開展中小學生航空航天類科普教育的一種有效方式

石 峰，周琳娜

（沈陽航空航天大學 遼寧沈陽 110136）

當今時代，航空航天領域已成為事關國家安全的重要領域，航空航天技術競爭已成為國防技術競爭的核心區域。如何從小培養青少年的國防安全意識和創新思維能力、動手能力是當前素質教育的重要內容之一。在2018年“首屆中國科普研學論壇”上，專家學者們就如何推動科技創新資源向科普研學資源轉化進行了廣泛而深刻的研討，形成了“實現科普研學資源的共建共享是提高青少年科學素質的有效途徑”［1］的基本共識，為中小學生開展科普研學教育提供了理論支撐。

1 開展中小學生航空航天科普教育的必要性

1.1 有利于提升青少年國防安全意識和創新思維能力

習近平總書記強調，我國要“強化空天安全意識，加快提升空天戰略能力，堅決維護好國家空天利益”［2］。當今時代，誰占領了空天領域的技術制高點，誰就擁有了主動權。掌握這一主動權與一個國家國民空天意識的強弱和對空天認知程度的高低有很大關系。科技人員創新能力不足已經成為制約我國航空航天技術快速發展的主要因素［3］。培養創新能力需要一個循序漸進的過程，應從小、從早、從基礎抓起。中小學時期正是一個人的世界觀、人生觀和價值觀形成的萌芽期，對中小學生開展科普教育，通過傳播科學思想啟迪他們的科學思維，通過實踐動手操作形成他們的創新性思維能力。航空科普教育有助于提升青年少年的文化和科學技術知識素養，有助于其獲取相關專業基礎知識和掌握科研工作的一些基本方法［4］。

1.2 開展科普教育是素質教育的應有之義

近年來，國家陸續推出基礎教育改革方案，強調對中小學生進行素質教育。中共中央國務院《關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》指出，“實施素質教育是以培養學生創業精神和實踐能力為重點……素質教育要貫穿幼兒園教育、中小學教育、職業教育、高等教育等全過程……中小學教育應培養學生的開放思維、創新精神和實踐能力。”［5］由此可見，國家對基礎教育階段學生的創新精神和實踐能力非常重視，但是現階段我國基礎教育投入有限是制約中小學校創新能力培養的一個主要因素。據統計，我國大中小學教育政府投入比例為10∶2∶1，全國能擁有像樣實驗室的中小學校寥寥無幾。一般情況下，英美等國家通常采用開展科普研學活動的方式來彌補學校教育的不足。科普教育的一個重大作用就是能吸引原本對科學學習無興趣、無積極性的青少年，那些坐不住板凳的孩子一旦到了科技館，動起手來參與科學探究活動后，往往會對科學產生濃厚的興趣［6］。

1.3 遼寧地區航空航天科普教育的現狀

遼寧省作為中國的重要航空大省，擁有大量航空及其相關領域的企事業單位，但遼寧地區中小學生航空航天科普教育并沒有得到有效開展。主要原因在于：第一，中小學生直接使用的科技博物館、科技館、天文館數量嚴重不足，不能滿足大批量中小學生科普教育的需要；第二，現有科普教育形式較為單一，以被動的、非參與性的參觀、聽報告等形式為主，沒能有效吸引青少年的注意；第三，現有大量的航空企事業單位的資源沒能有效利用，高校、航空企業沒有參與到青少年的科普教育中來。當今時代，被動的、非參與性的科普學習和活動已不再適用于青少年，他們更希望參與到主動式、開放式、介入式的教育活動中來。實施科普研學是對中小學生開展“硬科普”的最佳途徑。中國科協科普部副部長錢巖表示：“孩子們是否愿意做科學工作，值得我們關注。”［6］錢巖建議全社會要積極探索對青少年開展科普研學的有益模式，他呼吁更多具有大量科研實驗室和試驗場地的高校、科研院所適當向中小學開放；他希望科研院所、高等院校、高新企業的科技專家愿意承擔起中小學科普研學的導師重任，也希望更多的高校和科研院所的導師為學生設計開發更優質的科普研學課程。

