Об элективном курсе
«Химия, история, искусство»

Для успешной реализации идеи профильного обучения необходимо соответствующее учебно-методическое обеспечение. Это касается как профильных курсов, так и элективных. Ниже охарактеризована учебная программа курса «Химия, история, искусство».

Содержание курса имеет интегрированный характер: он может рассматриваться не только как поддерживающий изучение основного курса химии в рамках естественно-научного профиля, но и как служащий выстраиванию индивидуальной образовательной траектории ученика, обучающегося по любому из профилей, в первую очередь гуманитарному. Объем курса – 68 ч, предназначен для изучения в 10-м (11-м) классе, вполне возможен вариант изучения его в 10–11-х классах при недельной нагрузке 1 ч (34 + 34 ч). Содержание курса вариативно, в нем есть основная, инвариантная часть. При дефиците времени изучение курса может быть ограничено лишь этой частью, на что потребуется около 34 ч.

Характеристика учебно-методического комплекса курса

Два учебных пособия к этому курсу в ближайшее время будут опубликованы Издательским центром «Вентана-Граф». Первое из них представляет собой учебник, в котором раскрыто содержание представленной ниже программы. Второе – так называемый «Организатор» – пособие для учеников, которые самостоятельно (или под руководством учителя, но с преобладанием самостоятельной работы) будут изучать данный курс.

Актуальность решения организационных вопросов самостоятельного освоения курса обусловлена существованием огромного количества малокомплектных школ, а также многочисленными организационными трудностями при обеспечении многопрофильного обучения школьников сегодня.

Необходимость создания «Организатора» обусловлена тем, что в общие задачи элективных курсов входит значительное повышение степени самостоятельности учеников в учебной деятельности. Достижение этого требует соответствующих дидактических материалов, руководств, описаний практических работ и творческих заданий для учащихся, аннотированных библиографических списков и тому подобного. Все это и содержит «Организатор».

В элективном курсе две взаимосвязанные части: инвариантная, обязательная для изучения, которая в основном осваивается под руководством учителя, и вариативная, изучаемая по выбору учащегося и учителя. Такое деление курса важно по ряду причин. Во-первых, оно позволяет в наибольшей степени учесть познавательные интересы учеником, создать условия для достижения индивидуальных целей изучения курса, поставленных каждым учеником, предоставить им право выбора собственного образовательного маршрута. Во-вторых, структура курса обеспечивает возможность приобретения учеником важных навыков самоорганизации в учении. В-третьих, в тех случаях, когда курс будет изучаться в сокращенном варианте (по причине отсутствия учебного времени либо по иным причинам), инвариантная часть станет его основным содержанием.

Наличие инвариантной и вариативной частей предоставляет учителю широкие возможности для организации дифференцированной работы с учащимися. Вполне очевидно, что в группах, изучающих этот курс, будут представлены ученики, преследующие различные цели: одним он послужит для существенного углубления и расширения знаний по химии и подготовке к сдаче различных экзаменов, другие обратятся к нему в целях расширения и конкретизации знаний, возможно, приобретения знаний и навыков, важных для профессиональной ориентации и общего развития.

При изучении курса ученику предоставляется свобода выбора. Ученик выбирает многое: теоретические вопросы из вариативной части, задания разного уровня сложности, практические работы для выполнения, индивидуальные задания и, что особенно важно, форму своего участия в итоговых занятиях по каждой теме.

Итоговые занятия по основным шести темам курса (всего их восемь) имеют инновационно-игровой характер. На них учащиеся представляют результаты выполнения творческих заданий, подготовленных по ходу изучения темы.

С помощью «Организатора» ученик может практически самостоятельно освоить названный курс, поскольку пособие включает развернутые характеристики инвариантной и вариативной частей курса, алгоритмы построения индивидуальных маршрутов изучения каждой темы курса, набор дополнительных задач и упражнений, а также алгоритмы самоопределения учащимися собственного рейтинга и успешности в учебной деятельности.

