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空军发展离不开航空人才，航空人才离不开空军学校的培训洗礼。1928年北伐胜利后，国民党政府以建立培养飞行员为主的航空学校为先行，陆续成立各种专业空军学校，以及一些航空训练班。这些学校和训练班是空军培养基层、专业技术人员及在职军官进行轮训、深造的教育训练机构。大多数学校是在抗日战争中开办，设备简陋，教学条件差，组织机构变动较大，学制、教学内容常有变化，校址也常常迁移，使教育训练受到很大的影响。抗日战争结束后，大部分学校迁回旧址，一些学校新修了校舍，增添了教学设备，从部队抽调有实战经验的优秀军官任教，并选调一些教官和学员去国外深造，教学条件有了较大改善，教育训练逐步走向正轨。
1.中央航空学校
国民革命军北伐时，航空机构和航空部队的飞行员，主要来自华侨飞行员和广东航空学校毕业学员。北伐战争中和北伐成功后，国民革命军收编了一些地方军阀的航空部队。但装备落后，许多飞机已陈旧不堪，飞行人员成分复杂，年龄偏大，需要补充新飞行员。同时，各地新军阀还拥有实力，有的地方军阀的航空力量甚至超过当时的“中央”，使身为南京国民政府军事委员会委员长的蒋介石很伤脑筋。1927年蒋介石准备建立自己的“空军”，拟先在中央军校开办航空班，并委派沈德燮、蒋逵、黄静波等人进行筹备。
1928年5月，国民党政府在南京筹建中央陆军军官学校。是年10月，蒋介石命令在中央陆军军官学校成立航空队，开展飞行教育训练，培养航空人员。同年12月，南京中央陆军军官学校航空队正式成立，由张静愚任队长，厉汝燕任副队长，李珉任飞行主任，金世中、张画一、张书绅、耿煜曾、陈步洲、李锡圭、刘光业、英光烈、梁勋章等任飞行员，钱昌祚任学科主任，胡信、郭力三、李疆雄、曾桐等任学科教官，吴鸿祺任学员班班长。
航空队训练飞行员，先在中央陆军军官学校第五、第六期学员中挑选70人，编为飞行甲、乙两班，于1929年2月18日正式开课。学制为一年半，每三个月为一学期，共六个学期。同年5月，又从中央陆军军官学校学员中招收25名学员编为速成观察班，聘请德国顾问福克斯任教官，讲授空中侦察，半年后再进行飞行训练。后考虑单独开此班实无必要，同年8月该班撤销，学员并入飞行甲、乙班。
1929年6月7日，中央陆军军官学校航空队奉令改组为航空班，由张静愚任主任、厉汝燕任副主任。由于张静愚任南京航空司令部司令，难以兼顾航空班事务，7月2日由中央陆军军官学校校务委员黄秉衡继任航空班主任，厉汝燕任副主任，毛邦初任飞行主任，钱昌祚任学科主任，金世中、欧阳璋、石曼牛、胡百锡、郝中和、李士怡、丁光照、张国栋、刘光业、江绍荣、李瑞彬、段其新、蒋其炎、皮迪华、杨国柱、曾泽棠等任飞行教官，郭力三、胡信、李疆雄、江超西等任学校教官，吴鸿祺任学员队队长。同年8月，航空班迁往复成桥工业学校旧址。
此后，航空班在一年多时间内，除授课学习和运用华侨捐赠的“摩斯”式飞机进行飞行训练外，还多次组织航空队随南京国民党陆军部队作战。如1929年12月，在对石友三和唐生智作战中，航空班奉令组织航空大队，由飞行教官欧阳璋任大队长，率全体教官及所有飞机随军助战，飞行训练中断，但战事仅月余时间结束，又继续进行训练。再比如，1930年5月，蒋冯阎中原大战爆发。航空班奉令组织侦察队，由飞行主任毛邦初任队长，挑选已放单飞学员五人，于5月2日出发，飞往陇海线一带遂行侦察、轰炸任务。
1930年12月，航空班全部课程结束进行考试。1931年3月18日举行毕业典礼，入学时共95名学员，除飞行事故死亡及身体、技术等原因淘汰外，毕业学员83人。由于这批学员毕业后不久，国民党政府在航空班的基础上正式组建了军政部航空学校，后来这批毕业学员被编为中央航空学校第一期。
