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虚拟教室将持续存在。如何开展能源部（DOE）的实践练习？(2021-US-30MP-842)

Ledi Trutna，JMP 教育，SAS
黛安娜·巴拉德（Diana Ballard），布鲁尔科学公司统计学家

远程实验设计 (DOE) 课程的挑战在于现场练习。学生们通过实际合作设计实验、收集数据、分析数据、生成模型并进行验证运行，将实验设计的各个部分整合在一起。但是，作为教师，当我们与学生相距甚远时，该如何管理这些练习呢？在演示了在远程环境中与学生一起进行的实验设计后，我们提供了一些建议，教您如何为任何规模的小组管理和运行类似的实验。

自动生成的成绩单...

扬声器	抄本
奥利维亚·利平科特	于是他开始录音，以验证虚拟教室是否会继续存在，我们如何进行实践练习。
	正确的谈话好的，并且您明白这段话将被录制下来用于工作发现峰会会议，并将在 JMP 用户社区中公开提供，您是否允许此录制和使用。
	是的。
奥利维亚·利平科特	我要关闭镜头并静音，然后你们就可以开始了。
特鲁特纳夫人	你好，我是特鲁特纳夫人。
黛安娜·巴拉德	我是来自 Brewer Science 的戴安娜·巴拉德。
特鲁特纳夫人	我在 SAS Education 工作。
黛安娜·巴拉德	我们都住在德克萨斯州奥斯汀，彼此认识多年了。
特鲁特纳夫人	戴安娜，您在 DOE 教学中使用 JMP 多久了？
黛安娜·巴拉德	我大约在 1996 年开始使用 JMP，并于 1994 年开始教授 DOE。你呢？
特鲁特纳夫人	我从 1987 年开始教授 DOE，并于 1996 年开始使用 JMP。
黛安娜·巴拉德	这样，我们就有 50 年的 DOE 教学经验了。
	我们有那么老吗？
特鲁特纳夫人	是的，我们确实老了。所以今天我们想聊聊我们在课堂上进行实验和教授DOE的经验，以及如何将这些实验迁移到虚拟课堂。
黛安娜·巴拉德	实际上，并非每个 DOE 课程都进行数据收集，那么您是什么时候开始在课堂上进行这种实验的？
特鲁特纳夫人	当我在德州仪器公司工作时，我开始教授设计……实际上是 Toguchi 实验设计，我有一个弹射器，可以向怀疑的工程师演示设计实验如何进行。
	我使用弹射器开发了这个练习，团队将在课堂环境中集思广益，找出测量过程，收集数据，分析数据并进行确认运行。
	我们扔了一个小塑料高尔夫球，测量它落地的位置。这非常有趣，也让许多参与的工程师感受到了能源部（DOE）的活力。我在能源部，甚至在一些统计过程控制（SPC）课程中都用过这个方法很多年。
黛安娜·巴拉德	当我们开始一起教学时，我意识到这样做的好处。当时我们都从事咨询工作，都在Simitech工作，但时间不同。后来到了21世纪初，我们开始在同一家公司担任咨询顾问，并一起授课。
特鲁特纳夫人	该公司确实相信实践练习，所以我们使用纸直升机和乐高玩具车，还有飞机和软弹枪。
黛安娜·巴拉德	我记得我去沃尔玛或塔吉特购物时，总是想把能找到的所有最小的乐高汽车都买下来，因为它们用不了多久，而且有时还会丢零件。还有那些弹射器？虽然不太适合旅行，但那些微型乐高汽车倒是不错，而且很难找到。
特鲁特纳夫人	因此，所有这些实验的共同点是可测量的响应，例如距离或时间，以及数据收集或实验运行
	很快。我们不想花三个小时收集数据。我希望数据收集能在30分钟内完成，这样就能快速进行测量。
黛安娜·巴拉德	这就引出了虚拟教室。我们通过 Zoom 或 Teams 授课，学生分散在全国各地。在如此遥远的距离下，我们如何在课堂环境中与他们一起进行实验呢？
特鲁特纳夫人	去年夏天，我和戴安娜开了一次头脑风暴会议，讨论如何在虚拟世界里做实验。这次头脑风暴会议可能喝了酒，但
