Mô phỏng Trung học phổ thông

Một mạng máy tính của trường học gồm nhiều phòng và một máy chủ tệp. Mã độc lọt vào qua tệp đính kèm thư điện tử, USB hoặc lỗ hổng chưa vá rồi lây từ máy này sang máy khác. Bật tắt cập nhật bản vá, phần mềm diệt virus, tường lửa, tập huấn người dùng và sao lưu để xem số máy nhiễm và dữ liệu mất theo từng ngày, thử kịch bản mã độc tống tiền (ransomware) và so sánh các chiến lược phòng vệ.

Cột khí bị giam trong ống thuỷ tinh nhỏ bởi một giọt thuỷ ngân, đặt trong cốc nước được đun nóng hoặc làm lạnh. Giọt thuỷ ngân tự dịch chuyển để áp suất khí không đổi; học sinh đọc nhiệt độ và thể tích, ghi bảng số liệu và vẽ đồ thị V theo t. Kéo dài đường thẳng qua các điểm đo, nó cắt trục nhiệt độ ở khoảng −273 °C (0 K), còn V/T luôn là hằng số.

Thí nghiệm ảo với nhiệt lượng kế cốc xốp: rót V₁ mL dung dịch HCl C₁ M và V₂ mL dung dịch NaOH C₂ M (cùng 25 °C), khuấy và theo dõi nhiệt kế cùng đồ thị T(t). Từ nhiệt độ cao nhất, học sinh tính Q = m·c·ΔT, số mol H₂O tạo thành (theo chất hết) và ΔrH ≈ −57,3 kJ/mol; mỗi lần đo được ghi vào bảng kết quả, có tham số hao hụt nhiệt để thấy vì sao giá trị đo thường nhỏ hơn lí thuyết.

Thước có độ chia nhỏ nhất thay đổi được đo một thanh kim loại nhiều lần; mỗi lần đo xuất hiện sau nửa giây kèm hình phóng to chỗ đọc vạch chia. Các kết quả đo rơi rải rác quanh một giá trị do sai số ngẫu nhiên, còn sai số hệ thống làm cả chùm điểm lệch hẳn khỏi giá trị thật. Chương trình tính giá trị trung bình, sai số tuyệt đối từng lần, sai số tuyệt đối trung bình, cộng sai số dụng cụ để ra sai số tuyệt đối của phép đo, rồi viết kết quả dạng x̄ ± Δx và sai số tỉ đối theo phần trăm.

Hai điện tích điểm q₁, q₂ cách nhau d. Vẽ đường sức điện, lực Coulomb F = k|q₁q₂|/r² giữa hai điện tích và vectơ cường độ điện trường E = E₁ + E₂ tại điểm thử. Kéo điểm thử đi khắp mặt phẳng để thấy E đổi hướng và độ lớn; kéo hai điện tích để đổi khoảng cách.

Vật nặng m gắn lò xo độ cứng k, kéo ra biên độ A rồi thả. Quan sát vật dao động và đồ thị li độ x(t); chu kỳ T = 2π√(m/k) hiện ngay để so sánh khi đổi m, k.

Liệt kê toàn bộ không gian mẫu Ω khi tung 2–3 đồng xu hoặc 1–2 con xúc xắc (bảng 6 × 6 với mặt xúc xắc vẽ chấm). Học sinh chọn biến cố có sẵn hoặc bấm từng kết quả để tự tạo biến cố A, thấy n(A), n(Ω) và P(A) = n(A)/n(Ω); bấm 'Tung N lần' để tần suất thực nghiệm chạy dần về xác suất lí thuyết.

Đồ thị parabol y = ax² + bx + c với ba thanh trượt a, b, c ngay trong mô phỏng; học sinh cũng có thể kéo trực tiếp đỉnh I để đổi b, c. Toạ độ đỉnh I(−b/2a; −Δ/4a), trục đối xứng x = −b/2a, giao điểm với hai trục, Δ và bảng biến thiên (mũi tên lên/xuống theo dấu a) vẽ tự động và cập nhật tức thì.

Sinh một mẫu điểm kiểm tra thang 100 rồi ghép nhóm thành biểu đồ tần số. Học sinh đổi độ rộng nhóm, dạng phân phối, bấm vào từng cột để xem tần số và tần số tích luỹ; mô phỏng tính số trung bình, trung vị, mốt theo công thức ghép nhóm và so với giá trị tính từ số liệu gốc.

Chọn hai đường và xem miền phẳng giữa chúng được tô. Mô phỏng chia miền bằng các dải hẹp để thấy ∫(f − g)dx chính là tổng diện tích các dải khi số dải tăng, đồng thời cảnh báo trường hợp hai đồ thị đổi vai trò trên–dưới trong đoạn nên phải tách tích phân theo dấu của f − g.

