建構(gòu)主義理論框架下“化學(xué)與社會”課程建設(shè)與實踐
——以“一帶一路”知識體系構(gòu)建為例

朱彬琰，王程，李萬梅，章鵬飛，徐偉明

杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，杭州 311121

中國國家主席習(xí)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(jì)帶”戰(zhàn)略構(gòu)想，哈薩克斯坦以及其他歐亞各國優(yōu)勢獨(dú)具、作用重大，是連接活躍的東亞經(jīng)濟(jì)圈和發(fā)達(dá)的歐洲經(jīng)濟(jì)圈的重要橋梁。同年，習(xí)近平在印度尼西亞國會發(fā)表演講，提出共同建設(shè)“21世紀(jì)海上絲綢之路”的重大倡議。由此，“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”聯(lián)合“21世紀(jì)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(chǔ)，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(qiáng)不息的民族精神發(fā)揚(yáng)光大。因此，在當(dāng)今世界百年不遇的時代背景下，我們認(rèn)為化學(xué)專業(yè)選修課程不僅需要幫助新時代大學(xué)生獲得學(xué)科相關(guān)的知識與理念，更需要幫助他們構(gòu)建引領(lǐng)世界百年大變局的格局。然而在化學(xué)與社會課程教學(xué)的一般場景中，教師往往側(cè)重于社會生活中與化學(xué)相關(guān)的科學(xué)知識的傳授，而缺乏引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注時代與社會性情境。我們在課程建設(shè)和實踐中運(yùn)用建構(gòu)主義的理論，探討“一帶一路”中的社會與化學(xué)“元素”，通過“中巴經(jīng)濟(jì)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(jì)共同體等知識點的闡述，搭建“地球村”框架，并幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)與社會課程理論和“一帶一路”時代情境相結(jié)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(jì)走廊”將“一帶一路”有效連接

“中巴經(jīng)濟(jì)走廊”是連接“一帶”和“一路”的樞紐，其中瓜達(dá)爾港作為巴基斯坦的第三大港口是“中巴經(jīng)濟(jì)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(dá)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(xué)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(jì)走廊到達(dá)瓜達(dá)爾港，然后從港口出發(fā)經(jīng)過海路到達(dá)歐洲，將“一帶”和“一路”有機(jī)結(jié)合起來，既解決了陸路文化背景復(fù)雜的問題，又解決海路繞圈距離遠(yuǎn)的問題。我們在課程中通過講解基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程中的化學(xué)技術(shù)的運(yùn)用，幫助學(xué)生建立化學(xué)與社會課程知識與“一帶一路”建設(shè)之間的結(jié)合點。

1.1 化學(xué)漿材注漿堵漏技術(shù)助力高鐵等交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

高鐵等交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)縮短了歐亞大陸之間的“距離”，更促進(jìn)了途徑地的經(jīng)濟(jì)活動。在高鐵施工建設(shè)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(jī)物與有機(jī)物兩類。無機(jī)物多為單液水泥漿，在建設(shè)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(jié)構(gòu)也較為不穩(wěn)定；而有機(jī)物則為化學(xué)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(shù)發(fā)展為復(fù)雜海港工程提供了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)

瓜達(dá)爾港工程施工工藝復(fù)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(gòu)成電位差，形成原電池，從而加速了鋼筋的腐蝕，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)在短短10–20年就發(fā)生了破壞[5]。我國接手瓜達(dá)爾港以后，對碼頭的設(shè)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(xì)孔，改善水泥石結(jié)構(gòu)、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(fèi)和航線時間，還容易因國際關(guān)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(yùn)航線的價值逐漸顯現(xiàn)。我們結(jié)合金屬防凍技術(shù)的應(yīng)用，重點突出化學(xué)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(yīng)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(yù)測的冰流，這對船體防凍技術(shù)提出了很高要求，并且直接關(guān)系到極地航行的商用成本與船員安全。納米超疏水層的應(yīng)用不僅能減少船體表面摩擦阻力，還能有效防止船體結(jié)冰[7]。這是通過先進(jìn)的納米材料與樹脂進(jìn)行結(jié)合，使其表面對水這種高張力液體表現(xiàn)出超強(qiáng)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(xué)性質(zhì)能夠使水滴自然脫落而有效阻止表面結(jié)冰，從而提升船舶的航行速度和運(yùn)輸效率。

