前言

这是一本面向6～15岁孩子的机器人设计、搭建和编程操控书。让孩子学习机器人搭建、编程，可以提高他们的科学素养，更适应人工智能时代的发展要求。

一 为什么要学习机器人

机器人技术融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多技术。学习机器人会涉及编程，通过积木式编程控制机器人运动，不仅可以使孩子获得成就感，增强自信心，还有助于培养孩子科学探究的精神，养成严谨踏实的良好习惯。具体来说，学习机器人有如下优点。

1．丰富孩子的想象力

机器人学习套装里包含种类丰富的结构件，这些结构件可以组成各种机械结构，这些结构在生活中大量存在。孩子在学习机器人的时候，通过自由搭建，可以了解很多结构知识，同时也大大提高了孩子的空间想象力。

2．提高解决问题的能力

机器人教育的本质是鼓励孩子自己解决问题，主动思考，学会反思总结，举一反三；充分运用知识去搭建一个机器人，注重知识与生活的联系，旨在培养孩子的动手能力，再通过编程让孩子的想法变成现实，对提高孩子的动手能力和解决问题的能力有很大的帮助。

3．培养抽象逻辑思维能力

机器人学习中非常重要的一点就是逻辑编程。机器人是通过一整套严密的程序来实现设计者的要求的。因此，只有经过严谨而周密的思考，编写出一套好的执行程序，才能达成自己的设想，让机器人按照自己的意愿来行动。而且机器人程序不是各种生涩难懂的代码，而是形象生动的图形化界面，使得对孩子的逻辑思维训练变得更加容易。

4．培养勇于试错的能力

在学习机器人过程中，会遇到很多困难和问题，需要孩子不断去尝试新的方法，采取新的措施去获得满意的结果，这是一个不断试错—修正—再试—再改的过程，让孩子在不知不觉中得到锻炼和提高。

5．提升孩子的科学素养

学习机器人的过程中，会综合学习到很多机械、电子、自动化、数学、计算机软硬件的知识，同时会运用各种先进的传感设备来实现机器人的很多功能。这些科学知识对于开阔孩子的眼界，提升他们的科学素养都是非常有益的。

二 为什么选择乐高

乐高是全世界小朋友普遍爱玩的玩具，而且是完整的零件系统，可以与乐高所有的玩具零件组合使用。本书主要选用乐高9686套件和EV3套件，以积木方式进行搭建，有更多的可能性；程序部分也是通过“搭积木”的方式，把代码拼装起来，创造出各种创意十足、新鲜有趣的案例。具体来说，乐高有如下优点。

1．入门简单

9686套件好玩易上手，非常适合中小学生初次接触机器人、认识各种零件、了解各种类型机械结构的搭建方式时使用。

2．零件丰富

乐高的零件非常丰富，主要有皮带传动、齿轮结构、螺旋推杆、蜗杆传动、双链条联动等。你能想到的机构，乐高零件几乎都能满足你的搭建要求。

3．积木式编程

学习乐高机器人时使用EV3图形化积木式编程语言，非常适合对没有编程基础或编程基础较少的孩子进行编程启蒙。

三 本书结构

本书分为上、下两册：上册借助乐高9686套件，通过案例介绍乐高机器人的基础搭建知识；下册借助乐高EV3套件，结合案例着重讲解通过编程来操控搭建的机器人。上册6个单元，下册5个单元，每单元包含3～4个案例，每个案例以一个完整的作品制作为例展开讲解，内容结构编排如下。

● 任务分析：明确任务功能，提出关键问题，进行头脑风暴，分析解决方案。

● 规划设计：详细讲解作品的结构设计和程序规划。

● 探究实践：从准备活动到程序编写，图文结合，详细指导案例的制作。

● 智慧钥匙：拓展延伸相关知识，丰富知识体系。

● 挑战空间：通过练习，巩固学习效果。

四 本书使用

本书教具选用乐高9686套件和EV3套件，同样适用于其他套件，编程软件使用LEGO MINDSTORMS Education EV3。为了有较好的学习效果，建议学习本书时遵循以下几点。

● 兴趣为先：针对案例，结合生活实际，善于发现有趣的问题，乐于去解决问题。

● 循序渐进：对于初学者，刚开始零件较多，新知识也较多，但不要害怕，更不能急于求成。以小案例为中心，层层铺垫，再拓展应用，掌握搭建技巧，再了解编程知识。

● 举一反三：由于篇幅有限，本书案例只是某方面的代表，我们可以用书中解决问题的方法，解决类似案例或者题目。

● 交流分享：在学习的过程中，建议和小伙伴一起学习，相互交流经验和技巧，相互鼓励，攻破难题。

● 动手动脑：初学者最忌讳的是眼高手低，对于书中所讲的案例，不能只限于纸上谈兵，应该亲自动手，完成案例的制作，体验创造的快乐。

● 善于总结：每次案例的制作都会有收获，在学习之后，别忘了总结制作过程，理清错误根源，为下一次创作提供借鉴。

五 本书特点

本书适合编程初学者以及对机器人感兴趣的青少年阅读，也适合家长和老师指导孩子们进行程序设计时使用。为充分调动他们的学习积极性，本书在编写时注重体现如下特色。

● 实例丰富：本书案例丰富，内容编排合理，难度适中。每个案例都有详细的分析和制作指导，降低了学习的难度，使读者更容易理解所学知识。

● 图文并茂：本书使用图片代替了大部分的文字说明，用图文结合的形式来讲解程序的编写思路和具体操作步骤，学习起来更加轻松高效。

● 资源丰富：考虑到读者自学的需求，本书配备了所有案例的素材和源文件，并录制了相应的微课视频，配套资源不管在数量上还是质量上都有保障。扫下二维码可下载配套资源。

● 形式贴心：对于读者在学习过程中可能会遇到的疑问，书中以“提示”和“读一读”等栏目进行说明，使读者在学习的过程中少走弯路。

六 本书作者

本书作者团队成员有省级教研人员以及具有多年教学经验的中小学信息技术教师，深谙孩子们的学习心理，已经编写并出版过多本青少年编程相关图书，有着丰富的图书编写经验。

本书由方其桂、唐小华、周本阔、赵新未、高纯、鲍却寒、刘斌等人编写。此外，本书配套学习资源由方其桂整理制作。

虽然编者尽力认真构思验证，反复审核修改，但由于时间和精力有限，书中难免有不足之处。在学习使用的过程中，针对同样的案例，读者也可能会有更好的制作方法。不管是哪方面的问题，都衷心希望广大读者不吝指正，提出宝贵的意见和建议。

著者