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Virtuelle Klassenzimmer sind gekommen, um zu bleiben. Wie führt man eine praktische DOE-Übung durch? (2021-US-30MP-842)

Ledi Trutna, JMP Education, SAS
Diana Ballard, Statistikerin, Brewer Science

Die Herausforderung beim Fernunterricht von DOE-Kursen liegt in der Live-Übung. Die Studierenden fügen die Teile des DOE zusammen, indem sie gemeinsam ein Experiment entwerfen, Daten sammeln, analysieren, Modelle erstellen und Bestätigungsläufe durchführen. Doch wie bewältigen wir als Dozenten diese Übungen, wenn wir räumlich so weit von unseren Studierenden entfernt sind? Nach der Präsentation eines praktischen DOE, das mit Studierenden in einer Fernumgebung durchgeführt wurde, geben wir Vorschläge, wie Sie ähnliche Experimente für Gruppen jeder Größe durchführen können.

Automatisch generiertes Transkript ...

Lautsprecher	Transkript
Olivia Lippincott	Also startete er die Aufzeichnung, um zu bestätigen, dass virtuelle Klassenzimmer auch in Zukunft Bestand haben werden. Wie führt man eine praktische Übung durch?
	Das richtige Gespräch. Okay, und dass Sie verstehen, dass dies zur Verwendung in der Job Discovery Summit-Konferenz aufgezeichnet wird und in der JMP-Benutzercommunity öffentlich verfügbar sein wird, erteilen Sie die Erlaubnis für diese Aufzeichnung und Verwendung.
	Ja.
Olivia Lippincott	ich werde jetzt die Kamera ausschalten und den Ton ausschalten, und sobald das geschehen ist, könnt ihr loslegen.
Lady Trutna	Hallo, ich bin Lady Trutna.
Diana Ballard	Und ich bin Diana Ballard von Brewer Science.
Lady Trutna	Ich bin bei SAS Education.
Diana Ballard	Wir leben beide in Austin, Texas, und kennen uns seit vielen Jahren.
Lady Trutna	Wie lange verwenden Sie JMP schon im DOE-Unterricht, Diana?
Diana Ballard	Ich habe etwa 1996 mit der Verwendung von JMP begonnen und 1994 DOE unterrichtet. Wie sieht es bei Ihnen aus?
Lady Trutna	Ich habe 1987 mit der Lehre im Bereich DOE begonnen und 1996 mit der Verwendung von JMP begonnen.
Diana Ballard	Das bedeutet, dass wir insgesamt 50 Jahre Erfahrung im DOE-Unterricht haben.
	Sind wir so alt?
Lady Trutna	Ja, wir sind tatsächlich so alt. Deshalb möchten wir heute über unsere Erfahrungen mit der Durchführung von Experimenten im Klassenzimmer und dem Unterrichten von DOE sprechen und darüber, wie diese Experimente in einen virtuellen Unterrichtsraum übertragen werden können.
Diana Ballard	Nicht in jeder DOE-Klasse werden tatsächlich Daten erfasst. Wann haben Sie also begonnen, diese Art von Experiment im Klassenzimmer durchzuführen?
Lady Trutna	Als ich bei Texas Instruments war, begann ich, konstruierte Experimente zu unterrichten, genauer gesagt Toguchi-Versuchsplanung, und ich habe eine Katapultanlage, um zweifelnden Ingenieuren zu demonstrieren, wie ein konstruiertes Experiment funktionieren kann.
	Und ich habe diese Übung mithilfe der Katapult-Übung entwickelt, bei der ein Team im Klassenzimmer Faktoren brainstormt, den Messvorgang ermittelt, Daten sammelt, analysiert und Bestätigungsläufe durchführt.
	Und wir warfen einen kleinen Plastikgolfball und maßen, wo er landete. Es hat riesigen Spaß gemacht und vielen der teilnehmenden Ingenieure das DOE-Konzept nähergebracht. Ich habe es jahrelang im DOE-Konzept und sogar in einigen SPC-Kursen eingesetzt.
Diana Ballard	Ich erkannte den Nutzen, als wir begannen, gemeinsam zu unterrichten. Wir waren beide als Berater tätig und hatten Aufträge bei Simitech, allerdings zu unterschiedlichen Zeiten. Anfang der 2000er Jahre begannen wir dann, für dasselbe Unternehmen als Berater zu arbeiten und gemeinsam Kurse zu geben.
Lady Trutna	Und dieses Unternehmen glaubte wirklich an praktische Übungen, also verwendeten wir Papierhubschrauber und Lego-Spielzeugautos sowie Flugzeuge und Nerf-Guns.
