民航飛行大學生物理教學思考與對策分析

吳華　鄧楠

[摘 要]良好的科學素養是民航飛行專業學生必備的品質，大學物理課程對培養學生的科學素養具有不可替代的作用。項目組以針對民航飛行學生的科學素養的調查結果為依據，從科學素養的四個內涵出發，將物理教學、科學素養、學科專業三個方面進行有機整合，在提高物理教學效果的同時，提升飛行大學生的科學素養，為學生后續專業課程的學習和安全飛行打下堅實的理論基礎。

[關鍵詞]大學物理；科學素養；飛行大學生

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）07-0017-03

一、民航飛行大學生科學素養

民航飛行大學生應該具有的科學素養不同于普通意義上的公眾科學素養，它不僅是評估飛行員自身綜合素質的一項重要指標，也是民航業綜合實力的一種體現。飛行員除了要具備先進的飛行理論知識和過硬的駕駛技能以外，自身的科學素養和心理素養也直接關系到飛行的安全和質量。雖然按《民用航空器駕駛員、飛行教員和地面教員合格審定規則》的要求，大學學歷不是民航飛行員的必備條件，高中畢業生就有資格擔任民航航線運輸飛行員，但是從航線運輸飛行員的高素質要求、我國以往對航線運輸飛行員的培養經歷，以及歐美民航強國主要從具有大學學歷的人群中選拔航線運輸飛行員的趨勢來看，我國民航未來飛行員補充應該堅持以大學學歷教育模式為主。然而由于航空企業對飛行員人才的需求與日俱增，在近幾年的飛行員錄取中，文化成績的錄取控制線并不高，在錄取的飛行學生中，文化成績具備重點本科錄取線的每年不超過3%，平均文化成績遠遠低于普通本科院校的錄取成績。這種現狀為飛行學生的教學和學習帶來許多困難。為了講授好大學文化課程，授課教師有時不得不回頭復習中學階段的一些基本原理。有一些學生盡管飛行愿望很強烈，但由于文化基礎太差，入院后學習高等文化理論十分吃力，掌握不了復雜的航空和飛行技術理論。在飛行學生中，“當飛行員，只要身體好就行，文化成績差點沒關系”這種極為片面的說法十分流行。這樣的現象，不得不讓人們對飛行學生的科學素養培養問題憂心忡忡。中國民航飛行學院堅持以大學學歷教育模式培養飛行員，其目的和作用是什么？筆者認為，通過學歷教育，使飛行學生具備現代化的科學素養（包括嚴謹的科學態度、豐富的科學知識、扎實的科學方法和嚴肅的科學精神）是主要的培養目的之一。飛行學生只有具備良好的科學素養，才能把自己鍛造成理論扎實、技術精湛的飛行員。目前，在國內外對飛行員培養的各種研究中，對飛行技能、航空安全等的研究甚多，但是對飛行學生科學素養的系統研究鮮見報道。特別是在航空業高速擴張，飛行人才急劇緊缺的業態背景下，飛行員科學素養的培養難免出現缺失，這在一定程度上影響著飛行員的綜合素質。

二、飛行大學生科學素養調查分析

為清晰地了解飛行學生的科學素養現狀，我們以大一飛行學生為調查對象，進行了200余份的問卷調查。在調查問卷中，我們主要從三個維度（知識儲備與結構、認知策略與方法、學習目的與意愿）調查學生對科學素養的理解和現狀（表1、表2 是按文理科分別對影響學生科學素養培養的因素進行相關分析）。

（一）知識儲備與結構

在飛行學生里，文理科學生都有，文科生所占比例大約是25%。統計表明，文理科學生在這方面差異很大（理科0.69，文科0.34）。文科學生物理基礎弱，物理知識結構及水平僅停留在初中階段學習的一些簡單的物理概念上；而理科學生通過高中的物理學習已經掌握了必備的物理概念和原理。

（二）認知策略與方法

在認知策略方面，調查問卷主要從語言閱讀、數理邏輯和觀察分析等方面進行設計。統計表明，文理科學生在這方面差異也比較大（理科0.50，文科0.33）。文科學生文史知識豐富，語言和閱讀理解能力強，思維活躍；而理科學生已具備較好的數理邏輯思維能力，對物理概念和原理有較好的領悟，比較善于用數學語言和工具處理問題。這就造成了教師很難運用統一化的教學策略和方法去指導每個學生的學習。

（三）學習目的與意愿

對于學習物理學的目的，65%的學生認為是為了掌握物理方面的基本概念和原理；70%的學生希望能從中獲得對自己專業有幫助的知識；20%的學生對物理不感興趣，這其中大部分都是文科學生。統計表明，文理科學生在這方面差異并不大（理科0.28，文科0.26）。大多數學生還是希望培養和提升自己的科學素養的。

