开展中小学生航空航天类科普教育的一种有效方式

石 峰，周琳娜

（沈阳航空航天大学 辽宁沈阳 110136）

当今时代，航空航天领域已成为事关国家安全的重要领域，航空航天技术竞争已成为国防技术竞争的核心区域。如何从小培养青少年的国防安全意识和创新思维能力、动手能力是当前素质教育的重要内容之一。在2018年“首届中国科普研学论坛”上，专家学者们就如何推动科技创新资源向科普研学资源转化进行了广泛而深刻的研讨，形成了“实现科普研学资源的共建共享是提高青少年科学素质的有效途径”［1］的基本共识，为中小学生开展科普研学教育提供了理论支撑。

1 开展中小学生航空航天科普教育的必要性

1.1 有利于提升青少年国防安全意识和创新思维能力

习近平总书记强调，我国要“强化空天安全意识，加快提升空天战略能力，坚决维护好国家空天利益”［2］。当今时代，谁占领了空天领域的技术制高点，谁就拥有了主动权。掌握这一主动权与一个国家国民空天意识的强弱和对空天认知程度的高低有很大关系。科技人员创新能力不足已经成为制约我国航空航天技术快速发展的主要因素［3］。培养创新能力需要一个循序渐进的过程，应从小、从早、从基础抓起。中小学时期正是一个人的世界观、人生观和价值观形成的萌芽期，对中小学生开展科普教育，通过传播科学思想启迪他们的科学思维，通过实践动手操作形成他们的创新性思维能力。航空科普教育有助于提升青年少年的文化和科学技术知识素养，有助于其获取相关专业基础知识和掌握科研工作的一些基本方法［4］。

1.2 开展科普教育是素质教育的应有之义

近年来，国家陆续推出基础教育改革方案，强调对中小学生进行素质教育。中共中央国务院《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》指出，“实施素质教育是以培养学生创业精神和实践能力为重点……素质教育要贯穿幼儿园教育、中小学教育、职业教育、高等教育等全过程……中小学教育应培养学生的开放思维、创新精神和实践能力。”［5］由此可见，国家对基础教育阶段学生的创新精神和实践能力非常重视，但是现阶段我国基础教育投入有限是制约中小学校创新能力培养的一个主要因素。据统计，我国大中小学教育政府投入比例为10∶2∶1，全国能拥有像样实验室的中小学校寥寥无几。一般情况下，英美等国家通常采用开展科普研学活动的方式来弥补学校教育的不足。科普教育的一个重大作用就是能吸引原本对科学学习无兴趣、无积极性的青少年，那些坐不住板凳的孩子一旦到了科技馆，动起手来参与科学探究活动后，往往会对科学产生浓厚的兴趣［6］。

1.3 辽宁地区航空航天科普教育的现状

辽宁省作为中国的重要航空大省，拥有大量航空及其相关领域的企事业单位，但辽宁地区中小学生航空航天科普教育并没有得到有效开展。主要原因在于：第一，中小学生直接使用的科技博物馆、科技馆、天文馆数量严重不足，不能满足大批量中小学生科普教育的需要；第二，现有科普教育形式较为单一，以被动的、非参与性的参观、听报告等形式为主，没能有效吸引青少年的注意；第三，现有大量的航空企事业单位的资源没能有效利用，高校、航空企业没有参与到青少年的科普教育中来。当今时代，被动的、非参与性的科普学习和活动已不再适用于青少年，他们更希望参与到主动式、开放式、介入式的教育活动中来。实施科普研学是对中小学生开展“硬科普”的最佳途径。中国科协科普部副部长钱岩表示：“孩子们是否愿意做科学工作，值得我们关注。”［6］钱岩建议全社会要积极探索对青少年开展科普研学的有益模式，他呼吁更多具有大量科研实验室和试验场地的高校、科研院所适当向中小学开放；他希望科研院所、高等院校、高新企业的科技专家愿意承担起中小学科普研学的导师重任，也希望更多的高校和科研院所的导师为学生设计开发更优质的科普研学课程。

