Kho mô phỏng mở

Chạy từng dòng một chương trình có hàm và thủ tục, xem mỗi lời gọi đẩy một khung lên ngăn xếp: đối số gán vào tham số, biến cục bộ, giá trị trả về quay lại dòng gọi. So sánh biến cục bộ với biến toàn cục, truyền tham trị với truyền tham chiếu và đệ quy, viết bằng Python hoặc mã giả. Chế độ Hàm thư viện cho gọi thử các hàm có sẵn để hiểu chữ kí hàm và trừu tượng hoá.

Chạy từng dòng một chương trình Python hoặc mã giả kiểu đề thi. Bảng biến cho thấy giá trị và kiểu (int, float, str, bool) đổi thế nào sau mỗi lệnh gán; cây biểu thức cho thấy thứ tự ưu tiên và cách tính 17 // 5, 17 % 5, int(3.7). Có nhập xuất, rẽ nhánh, vòng lặp, số ngẫu nhiên kèm biểu đồ tần số, đọc ghi tệp ảo, lỗi ép kiểu và ngoại lệ, tràn số nguyên 32 bit, cùng bảng theo dõi từng bước.

Cùng một chương trình ngắn được dịch bằng trình biên dịch (kiểm tra cả chương trình, liệt kê mọi lỗi cú pháp rồi tạo tệp chạy được) và bằng trình thông dịch (dịch và chạy từng câu lệnh, dừng ở lỗi đầu tiên). Bản hợp ngữ của chương trình đi qua trình hợp dịch hai lượt, đổi mã gợi nhớ thành mã máy nhị phân. Chèn lỗi cú pháp, lỗi khi chạy hoặc lỗi lôgic để xem lỗi được phát hiện lúc nào, rồi so thời gian chạy nhiều lần. Thẻ IDE minh hoạ tô màu cú pháp, báo lỗi, gợi ý hoàn thành mã, điểm dừng và cửa sổ theo dõi biến.

So sánh truyền tin qua tiếp xúc trực tiếp, truyền tin cận tiết, truyền tin nội tiết và cảm ứng mật độ ở vi khuẩn: kéo tế bào đích ra xa hay lại gần để thấy nồng độ phân tử tín hiệu giảm theo khoảng cách và mức đáp ứng thay đổi, bỏ thụ thể để thấy tế bào không đáp ứng. Ở màn hình con đường truyền tin, adrenaline gắn thụ thể bắt cặp G-protein hoạt hoá adenylyl cyclase, cAMP và chuỗi protein kinase; insulin gắn thụ thể tyrosine kinase; hormone steroid gắn thụ thể nội bào và hoạt động như yếu tố phiên mã; acetylcholine mở thụ thể kênh ion. Đổi liều phân tử tín hiệu, làm đột biến thụ thể hoặc chặn một bước bằng thuốc, độc tố tả, rồi đọc hệ số khuếch đại và mức đáp ứng.

Chuỗi thức ăn dưới nước từ sinh vật phù du qua cá nhỏ, cá lớn tới chim ăn cá nhận một chất ô nhiễm bền: DDT tan trong mỡ hoặc methyl thuỷ ngân gắn vào protein. Đặt nồng độ trong nước, số năm xả thải, thời gian bán huỷ trong môi trường và số bậc dinh dưỡng để thấy nồng độ tăng lên ở mỗi bậc, hệ số khuếch đại, vỏ trứng mỏng đi, quần thể chim suy giảm rồi phục hồi sau lệnh cấm. Trang Vi nhựa so sánh hạt nhựa trong ruột sinh vật với chất ô nhiễm bền.

Phòng thí nghiệm ảo: làm tiêu bản tạm thời (biểu bì hành nhuộm iodine, tế bào má nhuộm xanh methylene, lá rong, nước ao, nấm men, bần, cát), lấy nét bằng ốc sơ cấp và vi cấp với vật kính ×4, ×10, ×40, chỉnh đèn và màn chắn sáng. Hiệu chuẩn thước thị kính bằng thước trắc vi, đo tế bào, tính độ phóng đại M = I : A; so sánh kính hiển vi quang học, TEM, SEM và phân đoạn tế bào bằng li tâm.