三、教學理念及策略分析

基于調查所體現問題，筆者認為大學物理的教學要培養學生具備良好的科學素養，為后續專業課程學習奠定基礎必須從三個方面入手：教學目標具體化，教學內容層次化、教學方法多元化。

（一）實施具體化的教學目標，提高學生的科學素養

良好的科學素養是飛行大學生掌握先進飛行技術的基礎。而物理學在培養學生科學素養方面具有不可替代的重要作用。國務院頒發的《全民科學素質行動計劃綱要實施方案（2016—2020年）的通知》中明確指出，要推進高等教育階段科技教育和科普工作，組織開展大學數學、物理、化學等課程改革，推進高校科學基礎課建設，加強科學史等科學素質類視頻公開課建設。[1]飛行專業學生的物理課程建設要以此為目標，結合學科和專業特點進行教學內容和方法的研究，重點從科學態度、科學方法、科學知識、科學精神四個方面著力，共同推進文理科學生的科學素質培養。

（二）設計層次化的教學內容，滿足文理學生的學習需求

目前，我校飛行專業的大學物理課程實施的是小課時教學，加上學生中文科比例大，知識結構參差不齊，加大了物理教學的難度。目前我們針對飛行專業自編了教材，在內容上按照民航特色和專業要求，注重概念、原理、思想、方法的講授，增加了剛體、熱力學、電路基礎、狹義相對論等部分的內容，去掉了課時量較多、難度較大、后繼課程知識運用較少的電磁學部分內容。在這些教學內容的基礎上，教師應結合教學實際，從科學素養的四個維度出發進一步建立多層次的教學體系。

1.科學態度

科學態度是青少年科學技術普及活動目標體系的核心內容，它表現為追求真理的勇氣、尊重規律、習慣于理性思考等特征[2]，是對新知識的一種復雜的渴望，對信息的懷疑，對數據和其意義的探查，對證據的需求，對邏輯的尊重，對前因后果的考慮。[3]由于這方面的素養難以用數據和表格去量化，所以筆者考慮以物理學中能體現科學家對真理的探索和對自然規律的尊重的例子為出發點，并將其與飛行專業對安全的態度結合起來進行教學。安全是飛行專業最大的命題，在物理學中有很多例子可以把對科學態度和安全態度結合起來。比如在介紹相對論愛因斯坦質能公式時，我們會安排一次“核能開發與利用”講座。以歷次核安全事故為例子來分析其中的技術因素、人為因素和自然因素。重點強調人為因素，其中就包含對科學管理和安全操作的態度問題。這是核安全、飛行安全等所有安全工程時刻都在面臨的挑戰。比如我們借切爾諾貝利事故向學生介紹核裂變、控制棒吸收中子的原理以及操作員產生錯誤操作的不科學態度，并且同時列舉發生在我們身邊的由于學生對規章和安全的漠視而造成的事故。一方面介紹了核能開發利用背后的物理知識，又通過慘痛事例教學引起學生的思考，提高學生對科學態度和安全態度的重視。我們也在思考和總結類似的教學點，將物理教學、科學態度、安全態度三者進行有機的結合。

2.科學方法

科學方法是人們為實現達到認識客觀世界這一基本目的而采用的手段和途徑，包括基本邏輯方法和一般技術方法[4]，比如觀察法、實踐法、抽象法、類比法、比較法、歸納法、演繹法等。為有效地培養學生的科學方法，我們設計了《物理學中的科學方法》分析表，在每學期第一堂課時就讓學生在筆記本上記錄下這個分析表。目的是讓學生在教師的指導下自行提煉出所學物理知識所包含的科學方法。比如在講述萬有引力的內容時，向學生講述平方反比力的特點，將萬有引力和庫侖力進行比較教學，并介紹其歷史背景和研究過程。然后讓學生總結出科學家發現和建立這兩種力時運用了哪些科學方法，可以通過什么方法來掌握這兩種力。經過教學實踐，筆者發現，在課程結束時，每個學生都通過自己的思考完成了科學方法分析表，對各種科學方法有了更加深刻的體會，這樣的啟發式教學比教師簡單的總結更有效果。

3.科學知識

教師要盡量做到講述物理學知識的同時增加知識點與專業的相關性。加強與專業教師的溝通，及時更新物理知識，設計表格《飛行中的物理學》和利用“相關系數”明確指出知識點與專業的結合程度。比如飛行速度、壓強、溫度等概念，飛行器與跑道的摩擦系數與滑行時間的關系，陀螺儀的原理及在飛行器中的應用，熱機的原理和效率與發動機，用五星相關系數表明這些知識點與專業的相關性，引起學生的重視。同時，在相關課程結束時，完成表格《飛行中的物理學》，為學生總結提煉出相關知識點。教學實踐證明，有了量化的指針，學生學習的積極性提高了，有部分學生還能更加主動地去思考除了教師講的內容，還有哪些物理知識是作為飛行專業學生必須掌握的，并向教師提出意見，共同更新完善教學內容。

