朱彬琰，王程，李萬梅，章鵬飛，徐偉明

杭州師范大學材料與化學化工學院，杭州 311121

中國國家主席習近平在2013年出訪中亞國家哈薩克斯坦時提出共建“絲綢之路經(jīng)濟帶”戰(zhàn)略構想，哈薩克斯坦以及其他歐亞各國優(yōu)勢獨具、作用重大，是連接活躍的東亞經(jīng)濟圈和發(fā)達的歐洲經(jīng)濟圈的重要橋梁。同年，習近平在印度尼西亞國會發(fā)表演講，提出共同建設“21世紀海上絲綢之路”的重大倡議。由此，“絲綢之路經(jīng)濟帶”聯(lián)合“21世紀海上絲綢之路”合稱“一帶一路”重大戰(zhàn)略，形成一個海陸閉環(huán)[1]。

正是因為擁有張騫出塞、鄭和下西洋等歷史文化基礎，中國才能重新在這條流淌著牛奶和蜂蜜的道路上，奏響“一帶一路”交響曲。我們需要充分利用特有的歷史優(yōu)勢，將我國自強不息的民族精神發(fā)揚光大。因此，在當今世界百年不遇的時代背景下，我們認為化學專業(yè)選修課程不僅需要幫助新時代大學生獲得學科相關的知識與理念，更需要幫助他們構建引領世界百年大變局的格局。然而在化學與社會課程教學的一般場景中，教師往往側(cè)重于社會生活中與化學相關的科學知識的傳授，而缺乏引導學生關注時代與社會性情境。我們在課程建設和實踐中運用建構主義的理論，探討“一帶一路”中的社會與化學“元素”，通過“中巴經(jīng)濟走廊”、全球變暖與冰上絲綢之路以及半島無核化與東北亞經(jīng)濟共同體等知識點的闡述，搭建“地球村”框架，并幫助學生構建化學與社會課程理論和“一帶一路”時代情境相結合的整體知識體系(圖1)[2,3]。

圖1 “一帶一路”時代情境的整體感知

1 “中巴經(jīng)濟走廊”將“一帶一路”有效連接

“中巴經(jīng)濟走廊”是連接“一帶”和“一路”的樞紐，其中瓜達爾港作為巴基斯坦的第三大港口是“中巴經(jīng)濟走廊”的重要部分。它們對于東亞國家的轉(zhuǎn)口貿(mào)易及中亞內(nèi)陸國家的出海具有重要戰(zhàn)略地位，其直達喀什的石油通道比經(jīng)馬六甲海峽的航線縮短近12000公里左右。通過觀察世界地圖，學生可直觀感受到距離的縮短。從國內(nèi)出發(fā)，經(jīng)中巴經(jīng)濟走廊到達瓜達爾港，然后從港口出發(fā)經(jīng)過海路到達歐洲，將“一帶”和“一路”有機結合起來，既解決了陸路文化背景復雜的問題，又解決海路繞圈距離遠的問題。我們在課程中通過講解基礎設施建設工程中的化學技術的運用，幫助學生建立化學與社會課程知識與“一帶一路”建設之間的結合點。

1.1 化學漿材注漿堵漏技術助力高鐵等交通基礎設施建設

高鐵等交通基礎設施建設縮短了歐亞大陸之間的“距離”，更促進了途徑地的經(jīng)濟活動。在高鐵施工建設中，隧道防排水問題是一大難點。目前隧道防排水施工堵漏材料可以分為無機物與有機物兩類。無機物多為單液水泥漿，在建設中也最為常見，但在遇到地下水時泥漿很容易被稀釋，難以形成完整的固體，并且整體凝固時間長，形成的結構也較為不穩(wěn)定；而有機物則為化學泥漿，主要分為丙烯酰胺以及聚氨酯兩類，在注漿過程中具有良好抗?jié)B透能力，不僅能起到隧道加固作用，更能不斷提升隧道防水以及止水作用[4]。