Цели, задачи, образовательные результаты

Изучение курса направлено на развитие мировоззрения учащихся, формирование понимания тесного единства и взаимосвязанности различных сфер окружающего мира на примере разноаспектных связей естественно-научных знаний (в частности, химии) и искусства как одной из важнейших областей человеческой деятельности и цивилизации в целом.

ХХ столетие охарактеризовалось резким усилением химизации многих сфер жизни. Однако успехи химической науки нередко широко используются без должного осознания необходимости научно обоснованного, грамотного применения веществ и материалов. Это касается и производства, и повседневной жизни, и отношения к памятникам искусства.

Исключительно перспективный (в контексте экологического кризиса) принцип «в химии грязи нет» реализуется пока явно недостаточно. Это определяет целесообразность дополнительного химического экскурса для тех учащихся, которые в основном завершили свое химическое образование в 9-м классе.

Выбор в качестве траектории такого экскурса связей химии с искусством обусловлен:

• широкими возможностями общекультурного и методологического образования учащихся при изучении данной области;

• реальными возможностями «возвышения личных жизненных целей», которые предоставляет углубленное ознакомление с искусством в пределах его наиболее доступного материаловедческого аспекта;

• важностью формирования у учащихся убежденности в необходимости изучения и сохранения памятников старины, бережного отношения к окружению вообще, во вредности и бессмысленности актов вандализма;

• возможностью ознакомления учащихся с областью культуры, способной служить неиссякаемым источником дополнительных стимулов к организации собственного досуга;

• исторически базовым характером этих связей – художники, скульпторы, архитекторы, ювелиры одними из первых начали серьезно изучать свойства материалов в связи с необходимостью постоянного усовершенствования их обработки (истоки химического производства коренятся в художественно-ремесленных мастерских по производству ювелирных изделий, стекла и керамики практически в той же степени, что и в металлургии);

• возможностью системного раскрытия свойств широкого спектра веществ и материалов (от природных до самых современных) в связи с их использованием при создании, хранении и реставрации произведений искусств;

• более чем двадцатилетним опытом апробации предлагаемой программы в рамках традиционного обучения химии (в том числе в условиях внеклассной работы по предмету), неизменным интересом значительной части учащихся и учителей к данному материалу;

• возможностями вовлечения учащихся, изучающих данный курс, в особую деятельность по чтению лекций, разработке и проведению дидактических игр для младших школьников, в частности, с целью разъяснения ценности памятников культуры и старины для каждого человека и важности бережного к ним отношения.

Из вышесказанного следуют основные цели изучения курса:

• развитие общекультурной компетентности учащегося, расширение методологических знаний в области диалектического понимания единой картины мира;

• расширение и углубление предметных знаний по химии, развитие общих приемов интеллектуальной и практической деятельности;

• развитие познавательной активности и самостоятельности, установки на продолжение образования, познавательной мотивации в широком смысле;

• развитие опыта самореализации, коллективного взаимодействия (в частности, в процессе работы с младшими школьниками по распространению почерпнутых при изучении курса знаний);

• развернутое ознакомление с основами химической технологии, традиционно находящейся в загоне при изучении курсов химии, с «техническими» приемами и «маленькими хитростями» использования материалов и веществ, с которыми учащийся встречается в повседневной жизни, раскрытие в целом «химической картины» окружающего мира.

Приоритетные задачи курса определяются профилем обучения, в котором он используется. Если это естественно-научный профиль, то наряду с развитием представлений о единой картине мира, о роли естественно-научного знания в становлении искусства упор делается на углубление и расширение предметных знаний (о структуре вещества, об особенностях и механизмах протекания химических реакций, о дисперсных системах, об особенностях современных синтетических материалов и т.д.).

При включении курса в обучение учащихся по иным профилям – гуманитарному и прочим – ведущими становятся следующие задачи курса:

• развитие представлений учащихся о роли естественно-научного (химического) знания в становлении цивилизации;

• систематизация и углубление ранее приобретенных знаний по химии на основе системного представления фактологических и теоретических знаний;

• раскрытие роли и перспектив химических знаний в решении экологических проблем;

• формирование представлений об основных этапах становления естественных наук, краткое ознакомление с концептуальными системами химии.