2 航空科普研学教育的有效途径

2.1 设置科学的课程内容体系

青年少航空启蒙教育包括小学、初中、高中3个不同阶段。根据不同阶段学生的年龄特点和思维能力、动手能力的差异，将小学阶段航空科普研学教育设定为航空教育1.0版、将初中阶段的航空科普研学教育设定为航空教育2.0版、将高中阶段的航空科普研学教育设定为航空教育3.0版。1.0版以航空体验启蒙教育为主，2.0版以航空科普技能培养为主，3.0版以航空科普技术研究为主。从1.0版到3.0版，从体验到模拟制作再到实际研究是一个逐步递进的过程，3个版本之间也形成了一个有机整体（图1）。

图1 科普研学内容体系建构图Fig.1 Construction diagram of content system of science popularization research education

科普研学内容体系以构建图的形式体现出来，整个研学体系包括三部分内容。第一部分培养体系称之为1.0版本，主要面对小学生开展航空场地参观、飞行模拟器体验、航空教育讲座等，通过体验式教育完成科普教育的基础环节。小学阶段以开拓视野和兴趣培养为主，体验式科普研学模式能够符合教育对象的年龄特点和能力特点。通过观看飞行表演、参观航空博览园、航空博物馆等方式，提升教育对象对航空领域的认知度；通过体验模拟飞行使教育对象有最直观的感受，进而提升对航空领域的关注度；通过收听航空教育讲座或观看航空题材的影片，以情感体验提升教育对象对航空领域的热爱度。第二部分培养体系称之为2.0版本，主要面对初中生，通过开展简单的动手操作训练实现介入式培养完成科普教育的能力培养环节。学生可以通过参与飞行器外形设计学习对飞行器有一个总体的了解，为下一阶段参与空气动力研学打下基础；可以参与简单的车、铣、刨等操作，进而提高动手能力，为下一阶段参与飞行器材料性能研学打下基础；学生可以参加电脑模拟控制编程学习，为下一步飞行器模拟控制研学打下基础。第三部分称之为3.0版本，主要面对高中生开展以一定科学技术理论为支撑基础的初步科学研究，以完成科普教育的能力提升。在3.0版阶段，由于教育对象已经具备了一定的数学、物理、化学等基础科学的理论基础，已经具备参与简单的科学研究的能力，故课题组设置了飞行器模拟控制研学、飞行器材料性能研学和飞行器空气动力研学3个模块来提升青少年的科学研究参与热情和能力，以及激发广大青少年投身航空事业的热情和树立航空报国的远大志向。

第一部分（即1.0版本）培养体系主要依托大学和部分航空厂所完成。大学校园静谧优美，拥有大量的实验室、各类俱乐部，有的航空厂陈列有航空器实物，适合完成面对小学生的航空研学培养。第二部分（即2.0版本）培养体系主要依托航空厂所和大学完成。航空厂所进行的简单加工和实物操作工作可以让中学生参观学习；大学实验室的简单实验操作也可以让中学生动手参与。大学老师和航空厂所师傅在课余时间给参加航空科普研学的初中生讲授基本航空理论课程。第三部分（即3.0版本）培养体系主要依托航空科研院所和大学完成。面对高中生，培养单位应具有研究能力，对学生不仅仅开展动手能力培养，更重要是对被培养对象进行理论体系的构建，使他们形成关于航空航天领域的较为完整的科学思维体系。