2 航空科普研學教育的有效途徑

2.1 設置科學的課程內容體系

青年少航空啟蒙教育包括小學、初中、高中3個不同階段。根據不同階段學生的年齡特點和思維能力、動手能力的差異，將小學階段航空科普研學教育設定為航空教育1.0版、將初中階段的航空科普研學教育設定為航空教育2.0版、將高中階段的航空科普研學教育設定為航空教育3.0版。1.0版以航空體驗啟蒙教育為主，2.0版以航空科普技能培養為主，3.0版以航空科普技術研究為主。從1.0版到3.0版，從體驗到模擬制作再到實際研究是一個逐步遞進的過程，3個版本之間也形成了一個有機整體（圖1）。

圖1 科普研學內容體系建構圖Fig.1 Construction diagram of content system of science popularization research education

科普研學內容體系以構建圖的形式體現出來，整個研學體系包括三部分內容。第一部分培養體系稱之為1.0版本，主要面對小學生開展航空場地參觀、飛行模擬器體驗、航空教育講座等，通過體驗式教育完成科普教育的基礎環節。小學階段以開拓視野和興趣培養為主，體驗式科普研學模式能夠符合教育對象的年齡特點和能力特點。通過觀看飛行表演、參觀航空博覽園、航空博物館等方式，提升教育對象對航空領域的認知度；通過體驗模擬飛行使教育對象有最直觀的感受，進而提升對航空領域的關注度；通過收聽航空教育講座或觀看航空題材的影片，以情感體驗提升教育對象對航空領域的熱愛度。第二部分培養體系稱之為2.0版本，主要面對初中生，通過開展簡單的動手操作訓練實現介入式培養完成科普教育的能力培養環節。學生可以通過參與飛行器外形設計學習對飛行器有一個總體的了解，為下一階段參與空氣動力研學打下基礎；可以參與簡單的車、銑、刨等操作，進而提高動手能力，為下一階段參與飛行器材料性能研學打下基礎；學生可以參加電腦模擬控制編程學習，為下一步飛行器模擬控制研學打下基礎。第三部分稱之為3.0版本，主要面對高中生開展以一定科學技術理論為支撐基礎的初步科學研究，以完成科普教育的能力提升。在3.0版階段，由于教育對象已經具備了一定的數學、物理、化學等基礎科學的理論基礎，已經具備參與簡單的科學研究的能力，故課題組設置了飛行器模擬控制研學、飛行器材料性能研學和飛行器空氣動力研學3個模塊來提升青少年的科學研究參與熱情和能力，以及激發廣大青少年投身航空事業的熱情和樹立航空報國的遠大志向。

第一部分（即1.0版本）培養體系主要依托大學和部分航空廠所完成。大學校園靜謐優美，擁有大量的實驗室、各類俱樂部，有的航空廠陳列有航空器實物，適合完成面對小學生的航空研學培養。第二部分（即2.0版本）培養體系主要依托航空廠所和大學完成。航空廠所進行的簡單加工和實物操作工作可以讓中學生參觀學習；大學實驗室的簡單實驗操作也可以讓中學生動手參與。大學老師和航空廠所師傅在課余時間給參加航空科普研學的初中生講授基本航空理論課程。第三部分（即3.0版本）培養體系主要依托航空科研院所和大學完成。面對高中生，培養單位應具有研究能力，對學生不僅僅開展動手能力培養，更重要是對被培養對象進行理論體系的構建，使他們形成關于航空航天領域的較為完整的科學思維體系。

