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航空科学家热爱青少年航空科技教育。

三、航空科技教育的任务——寓教于趣&人才培养

       航空科技教育的任务，我也用八个字来概括我的认知：寓教于趣、人才培养。结合航空教育自身特点，谈谈自己的认识。

       所谓“寓教于趣”，意在航空的神奇与有趣。人类的飞天追求是永恒的。从三次工业革命以来，自轻于空气和重于空气的航空器先后问世，航空就与国计民生密切关联。我们需要持续不断地追求更高、更远、更久、更舒适、更便捷的飞行。

       航空航天本身非常有趣。它涉及的科学技术、工具、创造的产品都非常引人入胜。我从事航空业一生，但每次登机时，看到身躯庞大的飞机能将我们载至高天，快速实现点对点旅行，仍感神奇无比。在教授孩子们航空科学技术时，务必让他们感受这种神奇，进而萌生永恒追求的梦想。

       关于航空科技教育在“人才培养”中的作用，我认为重要的是，通过小学到初中的持续教育，激发孩子们对航空航天的兴趣，激励他们的创新热情，其中，技能和动手能力至为重要，而知识的积累是持续的过程，需要终生学习。在人才培养中，最应关注的是热情和初始能力的培养。我概括了16个字：“培养兴趣、知晓神奇、积累知识、喜爱动手”。要把这16个字变为丰富的实践，就需要好老师、好环境、好教材、好教具以及好的活动。

       利用这个机会，我再次介绍航空航天的根本驱动力，我们这些施教者需要有更广阔的知识背景与视野。

       从航空到航天，人类的飞行活动不断扩展边界。20世纪60年代末升空的“先驱者”和“旅行者”等4款深空航天器，已在太空中飞行了数十年。直到最近，旅行者1号与人类永久失联，它已在太空飞行了47年，仍未冲出太阳系。探究浩瀚无垠的宇宙，正是航空航天兴趣和好奇心的来源。我们需要从一个更高更远的视角认识和理解宇宙，包括认识地球和人类自己。

       从某种意义上说，航空航天的本质驱动可以概括为六个字：“兴趣、好奇、不甘”。在上帝创造人类的时候，我们无法像鸟儿一样自由翱翔，这就需要摆脱生理限制，研制人造装置，克服星体引力。即使人类借助人造装置实现飞行，生理条件也限制了无法无限制地承受高速飞行。在航空航天中，无法自然地提高速度、加速度和过载能力，必须开发替代方案。

       要克服地球的引力，有条件地离开大气层，从稠密的大气层飞向稀薄的高空，直至真空环境，首要任务是提高速度。当速度超过每秒7.9公里时，有条件地摆脱了地球的引力，这是第一宇宙速度，飞行器成为人造卫星。当达到每秒11.2公里的第二宇宙速度时，飞行器成为人造行星。当达到每秒16.7公里的第三宇宙速度时，可以有条件地摆脱太阳的引力，向着遥远的深空飞行。

       我们的地球被大气层所包裹，低空有白云缭绕。为了方便研究和工程实践，将1000到1200千米厚的大气层分为五层：对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。位于地表向上100千米高度，有一条看不见的“卡门线”，是钱学森的老师冯·卡门计算得出的轨道运行最低高度，被世界航空航天界认可为航空航天工程分界线。

       在当前的航空航天科技活动中，人们通常将接近卡门线的那段高度域称为Near Space，在许多媒体和文献中称临近空间，实际上，称为近太空可能更好些，高度范围覆盖整个中间层，即从50千米到卡门线。从地面到100千米高度是航空的活动范围，且分属各国领空。卡门线之上为自由空间。

       在卡门线以上，世界各国释放和布局了大量航天器，主要是各种人造卫星，这也是商业航天的主战场。如200千米高的科学卫星，300到400千米高的空间站，即太空站，以及大约1000千米高的低轨通信卫星等。高度继续增加，直到36,000千米，是地球同步卫星的轨道高度。