	我们可以假设，至少在当时，大多数人都在家办公。那么，他们家里有什么可以让我们进行实验的？这个实验的目标是什么？
	所以我们希望它足够复杂，以至于没有人知道答案，但又足够简单，以至于数据收集不需要
	永远。所以我们决定把水烧开。我们假设每个人都有炉子、平底锅和秒表，然后我们测量水烧开需要多长时间。
黛安娜·巴拉德	谁说心急吃不了热豆腐，谁就错了。我们集思广益，思考了很多因素，
	这引发了很多关于如何进行实验的问题。所以我用JMP设计了一个实验并运行了它。
	我确实学到了很多关于选择的知识。炉子应该开到多热？操作顺序是怎样的？
	我什么时候开始计时？沸腾是什么意思？如果水永远不沸腾会怎么样？有一次我差点儿把锅烧坏了，因为我差点儿把水烧干，但锅里的水根本没烧到我们定义的沸腾程度。
特鲁特纳夫人	因此，在戴安娜做完实验后，我也必须做一个，然后我们才能就实验运行过程的一些事情达成一致。
黛安娜·巴拉德	例如，你必须先用冷炉和普通水，而不是预热的水。为了尽量减少所需时间，我们不想烧大量的水。我们一开始的量程是一到四杯，
	但有些运行需要 15 分钟以上的时间才能煮沸，而有些运行则从未煮沸。
	因此，我们了解到，选择一个
	宽锅
	效果不太好，我们决定淘汰那个宽锅。
特鲁特纳夫人	为了缩小实验规模，我们排除了一些因素。例如，我们没有测试任何打开或关闭盖子、打开或关闭风扇的情况。我们没有进行过这些实验。
黛安娜·巴拉德	我们发现我们对“加盐”的定义不同。我当时想到的是茶匙；
	你在想破折号。
	但我们都很好奇，加盐是否会使水流得更快。
特鲁特纳夫人	所以真正的挑战在于对沸腾的定义达成一致。在我的电磁炉上，水加热很快，然后开始沸腾。所以我们决定采用三种测量方法。
	首先是炉底冒小气泡的时候。你会看到一些非常小的气泡。你可以在锅的左侧看到，气泡从炉底冒出来。
	然后我们还要测量什么时候能听到水沸腾的声音。最后，我们要测量大气泡。现在，这就是大气泡。所以，你
	在出现大气泡时单击秒表，或者要持续多长时间才能说沸腾了？
黛安娜·巴拉德	这是我在使用平底锅时遇到的问题，当我只在平底锅中放入少量水时，它永远不会达到那么大的气泡阶段。
	我把所有的水都煮干了，但我
	计时器一直停不下来，因为它从来没能产生大而可见的气泡。所以我们决定，锅的类型应该只有两个档次，大号和小号，不包括平底的。
特鲁特纳夫人	我们的平底锅尺寸和类型都差不多，所以这些是……这些是我的大平底锅和小平底锅，这些是戴安娜的大平底锅和小平底锅。
黛安娜·巴拉德	我们猜测锅的大小和炉头的大小之间可能存在相互作用，因为我们从烹饪经验中知道，小炉头上的大锅加热的速度可能不如大炉头上的大锅加热的速度快。
	因此，在我们进行了两个实验、双方都进行了实验并相互分享了结果之后，我们想在一些愿意参与的参与者（受害者）身上尝试一下。
	我们在德克萨斯州奥斯汀有一群统计学家，他们曾经隶属于 Simitech，现在这个团体已经发展成为一个统计爱好者团体，他们每年一起吃两三次午餐（至少在疫情之前我们是这样做的）。
特鲁特纳夫人	这个实验就在这个大纲框中，称为午餐实验，但我们所做的是安排一次虚拟午餐，我们要求每个人都帮助我们收集一些数据。
	我们有七名参与者同意收集数据并设计实验，并为他们每人分配两次运行，
	假设他们炉子上只有一个炉头，而且可以使用不止一个锅。我们知道我们会有各种类型的炉子，既有燃气的，也有电的，而且数量可能不一样。
	所以我们创建了一种实验方法，让每个人都能用同样的方式进行实验。我们说，这就是……这就是我们希望你进行实验的方式。
黛安娜·巴拉德	我认为我们将其设计为一个固定的区块，每个区块运行两次，这样每个人都可以在两次运行中收集数据，