Chọn nơi sống (hoang mạc, vùng cực, rừng mưa, hồ, biển, biển sâu, suối nước nóng, hồ muối) và một sinh vật, rồi tích các đặc điểm cấu tạo, tập tính, sinh lí và thử cho nó sống 10 ngày khi nhiệt độ, nước và độ mặn thay đổi. Đồ thị cho thấy nước cơ thể, cân bằng nhiệt, năng lượng và nguyên nhân chết; bảng nối từng đặc điểm với áp lực của môi trường. Có 19 ví dụ thật (lạc đà, chuột túi đỏ, gấu Bắc Cực, xương rồng saguaro, cỏ cát, súng, cá băng, cá vây chân, cổ khuẩn chịu nhiệt) và màn hình tỉ lệ diện tích/thể tích với mất nhiệt.

Bốn màn về sắc tố quang hợp: chiếu ánh sáng đơn sắc 400–700 nm cùng mật độ photon lên rong đuôi chó hoặc tảo lục, đo tốc độ thải O₂ và dựng phổ tác dụng; so phổ hấp thụ của diệp lục a, diệp lục b và carotenoid; làm lại thí nghiệm Engelmann với vi khuẩn hiếu khí tụ quanh sợi tảo dưới dải quang phổ; tách sắc tố lá bằng sắc kí giấy và tính Rf.

Màng thylakoid với PSII, PSI, quang phân li nước, chuỗi truyền electron bơm H⁺ vào xoang thylakoid, ATP synthase tạo ATP và NADP⁺ được khử thành NADPH; trong chất nền, chu trình Calvin cố định CO₂ nhờ Rubisco, khử APG thành AlPG và tái sinh RuBP. Tắt đèn hoặc ngắt CO₂ để xem nồng độ RuBP, APG, AlPG thay đổi theo thời gian; đổi ánh sáng, CO₂, nhiệt độ để tìm nhân tố giới hạn. Chế độ thí nghiệm ¹⁴C của Calvin: bơm H¹⁴CO₃⁻, lấy mẫu sau những khoảng thời gian khác nhau, đọc sắc kí đồ và ghi bảng phần trăm ¹⁴C trong từng chất.

Bốn quy trình làm từng bước trên bàn thí nghiệm ảo. Tách phôi bò thành 2–4 phần rồi cấy vào bò mang thai hộ; nhân bản cừu Dolly bằng chuyển nhân tế bào sinh dưỡng (nhân tế bào tuyến vú vào trứng đã bỏ nhân, kích điện, cấy vào cừu mang thai hộ) và dự đoán cừu con giống con nào; nhân giống cây bằng giâm cành và nuôi cấy mô vô trùng; chuyển gene bằng enzyme cắt giới hạn, plasmid, ligase, biến nạp và gene đánh dấu với ba ví dụ: vi khuẩn tạo insulin, cây Bt, Gạo Vàng. Có bảng kết quả từng lần làm và thẻ lợi ích, rủi ro, câu hỏi đạo đức trình bày trung lập.

Mô hình tia sáng qua mắt: dời vật lại gần hay ra xa để thấy cơ thể mi, dây chằng treo và thể thuỷ tinh điều tiết; chọn tật cận thị, viễn thị, lão thị, loạn thị rồi đeo kính có độ tụ D = 1/f để sửa. Ba màn khác cho thấy phản xạ đồng tử theo ánh sáng, mật độ và độ nhạy của tế bào que, tế bào nón, và đường đi của âm tới ốc tai với máy trợ thính, ốc tai điện tử.

Phòng thí nghiệm ảo: thả các khối thạch agar màu hồng (chứa NaOH loãng và phenolphthalein), là khối lập phương cạnh 0,5–3 cm hoặc hình hộp dẹt, hình hộp dài, vào hydrochloric acid; acid khuếch tán vào từ mọi mặt làm thạch mất màu dần từ ngoài vào trong. Đo thời gian mất màu hoàn toàn và phần trăm thể tích acid đã tới sau một thời gian cố định, tính diện tích bề mặt, thể tích, tỉ lệ S/V và khoảng cách tới tâm. Đồ thị cho thấy vì sao tế bào phải nhỏ và sinh vật lớn cần bề mặt trao đổi, hệ vận chuyển.