       航空航天各有特点。无论是轻于空气的航空器，还是重于空气的航空器，都需要有效利用空气，同时又必须克服空气带来的负面影响，如阻力和气动加热等。

       而航天之难，集中在需要使用大推力火箭获得高速度，直至宇宙速度，要应对严酷的真空、强辐射的太空环境，要解决极远距离通信以及轨道和姿态控制等难题。

       航空与航天的产业特点不同，前者通常是大批量生产，后者多为小批量甚至单件生产。大多数航天器是一次性的，除非是载人或必须返回的返回舱需要回到地面，而所有航空器都是从地面起飞并返回地面。因此，我将其形容为：顶天立地是航空，诗与远方是航天。这不是政治释义，而是各自科技特点的表述。

       我们回到“人才培养”这个话题。目前，国家在大力推动创新人才的培养。那么，什么是创新人才？我以为，其最重要的两个特质是：像科学家一样思考，像工程师一样行动。这是一种形象的描述，可能不完全精准。像科学家一样思考的核心是科学逻辑；像工程师一样行动的核心是工程思维。在英语中分别是“Logic of Science”和“Engineering Thinking”。要培养创新型人才，需要努力从小培养孩子的科学逻辑和工程思维。

       科学逻辑的目标是解释真实存在的世界，而工程思维的目标是创造前所未有的“世界”——这里的“世界”可以小至一个小产品，大至一项浩繁复杂的工程。科学逻辑强调自由思想、好奇心、无功利性，识别、推理和验证。工程技术人员需要从科学中探索可能性。

       还以地球及其大气层为例，这是客观存在的。地球的自转和公转也是客观存在的，月亮围绕地球转动，形成潮汐现象。这是基于科学逻辑的认知。如果现代人缺乏足够的科学知识，就无法建树科学逻辑。在航空航天领域，有许多相关的科学知识需要掌握，诸如地形、洋流和高空环流的影响、无线电信号的传输特性、气温在大气层的垂直分布、极光和电离现象的发生及其影响等。

       而工程思维则通过构造、约束和选择来创造新世界。构造指的是从无到有的创意和设计；小到一个与众不同的茶杯，不仅要有实用价值，还要能提供良好的用户体验，甚至像艺术品一样美观，赏心悦目。任何设计都受到约束，包含社会效益、科学伦理、成本和材料的可用性等。然后，才能做出选择，寻找最优解决方案。这些思维模式并不深奥，时时处处体现在我们的生活与工作中。对于孩子们的教育，需要能动地引入有利于建树工程思维的方法与工具，有些工具还要与实际工程中的工具相一致。这是我对创新人才特质的一些理解。

       在讨论学校科技教育的形式时，以赛生趣、以赛促学，是一个适应多领域的好方法。而航空科技教育中以航模和无人机为载体进行的赛事，更具科技性和趣味性。一个好的赛事，需考虑赛事要素、赛事情境和赛事设计等三方面。赛事要素有有四个：知识、技能、工具和团队。虽然表面上是一个人参与比赛，但后台一定有一个团队支持。要帮助孩子们从小就建立团队和协同合作的理念。

       关于赛事情境，可按三个层阶考虑，即兴趣激发、应用牵引和系统解决问题。可以按照“持续进步、进阶提升、面向应用”的方针，去设计赛事。这是一个动态的、不断变化的思考方式，可根据这个逻辑来策划和设计赛事。作为一线教师，你们有这份责任，同时你们也有丰富的实践经验。

       我认为，在小学阶段，主要是激发兴趣和掌握基本技能。基本技能包括手工制作，当然是一些相对容易实现的航模和低端无人机的制作；还有操控技能，既包括个人的操控，也包括团队的合作操控。可以设计和开展有趣的竞技比赛，如竞速、穿越，避障等，还可以开展空中影像摄取竞赛，使用无人机获取高清晰度的俯瞰照片和录像。现在，随着计算机技术的普及，小学生就开始学习编程，可以把无人机编程挑战作为基本赛事。

       到了初中阶段，需要逐步加强应用导向，让学生理解和应用知识在各种生活场景中的实际价值，如应急救援、监测巡检、农林植保、物流运送等。这些真实的应用场景，有些甚至在小学阶段就接触到，而初中阶段可以围绕这些场景设计一些赛事，以竞赛为趣、以竞赛促学，培养理解应用，和把知识、技能应用于多样社会生活场景中的能力。

