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.
název projektu: Cestou přírodovědných a technických oborů napříč Středočeským krajem registrační číslo: CZ.1.07/1.1.00/44.0011
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
• • • • •
4x kádinka lžička čidlo vodivosti Pasco Airlink Pasco analogově-digitální převodník Pasco
• • • •
Závěť Otisky prstů
• • • •
větší Erlenmayerova baňka se zátkou lžička štětec příp. zdroj tepla
• jód • příp. škrob
Modrá skvrna • spektrofotometr Spektrofotometrie • kyveta
Krevní stopy Luminiscence
Stopy slin Izolace DNA
Stopy slin Důkaz kuřáctví
• methylenová modř • brilantní modř • indigotin • • • •
luminol peroxid vodíku uhličitan sodný / hydroxid sodný krev
zkumavka kádinka třecí miska s tloučkem filtrační aparatura (nálevka, filtrační papír, kádinka, kruh, stojan) • tyčinka • lžička
• • • • •
červená paprika / jahody / banán Jar / šampón (obsahující EDTA) ethanol (alespoň 80%, vychlazený) chlorid sodný destilovaná voda
• 1–2 zkumavky, příp. kádinka • stojan na zkumavky • kapátko
• chlorid železitý (roztok) • thiokyanatan (rhodanid) draselný (roztok)
• • • •
lžička střička s destilovanou vodou předvážky rozprašovač
chlorid sodný minerální voda destilovaná voda pitná voda (z vodovodu)
• • • •
název projektu: Cestou přírodovědných a technických oborů napříč Středočeským krajem registrační číslo: CZ.1.07/1.1.00/44.0011
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“.
název projektu: Cestou přírodovědných a technických oborů napříč Středočeským krajem registrační číslo: CZ.1.07/1.1.00/44.0011
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: název projektu: Cestou přírodovědných a technických oborů napříč Středočeským krajem registrační číslo: CZ.1.07/1.1.00/44.0011
-
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: FeCl3 + 6 KSCN K3[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.
název projektu: Cestou přírodovědných a technických oborů napříč Středočeským krajem registrační číslo: CZ.1.07/1.1.00/44.0011