Kéo các thanh nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm đất (hoặc độ mặn) và pH để thấy mỗi loài có giới hạn sinh thái riêng: điểm cực thuận, khoảng thuận lợi, khoảng chống chịu và giới hạn dưới, giới hạn trên (quy luật giới hạn sinh thái của Shelford). Quần xã trên cạn hoặc biển nông thay đổi độ phủ theo thời gian, cho biết loài ưu thế và nhân tố giới hạn; dùng loài chỉ thị để đoán điều kiện của một nơi bí ẩn. Màn hình phân tầng cho thấy các đai thực vật trên núi theo nhiệt độ và các đới sinh vật ở bờ đá theo thuỷ triều.

Đi từng bước qua đường phân (tế bào chất), oxi hoá pyruvate và chu trình Krebs (chất nền ti thể), chuỗi truyền electron và tổng hợp ATP theo cơ chế hoá thẩm (màng trong ti thể), với bảng cộng dồn số nguyên tử carbon, CO₂, NADH, FADH₂, ATP và O₂ cho một glucose (khoảng 30–32 ATP). Chế độ mô hình chạy liên tục: bỏ O₂, thêm cyanide hoặc chất tách cặp DNP, bật tắt từng giai đoạn, đổi tế bào cơ hay nấm men để xem gradient H⁺, mức ATP, số ATP mỗi glucose, lượng glucose và O₂ tiêu thụ, lactate hay ethanol thay đổi ra sao; ghi kết quả vào bảng.

Phòng thí nghiệm ảo: thuỷ phân đỉnh rễ hành trong HCl, nhuộm, ép tiêu bản rồi quan sát ở vật kính ×40. Chạm vào từng tế bào để xếp vào kì trung gian, kì đầu, kì giữa, kì sau hay kì cuối, đếm qua nhiều thị trường để tính chỉ số nguyên phân, tỉ lệ từng kì và ước lượng thời gian mỗi kì. So sánh mẫu đối chứng với mẫu xử lí lectin hoặc colchicine, các vùng cách đỉnh rễ khác nhau bằng kiểm định khi bình phương; thêm phần đếm nang bào tử nấm Sordaria để tính tần số trao đổi chéo và khoảng cách gene – tâm động.

Ba màn về lá – cơ quan quang hợp: lát cắt ngang lá với lớp cutin, biểu bì, mô giậu, mô xốp, khoang khí, bó mạch và khí khổng, bấm từng mô để xem chức năng, xem đường đi của khí, ánh sáng và nước, tự kiểm tra tên mô; thực hành đếm khí khổng trên bản in sơn móng tay dưới kính hiển vi, tính mật độ = số khí khổng ÷ diện tích thị trường (πr²); so sánh mật độ khí khổng mặt trên và mặt dưới lá của năm loài.

Mười bảy hình vẽ sơ đồ: tinh trùng, trứng, neuron vận động, sợi cơ vân, hồng cầu, tế bào biểu mô có lông mao, tế bào lông hút, mạch gỗ, ống rây và tế bào kèm, tế bào hạt đậu, tế bào mô giậu, trùng biến hình, trùng giày, trùng roi xanh, nấm men, vi khuẩn và sợi nấm. Chạm vào từng cấu trúc để thấy đặc điểm thích nghi gắn với chức năng; kéo thanh biệt hoá để thấy tế bào gốc chuyên hoá dần. Thanh tỉ lệ, độ phóng đại và thước đo để tính kích thước thật = kích thước ảnh : độ phóng đại. Thêm trò nhận biết tám ảnh hiển vi điện tử (nhân sơ, thực vật, động vật, nấm, tế bào không điển hình) và thí nghiệm trùng roi xanh bơi về phía ánh sáng.