Diana Ballard	Ich erinnere mich noch, wie ich beim Einkaufen bei Walmart oder Target versucht habe, alle kleinsten Lego-Autos zu kaufen, die ich finden konnte. Sie hielten nicht lange und manchmal gingen Teile verloren. Und diese Katapulte? Nicht so toll für unterwegs, aber die winzigen Lego-Autos waren gut und schwer zu finden.
Lady Trutna	Was alle diese Experimente gemeinsam hatten, war eine messbare Reaktion, wie Entfernung oder Zeit, und die Datenerfassung oder Durchführung eines Experiments
	war schnell. Wir wollten nicht drei Stunden mit der Datenerfassung verbringen. Ich wollte, dass die Datenerfassung in 30 Minuten abgeschlossen werden kann, also etwas, mit dem man schnell eine Messung durchführen kann.
Diana Ballard	Das bringt uns zum virtuellen Klassenzimmer. Wir unterrichten über Zoom oder Teams, und unsere Schüler sind über das ganze Land verstreut. Wie können wir mit ihnen in einer Klassenzimmerumgebung experimentieren, während wir physisch so weit voneinander entfernt sind?
Lady Trutna	Diana und ich hatten letzten Sommer ein Brainstorming, um darüber zu sprechen, wie man ein Experiment in dieser virtuellen Welt durchführen könnte. Und vielleicht war bei diesem Brainstorming auch Alkohol im Spiel, aber
	Wir konnten zumindest zu diesem Zeitpunkt davon ausgehen, dass fast alle von zu Hause aus arbeiteten. Was gab es also zu Hause, womit wir experimentieren konnten, und was wären die Ziele dieses Experiments?
	Wir wollten, dass es komplex genug ist, damit niemand die Antwort kennt, aber einfach genug, damit die Datenerfassung nicht
	Für immer. Also beschlossen wir, Wasser abzukochen. Wir gingen davon aus, dass jeder Zugang zu einem Herd, Töpfen und einer Stoppuhr hatte, und wir wollten messen, wie lange das Wasser zum Kochen brauchte.
Diana Ballard	Wer behauptete, ein beobachteter Topf koche nie, lag falsch. Wir haben viele Faktoren durchgespielt,
	Dies führte zu vielen Fragen zur Durchführung des Experiments. Also habe ich eines in JMP entworfen und ausgeführt.
	Und ich habe viel über Auswahlmöglichkeiten gelernt. Wie heiß muss der Herd sein? In welcher Reihenfolge muss ich vorgehen?
	Wann starte ich den Timer? Was bedeutet kochen? Was passiert, wenn es nie kocht? Ich hatte einmal den Eindruck, meinen Topf zu ruinieren, weil ich ihn fast leerkochte, aber er kochte nie so, wie wir es von kochendem Wasser erwarten.
Lady Trutna	Nachdem Diana ihr Experiment durchgeführt hatte, musste ich auch eines machen und dann konnten wir uns auf einige Dinge bezüglich des Ablaufs des Experiments einigen.
Diana Ballard	Zum Beispiel muss man mit einem kalten Herd und normalem Wasser beginnen, nicht mit vorgewärmtem. Und um die benötigte Zeit zu minimieren, wollen wir keine großen Mengen Wasser kochen. Wir begannen mit einer Menge von ein bis vier Tassen.
	aber bei einigen Durchläufen dauerte es über 15 Minuten bis zum Kochen und bei einigen kam es nie zum Kochen.
	Wir haben also gelernt, dass die Wahl eines
	breite Pfanne
	funktioniert nicht gut und wir haben beschlossen, diese breite Pfanne wegzulassen.
Lady Trutna	Um den Experimentumfang gering zu halten, haben wir einige Faktoren eliminiert. Beispielsweise haben wir nichts mit aufgesetztem oder abgenommenem Deckel oder ein- oder ausgeschaltetem Lüfter getestet. Damit haben wir nicht experimentiert.
Diana Ballard	Und wir haben herausgefunden, dass wir unterschiedliche Definitionen von „Salz hinzufügen“ haben. Ich dachte an Teelöffel;
	Sie dachten an Striche.
	Aber wir waren beide neugierig, ob die Zugabe von Salz die Wasserschüssel schneller machen würde.
Lady Trutna	Die eigentliche Herausforderung bestand darin, sich auf eine Definition von Kochen zu einigen. Auf meinem Induktionsherd erhitzt sich das Wasser sehr schnell und beginnt zu kochen. Deshalb beschlossen wir, drei Messungen vorzunehmen.