4.科學精神

科學精神是一種希臘文明的思維方式，它關注知識本身的確定性，不考慮知識的實用和功利，關注真理的內在推演。[5]求真、質疑和創新是科學精神的核心。物理學史是培養學生良好的科學精神的巨大寶庫。向學生介紹科學家探索真理的曲折過程可以培養學生不畏挫折，求實創新的精神，同時將“忠誠團結、勤奮嚴謹、安全精飛，求實創新”的中飛院精神貫穿其中。我們嘗試將“Frus？鄄trating Education” 引入物理教學，更好地磨礪學生的科學精神。調查發現，大一的飛行學生嘗試有挑戰性事物的意愿不強，他們的學習習慣受制于中學階段的培養。這就需要教師有效地加以引導，讓學生明白體驗挫折、克服困難也是學習物理學的一個目的，更是他們必備的職業素養。教師可采用發現與實踐法，即在每一章的內容中選擇一個課題，讓學生去獨立完成。比如生活中的角動量守恒、溫度計的原理與制作、電動機的原理與制作等課題，可以讓學生獨自以小論文的形式完成，也可以組成學習小組完成設計制作。我們發現，面對這些課題時，學生善于搜尋各種資源，但由于理論知識的缺乏，他們往往會遇到各種各樣的困難，而在完成課題的過程中體驗困難和成功比課堂上教師講述物理學史知識更為有效。

（三）采用多元化的教學方法，激發每位學生的學習潛能

目前，對教學策略的研究有很多，比如探究—體驗式教學策略、情景教學策略、競爭與合作教學策略等，但是限于教學條件、學生學情等多方面因素，要系統地實施，并取得好的效果有一定的困難。選擇合理的教學方法可以在一定程度上彌補教學策略的不足。教學方法是指在教學過程中，教師指導學生學習以達到教學目的而采取的教與學相互作用的活動方式的總稱。[6]以實驗教學法為例，物理學本來就是一門實驗的科學，教學內容應該與實驗緊密得結合才能讓學生融入情景，領會原理。可以從演示實驗、學生實驗、實驗視頻、實驗介紹等幾方面開展實驗教學。比如光學部分，教師手中的激光筆就是很好的演示圓孔衍射的實驗器材；剛體部分，小小的陀螺儀可以展示神奇的反重力現象。這些小實驗學生都可以參與，可讓其通過觀察體驗發現其中的物理奧秘。另外，我們建立了一個視頻實驗資料庫，通過自行設計開發、網絡公開課等途徑整理了相關的實驗視頻資料，在教學過程中適時地為學生播放相關實驗視頻，能極大地提高學生的學習興趣和理解物理原理的能力。

四、測評與總結

物理學在培養飛行學生良好的科學素養方面具有很好的教學意義。在第一節物理課上，我們會對每一位學生進行科學素養與學情調查，針對不同知識結構的學生，從科學態度、科學方法、科學內容、科學精神四個維度出發，從教學目標、教學內容和教學方法三個層面入手進行物理學教學研究。學期結束時，學生都會在教師的指導下完成物理學中的科學態度、物理學中的科學方法、飛行中的物理學和發現與實踐四個項目，并且除了期末的考試測評以外，教師會對每一位學生進行科學素養與學情測評，對學習效果和科學素養的培養結果進行分析。學生學有所得，教師也可以通過測評結果改進教學策略，提升教學效果。

我們期望以科學素養為培養目標，從四個維度進一步改進教學策略，完善民航飛行學生的科學素養培養體系，將高等數學和大學物理課程等基礎課結合起來，并適時為飛行學生開設科學素養相關的選修課，利用多門課程的優勢共同發力，建立起一套完備的科學素養培養機制，為培養出合格的民航飛行員打下堅實的理論基礎。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 國務院辦公廳關于印發《全民科學素質行動計劃綱要實施方案（2016—2020年）的通知》[Z].國辦發〔2016〕10號.

[2] 中華人民共和國教育部關于印發《2001-2005年中國青少年科學技術普及活動指導綱要的通知》[DB/OL].http：//www.moe.edu.cn/edoas/website18/27/info5327.htm.

[3] Rd SIMPSON，OLIVERJS.A summary of major influences on attitude toward and achievement in science among ado？鄄lescent students[J].Science Education，1990（1）：1-18.

[4] 楊玉輝.現代科學技術哲學[M].北京：人民出版社，2010.

[5] 吳國盛.科學精神的起源[J].科學與社會，2011（1）.

[6] 河南省教師資格管理辦公室組織編寫.教學方法概論[M].河南：河南大學出版社，2003.

[責任編輯：劉鳳華]