2.2 全自動TIG焊接技術(shù)與我國能源安全

我國研究人員在被譽(yù)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(yùn)用了全自動TIG焊接技術(shù)。這一技術(shù)結(jié)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(shù)的應(yīng)用，使來自俄羅斯的液化天然氣得以安全地儲存和運(yùn)輸，保障了我國的能源安全。

3 半島無核化和東北亞經(jīng)濟(jì)共同體

核能作為一個新興的能源，備受各國關(guān)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(xùn)告訴我們，只有合理、正確地運(yùn)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(shè)東北亞經(jīng)濟(jì)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(jìn)行。我們結(jié)合核武器的危害、半島核危機(jī)和福島核事故等知識，將核化學(xué)的知識與半島無核化聯(lián)系起來，從而增強(qiáng)學(xué)生對核化學(xué)與東北亞穩(wěn)定和人類存續(xù)問題的感知。

3.1 “輕水反應(yīng)堆”與“重水反應(yīng)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(yīng)堆”，但協(xié)議最終未能執(zhí)行。而朝鮮所希望建設(shè)的“重水反應(yīng)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(yīng)是持續(xù)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，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(jié)果。水是使核反應(yīng)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(jī)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(yīng)將對人體和物體起巨大的殺傷和破壞作用，嚴(yán)重破壞東北亞的和平和穩(wěn)定。

3.2 核能快反應(yīng)堆取代熱反應(yīng)堆的利弊

熱反應(yīng)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(qiáng)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(yīng)堆便應(yīng)運(yùn)而生。快反應(yīng)堆在堆心燃料钚239的外圍再生區(qū)里放置鈾238，裂變反應(yīng)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(fèi)、污染環(huán)境的問題。但是，快反應(yīng)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(wù)顧問巴斯比博士指出福島核電站存在嚴(yán)重風(fēng)險，尤其是三號反應(yīng)堆，因為它采取的是快反應(yīng)堆，而钚的所有同位素都具有放射性，核泄漏導(dǎo)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(yīng)堆的安全運(yùn)行。

4 “一帶一路”情境下的化學(xué)與社會知識體系的構(gòu)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(gòu)主義理論指導(dǎo)下的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)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(rèn)知，將“中巴經(jīng)濟(jì)走廊”和瓜達(dá)爾港口的建設(shè)將“一帶一路”有效連接、全球變暖與冰上絲綢之路的建設(shè)以及東延至半島無核化和東北亞經(jīng)濟(jì)共同體建設(shè)作為學(xué)生新舊知識與化學(xué)學(xué)科之間聯(lián)系的生長點、優(yōu)化自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)，拓展搭建的概念框架。教師與學(xué)生在客觀存在的社會關(guān)系內(nèi)，通過語言、思維、對話等形式對化學(xué)與社會和“一帶一路”新發(fā)展之間進(jìn)行知識聯(lián)系[14]。不僅幫助學(xué)生掌握社會情境下的化學(xué)知識，更能引導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)歷史使命感。

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

圖2 “一帶一路”情境下的化學(xué)與社會知識體系構(gòu)建

5 結(jié)語

學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者主動構(gòu)建知識的過程。通過建構(gòu)主義的教學(xué)，我們不僅引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的方方面面，化學(xué)發(fā)揮著十分重要的作用，而且引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到在“一帶一路”建設(shè)的時代情境下，要運(yùn)用知識、發(fā)揮作用，把握和引領(lǐng)世界百年大變局。最終，我們希望學(xué)生可以通過課程建構(gòu)化學(xué)與社會發(fā)展緊密聯(lián)系觀點，構(gòu)建“一帶一路”和“地球村”的整體概念，未來助力中巴經(jīng)濟(jì)走廊、冰上絲綢之路以及半島無核化與東北亞經(jīng)濟(jì)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(jìn)學(xué)生的發(fā)展與學(xué)科的一流課程建設(shè)[17]。