	Zuerst bilden sich kleine Bläschen am Herdboden. Hier sehen Sie winzige Bläschen. Sie können sie auf der linken Seite der Pfanne sehen, die Bläschen steigen vom Herdboden auf.
	Und dann messen wir auch, wann man das Wasser kochen hört. Und schließlich messen wir die großen Blasen. Das sind also die großen Blasen. Also,
	Klicken Sie beim Beginn der großen Blasen auf die Stoppuhr, oder wie lange muss es dauern, bis Sie sagen, dass es kocht?
Diana Ballard	Das war das Problem, das ich mit der flachen Pfanne hatte. Wenn ich nur ein bisschen Wasser hineingab, bildeten sich nie so große Blasen.
	Ich habe das ganze Wasser abgekocht, aber ich
	Ich habe den Timer nie gestoppt, weil sich nie große, sichtbare Blasen gebildet haben. Deshalb haben wir entschieden, dass der Pfannentypfaktor nur zwei Ebenen umfassen sollte, eine große und eine kleine, die flache nicht mitgerechnet.
Lady Trutna	Und wir hatten Pfannen ähnlicher Größen und Arten, das waren also die ... das waren meine großen und kleinen Pfannen, und das waren Dianas große und kleine Pfannen.
Diana Ballard	Wir vermuteten, dass es eine Wechselwirkung zwischen der Größe der Pfanne und der Größe des Brenners geben könnte, da wir aus Kocherfahrungen wissen, dass die große Pfanne auf dem kleinen Brenner möglicherweise nicht so schnell heiß wird wie die große Pfanne auf dem großen Brenner.
	Nachdem wir also beide Experimente durchgeführt hatten, beide unsere Experimente durchgeführt hatten und unsere Ergebnisse miteinander geteilt hatten, wollten wir es an einigen willigen Teilnehmern (Opfern) ausprobieren.
	Wir haben hier in Austin, Texas, eine Gruppe von Statistikern, die früher mit Simitech verbunden waren, und die Gruppe hat sich zu einer Gruppe von Statistik-Nerds entwickelt, die zwei- oder dreimal im Jahr zusammen zu Mittag essen (zumindest war das vor Covid so).
Lady Trutna	Und dieses Experiment befindet sich hier in diesem Übersichtsfeld namens „Mittagessenexperiment“. Wir haben jedoch ein virtuelles Mittagessen geplant und alle gebeten, uns beim Sammeln einiger Daten zu helfen.
	Wir hatten sieben Teilnehmer, die sich bereit erklärten, Daten zu sammeln und ein Experiment zu entwerfen, und ihnen wurden jeweils zwei Durchläufe zugewiesen.
	Vorausgesetzt, sie haben einen Brenner auf dem Herd und mehr als eine Pfanne, die sie benutzen können. Und wir wussten, dass wir eine Vielzahl von Herdarten haben würden, sowohl Gas- als auch Elektroherde, und vielleicht nicht die gleiche Anzahl davon,
	Also haben wir eine Methode entwickelt, Experimente durchzuführen, damit jeder sie auf die gleiche Weise durchführen kann. Und wir sagten: „So... so möchten wir, dass Sie das Experiment durchführen.“
Diana Ballard	Ich glaube, wir haben es als festen Block mit zwei Läufen pro Block konzipiert, sodass jede Person bei zwei Läufen Daten sammeln würde,
	Das lässt sich in etwa 15 Minuten erreichen, was auch unser Zeitziel ist, vorausgesetzt, Sie stellen die Temperatur auf das Maximum ein. Anschließend können wir die Daten in einer Tabelle zusammenfassen und sie mit allen teilen.
Lady Trutna	Wir zeigen Ihnen, wie Sie dies in JMP gestalten. Unten im Journal habe ich die Antworttabelle und die Faktorentabelle. Ich gehe also zu DOE und gestalte es individuell.
	und lade diese Faktoren und Antworten. Die Faktorentabelle war die letzte, die ich bearbeitet habe. Ich kann also meine Faktoren laden und dann meine Antwortentabelle suchen und meine Antworten laden. Nun, Diana, so würdest du das nicht machen.
Diana Ballard	Das würde ich nicht tun. Ich möchte, dass meine Schüler in einem echten Klassenzimmer die Erfahrung machen, es selbst zu gestalten.
Lady Trutna	Wir tun dies jetzt aus Zeitgründen. Wir laden die Antworten und Faktoren, sind aber noch nicht fertig. Hier sind meine drei Antworten, die ich minimieren möchte.
	Ich habe vier meiner Faktoren, aber keinen Blockfaktor, also haben wir zwei Läufe pro Person. Deshalb haben wir einen festen Block mit zwei Läufen pro Person erstellt. Ich nenne diesen Block „Personenherd“.
