民航飞行大学生物理教学思考与对策分析

吴华　邓楠

[摘 要]良好的科学素养是民航飞行专业学生必备的品质，大学物理课程对培养学生的科学素养具有不可替代的作用。项目组以针对民航飞行学生的科学素养的调查结果为依据，从科学素养的四个内涵出发，将物理教学、科学素养、学科专业三个方面进行有机整合，在提高物理教学效果的同时，提升飞行大学生的科学素养，为学生后续专业课程的学习和安全飞行打下坚实的理论基础。

[关键词]大学物理；科学素养；飞行大学生

[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）07-0017-03

一、民航飞行大学生科学素养

民航飞行大学生应该具有的科學素养不同于普通意义上的公众科学素养，它不仅是评估飞行员自身综合素质的一项重要指标，也是民航业综合实力的一种体现。飞行员除了要具备先进的飞行理论知识和过硬的驾驶技能以外，自身的科学素养和心理素养也直接关系到飞行的安全和质量。虽然按《民用航空器驾驶员、飞行教员和地面教员合格审定规则》的要求，大学学历不是民航飞行员的必备条件，高中毕业生就有资格担任民航航线运输飞行员，但是从航线运输飞行员的高素质要求、我国以往对航线运输飞行员的培养经历，以及欧美民航强国主要从具有大学学历的人群中选拔航线运输飞行员的趋势来看，我国民航未来飞行员补充应该坚持以大学学历教育模式为主。然而由于航空企业对飞行员人才的需求与日俱增，在近几年的飞行员录取中，文化成绩的录取控制线并不高，在录取的飞行学生中，文化成绩具备重点本科录取线的每年不超过3%，平均文化成绩远远低于普通本科院校的录取成绩。这种现状为飞行学生的教学和学习带来许多困难。为了讲授好大学文化课程，授课教师有时不得不回头复习中学阶段的一些基本原理。有一些学生尽管飞行愿望很强烈，但由于文化基础太差，入院后学习高等文化理论十分吃力，掌握不了复杂的航空和飞行技术理论。在飞行学生中，“当飞行员，只要身体好就行，文化成绩差点没关系”这种极为片面的说法十分流行。这样的现象，不得不让人们对飞行学生的科学素养培养问题忧心忡忡。中国民航飞行学院坚持以大学学历教育模式培养飞行员，其目的和作用是什么？笔者认为，通过学历教育，使飞行学生具备现代化的科学素养（包括严谨的科学态度、丰富的科学知识、扎实的科学方法和严肃的科学精神）是主要的培养目的之一。飞行学生只有具备良好的科学素养，才能把自己锻造成理论扎实、技术精湛的飞行员。目前，在国内外对飞行员培养的各种研究中，对飞行技能、航空安全等的研究甚多，但是对飞行学生科学素养的系统研究鲜见报道。特别是在航空业高速扩张，飞行人才急剧紧缺的业态背景下，飞行员科学素养的培养难免出现缺失，这在一定程度上影响着飞行员的综合素质。

二、飞行大学生科学素养调查分析

为清晰地了解飞行学生的科学素养现状，我们以大一飞行学生为调查对象，进行了200余份的问卷调查。在调查问卷中，我们主要从三个维度（知识储备与结构、认知策略与方法、学习目的与意愿）调查学生对科学素养的理解和现状（表1、表2 是按文理科分别对影响学生科学素养培养的因素进行相关分析）。

（一）知识储备与结构

在飞行学生里，文理科学生都有，文科生所占比例大约是25%。统计表明，文理科学生在这方面差异很大（理科0.69，文科0.34）。文科学生物理基础弱，物理知识结构及水平仅停留在初中阶段学习的一些简单的物理概念上；而理科学生通过高中的物理学习已经掌握了必备的物理概念和原理。

（二）认知策略与方法

在认知策略方面，调查问卷主要从语言阅读、数理逻辑和观察分析等方面进行设计。统计表明，文理科学生在这方面差异也比较大（理科0.50，文科0.33）。文科学生文史知识丰富，语言和阅读理解能力强，思维活跃；而理科学生已具备较好的数理逻辑思维能力，对物理概念和原理有较好的领悟，比较善于用数学语言和工具处理问题。这就造成了教师很难运用统一化的教学策略和方法去指导每个学生的学习。

（三）学习目的与意愿

对于学习物理学的目的，65%的学生认为是为了掌握物理方面的基本概念和原理；70%的学生希望能从中获得对自己专业有帮助的知识；20%的学生对物理不感兴趣，这其中大部分都是文科学生。统计表明，文理科学生在这方面差异并不大（理科0.28，文科0.26）。大多数学生还是希望培养和提升自己的科学素养的。