       进入高中阶段后，提升的重点是针对特定问题，提出解决方案。以编程为例，小学阶段就有按初级要求开展的编程挑战，而高中阶段可以进行创意编程。比如，针对交通拥堵问题，通过观察交通情况，建立流量统计与流量匹配的数学模型，把无人机用于观察、监控、调整等任务环节，从而解决这一问题，这需要综合运用相关知识和无人机技术等。还可对于军事应用，进行专题探索等。

       相信在各位老师和科研机构、创新公司、大学和商业机构等的共同努力下，以无人机为载体的赛事活动，一定能够设计好、开展好，成为航空科技教育中最诱人、最活跃的组成部分。

二、航空科技教育的使命——传承文明&强盛国家

       关于航空科技教育的使命，我用八个字——“传承文明、强盛国家”来概括。在这一部分，我跟大家分享一些关于大形势、大环境、大背景的认识。

       首先，搞航空科技教育，要建树航空事业的全球视野与历史眼光，知道我们从哪里来、到哪里去，要知道世界的格局是什么？不管是在一线奋斗的航空从业者和未来要加入这个行业的孩子们，都需要知道我们承担什么样的强国使命和如何实现这个使命。

       当我们回溯历史的时候，请记住这六位先驱。

       --241年前，蒙哥尔费兄弟通过制作和使用气球，实现了人类从两维空间活动到三维空间活动的伟大提升。

       --121年以前，美国的莱特兄弟发明了可操纵、有动力、能够载人的飞机，开辟了现代航空的新纪元。

       --也是在1903年，俄罗斯的齐奥尔科夫斯基指出，人类不能仅在地球和大气层活动，要飞得更高更远。

       --美国的戈达德在1924年制作了世界首例液体火箭，从技能和工具的层面提供了飞出大气层的可能性。

       这六位是我心目中的航空航天现代文明的开创者。世界航空航天事业，不管是科学技术的创建，还是产业的孕育发展，都是伟大先驱和万千从业者创造性劳动的成果结晶，并且与三次工业革命，也就是现代科技文明进步密切关联。

       在1760年发端的第一次工业革命中，出现了蒸汽机。蒸汽机的发明使用开辟了火车、轮船等交通工具的新时代，也孕育了空中蒸汽车的设想。虽然未能成功，但在这次工业革命中，蒙哥尔费兄弟借助热气球实现了飞天梦想。在这之后，人类不断地制造飞行工具，持续改进飞行能力，实现更远大的飞行目标，成为不断发展航空、不断进步的永恒主题。

       1870年开启第二次工业革命，人类有了电力，有了燃机。刚才说的蒸汽机是外燃机，而把能量转化在密封腔体内部实现，就成了内燃机，也叫活塞发动机。它是人类现代航空的第一份可用动力，直接促成了莱特兄弟有动力、可操纵、载人飞机的成功。第二次工业革命是飞机问世到改进发展、可用航空动力蓬勃发展的时代。

       在20世纪40年代开启的第三次工业革命中，航空发展成为恢宏的产业。以1957年人造卫星升空和1961年苏联的加加林成为第一位太空人为标志，航天业诞生。与核能的释放、电子计算机和网络的问世与进步、人类认识自身的基因工程的发展等交相辉映，世界航空航天事业奏响壮丽的时代交响。当今，空天动力、先进材料、现代制造与控制技术发展迅猛，AI正在为空天一体、空天融合的新前景赋能。

       各位老师、各位关注者，从认知航空航天与工业革命的关系中，我们会看到，全社会的基础科学、基础工业为航空航天的发展提供了宝贵的支撑。而航空航天的需求又强烈地带动了基础科学和基础工业的发展与进步。

       ......

       跟科学技术和林林总总的航空器、航空装置并行发展的，是航空产业从形成到壮大的进程。科技在突破发展，需求不断提出，产业便扩张发展。

       ......