2.2 搭建辽宁地区航空科普教育平台

通过搭建平台的方式开展航空科普研学教育。根据辽宁现有的航空单位资源（企业、高校、科研院所），打造地区航空科普教育平台。辽宁省内的航空相关领域企事业单位共有81家，且这些单位已经结成航空产业联盟。其中高校有沈阳航空航天大学、东北大学、大连理工大学，专门科研机构有中航工业626所、中国科学院沈阳自动化研究所、 中科院大连化物所、辽宁通用航空研究院，以及其他具有科技研发能力的单位64家。大量集中的航空科研实验场所为辽宁青少年开展航空航天科普研学提供了强大的物质和条件保障。打造辽宁地区的航空科普教育平台主要是依靠高校、科研院所和各类航空相关企业的现有资源分析各单位的资源优势，根据各单位所能开展的航空科普项目、容纳人数、所在地区等条件适当划分区域，分别在辽宁省各市、各区组建航空科普教育平台。根据辽宁现有的航空资源，打造沈阳沈北新区、浑南新区、皇姑区、于洪区、和平区，大连、阜新等14个航空科普研学区域平台。

2.3 航空科普研学区域平台的运行模式

以沈阳沈北新区航空科普研学区域平台为例，将沈阳航空航天大学与辽宁通用航空研究院、辽宁锐翔通用航空有限公司、沈阳壮龙无人机科技有限公司、沈阳天汽模航空部件有限公司、沈阳天河航空装备制造有限公司6家单位打造成该地区的科普研学教育基地。集结沈阳航空航天大学的校园、实验室和师资队伍优势和辽宁通航研究院的科技研发、产品设计优势，发挥航空领域企业的航空俱乐部、航空作业、飞行体验、主题文化旅游等优势，打造集观摩体验、动手制作、科技研发等全方位的航空科普教育平台。

辽宁锐翔通用航空有限公司主要在通用航空产业领域进行新能源通用飞机市场运营，从事航线驾驶员培训、航空运动驾驶员培训、航空作业、航空俱乐部等综合体的发展业务。辽宁壮龙无人机科技有限公司作为一家能够进行无人机系统整体设计研发制造的公司，在油动直驱多旋翼无人机领域拥有世界上领先技术，其无人机可广泛应用于物流运输、农林植保、航拍航摄、护林防火、缉毒缉私、遥感测绘、环保监测、国防军事等诸多领域。2家公司可以在中小学生航空科普教育中发挥航空主题博物馆参观、飞行培训与体验基地体验、航空知识教育基地体验、航空主题文化旅游等1.0版培养作用。

沈阳航空航天大学拥有各类实验室300余个，实验室面积3万m2，拥有研究机构6个，其中国家级实验室6个，省级实验室37个。学校设有航空类专业40个，专业教学科研教师1 000余人，校内拥有飞机展示广场、大型飞机制造实验室、飞机模型飞行实验室、飞机零部件加工实验室、航空材料研究实验室、工业设计实验室、无人机飞行实验室等，既能够在中小学生航空科普教育中发挥参观观摩、听报告等1.0版培养作用，也能够发挥飞行器外形设计、飞机零部件加工、无人机飞行控制等2.0版本的培养作用。

沈阳天河航空装备制造有限公司主营业务涉及飞机零部件、航空工装及模夹具、汽车零部件及模夹具、刀具、量具等设计、制造和安装调试等领域，在航空零部件加工、航空产品测量、航空工装等方面储备了坚实的技术基础。沈阳天汽模航空部件有限公司立足于国内外通用航空领域的发展，以制造飞机钣金件、航空工装设计制造的专业化为核心，其制造业技术含量高、市场容量大。公司建筑面积30 000 m2，生产设备包括飞机钣金零件冷加工生产线、热处理生产线、阳极化生产线、荧光检测生产线、喷漆生产线等，年生产能力为1 000架通用航空飞机钣金零件，能够承担2.0版本和3.0版本的培养任务。

