Metodika pro učitele Případ detektiva Kulicha (laboratorní cvičení s tablety)

Transkript

1 Metodika pro učitele Případ detektiva Kulicha (laboratorní cvičení s tablety) Základní charakteristika výukového programu: Popis: Aplikace je navržena jako laboratorní cvičení s tablety pro seznámení s metodami analytické chemie na střední škole. Žáci se stanou pracovníky kriminalistické laboratoře. Pro usvědčení zločince je třeba využít rozličných klasických i instrumentálních metod, přičemž výsledkem analýz důkazů zajištěných na místě činu jsou indicie vedoucí k pachateli. Žáci budou řešit teoretické i praktické úkoly určí druh vody nalezené na místě činu, zanalyzují otisky prstů, spektroskopicky zjistí typ barviva ve vzorku, stanoví krevní skupinu vraha, provedou izolaci DNA a důkaz kuřáctví. Odměnou za jejich snahu bude usvědčení zločince. Aplikaci je vhodné realizovat v laboratoři, vybrané části však lze provést i ve třídě. Celé cvičení lze uskutečnit v jednom vyučovacím bloku (cca 5 vyučovacích hodin), příp. lze rozdělit na menší celky. Délka: 4 5 vyučovacích hodin; možno realizovat jako dvě dvouhodinové či pět jednohodinových laboratorních prací Věková kategorie: střední škola (doporučeno pro žáky vyšších ročníků) Počet žáků: max. 15, žáci pracují ve 2 3 členných skupinách Místo: v laboratoři Pomůcky a chemikálie: tablety (jeden do skupiny), laboratorní plášť, ochranné brýle, senzory, laboratorní sklo a chemikálie (podrobně viz níže Seznam pomůcek a chemikálií ) Návaznost na RVP: Chemie. Aplikace je silně interdisciplinární, přičemž žáci využívají zejména metod a jevů analytické a fyzikální chemie, ale i dalších oborů (např. biochemie a genetiky). Aplikace je určena k zopakování a rozšíření znalostí z chemie, částečně i fyziky a biologie. Cíle programu: - Žáci se prakticky seznámí s metodami analytické chemie. - Žáci aplikují probrané učivo při řešení problémových úloh. - Žáci provádí samostatné měření, pozorování a experimenty s použitím přístrojů, pomůcek a chemikálií. Charakteristika aplikace: Žáci se snaží vyřešit případ vraždy Ing. Kamila Urvinitky. Shromažďují důkazy na místě činu a analyzují je s použitím laboratorních metod. Na základě toho vyřazují postupně podezřelé, až zjistí, kdo je vrah.

2 Seznam pomůcek a chemikálií: Do každé skupiny tablet se staženou aplikací Tárium: Případ detektiva Kulicha. Každý žák musí mít laboratorní plášť a ochranné brýle. Seznam pomůcek v tabulce je uveden pro jednu skupinu. Kapitola / Pokus Pomůcky Chemikálie Obsah plic Měření vodivosti Závěť Otisky prstů Modrá skvrna Spektrofotometrie Krevní stopy Luminiscence Stopy slin Izolace DNA Stopy slin Důkaz kuřáctví 4x kádinka čidlo vodivosti Pasco Airlink Pasco analogově-digitální převodník Pasco větší Erlenmayerova baňka se zátkou štětec příp. zdroj tepla spektrofotometr kyveta střička s destilovanou vodou předvážky rozprašovač zkumavka kádinka třecí miska s tloučkem filtrační aparatura (nálevka, filtrační papír, kádinka, kruh, stojan) tyčinka 1 2 zkumavky, příp. kádinka stojan na zkumavky kapátko chlorid sodný minerální voda destilovaná voda pitná voda (z vodovodu) jód příp. škrob methylenová modř brilantní modř indigotin luminol peroxid vodíku uhličitan sodný / hydroxid sodný krev červená paprika / jahody / banán Jar / šampón (obsahující EDTA) ethanol (alespoň 80%, vychlazený) chlorid sodný destilovaná voda chlorid železitý (roztok) thiokyanatan (rhodanid) draselný (roztok)