В обоих случаях важной задачей курса является системное знакомство с различными видами искусства. Длительный педагогический эксперимент показал, что освоение учащимися 10–11-х классов вопросов данной программы вызывает интерес к посещению музеев, чтению дополнительной литературы. Многие учащиеся, отмечая, что их профессиональная деятельность не будет связана с искусством, подчеркивают, что ознакомление с искусствоведческим аспектом химии открывает им важные перспективы и направления самообразования.

Вырабатываемые с помощью курса предметные знания:

а) существенно расширенные знания о классах неорганических и органических (спирты, карбоновые кислоты, углеводы и др.) соединений и их конкретных представителях, широко используемых в повседневной жизни (их состав, свойства, способы применения и приготовления);

б) углубленные представления об обширной группе природных органических и неорганических веществ и историческом становлении их применения человеком;

в) углубленные знания о дисперсных системах, их видах и применении, о химических процессах и реакциях, скоростях и механизмах их протекания, об окислительно-восстановительных реакциях;

г) существенно расширенные знания о химической технологии, ее исторических истоках и современных достижениях, конкретных производствах, основных научных принципах их организации, сырье, химизме и продукции (на примерах производства стекла, фарфора, художественных эмалей);

д) системные представления об истории развития химии как естественной науки, об основных концептуальных системах ее становления, о современной химии и химической технологии, приложениях теории на практике.

Приобретаемые универсальные и интеллектуальные умения, мыслительные навыки:

а) классифицировать, сравнивать изучаемые объекты, проводить разноаспектный анализ информации и синтез результатов этого анализа;

б) выявлять противоречия и закономерности;

в) систематизировать информацию, получаемую из разных источников;

г) выдвигать гипотезы, подтверждать их специально спланированным экспериментом;

д) в ходе качественного анализа информации выстраивать логику экспериментального изучения конкретных веществ с целью доказательства наличия у них отдельных свойств;

е) проектировать простейшие устройства и приборы, в которых возможно проведение конкретных химических реакций;

ж) компактно, образно отражать информацию (составлять графические рефераты);

з) применять полученную информацию для разработки тематических сообщений, дидактических игр, мини-сценариев и т.п.

ПРОГРАММА КУРСА
(68 ч, резервное время 4 ч)

Вариативные вопросы программы, изучаемые по выбору учащимися (выделены курсивом), при сокращенном изучении курса не рассматриваются.

Темы для самостоятельной работы (по выбору), перечни творческих заданий, ссылки на необходимую литературу, перечни демонстрационного и лабораторного экспериментов даны в «Организаторе» (2-й компонент УМК).

Перечни демонстрационных экспериментов включают расширенный набор рекомендуемых опытов, часть из которых выполняется по выбору учителя и в соответствии с наличием в кабинете химии необходимого оборудования.

Тема 1.
Химия – наука древняя и молодая (3 ч)

Понятие о теоретических и эмпирических знаниях. Становление химического языка и системы научных понятий как условия возникновения научной химии. Четыре этапа становления науки в соответствии с концептуальными системами химии: 1) учение о составе, роль химического анализа; 2) учение о структуре химических соединений, значение химического синтеза; 3) учение о химической реакции; 4) учение о биокатализе.

Алхимия как эмпирический базис химии. Накопление эмпирических знаний о способах получения веществ и их свойствах в ремесленных мастерских. Художники и ремесленники. Древние краски для живописи и окрашивания тканей.

Рекомендуемые демонстрационные эксперименты. 1. Синтез воды в эвдиометре. 2. Синтез азотной кислоты (в реторте). 3. Разложение малахита. 4. Получение красителя из природного сырья. 5.Синтез одного из анилиновых красителей.

Тема 2.
Металлы и неметаллы в искусстве (12 ч)

Аллотропия – свойство металлов и неметаллов. Аллотропия элементов главной подгруппы
IV группы на примерах углерода и олова. Современные представления об аллотропных видоизменениях углерода.