       世界航空产业经历了初创期、扩张期，以及从苏联解体到延续至今的整合垄断期等三个阶段，形成了当今的世界格局。

       在航空制造业的世界格局中，大型客机领域波音、空客两强鼎立。支线客机两个最主要的强者是巴西飞机公司和空客；在2019年空客收购了加拿大庞巴迪公司的C系列飞机之后，空客成为“干支统合”的新超强。公务机、军用飞机、航空发动机等领域也都有各自的头部企业。

       就航空工业的销售额而言，美国占了全球销售额的一半左右，呈现一强独霸。而在第二梯队中，中国已经冲上了排头。我们的老大哥俄罗斯已经沦落到世界第六。

       美国在世界格局中占据如此强势的地位，缘于他们对于航空的高度重视，直到今天仍然如此。在2023年一个年份中，美国就发布了三个国家级的航空科学技术、航空工业发展的规划和计划。从20世纪60年代以来，美国的航空制造业已经成为保持国际竞争力、维持大国地位的支柱产业，取代了汽车、船舶、钢铁、家电，成为对外出口的主要产品，是美国维持贸易平衡的主要工具。

       当我们处在“坐二望一”的新历史地位时，我们应该怎样规划未来？我们必须不失时机地提出航空强国的目标。这是我们这一代人、当前的从业者以及你们的教育对象——现在的青少年——要代代接续承担的历史责任。

       航空强国的内涵之一是，中国航空产业成为与美欧比肩的强国。在2035年前后，实现部分强国目标；到2049年，中华人民共和国建国百年时，成为真正的世界航空强国。进入21世纪以来，中国的航空业已经取得了历史性的进步。在军用飞机方面，我们有了“20”系列，引国人自豪的运-20、歼-20和直-20等新装备，代表了快速发展和取得成就的努力与水平。在民机方面，作为第三极的中国制造正在崛起。

       航空强国的另一内涵是，以不断增强的航空业为国家做出更大贡献，在产值和就业方面展现其优势能力。我国的军民航拥有持久、全面、旺盛的需求。把航空快速发展起来，使其成为牵引科技发展、基础工业、经济建设的引擎，是完全可能的。

       在所有军机品种上，我国已无空白，主要品种军机已经能与世界最强者同场竞技。原本较弱的民用航空部门，近年来也取得重大突破。ARJ21新支线喷气客机已累计交付127架，乘机旅客数已超过1100万。干线客机C919已正式交付5架，开始商业运营。C919和ARJ21还飞出国门，参加了今年的新加坡航展。

       展望未来，中国民机市场前景向好，预计未来20年需要大约8000架干支线客机和货机。考虑到经济基本面对民航产业的持续需求，这提供了巨大的市场潜力。虽然目前中国市场份额还小，但随着产能的逐年提高，前景无量。Airbus（空客）、Boeing（波音）加上中国商用飞机所代表的“C”，将形成“A+B+C”的新世界格局。

       至于无人机，我们在军用和民用领域都取得了令世界瞩目的成就。随着民用无人机广泛应用于通用航空和低空经济，场景扩大，用量剧增，放管结合，造就了独特的中国现象。迄今实名登记的无人机已超过126万架，发放了20万本操控员执照，运营企业接近2万家。

       教育工作者必须了解未来的方向，未来是充满希望的，值得我们将资源和精力投入到这一伟大的事业。这是我想与大家分享的。

一、航空科技教育的目的——提升素质&开启心智

       航空科技教育的目的可以用八个字来概括：提升素质，开启心智。这八个字不仅仅是航空科技教育的目的，也是我们全民、特别是青少年科技教育的目的。

       首先，和大家分享中国科技馆原党委书记苏青先生，在出席江苏省青少年科技教育高峰论坛后填写的一首词。这首词作体现了苏青先生对于青少年科技教育的认识。写得很好，富有真情，极具灼见。

浪淘沙

出席江苏省青少年科技教育高峰论坛有感

科教育良才，起步童孩。

精心辅导润情怀。

融会人文提素质，搭建平台。

民智待启开，愚昧堪哀。

百年德赛树常栽。

封建阴魂如瘴疠，不灭临灾。

       近年来，我国发布了多部有关科教和科普的法令、规划、计划、方案。最重要的有三部：2002年发布的《中华人民共和国科学技术普及法》，这也是世界上第一部科普法；2006年国务院颁布的《全民科学素质行动计划纲要》和2021年印发的《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2021-2035年）》。

