合使用。本書主要選用樂高9686套件和EV3套件，以積木方式進行搭建，有更多的可能性；程序部分也是通過“搭積木”的方式，把代碼拼裝起來，創造出各種創意十足、新鮮有趣的案例。具體來說，樂高有如下優點。

1．入門簡單

9686套件好玩易上手，非常適合中小學生初次接觸機器人、認識各種零件、了解各種類型機械結構的搭建方式時使用。

2．零件豐富

樂高的零件非常豐富，主要有皮帶傳動、齒輪結構、螺旋推桿、蝸桿傳動、雙鏈條聯動等。你能想到的機構，樂高零件幾乎都能滿足你的搭建要求。

3．積木式編程

學習樂高機器人時使用EV3圖形化積木式編程語言，非常適合對沒有編程基礎或編程基礎較少的孩子進行編程啟蒙。

三 本書結構

本書分為上、下兩冊：上冊借助樂高9686套件，通過案例介紹樂高機器人的基礎搭建知識；下冊借助樂高EV3套件，結合案例著重講解通過編程來操控搭建的機器人。上冊6個單元，下冊5個單元，每單元包含3～4個案例，每個案例以一個完整的作品制作為例展開講解，內容結構編排如下。

● 任務分析：明確任務功能，提出關鍵問題，進行頭腦風暴，分析解決方案。

● 規劃設計：詳細講解作品的結構設計和程序規劃。

● 探究實踐：從準備活動到程序編寫，圖文結合，詳細指導案例的制作。

● 智慧鑰匙：拓展延伸相關知識，豐富知識體系。

● 挑戰空間：通過練習，鞏固學習效果。

四 本書使用

本書教具選用樂高9686套件和EV3套件，同樣適用于其他套件，編程軟件使用LEGO MINDSTORMS Education EV3。為了有較好的學習效果，建議學習本書時遵循以下幾點。

● 興趣為先：針對案例，結合生活實際，善于發現有趣的問題，樂于去解決問題。

● 循序漸進：對于初學者，剛開始零件較多，新知識也較多，但不要害怕，更不能急于求成。以小案例為中心，層層鋪墊，再拓展應用，掌握搭建技巧，再了解編程知識。

● 舉一反三：由于篇幅有限，本書案例只是某方面的代表，我們可以用書中解決問題的方法，解決類似案例或者題目。

● 交流分享：在學習的過程中，建議和小伙伴一起學習，相互交流經驗和技巧，相互鼓勵，攻破難題。

● 動手動腦：初學者最忌諱的是眼高手低，對于書中所講的案例，不能只限于紙上談兵，應該親自動手，完成案例的制作，體驗創造的快樂。

● 善于總結：每次案例的制作都會有收獲，在學習之后，別忘了總結制作過程，理清錯誤根源，為下一次創作提供借鑒。

五 本書特點

本書適合編程初學者以及對機器人感興趣的青少年閱讀，也適合家長和老師指導孩子們進行程序設計時使用。為充分調動他們的學習積極性，本書在編寫時注重體現如下特色。

● 實例豐富：本書案例豐富，內容編排合理，難度適中。每個案例都有詳細的分析和制作指導，降低了學習的難度，使讀者更容易理解所學知識。

● 圖文并茂：本書使用圖片代替了大部分的文字說明，用圖文結合的形式來講解程序的編寫思路和具體操作步驟，學習起來更加輕松高效。

● 資源豐富：考慮到讀者自學的需求，本書配備了所有案例的素材和源文件，并錄制了相應的微課視頻，配套資源不管在數量上還是質量上都有保障。掃下二維碼可下載配套資源。

● 形式貼心：對于讀者在學習過程中可能會遇到的疑問，書中以“提示”和“讀一讀”等欄目進行說明，使讀者在學習的過程中少走彎路。

六 本書作者

本書作者團隊成員有省級教研人員以及具有多年教學經驗的中小學信息技術教師，深諳孩子們的學習心理，已經編寫并出版過多本青少年編程相關圖書，有著豐富的圖書編寫經驗。

本書由方其桂、唐小華、周本闊、趙新未、高純、鮑卻寒、劉斌等人編寫。此外，本書配套學習資源由方其桂整理制作。

雖然編者盡力認真構思驗證，反復審核修改，但由于時間和精力有限，書中難免有不足之處。在學習使用的過程中，針對同樣的案例，讀者也可能會有更好的制作方法。不管是哪方面的問題，都衷心希望廣大讀者不吝指正，提出寶貴的意見和建議。

著者