Углерод и образуемые им простые вещества. Природные и искусственные материалы на основе углерода. Использование угля в металлургии и живописи. Применение угля древнерусскими изографами.

d-Элементы подгруппы меди и физико-химические свойства образуемых ими простых веществ. Особенности строения атомов металлов побочных подгрупп и их характерные свойства.

Распространение в природе благородных металлов, исторические сведения об их применении для создания произведений искусства.

Структура кристаллической решетки и физико-химические свойства золота. Алхимическое златоделие. Золотобойное искусство в древности. Основные области применения золота в искусстве.

Структура кристаллической решетки и свойства серебра. Приемы обработки серебра и создание из него произведений искусства. Использование серебра в изготовлении зеркал. Зеркала в архитектуре.

Медь и бронза в древнем искусстве скульптуры. Чугун и сталь в архитектуре и декоративно-прикладном искусстве. Каслинское литье. Стальные конструкции в архитектуре. Декорированное стальное оружие, приемы обработки стали – воронение, чеканка и др.

Искусство гравюры: виды, основные техники, материалы и вещества. Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с металлами в процессах травления.

Рекомендуемые демонстрационные эксперименты. 1. Восстановление металла из оксида.
2. Реакция «серебряного зеркала». 3. Физико-химические свойства свинца (мягкость, растворение в кислоте) и др.

Экспериментальные работы (выполняются по выбору). 1. Серебро и золото (домашняя экспериментальная работа, вариативная). 2. Взаимодействие металлов с кислотами-окислителями.
3. Травление алюминиевой пластинки (в технике офорта).

Лабораторные опыты. 1. Физические свойства угля и графита. 2. Восстановление меди из оксида меди(II) водородом. 3. Свойства соединений олова.

Тема 3.
Соединения кальция в природе и искусстве (7 ч)

Соединения кальция в природе. Кислые и основные соли кальция, их получение и свойства. Жесткость воды. Сталактиты и сталагмиты.

Известь: гашеная и негашеная. История их применения в строительстве. О приготовлении извести в трудах Витрувия (трактат «Десять книг об архитектуре»). Кальцит и основные горные породы, образованные им, – мрамор, известняк. Химическая природа окраски мрамора. Мрамор в скульптуре. Известняк в архитектуре.

Кальций в океане: кораллы, жемчуг.

Экспериментальная работа (выполняется по выбору). 4. Приготовление гипсовой отливки.

Демонстрации. 1. Гашение негашеной извести. 2. Приготовление гипсовой отливки.

Формы проведения итоговых занятий. 1. Организация модели всемирного музея «Мрамор, известняк, песчаник и гипс в скульптуре и архитектуре» (1–2 урока). 2. Слайд-экскурсия на ту же тему (готовится группой учеников).

Тема 4.
Основные классы
неорганических соединений и живопись
(8 ч)

Виды и техники живописи. Материалы, используемые в создании живописи. Первые химические производства красок. Накопление эмпирических химических знаний в ремесленных мастерских.

Понятия о станковой и монументальной живописи, о структуре живописного полотна и техниках живописи, об основах, грунтах, связующих, пигментах, хромофорах и красках.

Представители важнейших классов соединений в роли пигментов. Некоторые дополнительные сведения об органических кислотах, соли которых используются в качестве пигментов. Кислые, основные, двойные соли и комплексные соединения в роли пигментов и грунтов. Расширение знаний о классификации неорганических соединений.

Некоторые распространенные пигменты красок для живописи и их химическая природа (оксиды и соли металлов как пигменты красок). Свинцовые белила: состав, свойства, из истории применения, токсичность, проблема их замены менее токсичными белилами. Современные белые пигменты. Титановые белила. Успехи химии в области производства красок. Берлинская лазурь как комплексное соединение: состав, свойства, применение.

Фреска – первая из рассматриваемых техник живописи. Особенности материалов, применяемых в монументальной росписи по сырой штукатурке. Механизм высыхания красочного слоя в технике «буон-фреско». Пигменты для фресковой живописи (по совместимости с известковым грунтом). Фрески Древнего мира, Западной Европы, итальянского Возрождения, Древней Руси.