1.2 金屬防腐技術發(fā)展為復雜海港工程提供了物質(zhì)和技術基礎

瓜達爾港工程施工工藝復雜、交叉作業(yè)工序多，長期與海水接觸并處于潮濕環(huán)境中，氯離子的滲入激活鋼筋表面鐵原子，破壞表面局部的鈍化膜，使內(nèi)部的鐵基體暴露于海水中，剩余鈍化膜與裸露的鐵基體構成電位差，形成原電池，從而加速了鋼筋的腐蝕，導致混凝土結構在短短10–20年就發(fā)生了破壞[5]。我國接手瓜達爾港以后，對碼頭的設計上需使用50年不大修，因此對鋼管樁的使用有著特殊的要求。除鋼筋本身之外，還要增加混凝土的耐久性以延長碼頭的使用年限，利用活性摻合料中的活性SiO2堵塞由于水泥水化所形成的毛細孔，改善水泥石結構、提高水泥石的密實度，從而獲得一系列的高性能[6]。

2 全球變暖與冰上絲綢之路

中國通往歐洲的傳統(tǒng)路線是走陸上絲綢之路，該路線上存在著種族、宗教、文化、極端主義等問題；而走經(jīng)馬六甲海峽的海上航線，不僅需要大量的燃料費和航線時間，還容易因國際關系的變化產(chǎn)生不確定性。而冰上絲綢之路的沿線國家比較單一，其主要經(jīng)過俄羅斯北部地區(qū)，不穩(wěn)定因素相對減少，更可以免遭海盜侵襲，提升航行的安全程度。在全球變暖的背景下，北冰洋作為新的海運航線的價值逐漸顯現(xiàn)。我們結合金屬防凍技術的應用，重點突出化學在保障我國創(chuàng)造性開辟冰上絲綢之路方面的重要作用。

2.1 納米超疏水層的應用保障船舶極地航行

由于北冰洋常年維持在零下40 °C到零下20 °C之間，海面冰層一年中只有約兩三個月融化，夏秋季節(jié)在開放海域容易形成高度變化和不可預測的冰流，這對船體防凍技術提出了很高要求，并且直接關系到極地航行的商用成本與船員安全。納米超疏水層的應用不僅能減少船體表面摩擦阻力，還能有效防止船體結冰[7]。這是通過先進的納米材料與樹脂進行結合，使其表面對水這種高張力液體表現(xiàn)出超強的排斥性，從而展現(xiàn)優(yōu)異的超疏水性能。這種特殊的物理化學性質(zhì)能夠使水滴自然脫落而有效阻止表面結冰，從而提升船舶的航行速度和運輸效率。

2.2 全自動TIG焊接技術與我國能源安全

我國研究人員在被譽為“鑲嵌在北極圈上的能源明珠”的中俄能源合作重大項目——亞馬爾液化天然氣項目中，運用了全自動TIG焊接技術。這一技術結合了低溫碳鋼和奧氏體不銹鋼的焊接特點，為防止奧氏體不銹鋼的熱裂紋，焊縫金屬中添加了一些鐵素體形成元素，同時需要控制鐵素體含量不能超過7 FN，以避免鐵素體的形成，從而降低材料的低溫沖擊韌性[8,9]。該技術的應用，使來自俄羅斯的液化天然氣得以安全地儲存和運輸，保障了我國的能源安全。

3 半島無核化和東北亞經(jīng)濟共同體

核能作為一個新興的能源，備受各國關注。1939年原子核裂變的發(fā)現(xiàn)，開辟了核能利用的新時代。盡管核能首先用于軍事上，但是目前已經(jīng)轉(zhuǎn)向和平利用，并且作為一種相對清潔的新能源迅速崛起和發(fā)展，顯示了越來越重要的地位[10]。歷史的經(jīng)驗教訓告訴我們，只有合理、正確地運用核能，才能推動世界的穩(wěn)定與繁榮。朝鮮半島地處東北亞核心，因此，半島無核化是建設東北亞經(jīng)濟共同體的必要前提，而我國必將始終大力支持半島無核化的進行。我們結合核武器的危害、半島核危機和福島核事故等知識，將核化學的知識與半島無核化聯(lián)系起來，從而增強學生對核化學與東北亞穩(wěn)定和人類存續(xù)問題的感知。