三、教学理念及策略分析

基于调查所体现问题，笔者认为大学物理的教学要培养学生具备良好的科学素养，为后续专业课程学习奠定基础必须从三个方面入手：教学目标具体化，教学内容层次化、教学方法多元化。

（一）实施具体化的教学目标，提高学生的科学素养

良好的科学素养是飞行大学生掌握先进飞行技术的基础。而物理学在培养学生科学素养方面具有不可替代的重要作用。国务院颁发的《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020年）的通知》中明确指出，要推进高等教育阶段科技教育和科普工作，组织开展大学数学、物理、化学等课程改革，推进高校科学基础课建设，加强科学史等科学素质类视频公开课建设。[1]飞行专业学生的物理课程建设要以此为目标，结合学科和专业特点进行教学内容和方法的研究，重点从科学态度、科学方法、科学知识、科学精神四个方面着力，共同推进文理科学生的科学素质培养。

（二）设计层次化的教学内容，满足文理学生的学习需求

目前，我校飞行专业的大学物理课程实施的是小课时教学，加上学生中文科比例大，知识结构参差不齐，加大了物理教学的难度。目前我们针对飞行专业自编了教材，在内容上按照民航特色和专业要求，注重概念、原理、思想、方法的讲授，增加了刚体、热力学、电路基础、狭义相对论等部分的内容，去掉了课时量较多、难度较大、后继课程知识运用较少的电磁学部分内容。在这些教学内容的基础上，教师应结合教学实际，从科学素养的四个维度出发进一步建立多层次的教学体系。

1.科学态度

科学态度是青少年科学技术普及活动目标体系的核心内容，它表现为追求真理的勇气、尊重规律、习惯于理性思考等特征[2]，是对新知识的一种复杂的渴望，对信息的怀疑，对数据和其意义的探查，对证据的需求，对逻辑的尊重，对前因后果的考虑。[3]由于这方面的素养难以用数据和表格去量化，所以笔者考虑以物理学中能体现科学家对真理的探索和对自然规律的尊重的例子为出发点，并将其与飞行专业对安全的态度结合起来进行教学。安全是飞行专业最大的命题，在物理学中有很多例子可以把对科学态度和安全态度结合起来。比如在介绍相对论爱因斯坦质能公式时，我们会安排一次“核能开发与利用”讲座。以历次核安全事故为例子来分析其中的技术因素、人为因素和自然因素。重点强调人为因素，其中就包含对科学管理和安全操作的态度问题。这是核安全、飞行安全等所有安全工程时刻都在面临的挑战。比如我们借切尔诺贝利事故向學生介绍核裂变、控制棒吸收中子的原理以及操作员产生错误操作的不科学态度，并且同时列举发生在我们身边的由于学生对规章和安全的漠视而造成的事故。一方面介绍了核能开发利用背后的物理知识，又通过惨痛事例教学引起学生的思考，提高学生对科学态度和安全态度的重视。我们也在思考和总结类似的教学点，将物理教学、科学态度、安全态度三者进行有机的结合。

2.科学方法

科学方法是人们为实现达到认识客观世界这一基本目的而采用的手段和途径，包括基本逻辑方法和一般技术方法[4]，比如观察法、实践法、抽象法、类比法、比较法、归纳法、演绎法等。为有效地培养学生的科学方法，我们设计了《物理学中的科学方法》分析表，在每学期第一堂课时就让学生在笔记本上记录下这个分析表。目的是让学生在教师的指导下自行提炼出所学物理知识所包含的科学方法。比如在讲述万有引力的内容时，向学生讲述平方反比力的特点，将万有引力和库仑力进行比较教学，并介绍其历史背景和研究过程。然后让学生总结出科学家发现和建立这两种力时运用了哪些科学方法，可以通过什么方法来掌握这两种力。经过教学实践，笔者发现，在课程结束时，每个学生都通过自己的思考完成了科学方法分析表，对各种科学方法有了更加深刻的体会，这样的启发式教学比教师简单的总结更有效果。