1930年底，航空学校奉命迁到笕桥。在新址建校初期，1932年发生了“一·二八”淞沪事变，使建校工作和教育训练都受到很大的影响。日本帝国主义侵略中国“必欲毁灭我刚萌芽之幼稚空中武力而后已”。日军飞机经常空袭笕桥航空学校，使学校的设施遭到破坏，教学也不能正常进行。2月22日，美国飞行员肖特独自驾机升空与多架日机空战，终因寡不敌众，英勇牺牲。2月26日晨，日军轰炸机6架，驱逐机9架，首次大规模空袭笕桥航空学校，学校教官们起飞驱逐机10架与敌空战，激战不久，敌机逃去。我方飞行员赵甫明牺牲，队长石邦藩受伤。航空学校教官和学员不畏强敌，不怕牺牲，英勇战斗的精神，后来被誉为“笕桥精神”。军政部航空学校将这一天定为本校“二二六”笕桥抗日纪念日。
1931年3月底，国民党南京政府军政部将航空班划归航空署领导，4月14日，航空班正式脱离中央陆军军官学校，隶属航空署。1931年7月1日，在原航空班的基础上，正式组建军政部航空学校，由毛邦初任校长。随后组成新生考选委员会，先后录取飞行学员20名，机械学员45名。同年12月，航空学校奉命迁往杭州笕桥，并在中央陆军军官学校第八、九期学员中招考飞行学员41人。同年8月，又在普通高中毕业学生中招考飞行学员30人，这期飞行学员共91人，编为中央航空学校第二期，1932年9月1日开学，1934年2月1日毕业。
1932年9月1日，军政部航空学校奉命改名为中央航空军官学校，简称中央航校或中央航空学校，蒋介石亲自兼任校长，其外甥毛邦初任副校长，负责管理校务。学校设有教育处，经理、管理、医务三科及工厂，以及步枪连和机枪连等勤务单位。为了加强学校控制，于10月1日建立了政治训练处，由蒋介石堂侄蒋坚忍任主任兼航校办公室主任。全校编制工作人员380多人，在校飞行学员和机械学员共达200余人，还从美国聘请裘伟德上校和一批陆军航空兵退伍军官以及美国陆军航校毕业生，包括10个飞行教官、5个机械师和1个航空军医，以裘伟德为首席顾问，组成航空顾问团，指导中央航空学校的飞行训练工作。
中央航空学校一开始采用了美国式的训练模式，买了一大批美国飞机，各式飞机约90架。飞行训练分初级、中级和高级三个阶段，每个阶段各训练四个月。初级阶段的训练使用“佛力特”式教练机，中级和高级阶段的训练使用“道格拉斯”式侦察机、“霍克”式驱逐机和“诺斯诺波”式轻型轰炸机，并实施分科训练。通过三个阶段的飞行训练，总飞行时间约有200小时。飞行训练要求很严，淘汰率相当高，能通过三个阶段飞行训练顺利毕业的飞行学员不超过50%。因此中央航空学校一开始形成了一套比较严格和正规的飞行训练模式和方法，培养了一批水平较高的飞行人才。
蒋介石十分重视航空教育训练。他在给该校的手谕中说：“视本校教育之成败，即中国革命之成败。”并亲自题写《空军训条》。
第一，至高无上，为空军救国独一无二的责任；
第二，为国捐躯，为空军救国杀身成仁的精神；
第三，有我无敌，为空军救国至大无畏的胆量；
第四，服从命令，为空军救国共同一致的要求；
第五，再接再厉，为空军救国尽忠党国的气节；
第六，冒险敢死，为空军救国死中求生的出路；
第七，精密周到，为空军救国持颠扶危的基准；
第八，亲爱精诚，为空军救国共同生死的德性；
第九，质素朴实，为空军救国光明磊落的本色；
第十，自强不息，为空军救国雪耻复仇的志气；
第十一，克服天然，为空军救国战胜一切的本能；
第十二，坚忍不拔，为空军救国最后胜利的要素。
1934年1月，中央航空学校扩大组织，增设校长办公厅，由蒋兼任办公厅主任。同时将原来的步兵连和机枪连合编为掩护营。1934年4月，蒋介石不兼航空学校校长，任命周至柔为校长。同年6月，派副校长毛邦初去欧美考察航空。这时，航空学校开始设立教育长，由黄毓沛任首任教育长。同年11月，空委员会派黄毓沛负责筹建洛阳分校。1935年6月，中央航空学校洛阳分校成立，并开始飞行训练。1936年2月，王叔铭任洛阳分校主任。与此同时，周至柔调航空委员会任主任，原航空委员会主任陈庆云任中央航空学校校长。