辽宁通用航空研究院由院士领衔，现已形成近50人的科研团队，具备国内一流的科研条件和10 000 m2通用航空研发大楼，设有飞机设计研究室、空气动力研究室、飞行材料研究室、飞机动力研究室及飞机组装生产车间、试飞中心等多个实验室，拥有从飞机模拟、设计、制造、飞行的全方位研发能力，是集教学、研发、生产为一身的高水平研究院。研究院的空间充足、师资队伍强大，能够直接面对一线进行生产，能够完成飞行器模拟控制研学、飞行器材料性能研学和飞行器空气动力研学3个模块的科普研学教育，能够承担3.0版本的培养任务。

3 搭建教育基地及开展培养的协调机制

3.1 统筹协调

由辽宁省政府成立科普研学推进事业专门机构负责统筹推进此项科普教育工作，将所有能参与的企事业单位及科研院所纳入统一管理、统一协调。首先，成立一个将企业、高校、科研院所、中小学联合起来进行统一行动的联盟组织（协会），该组织（协会）由省级科普教育专门机构直接管理，主要负责制定联盟章程、议事规则，明晰所有参与单位的权责，让整个科普教育工作都能够在制度规范下有效开展。其次，该专门部门的领导机构应有教育系统、科研管理系统、企业管理系统、工商管理部门等人员参与进来。人员组成要充分考虑今后开展工作的实际需要，要能够协调各部门、各系统的相关工作。最后，专门机构要开展好统筹协调工作。教育管理部门要完成科普教育方案课程体系的制定，通过召集高校学者、企业专家、大中小学教学负责人共同研讨，在充分考虑接收方容纳能力与辽宁省中小学生的数量等因素的基础上，制定科学合理的科普研学课程体系方案。企业管理部门负责协调企业，需提供能够承担研学任务的详细数据，并协调企业积极参与。

3.2 经费保障

经费保障应主要包括4个方面：一是政府专门机构人员的办公经费，要保障专项经费的专项支出，以确保此项工作顺利开展、政策落地生根；二是各科普教育任务承担单位应有专项经费用于支持开展此项工作，各高校、科研院所、企业在承担此项教育任务的过程中可能会发生相关费用，承担单位应站在为社会主义现代化建设事业培养接班人的角度，愿意并积极承担此项工作，且愿意承担一定的财务支出；三是政府财政部门要根据承担任务单位实际可能发生的财务成本及社会经济发展实际制定收费标准指导意见，允许高校、科研院所、企业在政策允许范围内适当收取一定费用，用于补偿教育成本支出；四是政府在财政经费允许范围内拨付专项发展基金，用于支持科普研学工作的持续开展，以确保此项教育培养工作顺利开展。

3.3 政策优惠

省级政府应制定出台相应的规章制度，给予承担培养任务的单位适当的优惠政策。可以给予高校的优惠政策包括根据高校承担科普教育任务量的大小，在高校自身招生规模上给予适当增加；在政府其他项目教育建设经费投入过程中给予适当的政策支持，可以适当增加高校实验室建设经费支持、设备采购支持及基础设施建设经费支持；对于承担科普研学导师任务的教师，在课题申报、评奖评优等方面给予优先支持。对于科研院所，在科研研发经费拨付时给予一定的政策支持，优先支持科研院所的科技成果转化；对于企业，根据企业接纳科普研学的人次和规模给予适当税收政策优惠，允许企业同等条件下有优先承接政府采购和外包服务的权利。

3.4 考核评价机制

省级政府成立的科普教育推进事业专门机构应对此项工作的开展情况进行考核评价。一方面要考核任务承担单位是否认真尽责开展此项工作，对于认真负责、尽到培养责任的参与单位，评价结果良好，继续享有或者加大享有各项优惠政策，对承担培养任务的负责人给予社会层面的表扬；对于不能认真尽职承担此项工作的单位，取消相应的优惠政策，情况严重的追回优惠所得。另一方面要及时评价科普教育的成果，对学生的创新能力、实践能力及时跟踪评价，通过跟踪评价，及时发现此项工作中存在的问题和不足，从而对实施方案和政策措施及时进行调整和纠偏。