Экспериментальные работы (выполняются по выбору). 5. Берлинская лазурь и турнбулева синь – два пигмента с одинаковым химическим составом. 6. Исследование химической природы фрески.
7. Химическое серебрение гипсовой отливки. 8. Приемы декоративного окрашивания металлов.

Демонстрации. 1. Репродукции фресковых росписей. 2. Коллекции оксидов и солей, использующихся в качестве пигментов художественных красок. 3. Горение титановой стружки.

Лабораторные опыты. 1. Образование карбоната кальция при пропускании диоксида углерода через известковую воду. 2. Опыты, подтверждающие химические свойства основных оксидов.
3. Получение нерастворимых оснований. 4. Разрушение отдельных пигментов в присутствии извести.

Форма проведения итогового занятия. Турнир двух команд «Диалог древнерусской и европейской фресок (мастера, материалы, особенности сюжетов и композиций, применяемые техники исполнения, сохранность красочного слоя)» (1–2 урока).

Тема 5.
Оксиды и стекло (9 ч)

Химический состав стекла. Из истории создания стекла: древнее тройное стекло, его компоненты. Натровое египетское стекло. Особенности химического состава и сырья киммерийского стекла. Древние прессованные художественные изделия из стекла. Создание стеклодувной трубки в I в. н.э. Развитие стеклоделия в Византии и Западной Европе. Венецианское, богемское кальциевое стекло: особенности химического состава и технологии изготовления.

Создание хрустального стекла. Зависимость качества стекла от технологических особенностей его изготовления (температурный режим, чистота сырья и т.д.).

Стекло – переохлажденная жидкость. Зависимость свойств стекла от химического состава. Физико-химические процессы, происходящие при варке стекла. Химизм обесцвечивания стекол.

Искусство мозаики. Цветное стекло. Химический состав окрашенных стекол в древности. Византийские и русские мозаики. Обучение русских мастеров изготовлению смальт в Х в. Мозаики первых киевских храмов. Возрождение мозаики М.В.Ломоносовым. Художественные произведения мастерской Ломоносова (портреты Петра I, «Полтавская баталия» и др.).

Витражи Западной Европы как произведения искусства (их роль в католическом соборе). Проблема сохранения древних (Х–ХV вв.) стекол в современных условиях загрязнения атмосферы.

Экспериментальные работы (выполняются по выбору). 9. Свойства оксидов. 10. Приготовление и применение раствора для травления стекла. 11. Получение легкоплавких стекол.

Демонстрации. 1. Приготовление легкоплавкого стекла. 2. Коллекция оксидов и других химических соединений, cлужащих сырьем в производстве стекла. 3. Устройство тигля для приготовления хрустального стекла. 4. Образцы стеклянных и хрустальных изделий, искусственных полудрагоценных камней. 5. Опыты по восстановлению соединений железа(III).

Формы проведения итоговых занятий. 1. Игра «Химические крестики-нолики». 2. Выставка реферативно-графических работ, подготовленных учащимися в результате выполнения творческих заданий. 3. Дидактическая игра «Большой аукцион: стекло в музее и моем доме».

Тема 6.
Кремний в природе.
Алюмосиликаты. Керамика (11 ч)

Состав, строение, свойства и аллотропия кремния, его важнейшие соединения. Алюмосиликаты, их состав и свойства. Общие представления о структуре алюмосиликатов.

Определение керамики и классификация керамических изделий. Художественные и бытовые изделия из керамики. Черепок и его свойства.

Сырье для производства различных видов керамики. Обзорная характеристика состава глинистых материалов. Каолин. Клинописные таблички Вавилона. Библиотека царя Ашшурбанипала.

Обливная керамика. Химический состав глазурей. Терракота. Греческая мелкая пластика. Танагрские терракоты.

Фаянс, майолика, «сельские глины» Бернара Палисси. Работы Палисси в области сельского хозяйства (разработка удобрений).