	Und dann müssen wir überlegen, welche Terme in das Modell einfließen. Für das Modell, das nur die Haupteffekte berücksichtigt, benötige ich 14 Läufe. Was aber, wenn ich einige dieser Interaktionen benötige?
	Dieses 14-Run-Design würde für sieben Personen perfekt funktionieren, aber was ist, wenn ich mir einige dieser Interaktionen ansehen möchte?
	Ich kann auf die RSM-Schaltfläche klicken und die Terme höherer Ordnung hinzufügen, wie bei allen Zwei-Faktor-Interaktionen und den quadratischen Effekten für meine beiden kontinuierlichen Faktoren.
	Aber jetzt habe ich 30 Läufe und kann mir keine weiteren leisten. Was kann ich also tun? Ich nehme alle meine Terme höherer Ordnung und bitte JMP,
	Wenn möglich, geben Sie mir die Möglichkeit, diese zu schätzen, und dann habe ich die 14 Läufe
	in meinem Design.
Diana Ballard	In den meisten meiner Kurse sind sieben Leute ein Traum. So viele würden wir niemals zusammenbekommen.
	Was ist, wenn nur drei oder zwei Personen teilnehmen? Ich meine, ich mag die Idee, wenn möglich, die Interaktionen zu verbessern, aber selbst wenn ich von der Mindestanzahl von 10 Durchläufen ausgehe, gehe ich immer noch davon aus, dass ich, was, fünf Personen habe?
	Ich kann mir vorstellen, dass meine Schüler optimistisch sind, drei oder sogar vier Pfannen Wasser zu schaffen. Ich habe vier Partner, ich schaffe das. Das könnte etwas länger dauern, sodass sich die Unterrichtszeit vielleicht verdoppeln würde, vielleicht eine Dreiviertelstunde statt nur 15 Minuten.
	Ich musste bei meiner Datensammlung auf die harte Tour lernen, dass der Versuch, vier Töpfe auf vier Brennern zum Kochen zu bringen, eine furchtbare Idee ist. Ich konnte den Überblick nicht behalten.
	Wenn wir unter Zeitdruck stehen, dann möchte ich es wirklich auf
	15 Minuten oder weniger als 30 Minuten für die Datenerfassung, ich würde in Erwägung ziehen, einen oder mehrere unserer Faktoren aus meinen wirklich kleinen Klassen zu streichen.
Lady Trutna	Und es war trotzdem ein großartiges Experiment, und man kann die Anzahl der Durchläufe reduzieren, denn schließlich geht es ja nur um das Sammeln der Daten. Ich klicke jetzt auf „Design erstellen“, aber haben Sie schon einmal erlebt, dass Leute bei einem laufenden Experiment Fehler machen?
Diana Ballard	Ja. Ich habe sie beauftragt, eine riesige DOE zu sammeln, und dann haben sie völlig aufgegeben, weil sie erst zur Hälfte fertig waren, weil die Menge zu groß war und sie zu lange brauchten.
	Ich habe sie versuchen lassen, einen Faktor hinzuzufügen, als sie bereits mit der Datenerfassung begonnen hatten. Ich habe sie versuchen lassen, eine Antwort hinzuzufügen, als sie bereits mit der Datenerfassung begonnen hatten.
	Ich habe sie entscheiden lassen: „Oh, diese zufällige DOE-Tabelle ergibt keinen Sinn. Es wäre ... es wäre besser, wenn ich Lauf 1, dann Lauf 5 und dann Lauf 7 machen würde, damit wir diesen schwer veränderbaren Faktor nicht ändern müssen.“
	Natürlich können Sie damit keine analysierbaren Ergebnisse erzeugen. Sie führen es als Split-Plot aus, obwohl Sie es nicht als solchen konzipiert haben. Das passiert sehr häufig.
	Es ist eine großartige Lernerfahrung, die im Klassenzimmer stattfindet, anstatt in der Fertigung mit echten Daten und einem echten DOE, das Tausende oder Hunderttausende von Dollar kosten könnte. Wie sieht es bei Ihnen aus?
Lady Trutna	Ich habe dasselbe gesehen, was Sie gerade erwähnt haben. Ich habe noch ein anderes Beispiel gesehen. Dabei handelte es sich um ein Team, das ein sehr kleines Experiment entwarf und dachte, sie würden früher fertig sein und früher nach Hause gehen können.
	Die Ergebnisse entsprachen jedoch nicht den Zielen des Experiments, sodass sie ein Folgeexperiment durchführen und ihre Faktorbereiche erweitern mussten, um ihre Ziele zu erreichen. Sie waren nicht besonders glücklich darüber, zwei Experimente statt einem durchführen zu müssen.