3.科学知识

教师要尽量做到讲述物理学知识的同时增加知识点与专业的相关性。加强与专业教师的沟通，及时更新物理知识，设计表格《飞行中的物理学》和利用“相关系数”明确指出知识点与专业的结合程度。比如飞行速度、压强、温度等概念，飞行器与跑道的摩擦系数与滑行时间的关系，陀螺仪的原理及在飞行器中的应用，热机的原理和效率与发动机，用五星相关系数表明这些知识点与专业的相关性，引起学生的重视。同时，在相关课程结束时，完成表格《飞行中的物理学》，为学生总结提炼出相关知识点。教学实践证明，有了量化的指针，学生学习的积极性提高了，有部分学生还能更加主动地去思考除了教师讲的内容，还有哪些物理知识是作为飞行专业学生必须掌握的，并向教师提出意见，共同更新完善教学内容。

4.科学精神

科学精神是一种希腊文明的思维方式，它关注知识本身的确定性，不考虑知识的实用和功利，关注真理的内在推演。[5]求真、质疑和创新是科学精神的核心。物理学史是培养学生良好的科学精神的巨大宝库。向学生介绍科学家探索真理的曲折过程可以培养学生不畏挫折，求实创新的精神，同时将“忠诚团结、勤奋严谨、安全精飞，求实创新”的中飞院精神贯穿其中。我们尝试将“Frus？鄄trating Education” 引入物理教学，更好地磨砺学生的科学精神。调查发现，大一的飞行学生尝试有挑战性事物的意愿不强，他们的学习习惯受制于中学阶段的培养。这就需要教师有效地加以引导，让学生明白体验挫折、克服困难也是学习物理学的一个目的，更是他们必备的职业素养。教师可采用发现与实践法，即在每一章的内容中选择一个课题，让学生去独立完成。比如生活中的角动量守恒、温度计的原理与制作、电动机的原理与制作等课题，可以让学生独自以小论文的形式完成，也可以组成学习小组完成设计制作。我们发现，面对这些课题时，学生善于搜寻各种资源，但由于理论知识的缺乏，他们往往会遇到各种各样的困难，而在完成课题的过程中体验困难和成功比课堂上教师讲述物理学史知识更为有效。

（三）采用多元化的教学方法，激发每位学生的学习潜能

目前，对教学策略的研究有很多，比如探究—体验式教学策略、情景教学策略、竞争与合作教学策略等，但是限于教学条件、学生学情等多方面因素，要系统地实施，并取得好的效果有一定的困难。选择合理的教学方法可以在一定程度上弥补教学策略的不足。教学方法是指在教学过程中，教师指导学生学习以达到教学目的而采取的教与学相互作用的活动方式的总称。[6]以实验教学法为例，物理学本来就是一门实验的科学，教学内容应该与实验紧密得结合才能让学生融入情景，领会原理。可以从演示实验、学生实验、实验视频、实验介绍等几方面开展实验教学。比如光学部分，教师手中的激光笔就是很好的演示圆孔衍射的实验器材；刚体部分，小小的陀螺仪可以展示神奇的反重力现象。这些小实验学生都可以参与，可让其通过观察体验发现其中的物理奥秘。另外，我们建立了一个视频实验资料库，通过自行设计开发、网络公开课等途径整理了相关的实验视频资料，在教学过程中适时地为学生播放相关实验视频，能极大地提高学生的学习兴趣和理解物理原理的能力。

四、测评与总结

物理学在培养飞行学生良好的科学素养方面具有很好的教学意义。在第一节物理课上，我们会对每一位学生进行科学素养与学情调查，针对不同知识结构的学生，从科学态度、科学方法、科学内容、科学精神四个维度出发，从教学目标、教学内容和教学方法三个层面入手进行物理学教学研究。学期结束时，学生都会在教师的指导下完成物理学中的科学态度、物理学中的科学方法、飞行中的物理学和发现与实践四个项目，并且除了期末的考试测评以外，教师会对每一位学生进行科学素养与学情测评，对学习效果和科学素养的培养结果进行分析。学生学有所得，教师也可以通过测评结果改进教学策略，提升教学效果。

我们期望以科学素养为培养目标，从四个维度进一步改进教学策略，完善民航飞行学生的科学素养培养体系，将高等数学和大学物理课程等基础课结合起来，并适时为飞行学生开设科学素养相关的选修课，利用多门课程的优势共同发力，建立起一套完备的科学素养培养机制，为培养出合格的民航飞行员打下坚实的理论基础。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 国务院办公厅关于印发《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020年）的通知》[Z].国办发〔2016〕10号.

[2] 中华人民共和国教育部关于印发《2001-2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要的通知》[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] 杨玉辉.现代科学技术哲学[M].北京：人民出版社，2010.

[5] 吴国盛.科学精神的起源[J].科学与社会，2011（1）.

[6] 河南省教师资格管理办公室组织编写.教学方法概论[M].河南：河南大学出版社，2003.

[责任编辑：刘凤华]