3 Příprava před výukou: Obsah plic Měření vodivosti: Připravit pro každou skupinu sérii kádinek se vzorky čtyř druhů vody: slaná voda (2% roztok chloridu sodného), minerální voda, destilovaná voda, pitná voda (z vodovodu). Závěť Otisky prstů: Připravit závěť (kus stočeného papíru), na kterou učitel předem udělá dva výrazné otisky prstů (palce a ukazováčku). Poznámky: Ke zviditelnění otisků prstů lze místo jódu použít také práškový grafit, argentorát apod. Je vhodné pracovat s daktyloskopickým štětečkem, pokud jej má učitel k dispozici. Krevní stopy Luminiscence: Připravit čerstvý roztok: 0,1 g luminolu, 5 g uhličitanu sodného (příp. 2 3 g hydroxidu sodného), 15 ml peroxidu vodíku, 100 ml destilované vody. Stopy slin Izolace DNA: Používaný ethanol (alespoň 80%) je třeba předem dostatečně vychladit (např. před výukou dát na chvíli do mrazáku). Izolaci DNA lze nejlépe provést z červené papriky, jahod či banánu (dobře se mechanicky rozmělňují). Stopy slin Důkaz kuřáctví: Učitel předem připraví pro každou skupinu do zkumavky slabý roztok thiokyanatanu draselného. Tuto zkumavku může nadepsat Stopy slin z místa činu.

4 Průběh výuky: Žáci se rozdělí do skupin po 2 3. Každá skupina dostane tablet se staženou aplikací Tárium: Případ detektiva Kulicha. Vzhledem k tomu, že alespoň část výuky probíhá v laboratoři, žáci musí mít na sobě laboratorní plášť, ochranné brýle a musí být seznámeni s bezpečností práce. Popis aplikace: - Aplikace je zpracovaná formou komiksu. Žáky v ní provází detektiv Viktor Kulich takový ten typ drsného poldy. Chodí v dlouhém baloňáku se zvednutými klopami a v klobouku s širokou krempou naraženém do čela. Na tváři má 3 dny staré strniště s jizvou přes půl tváře, v koutku cigaretku a tvrďácký pohled. - Žáci se v aplikaci dozvědí, že došlo k vraždě Ing. Kamila Urvinitky. Jejich úkolem je zanalyzovat důkazy zajištěné na místě činu; (důkazy jsou označené cedulky s čísly). Vždy je aktivní jen jeden důkaz. Po jeho analýze se deaktivuje a pokračuje se dalším důkazem. Po analýze příslušného důkazu se objeví kartotéka s osobními kartami podezřelých, kde žáci vyřadí člověka, který byl z okruhu podezřelých vyloučen (zaškrtnou nevinný ). Kartotéku lze navštívit i z místa činu kliknutím na ikonku kartotéky. - Podezřelými jsou: Eva Urvinitková (manželka zavražděného, našla jeho tělo), Alena Halířová (dcera zavražděného), Robert Halíř (vnuk zavražděného), Karel Urvinitka (syn zavražděného), Jindřich Hloubil (přítel zavražděného), Marta Vondřichová (služebná). - Žáci postupně analyzují pět důkazů a vyřadí při tom pět podezřelých: 1. Obsah plic (loužička u úst mrtvoly) Úloha: Měření vodivosti destilované, pitné, minerální a mořské vody pomocí čidla vodivosti Řešení (spoiler): Oběť měla v plicích slanou vodu. Vyřadí se Alena, kvůli alergii na mořské živočichy. 2. Závěť (svitek v ruce mrtvoly) Úloha: Zviditelnění otisků prstů pomocí jodových par Řešení (spoiler): Vyřadí se Jindřich, protože nemá palec na pravé ruce. 3. Modrá skvrna (skvrna na kalhotách oběti) Úloha: Spektrofotometrie tří vzorků modrých barviv Řešení (spoiler): Vyřadí se Robert, protože skvrna na oblečení oběti pochází z barviva používaného na přípravu koktejlů a ne z barviva používaného v akvaristice; Robert je zapřisáhlý abstinent 4. Krevní stopy (vlevo před akvárkem objeví se až po použití činidla) Úlohy: Určování krevních skupin (teoretický úkol); Luminiscence luminolu při kontaktu s krví Řešení (spoiler): Vyřadí se Karel, protože má krevní skupinu A-, zatímco vrah má skupinu A+. 5. Stopy slin (plivanec na těle oběti) Úlohy: Izolace DNA z červené papriky či jahod; Důkaz kuřáctví (reakce slin s chloridem železitým) Řešení (spoiler): Vyřadí se Marta Vondřichová, protože je nekuřačka. Vrahem je tedy manželka zavražděného, Eva Urvinitková (silná kuřačka). - V aplikaci funguje freewalk/učitelský zámek (10x poklepat na název kapitoly). - Poznámky:

5 - Dle úvahy vyučujícího lze rozdělit výuku do jednoho či více vyučovacích bloků. Případ lze vyřešit v uceleném bloku 4 5 vyučovacích hodin nebo rozdělit a každému důkazu věnovat např. první vyučovací hodinu v měsíci a pátrat tak po vrahovi celé pololetí. - Motivační pokusy je možné předvádět pouze demonstračně nebo je naopak realizovat formou laboratorní práce. Stopy slin: Izolace DNA Postup: Žáci v třecí misce dobře rozmačkají malý kousek červené papriky (příp. jahodu nebo kousek banánu). V kádince si připraví směs 15 ml vody, 5 ml Jaru nebo šampónu a půl lžičky kuchyňské soli a přidají k ní rozmačkanou dužninu. Vše zamíchají a nechají asi 5 minut působit. Vzniklou směs přefiltrují. 2 ml filtrátu nalijí do zkumavky, převrství 8 ml důkladně vychlazeného ethanolu (přilévají ho po stěně zkumavky) a nechají asi 5 minut působit. Poté žáci na skleněnou tyčinku namotají vysrážená vlákna DNA. Princip: Při rozmačkání kousku ovoce/zeleniny dochází k mechanickému poškození buněk. Působením Jaru/šampónu a kuchyňské soli dojde k lyzi buněk a převedení DNA do roztoku. Filtrací se hrubě oddělí od DNA proteiny, zbytky buněčných stěn a lipidy. Působením koncentrovaného, vychlazeného ethanolu se na rozhraní vodné fáze a ethanolu vysráží DNA. Poznámky: Směsi pro filtraci stačí menší množství a raději řidší konzistence (lépe se filtruje). Filtrace je nejdelší části vlastní izolace DNA. Je třeba počítat i s časem 20 minut. Získaná DNA obsahuje i RNA a zbytky proteinů. (Pro další přečistění by bylo nutné použít směs fenolu s chloroformem.) Stopy slin: Důkaz kuřáctví Postup: Do zkumavky se slabým roztokem thiokyanatanu draselného (nadepsané Stopy slin z místa činu ) žáci přidají kapátkem pár kapek narezlého roztoku chloridu železitého. Ve zkumavce se objeví intenzivní krvavě červené zbarvení. Princip: Při reakci chloridu železitého s thiokyanatanem (rhodanidem) draselným vzniká červeně zbarvený komplex: FeCl KSCN K 3 [Fe(SCN) 6 ] + 3 KCl. Kuřáci mají (oproti nekuřákům) v ústech mnohonásobně zvýšenou koncentraci rhodanidu draselného. Poznámky: Důkaz kuřáctví si mohou vyzkoušet sami žáci doušek vody v ústech mísí cca 5 minut se slinami. Poté sliny vyplivnou do kádinky a přikápnou k nim roztok chloridu železitého. U kuřáků obsah kádinky po přidání chloridu železitého zčervená. U nekuřáků žádnou barevnou změnu nepozorujeme.