Физико-химические процессы, происходящие при обжиге керамических масс, сравнение их с процессами, происходящими при варке стекла.

Китайский фарфор – дар природы. Особенности китайской технологии изготовления фарфора. Фарфор Й.Бетгера и Д.И.Виноградова. Наиболее важные особенности подготовки сырья и современной технологии производства фарфоровых изделий (включая формовку и отливку).

Состав материалов, свойства, особенности подглазурной и надглазурной росписи фарфора. Восстановительный и окислительный обжиги.

Общая характеристика современной технологии изготовления фарфора.

Экспериментальная работа (выполняется по выбору). 12. Физические свойства черепков керамики разных типов.

Демонстрации. Образцы алюмосиликатов, изделия из керамики, изменение окраски солей хрома в различных средах.

Лабораторные опыты. 1. Рассмотрение черепков керамических изделий разных типов. 2. Анализ дефектов на фарфоровом изделии.

Форма проведения итогового занятия. Дидактические игры «Музей керамики», «Большой аукцион изделий из керамики».

Тема 7.
Органические и неорганические
соединения в основных техниках живописи
(10 ч)

Энкаустика – древнейшая техника живописи. Воск и его физико-химические свойства. Приготовление пунического воска. «Дыхание» воска вместе с деревянной основой. Техника живописи в древности и сегодня. Приемы оплавления красочного слоя. Фаюмские портреты. Византийские иконы. Работы В.В.Хвостенко и Т.В.Хвостенко. Лак ганозис в мировой культуре.

Темпера – живопись эмульсионными красками. Особенности грунтов и пигментов. Виды темпер (клеевая, желтковая, яичная и др.). Использование уксусной кислоты при приготовлении красок в качестве эмульгатора. Работы А.Дюрера, С.Боттичелли, С.Рафаэля. Древнерусская икона: последовательность создания. Состав грунтов. Мелкодисперсность используемых для грунта материалов. Назначение золота в иконе. Приемы золочения. Древнерусские приемы приготовления клеев для нанесения позолоты.

Живопись масляными красками. Связующее масляных красок. Виды растительных масел, применяемых в живописи, и их химический состав (конопляное, маковое, ореховое, льняное и др.). Обработка масел и химический смысл осуществляемых процессов.

Особенности пигментов для масляных красок. Процесс высыхания масляной пленки, образование линолакса: химические реакции, протекающие при высыхании, их механизм. Причины помутнения масляной живописи: химизм воздействия воды на линолакс.

Акварель и гуашь. Химический состав красок. Особенности их применения и высыхания.

Пастель: особенности химического состава красок и их применения.

Экспериментальные работы (выполняются по выбору). 13. Физико-химические свойства карбоновых кислот и высыхающих масел. 14. Декоративная роспись по дереву. 15. Приготовление образцов масляных красок, растертых на олеиновой кислоте и подсолнечном масле. Наблюдение за высыханием слоев масляной краски.

Формы проведения итоговых занятий. 1. Игра «Большое путешествие по музеям мира» (внеклассное мероприятие для всех учащихся старших классов). 2. Слайд-экскурсия «Важнейшие техники живописи и произведения, выполненные в них».

Тема 8.
Химия и экология.
Охрана окружающей среды и памятников культуры. Химические решения проблем
(4 ч)

Закономерности изменения воздушной среды современных городов. Климатические условия музейных залов и проблемы сохранности экспозиций. Разрушение камня (мрамор, гранит) под влиянием факторов внешней среды. Камень в городе: проблемы и решения. Химические методы консервации и защиты художественных произведений из камня. Коррозия металлов и городская скульптура: методы реставрации и защиты. Приемы борьбы с коррозией, применявшиеся в древности, в средние века и сегодня. Музеи под открытым небом, их роль в современной культуре и проблемы.

Формы проведения итоговых занятий. 1. Слайд-экскурсия «Проблемы защиты исторических и культурных памятников города». 2. Итоговая конференция.

И.М.Титова, член-корреспондент РАО,
доктор педагогических наук, профессор,
директор НИИ общего образования
РГПУ им. А.И.Герцена