       据此，教育部和北京市做了具体的部署。我最近集中学习研读了几份有关文件，在这里跟大家分享几个要点。

       科教和科普是两个关系密切但稍有区别的概念。其基本点相同，都是利用各种传媒和形式，面向全体公众，特别是青少年，用他们易于理解、接受和参与的方式，介绍自然科学和社会科学知识，推广科学技术的应用，倡导科学方法，传播科学思想，弘扬科学精神。

       在谈到公民科学素质时，这些法规、纲要、方案做了很到位的定义。所谓公民具备科学素质，是指崇尚科学精神，树立科学思想，掌握基本科学方法，了解必要的科技知识，并具有应用其分析判断事物和解决实际问题的能力。提升科学素质，对于公民树立科学的世界观和方法论，对于增强科技自主创新能力和创新文化软实力，具有十分重要的意义。

       教育部在2023年5月17号会同其他17个部门制定和发布了《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》。12月，又发布了《推荐首批全国中小学科学教育实验区、实验校的通知》。北京市则在2024年1月25号，在市第16届人民代表大会第二次会议上通过并颁布了《北京国际科技创新中心建设条例》，其中对于创新人才培养和基础教育密切结合，培养科技创新后备人才做了具体策划。

       北京市正在实施内容丰富的青少年科学素质提升行动，主要包括“科学家精神进校园”、“院士专家进校园”，提升基础教育阶段的科学教育水平，助力双减政策落地，加强200余家北京市中小学科技教育师范学校的建设，以及推进科学基础课程建设，鼓励科学家参与教材编写、教具和实验课程设计，建立科学多元的发现和培育机制，探索从基础教育到高等教育的科技创新后备人才的贯通培养模式，建立健全校内外科学教育资源衔接机制，引导中小学充分利用科学中心、少年宫、科技馆、博物馆、科普基地等场所开展学习实践活动等。

       北京市还提出要成立青少年创新学院，命名了首批青少年拔尖创新人才培养基地，并就启动两个领域的试点工作，做出部署，其中特别提到集纳大中小学、校外教育、科研院所等优质资源，在学员发现、课程开发、师资建设、大中贯通方面进行系统改革，坚决不与基础教育阶段招生入学挂钩，旨在探索创新人才培养的新载体、新赛道。

       我想我们所有从事这项神圣工作的老师们、朋友们，都需要好好研读和学习这些文件，理解它们的精神实质，并贯彻到我们的工作中来。

       在新时期科技教育中，以下一些要求具有新意：以学生主动探索为中心的课程活动设计，引入业界广泛应用的软硬件平台，参与具有工程应用前景的挑战竞赛活动。实施上述要点后，整个科技教育将会从以教为中心变为以学为中心，从以知识传授为主向能力培养为主转变，从单纯的课堂学习为主向多种学习方式转变。

       我们要通过有新意的科技教育去激发孩子们对科技的兴趣，帮助他们广泛接触各领域的科技知识，掌握常用工程工具的使用方法，初步训练工程思维，培养他们勇于接受挑战、主动学习和综合运用知识来解决问题的能力。我们要学习借鉴世界先进理念和经验，如STEAM教育，即在科学、数学、技术、工程和人文艺术这几个方面，从原理规律的探索和掌握、定量描述工具的学习、技能的学习、集成能力和广义的人机情操这五个方面，全面实施综合教育。

       刚才我说的这些都是科技教育。而航空科技教育是科技教育的一个科目，也可以说是科技教育的一个特别的课堂。它既带有科技教育的普遍性，又有独具魅力的特殊性，且直通有趣的专业和诱人的职业。我们要通过传播航空科学知识，培养孩子们的探索精神、创造精神、协作精神和动手能力，帮助他们把兴趣和志向相结合，为航空航天事业培育高质量的人才打好基础，这是航空科技教育的目的所在。