2.2 搭建遼寧地區航空科普教育平臺

通過搭建平臺的方式開展航空科普研學教育。根據遼寧現有的航空單位資源（企業、高校、科研院所），打造地區航空科普教育平臺。遼寧省內的航空相關領域企事業單位共有81家，且這些單位已經結成航空產業聯盟。其中高校有沈陽航空航天大學、東北大學、大連理工大學，專門科研機構有中航工業626所、中國科學院沈陽自動化研究所、 中科院大連化物所、遼寧通用航空研究院，以及其他具有科技研發能力的單位64家。大量集中的航空科研實驗場所為遼寧青少年開展航空航天科普研學提供了強大的物質和條件保障。打造遼寧地區的航空科普教育平臺主要是依靠高校、科研院所和各類航空相關企業的現有資源分析各單位的資源優勢，根據各單位所能開展的航空科普項目、容納人數、所在地區等條件適當劃分區域，分別在遼寧省各市、各區組建航空科普教育平臺。根據遼寧現有的航空資源，打造沈陽沈北新區、渾南新區、皇姑區、于洪區、和平區，大連、阜新等14個航空科普研學區域平臺。

2.3 航空科普研學區域平臺的運行模式

以沈陽沈北新區航空科普研學區域平臺為例，將沈陽航空航天大學與遼寧通用航空研究院、遼寧銳翔通用航空有限公司、沈陽壯龍無人機科技有限公司、沈陽天汽模航空部件有限公司、沈陽天河航空裝備制造有限公司6家單位打造成該地區的科普研學教育基地。集結沈陽航空航天大學的校園、實驗室和師資隊伍優勢和遼寧通航研究院的科技研發、產品設計優勢，發揮航空領域企業的航空俱樂部、航空作業、飛行體驗、主題文化旅游等優勢，打造集觀摩體驗、動手制作、科技研發等全方位的航空科普教育平臺。

遼寧銳翔通用航空有限公司主要在通用航空產業領域進行新能源通用飛機市場運營，從事航線駕駛員培訓、航空運動駕駛員培訓、航空作業、航空俱樂部等綜合體的發展業務。遼寧壯龍無人機科技有限公司作為一家能夠進行無人機系統整體設計研發制造的公司，在油動直驅多旋翼無人機領域擁有世界上領先技術，其無人機可廣泛應用于物流運輸、農林植保、航拍航攝、護林防火、緝毒緝私、遙感測繪、環保監測、國防軍事等諸多領域。2家公司可以在中小學生航空科普教育中發揮航空主題博物館參觀、飛行培訓與體驗基地體驗、航空知識教育基地體驗、航空主題文化旅游等1.0版培養作用。

沈陽航空航天大學擁有各類實驗室300余個，實驗室面積3萬m2，擁有研究機構6個，其中國家級實驗室6個，省級實驗室37個。學校設有航空類專業40個，專業教學科研教師1 000余人，校內擁有飛機展示廣場、大型飛機制造實驗室、飛機模型飛行實驗室、飛機零部件加工實驗室、航空材料研究實驗室、工業設計實驗室、無人機飛行實驗室等，既能夠在中小學生航空科普教育中發揮參觀觀摩、聽報告等1.0版培養作用，也能夠發揮飛行器外形設計、飛機零部件加工、無人機飛行控制等2.0版本的培養作用。

沈陽天河航空裝備制造有限公司主營業務涉及飛機零部件、航空工裝及模夾具、汽車零部件及模夾具、刀具、量具等設計、制造和安裝調試等領域，在航空零部件加工、航空產品測量、航空工裝等方面儲備了堅實的技術基礎。沈陽天汽模航空部件有限公司立足于國內外通用航空領域的發展，以制造飛機鈑金件、航空工裝設計制造的專業化為核心，其制造業技術含量高、市場容量大。公司建筑面積30 000 m2，生產設備包括飛機鈑金零件冷加工生產線、熱處理生產線、陽極化生產線、熒光檢測生產線、噴漆生產線等，年生產能力為1 000架通用航空飛機鈑金零件，能夠承擔2.0版本和3.0版本的培養任務。