So sánh Vương quốc Anh, Ô-xtrây-li-a, Hoa Kỳ, Ấn Độ và toàn thế giới từ năm 1900 đến nay qua số liệu gần đúng có ghi nguồn: tuổi thọ trung bình, tử vong trẻ sơ sinh, nguyên nhân tử vong, GDP bình quân đầu người, năng suất ngũ cốc, giờ làm việc và tỉ lệ hộ có ô tô, ti vi, tủ lạnh, Internet. Mốc chiến tranh, Đại suy thoái, kháng sinh, vắc xin, NHS và Cách mạng xanh hiện trên trục thời gian; bảng so sánh hai năm giúp nhận ra thay đổi, điều không đổi và nguyên nhân.

Bản đồ thế giới về tỉ lệ dân số sống ở đô thị và các siêu đô thị (từ 10 triệu dân) năm 1950, 1970, 1990, 2018, 2030 và 2050, theo Triển vọng Đô thị hoá Thế giới 2018 của Liên Hợp Quốc. So sánh nhóm nước thu nhập cao, trung bình, thấp và các khu vực; so sánh tốc độ tăng dân số thành thị với tổng dân số; thử lực đẩy, lực hút bằng một đô thị mô hình; xem đô thị hoá, ngoại ô hoá, phản đô thị hoá và tái đô thị hoá trong một vùng đô thị.

Phòng thí nghiệm ảo theo từng bước: tiêm chuột, tách tế bào B, dung hợp với tế bào u tuỷ bằng PEG, chọn lọc tế bào lai trong môi trường HAT, sàng lọc trên đĩa 96 giếng rồi nhân dòng tế bào tiết đúng kháng thể. Ứng dụng: que thử thai hCG và kháng thể gắn thuốc nhắm đích tế bào ung thư. Tự làm ELISA gián tiếp hoặc kẹp với các bước rửa, đối chứng và đọc độ hấp thụ; HIV nhân lên trong tế bào T hỗ trợ và thời kì cửa sổ của xét nghiệm kháng thể.

Lát cắt qua vùng đài nguyên cho thấy tầng hoạt động, tầng băng giá vĩnh cửu, nêm băng và talik vào cuối mùa hạ. Làm khí hậu ấm lên, đổi độ dày tuyết và loại đất, đặt nhà (trên mặt đất, trên cọc hoặc trên nền sỏi có ống nhiệt), đường ống (chôn ngầm hoặc đặt cao), đường, mỏ lộ thiên hay vết bánh xe lên ba khu đất rồi cho thời gian trôi để thấy đất tan, lún, hồ nhiệt karst và hư hại công trình. Màn hình đài nguyên cho thấy thích nghi của thực vật, động vật và chuỗi thức ăn theo mùa; bản đồ thế giới cho thấy các môi trường khắc nghiệt lạnh, núi cao và khô hạn.

Ba màn: đặt các chất điểm trên một thanh hoặc trên mặt phẳng, chọn vật nào ở trong ranh giới hệ và xem khối tâm x_cm = Σm·x/Σm dịch chuyển; thí nghiệm thực hành treo bản mỏng ở hai, ba lỗ, kẻ theo dây dọi để tìm trọng tâm là giao điểm các đường, có bảng số liệu và sai số; nghiêng một vật có bề rộng chân đế và độ cao trọng tâm thay đổi được để tìm góc đổ, khi đường tác dụng của trọng lực ra ngoài mép chân đế.

Phòng thí nghiệm ảo về chuyển động quay của vật rắn. Vật treo kéo dây quấn quanh trục làm quay thanh có hai quả nặng dịch được, đĩa đặc hoặc vành tròn; cổng quang đo thời gian rơi để tính gia tốc góc α, momen lực τ và momen quán tính I = τ/α, có bảng số liệu, đồ thị α theo τ và thanh năng lượng. Màn Bảo toàn momen động lượng cho đưa quả nặng vào gần trục hay thả vành lên đĩa đang quay; màn Lăn cho vành, cầu rỗng, trụ đặc, cầu đặc lăn đua trên mặt phẳng nghiêng.