Đồ thị số bước theo kích thước dữ liệu n của các hàm log₂n, n, n·log₂n, n² kèm số phép so sánh đo thực tế của sắp xếp nổi bọt và sắp xếp nhanh. Học sinh kéo con trỏ n trên đồ thị để đọc giá trị, rồi bấm Chạy đua để xem hai thuật toán sắp xếp cùng một dãy với cùng tốc độ bước: sắp xếp nhanh (n log n) về đích trước nổi bọt (n²) và khoảng cách càng lớn khi n tăng.

Một tệp được nén theo ba cách: giữ nguyên, nén không mất dữ liệu (ZIP, PNG, FLAC) và nén có mất dữ liệu (JPEG, MP3, H.264); tỉ lệ nén lấy theo số liệu thực của từng loại dữ liệu nên dung lượng và mức hao chất lượng đổi ngay khi chọn. Phần sao lưu cho tạo từ một đến bốn bản trên ổ SSD, ổ cứng hoặc đám mây; bấm Gây hỏng ổ để một bản chết, rồi bấm Phục hồi xem thanh tiến trình chạy với thời gian bằng dung lượng chia tốc độ đọc, kèm xác suất mất sạch dữ liệu tính bằng tỉ lệ hỏng mũ số bản sao.

Cùng một tệp được đặt ở ba nơi: ổ đĩa của máy cá nhân, máy chủ trong trường hoặc dịch vụ lưu trữ đám mây. Học sinh bấm vào từng thiết bị để sửa tệp (số phiên bản tăng), bấm Đồng bộ để xem dữ liệu chạy trên đường truyền với thời gian tính bằng dung lượng nhân 8 chia tốc độ mạng, rồi chọn tình huống mất mạng, hỏng ổ cứng hoặc sửa tệp ở hai nơi để xem nơi lưu nào chịu được sự cố và nơi nào mất dữ liệu.

Mỗi tình huống có vài hành vi để chọn; mỗi hành vi có mức độ vi phạm riêng và chương trình cộng thêm điểm theo số người tiếp cận (tính theo lôgarit), theo việc có tái phạm hay không, rồi đối chiếu với tuổi để đưa ra mức xử lí trên thang bốn bậc: nhắc nhở, buộc gỡ bỏ và xin lỗi, xử phạt vi phạm hành chính, truy cứu trách nhiệm hình sự. Kim chỉ trên thang dịch chuyển ngay khi kéo các thanh trượt, kèm tên văn bản pháp luật điều chỉnh hành vi đó.

Nửa trên là dây chuyền dữ liệu lớn: thu thập bản ghi thô, làm sạch (bỏ bản trùng, bản thiếu trường, bản sai định dạng) rồi mới phân tích; học sinh kéo số bản ghi và mức lọc để thấy số bản ghi dùng được và độ tin cậy của kết quả đổi theo. Nửa dưới là hệ đề xuất chạy từng vòng: máy luôn gợi ý chủ đề em hay xem nhất, mức quan tâm tăng lên, độ đa dạng tính bằng entropy tụt dần và bong bóng thông tin hình thành; kéo mức khám phá lên thì bong bóng vỡ ra.

Chế độ nước vẽ các phân tử H₂O phân cực với đầu oxygen tích điện âm và hai đầu hydrogen tích điện dương; các liên kết hydrogen hiện thành nét đứt và số liên kết trung bình mỗi phân tử được đếm liên tục. Hạ nhiệt độ xuống dưới 0 °C thì mạng tinh thể nước đá hình thành với khoảng cách xa hơn nên nước đá nhẹ hơn nước lỏng; nâng lên 100 °C thì liên kết hydrogen đứt hết và nước bay hơi. Thả muối ăn hoặc đường vào thì phân tử nước bao quanh làm chúng tan, thả dầu thì không tan. Chế độ đại phân tử cho xem đơn phân của carbohydrate, lipid, protein và nucleic acid nối thành mạch.

Mặt cắt màng neuron với ion Na⁺, K⁺ hai bên, kênh Na⁺, kênh K⁺ và bơm Na⁺/K⁺; bấm Kích thích (hoặc chạm vào sợi trục) để khử cực màng. Kích thích dưới ngưỡng chỉ gây thay đổi nhỏ rồi tắt; đạt ngưỡng −55 mV kênh Na⁺ mở ồ ạt, điện thế vọt lên +30 mV, rồi kênh K⁺ mở tái phân cực và quá phân cực về −70 mV. Đồ thị điện thế màng theo thời gian (ms) cuộn liên tục, giai đoạn trơ được đánh dấu.