遼寧通用航空研究院由院士領銜，現已形成近50人的科研團隊，具備國內一流的科研條件和10 000 m2通用航空研發大樓，設有飛機設計研究室、空氣動力研究室、飛行材料研究室、飛機動力研究室及飛機組裝生產車間、試飛中心等多個實驗室，擁有從飛機模擬、設計、制造、飛行的全方位研發能力，是集教學、研發、生產為一身的高水平研究院。研究院的空間充足、師資隊伍強大，能夠直接面對一線進行生產，能夠完成飛行器模擬控制研學、飛行器材料性能研學和飛行器空氣動力研學3個模塊的科普研學教育，能夠承擔3.0版本的培養任務。

3 搭建教育基地及開展培養的協調機制

3.1 統籌協調

由遼寧省政府成立科普研學推進事業專門機構負責統籌推進此項科普教育工作，將所有能參與的企事業單位及科研院所納入統一管理、統一協調。首先，成立一個將企業、高校、科研院所、中小學聯合起來進行統一行動的聯盟組織（協會），該組織（協會）由省級科普教育專門機構直接管理，主要負責制定聯盟章程、議事規則，明晰所有參與單位的權責，讓整個科普教育工作都能夠在制度規范下有效開展。其次，該專門部門的領導機構應有教育系統、科研管理系統、企業管理系統、工商管理部門等人員參與進來。人員組成要充分考慮今后開展工作的實際需要，要能夠協調各部門、各系統的相關工作。最后，專門機構要開展好統籌協調工作。教育管理部門要完成科普教育方案課程體系的制定，通過召集高校學者、企業專家、大中小學教學負責人共同研討，在充分考慮接收方容納能力與遼寧省中小學生的數量等因素的基礎上，制定科學合理的科普研學課程體系方案。企業管理部門負責協調企業，需提供能夠承擔研學任務的詳細數據，并協調企業積極參與。

3.2 經費保障

經費保障應主要包括4個方面：一是政府專門機構人員的辦公經費，要保障專項經費的專項支出，以確保此項工作順利開展、政策落地生根；二是各科普教育任務承擔單位應有專項經費用于支持開展此項工作，各高校、科研院所、企業在承擔此項教育任務的過程中可能會發生相關費用，承擔單位應站在為社會主義現代化建設事業培養接班人的角度，愿意并積極承擔此項工作，且愿意承擔一定的財務支出；三是政府財政部門要根據承擔任務單位實際可能發生的財務成本及社會經濟發展實際制定收費標準指導意見，允許高校、科研院所、企業在政策允許范圍內適當收取一定費用，用于補償教育成本支出；四是政府在財政經費允許范圍內撥付專項發展基金，用于支持科普研學工作的持續開展，以確保此項教育培養工作順利開展。

3.3 政策優惠

省級政府應制定出臺相應的規章制度，給予承擔培養任務的單位適當的優惠政策。可以給予高校的優惠政策包括根據高校承擔科普教育任務量的大小，在高校自身招生規模上給予適當增加；在政府其他項目教育建設經費投入過程中給予適當的政策支持，可以適當增加高校實驗室建設經費支持、設備采購支持及基礎設施建設經費支持；對于承擔科普研學導師任務的教師，在課題申報、評獎評優等方面給予優先支持。對于科研院所，在科研研發經費撥付時給予一定的政策支持，優先支持科研院所的科技成果轉化；對于企業，根據企業接納科普研學的人次和規模給予適當稅收政策優惠，允許企業同等條件下有優先承接政府采購和外包服務的權利。

3.4 考核評價機制

省級政府成立的科普教育推進事業專門機構應對此項工作的開展情況進行考核評價。一方面要考核任務承擔單位是否認真盡責開展此項工作，對于認真負責、盡到培養責任的參與單位，評價結果良好，繼續享有或者加大享有各項優惠政策，對承擔培養任務的負責人給予社會層面的表揚；對于不能認真盡職承擔此項工作的單位，取消相應的優惠政策，情況嚴重的追回優惠所得。另一方面要及時評價科普教育的成果，對學生的創新能力、實踐能力及時跟蹤評價，通過跟蹤評價，及時發現此項工作中存在的問題和不足，從而對實施方案和政策措施及時進行調整和糾偏。