1936年6月，“两广事变”时，中央航空学校校长陈庆云兼任空军指挥官，率飞机队协同陆军赴两广作战，事变结束后改任驻粤空军指挥官。同年9月1日，原广东空军司令黄光锐奉令任中央航空学校校长，蒋坚忍任副校长，丁纪徐任教育长。广东航空学校由中央航空学校接收，改为中央航空学校广州分校，由刘芳秀任主任。
1936年12月，黄光锐调航空委员会任职，中央航空学校由蒋坚忍代理校长。1937年5月，陈庆云从广州调回杭州，任中央航空学校校长。
抗日战争爆发后，中央航空学校不断遭受敌机空袭，影响正常教育训练，航校奉令迁往昆明。当时洛阳分校和广州分校都已迁往柳州，与原广西航空学校合并为中央航空学校柳州分校。昆明校部部署尚未就绪前，中央航空学校学员都转往柳州受训，部分学员则留在汉口受训。中央航空学校在昆明的房舍修建完毕，学校全体教职员和学员便集中昆明进行教育训练。
抗日战争开始后，蒋介石为了加强对军事学校的控制，亲自兼任所有军事学校校长。1938年4月，蒋介石兼任中央航空学校校长，原校长陈庆云改任教育长。同年5月1日，陈庆云奉令调航空委员会任职，周至柔调任中央航空学校继任教育长。
1938年3月，军事委员会撤销空军前敌总指挥部，航空委员会又进行改组，由蒋介石兼任航空委员会委员长。同年7月28日，中央航空军官学校奉令改名为空军军官学校。
1939年春，航空委员会将直隶的侦察班（第三期侦察班有学员28人）改隶空军军官学校。这时，空军军官学校奉令由柳州迁往昆明。空军军官学校迁往昆明后，校部即进行改编，原柳州第一分校改组为初级班，另设中级班和高级班分别训练。当时第九期在昆明接受高级训练，第十期在蒙自接受中级训练，第十一期在祥云接受初级训练，第十二期和第十三期则在昆明接受入伍教育。当时该校还有第三期侦察班第二期轰炸班（学员53人），以及即将结业的防空情报人员训练班。
中央航空学校到空军军官学校（大陆期间）共毕业学员26期34个班，达2922人。抗战爆发前，共毕业学员6期8个班，达638人。可见，该校不仅为国民党空军的建立培养大批人才，而且为国民党空军在抗战中支援陆军取得战绩，不断提供空军人才。抗日战争初、中期，当时飞机、油料缺乏，零备件短缺，生活非常困难。在这样艰难的条件下，航空学校不仅没有停办，而且大量培训飞行人员，不仅为日后抗战提供了较好的飞行人员支持，也摸索出一套战时培训飞行人员的经验办法。
2.空军机械学校
有飞机就必须有机械人员维修保养，机械人员被誉为“飞机的保姆”。1931年7月军政部航空学校设立机械科，招收高中以上或大专学历学生及飞行停飞学员，开始培养空军机械人员。随着空军不断地扩充，需要大批航空机械人员。军政部航空署于1933年10月下令成立航空机械学校筹备委员会，以专业学校加速培养航空机械人员。1936年3月16日，在江西南昌正式成立航空机械学校，由钱昌祚任校长，王士悼任教育长。1937年该校迁往成都南郊武侯祠左侧，第二年改为空军机械学校，由蒋介石兼任校长。1948年冬，该校迁往台湾冈山。
空军机械学校的任务是“培养空军机械军官及空军机械军士”。战时机校开办有大学程度的高级班、高级中学程度的正科班、初级中学程度的初级班、高级小学程度的机械士特别训练班，以及为资深机械士进修而开设的候补军官班等。另外，还有一些临时性的训练班，如器材油弹管理员班、夜航灯光士班、保险伞士班等。由于学员文化程度差异较大，班次又多，因而教学内容显得庞杂。为了作战需要，训练时间较短，课程又多，学员对所学知识往往消化不了，影响了教学质量。学员入校后，经过短时间的基础理论学习后，就开始分组进行专业教育，而分组又限于器材、设备不足，学员实习机会很少。这样，学员对飞机维修技能往往达不到要求，许多学员毕业后感到无法胜任本职工作。