Ba chuyên đề học tập của Sinh học 12 trong một mẫu, chọn bằng tham số chuyên đề. Sinh học phân tử: chạy phản ứng PCR theo chu kì biến tính 95 °C – bắt cặp 55 °C – kéo dài 72 °C, số bản sao DNA tăng theo 2ⁿ và hiện lên bản điện di. Kiểm soát sinh học: thả thiên địch vào ruộng để khống chế sâu hại, so sánh với cách phun thuốc trừ sâu khi sâu kháng thuốc. Sinh thái nhân văn: chọn lối sống về ăn uống, đi lại và dùng điện để tính dấu chân sinh thái theo hecta toàn cầu và số Trái Đất cần có.

Các phân tử monomer có liên kết đôi C=C (ethylene, propylene, vinyl chloride, tetrafluoroethylene, styrene) chuyển động tự do; khi trùng hợp, liên kết π mở ra và từng monomer nối vào đầu mạch đang lớn. Học sinh đếm số mắt xích n, thấy phương trình n CH₂=CHX → (–CH₂–CHX–)n, khối lượng phân tử polymer M = n·M(monomer) và tên polymer tương ứng; có thể chạm vào monomer để nối thủ công.

Ba chuyên đề học tập của Hoá học 12 trong một mẫu, chọn bằng tham số chuyên đề. Cơ chế phản ứng hữu cơ: mô phỏng từng giai đoạn của phản ứng thế SN2, SN1 và phản ứng cộng electrophile vào alkene kèm giản đồ năng lượng có năng lượng hoạt hoá và trạng thái trung gian. Trải nghiệm thực hành hoá học vô cơ: chuẩn độ dung dịch HCl bằng NaOH, buret nhỏ từng giọt, đường cong pH dựng dần và phenolphthalein đổi màu ở điểm tương đương. Phức chất: thêm phối tử vào ion kim loại để tạo phức, xem số phối trí, dạng hình học và màu dung dịch thay đổi.

Chọn nguyên tố trên bảng tuần hoàn mini, xem electron lần lượt điền vào các lớp (mô hình Bohr) và ô orbital theo nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli, quy tắc Hund. Hiện cấu hình electron đầy đủ / thu gọn, số electron lớp ngoài cùng, chu kì, nhóm, khối nguyên tố và dự đoán kim loại/phi kim.

Bản đồ Việt Nam tự vẽ với dãy Hoàng Liên Sơn, dãy Trường Sơn, dãy Bạch Mã ở 16°B, hai đồng bằng châu thổ và hai quần đảo Hoàng Sa, Trường Sa. Bấm hoặc kéo điểm khảo sát trên bản đồ, kéo thanh độ cao và chọn mùa: chương trình tính nhiệt độ trung bình năm, nhiệt độ tháng 1 và tháng 7 (lên cao 100 m giảm 0,6 °C), cho biết điểm đó thuộc phần lãnh thổ phía Bắc hay phía Nam, thuộc đai cao nào, có loại đất và thảm sinh vật nào. Lát cắt đông – tây ở vĩ độ đang chọn cho thấy đồng bằng rộng ở hai châu thổ và hẹp ngang ở miền Trung; bấm Chạy để đi dọc đất nước từ Nam ra Bắc.

Mạch gồm vi điều khiển, cảm biến ánh sáng, nút bấm, cảm biến nhiệt độ, một LED và một động cơ nhỏ. Chọn chương trình mẫu (đèn tự động theo ánh sáng, nhấp nháy theo chu kì, nút bấm bật tắt, quạt theo nhiệt độ) rồi kéo thanh trượt che sáng hoặc tăng nhiệt độ, bấm nút để xem vi điều khiển đọc đầu vào, so sánh với ngưỡng và xuất tín hiệu ra chân điều khiển. Sơ đồ khối chương trình tô sáng lệnh đang thực hiện và đồ thị dưới ghi lại trạng thái đầu ra theo thời gian.

Mặt cắt dọc xích đạo Thái Bình Dương từ Indonesia tới Peru. Kéo thanh sức gió mậu dịch: gió mạnh dồn nước ấm về phía tây, lớp nêm nhiệt nghiêng và nước lạnh giàu dinh dưỡng trồi lên ở ven bờ Peru (La Niña); gió yếu đi thì vùng nước ấm tràn sang phía đông, mây mưa dời ra giữa đại dương, nước trồi yếu và nước biển Peru ấm lên (El Niño). Số đo: nhiệt độ vùng Niño 3.4, chỉ số dao động phương Nam (SOI) từ khí áp Tahiti và Darwin, độ sâu lớp nêm nhiệt, nhiệt độ nước ven bờ Peru và sản lượng cá cơm. Bản đồ cho thấy dị thường nhiệt độ mặt biển, dòng biển Humboldt và lượng mưa so với bình thường ở Indonesia, đông Australia, ven biển Ecuador – Peru và Brazil. Màn Chu kì chạy mô hình nạp – xả nhiệt để thấy El Niño và La Niña luân phiên sau vài năm.