3.1 “輕水反應堆”與“重水反應堆”之爭

根據(jù)1994年美國和朝鮮在日內(nèi)瓦簽訂的《美朝核框架協(xié)議》，美國須在2003年前為朝鮮建造兩座1000 MW的“輕水反應堆”，但協(xié)議最終未能執(zhí)行。而朝鮮所希望建設的“重水反應堆”又被美國批為癡心妄想，從而開啟了持續(xù)的制裁。為什么一字之差會有這么大的差別呢？核裂變反應是持續(xù)的鏈式反應，不加以控制將呈現(xiàn)一種幾何級的增長方式，而不同的控制方法會產(chǎn)生不同的結果。水是使核反應堆中產(chǎn)生的中子減速的最好材料之一，輕水即普通水，然而重水(D2O)作為慢化劑盡管更為優(yōu)異，但其副產(chǎn)物氘、氚等可以用來作為生產(chǎn)原子彈的原料[11]，因此朝鮮得不到國際社會的支持。核危機一旦爆發(fā)，核爆炸的沖擊波、光輻射、早期核輻射、核電磁脈沖和放射性污染等效應將對人體和物體起巨大的殺傷和破壞作用，嚴重破壞東北亞的和平和穩(wěn)定。

3.2 核能快反應堆取代熱反應堆的利弊

熱反應堆是目前發(fā)展核電的主要堆型，其利用的燃料鈾只有同位素鈾235才具有強放射性，但是自然界中鈾235的豐度只有0.714%，所以鈾235需要通過氫氟酸酸化溶解、氟化、離心等工藝制備，而且不可避免會得到大量的核廢料(鈾23)難以處理[12]。同時，自然界中的鈾235儲量是有限的，因此，用钚239作燃料的快反應堆便應運而生?？旆磻言诙研娜剂项?39的外圍再生區(qū)里放置鈾238，裂變反應放出來的快中子被鈾238吸收，鈾238就會很快變成钚239。這樣核燃料越燒越多，快速增殖，將使鈾資源的利用率提高50–60倍，解決大量鈾238堆積浪費、污染環(huán)境的問題。但是，快反應堆也存在問題。2013年日本福島核電站發(fā)生泄漏后，前英國政府輻射事務顧問巴斯比博士指出福島核電站存在嚴重風險，尤其是三號反應堆，因為它采取的是快反應堆，而钚的所有同位素都具有放射性，核泄漏導致的危害極大[13]。因此我們必須對東北亞地區(qū)核能的發(fā)展保持警惕，確保核反應堆的安全運行。

4 “一帶一路”情境下的化學與社會知識體系的構建

在課程中，我們以“一帶一路”作為課程的時代情境，采用建構主義理論指導下的教學，引導學生以多元化、創(chuàng)新性的視角看待“一帶一路”的新發(fā)展，突破“一帶一路”的原始認知，將“中巴經(jīng)濟走廊”和瓜達爾港口的建設將“一帶一路”有效連接、全球變暖與冰上絲綢之路的建設以及東延至半島無核化和東北亞經(jīng)濟共同體建設作為學生新舊知識與化學學科之間聯(lián)系的生長點、優(yōu)化自身認知結構，拓展搭建的概念框架。教師與學生在客觀存在的社會關系內(nèi)，通過語言、思維、對話等形式對化學與社會和“一帶一路”新發(fā)展之間進行知識聯(lián)系[14]。不僅幫助學生掌握社會情境下的化學知識，更能引導學生增強歷史使命感。

構建主義理論認為：“學習者可在某些情境下、借助學習過程中他人的幫助，運用既有的學習資料進行意義建構”[15]。通過課程中的情境引導，教師已經(jīng)幫助學生建立了他們原有的知識經(jīng)驗與新獲得的化學學科知識、“一帶一路”新發(fā)展之間的聯(lián)系，據(jù)此，學生可根據(jù)現(xiàn)有的知識基礎，通過搭建概念框架的方式，找到新、舊知識之間的關鍵點，構建“一帶一路”情境下的化學與社會知識體系(圖2)[16]。

圖2 “一帶一路”情境下的化學與社會知識體系構建

5 結語

學習是學習者主動構建知識的過程。通過建構主義的教學，我們不僅引導學生發(fā)現(xiàn)在經(jīng)濟社會發(fā)展的方方面面，化學發(fā)揮著十分重要的作用，而且引導學生認識到在“一帶一路”建設的時代情境下，要運用知識、發(fā)揮作用，把握和引領世界百年大變局。最終，我們希望學生可以通過課程建構化學與社會發(fā)展緊密聯(lián)系觀點，構建“一帶一路”和“地球村”的整體概念，未來助力中巴經(jīng)濟走廊、冰上絲綢之路以及半島無核化與東北亞經(jīng)濟共同體等戰(zhàn)略的開拓發(fā)展，將其內(nèi)化為自身的思想追求，最終促進學生的發(fā)展與學科的一流課程建設[17]。