STEM(Science Technology Engineering Mathematics Education)意指“科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)教育”，是由美國發(fā)起的一項旨在通過提高STEM領(lǐng)域勞動者人數(shù)和受教育者綜合應(yīng)用STEM領(lǐng)域的能力，提高國家的人力資源水平繼而提升國家競爭力。本課程將科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)4個領(lǐng)域通過一個具體的研究性學(xué)習(xí)案例融合起來，使大家在掌握信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計、開發(fā)和制作實驗裝置(工程)，應(yīng)用其中的數(shù)學(xué)原理，得到一個科學(xué)的結(jié)論，并嘗試用多種不同的形式表達這一科學(xué)結(jié)論。期望培養(yǎng)一個“數(shù)字科學(xué)家”，即對任何一個感興趣的問題都能用科學(xué)的方法獨立地開展研究的“自由的研究者”。通過數(shù)據(jù)的“獲取、存儲、分析、表達”來實現(xiàn)結(jié)論的定量化、精確化和理論化。本書以麻省理工學(xué)院開發(fā)的Scratch語言為編程環(huán)境，將常見的計算機外部設(shè)備當(dāng)作傳感器來使用，展示了一系列適合中學(xué)生甚至大學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)案例，對于培養(yǎng)學(xué)生的能力、提高學(xué)生的編程水平和對計算機的理解都很有幫助。
　　2013年9月，麻省理工學(xué)院團隊發(fā)布了Scratch 2.0的離線測試版，Scratch 2.0的編程環(huán)境已經(jīng)比較成熟，因此本書使用Scratch 2.0作為Scratch程序語言基礎(chǔ)的教學(xué)平臺，并比較了Scratch 1.4和Scratch 2.0的區(qū)別。通過一組動畫和游戲案例，介紹Scratch語言的基礎(chǔ)和Scratch網(wǎng)站的學(xué)習(xí)方法，并將這些作為接下來學(xué)習(xí)感測與控制技術(shù)的基礎(chǔ)。
　　通過將生活中常見的計算機外部設(shè)備改裝成為傳感器，并結(jié)合Scratch程序的傳感器板，使有研究能力的學(xué)生可以自由地發(fā)揮想象，將編程滲透到游戲、娛樂和科學(xué)探究中，其學(xué)習(xí)角色可向科學(xué)家、交互設(shè)計師、工程師等多種STEM領(lǐng)域的職業(yè)角色轉(zhuǎn)換。在這個過程中，學(xué)生會明白自己適合做什么和喜歡做什么，以及完成一項工作自己需要找哪些人合作，這些能力將會使學(xué)生受益終生。
　　本書作者之一賈思博于2010年獲得 “明天小小科學(xué)家”比賽二等獎，并順利保送清華大學(xué)；作者朱忠旻憑借Scratch領(lǐng)域的研究，受邀參加了2012年麻省理工學(xué)院舉辦的Scratch 2012年年會；作者范力彬是景山學(xué)校最早一批學(xué)習(xí)Scratch語言的學(xué)生，未來會成為一名教師，將Scratch教給更多的人。作為他們的教師，在教學(xué)相長的過程中，看到學(xué)生慢慢地成為我的合作者，甚至成為我所崇拜的人，我深深地體會到作為一名教師的職業(yè)幸福，也非常期待著能夠有更多的人通過測控傳感器的研發(fā)過程，打通程序編寫、科學(xué)研究、創(chuàng)意應(yīng)用之間的鴻溝，成為一個“數(shù)字科學(xué)家”。他們的共同特征是“對于任何一個感興趣的問題都能用科學(xué)的研究方法定量地開展研究”，他們的研究是出于好奇心和興趣而非功利和強迫，他們知道如何獲取數(shù)據(jù)、得出結(jié)論，更知道如何和別人分享結(jié)論、傳播思想。總之，他們將是一群自由的研究者，這個夢想雖然很難但是很值得為之而努力。
　　自由，雖然是一個“奢侈”的目標(biāo)，卻是人類永恒的追求！
　　本書整體規(guī)劃以及第1章的編寫由吳俊杰負(fù)責(zé)，第2章由賈思博、范力彬編寫，第3章由吳俊杰、梁森山、朱忠旻編寫。
　　由于作者水平所限，書中疏漏在所難免，歡迎讀者批評指正。

　　北京景山學(xué)校吳俊杰
　　2013年5月于自縛居