抗战结束后，机校对教育训练进行了改革。在教育处下设教务科，负责拟制全校教育计划和考核等工作。同时，成立六个专业训练组，负责各专业课程的施训。这六个专业训练组是：高级工程训练组、基本工程训练组、飞机及发动机维护训练组、军械训练组，汽车训练组、专技训练组。
在教学方法上，从一般性教学转到专业化教学，理论与实际并重；增建专业课程实习室，里面有图表、模型、实物等，为学员学习理论知识和实际操作创造了条件，有利于提高教学效果。空军机械学校拥有许多各种型号的飞机和航材，为直观形象化教学创造了条件。但学校校舍一直比较紧张，一是数量不足，二是房屋相当破旧，严重影响了教学。
3.空军防空学校
鉴于“九一八”、“一·二八”事件后，日本侵略军的飞机对中国实施狂轰滥炸，给中国人民生命财产造成了巨大损失，国民政府痛定思痛，深感“无空防即无国防”，“万事莫如防空急”。为此，1931年国民政府在南京召开的军事会议上，决定组建防空教育机构。1933年下半年航空署开办了第一期高射炮队学员班和第一期人民防空研究班。1934年1月1日正式成立防空学校，由航空署署长徐培根兼任校长，高射炮队学员班和人民防空研究班则并入防空学校。同年5月，改由黄镇球任校长。同年8月，军政部通令各省筹设防空学会。12月1日，在南京进行防空演习，并将这一天定为“防空节”。1938年3月各军校校长均由蒋介石兼任，黄镇球则改任防空学校教育长。防空学校校址初时在杭州笕桥，1935年12月迁至南京光华门。抗日战争爆发后，于1939年初防空学校由南京迁往贵阳，1946年春又迁到贵阳市东南马鞍山。曾一度在长沙、衡阳两地设校训练，抗战胜利后于1946年冬又迁往北平。1949年初迁至台湾花莲。
空军防空学校有两个显著的特点：一是开办的专业班次多；二是抗日战争期间，担负教育训练和指挥作战双重任务。防空学校不仅担负教育训练工作，同时直接指挥调度全国防空部队作战。
抗日战争期间，防空学校因兼负训练与作战任务，所以组织机构非常庞大；抗战胜利后，因只负责训练，组织机构曾数度缩小。直至1948年冬，防空学校才改名为“空军防空学校”。抗战期间，高炮部队隶属陆军，高炮部队均称“陆军炮兵第×团”；抗战胜利后，高炮部队改隶空军，称“空军高射炮兵第×团”。
对日抗战刚一开始，敌机就不断出动轰炸，当时中国的防空武器真是贫乏得可怜，全部数量还不及配置在英美一个大都市的百分之一，而且种类又不统一，美式、俄式、德式、日式都有，性能互异，口径各殊。由于当时防空部队数量少，武器装备落后，因而未能对日本侵略军的空袭飞机给予有效打击，使人民生命财产遭受严重损失。尽管当时防空部队数量少，武器装备也落后，但指战员在抗击日军空袭的战斗中都很勇敢，留下了一些可歌可泣的事迹，曾开创了“一弹击落三机”的奇迹。
1937年11月27日，刚刚进驻江苏金坛地区的高炮第四十一团第十一连，不顾连续几天行军的疲劳，构筑好阵地后即进入临战状态。前一天日本侵略军的飞机刚到金坛地区投弹轰炸，根据敌机以往活动规律，估计第二天敌机还会来投弹轰炸，指战员们做好了战斗准备。第二天果然从金坛的东北方，遥远地、隐约地传来一种异样的声音，是飞机声音，一架日军“九四”式水上侦察兼轰炸机，正对着金坛这个小城镇飞来。地面防空部队一阵射击，但未击中，飞机转了两圈飞走了。这时，日军三架“九三”式轻轰炸机编队向金坛飞来，越来越接近高炮阵地。当三架飞机进入高炮火力范围时，副排长丁作栋指挥高炮射击，一发炮弹飞出炮膛，轰的一声命中了敌带队长机，紧接着又是两声巨响，敌长机左、右僚机被凌空爆炸的敌机碎片击中爆炸，三架敌机纷纷坠落地面。
在八年抗战中，防空部队共击落敌机171架，击伤敌机374架。
国民党空军除成功开办中央航空学校、空军机械学校、空军防空学校外，抗日战争时期，仿照这三所空军学校的办学经验，又先后开办了空军军士学校、空军幼年学校、空军通信学校、空军参谋学校，培养了大批航空军事人才，为抗日战争做出了较好的贡献，也为民国空军后续发展提供了一定的航空人才补充和智力支撑。