Diana Ballard	Planen, planen, planen. Viele Studentengruppen überraschen mich mit der Entscheidung, dass das, was ich als kontinuierlichen Faktor betrachte, wie hier Wasser oder Salz,
	Sie entscheiden: „Nein, nein, das sind kategorische Faktoren“, und dann schließen sie weder Zentralpunkte noch Replikation ein.
	Und das ist auch ein wunderbarer Fehler, den man eher im Klassenzimmer als in der realen Welt machen kann, weil die Analyse den Wert kontinuierlicher Faktoren und Mittelpunkte sowie der Replikation, wo immer möglich, deutlich macht.
	Was ist, wenn ich eine sehr kleine Klasse habe, beispielsweise zwei Personen, und ich nicht genug Zeit habe, um das ganze Experiment in der vorgesehenen Unterrichtszeit durchzuführen, und wir trotzdem diese Faktoren berücksichtigen wollen,
	keine Drop-Faktoren?
Lady Trutna	Ich habe diese Woche Unterricht mit zwei Schülern und
	Das ist ein tolles Experiment, das man als Hausaufgabe aufgeben kann. Wir unterrichten diese Kurse eher halbtags oder, wenn es ein mehrtägiger Kurs ist,
	Der Unterricht endet am ersten Tag und jeder Teilnehmer geht mit zwei oder vier Läufen nach Hause, die er absolvieren soll.
	Und sie kommen am nächsten Tag mit ihren Messungen zurück und Sie können die Analyse durchführen.
	Und das funktioniert, wenn Sie einige Mitarbeiter im Büro und einige zu Hause haben. Geben Sie die Läufe einfach als Hausaufgabe auf. Es dauert nicht lange und es geht darum, die benötigte Zeit für die Läufe zu minimieren.
	Wenn sie wirklich ehrgeizig sind, können sie das gesamte Experiment natürlich auch selbst durchführen.
Diana Ballard	Natürlich haben wir die Experimente selbst durchgeführt und herausgefunden, wie lange Pfanne und Brenner zum Abkühlen brauchen, um den nächsten Durchgang zu starten. Ich habe festgestellt, dass die Abkühlzeit bis zu 30 Minuten beträgt. Daher ist es sinnvoller, die Durchläufe, wenn möglich, auf mehrere Personen zu verteilen.
	Gut, sprechen wir über die wichtigsten Lektionen, die wir den Schülern mitgeben möchten. Erstens: Es ist okay, Fehler zu machen. Dadurch lernt man, was man nicht tun sollte.
Lady Trutna	Und Sie müssen über den Messvorgang nachdenken und ihn so weit wie möglich verbessern, bevor Sie mit der Datenerfassung beginnen.
Diana Ballard	Denken Sie über die Logistik der Datenerhebung nach: Wo können und werden Fehler auftreten? Versuchen Sie, alles vorherzusehen, was uns einfällt. Führen Sie eine Datenerhebung durch, die unsere Schlussfolgerungen hoffentlich vor allem schützt, was wir nicht vorhersehen können.
Lady Trutna	Die für die erfolgreiche Durchführung eines Experiments erforderlichen Schritte sind: Sie müssen darüber nachdenken, wo das Problem liegt.
	Sie müssen ein Brainstorming zu Ihren Faktoren und Antworten durchführen und Ihre Faktorstufen auswählen.
	Entwerfen Sie das Experiment. Führen Sie es durch. Analysieren Sie die Ergebnisse und prognostizieren Sie die Reaktion. All dies sind Aufgaben, die in dieser Unterrichtsübung erledigt werden können. Wenn Sie unser Experiment, das wir mit unserer Mittagsgruppe durchgeführt haben, analysieren möchten, finden Sie die Tabelle hier in diesem Journal hinter
	Das Umrissfeld mit der Aufschrift „Mittagessenexperiment“. Sie können unsere Ergebnisse sehen, bei denen die meisten Messwerte 10 Minuten oder weniger betrugen und sieben Personen teilnahmen.
	Vielen Dank fürs Zuhören. Wir hoffen, dass Sie so etwas mit Ihren eigenen Gruppen ausprobieren. Wenn ja, teilen Sie uns bitte im Kommentarbereich dieses Videos mit, wie es gelaufen ist.
	Und falls Sie weitere Ideen für Experimente im virtuellen Klassenzimmer haben, freuen wir uns über Ihre Rückmeldung. Vielen Dank.
Olivia Lippincott	Danke. Ich werde die Aufnahme jetzt beenden. Das war gut.

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