	大约15分钟就能轻松完成，这是我们的时间目标，假设你将温度调到最高。然后，我们可以将数据收集到表格中，并与大家分享。
特鲁特纳夫人	那么，我们来演示一下如何在 JMP 中进行设计。在日志底部，我找到了响应表和因子表，所以我将转到 DOE 和自定义设计
	并加载这些因素和响应。因素表是我最后接触的，所以我可以加载我的因素，然后我会找到我的响应表，并加载我的响应。戴安娜，你不会这样做的。
黛安娜·巴拉德	不会。在真实的课堂上，我真心希望我的学生能有自己设计的经验。
特鲁特纳夫人	我们现在这样做是为了节省时间，我们正在加载响应和因子，但还没有完成。以下是我想要最小化的三个响应。
	我已经设置了四个因子，但没有设置区块因子，所以我们每人要运行两次。所以，我们创建了一个固定区块，每人运行两次。我把这个区块命名为“人炉”。
	然后我们必须考虑哪些项应该纳入模型。对于仅主效应模型，我需要运行 14 次，但如果我想要其中一些交互作用呢？
	这个 14 次运行的设计对于 7 个人来说非常完美，但如果我想看看其中的一些互动怎么办？
	我可以单击 RSM 按钮并添加高阶项，就像所有双因子交互作用和两个连续因子的二次效应一样。
	但现在我已经运行了30次，我负担不起30次。所以我该怎么办呢？我要取出所有高阶项，然后让JMP……
	如果可能的话，请让我估算一下，然后我就得到了 14 次运行
	在我的设计中。
黛安娜·巴拉德	我的大多数课程，七个人简直是梦想。我们根本不可能招到那么多人。
	那么，如果我只有三个或两个人参加呢？我的意思是，如果可能的话，我喜欢互动的想法，但即使我从最低运行次数10次开始，那仍然假设我有5个人？
	我看到学生们对自己能煮三锅甚至四锅水的能力很乐观。我有四个搭档，我能做到。那可能需要更长的时间，所以课堂时间可能会翻倍，可能是四十五分钟，而不是只有十五分钟。
	我在数据收集过程中吃过不少苦头，才明白试图用四个炉子煮四锅饭是个糟糕的主意。我根本没法跟踪它。
	如果我们时间紧迫，那么我真的想把它控制在
	15 分钟或少于 30 分钟用于数据收集，我会考虑从我的非常小的课程中删除一个或多个因素。
特鲁特纳夫人	这样做仍然是一个很好的实验，而且你可以减少运行次数，因为重点在于收集数据。我将继续点击“进行设计”，但你见过有人在运行实验时犯错吗？
黛安娜·巴拉德	是的。我曾经指派他们去收集一个巨大的DOE，结果他们只完成了一半就彻底放弃了，因为规模太大，耗时太长。
	我让他们在已经开始数据收集的时候尝试添加一个因素。我让他们在已经开始数据收集的时候尝试添加一个响应。
	我让他们决定，哦，这个随机的DOE表，毫无意义。最好……我先运行1，然后运行5，再运行7，这样我们就不用改变这个难以改变的因素了。
	当然，这样做是无法生成可分析的结果的。你把它当作裂区实验来运行，但你并没有把它设计成裂区实验。这种情况经常发生。
	相比在生产现场，在课堂上学习真实数据和实际的实验设计（DOE）——这些实验设计可能要花费数千甚至数十万美元——这无疑是一次非常棒的学习体验。你呢？
特鲁特纳夫人	我也看到了你刚才提到的同样的事情。我确实还看到过另外一个例子，一个团队设计了一个非常小的实验，认为他们可以早点完成并早点回家。
	但结果没有达到实验的目标，所以他们不得不进行后续实验，扩大其因素范围以达到他们的目标，而且他们对必须完成两次实验而不是一次实验感到非常不高兴。
黛安娜·巴拉德	计划，计划，再计划。很多学生小组让我很惊讶，他们认为，我眼中的连续因素，比如这里的水或盐，
	他们决定，不，不，那些是分类因素，然后它们不包括中心点，也不包括复制。
	这也是在课堂上而不是在现实世界中犯的一个奇妙的错误，因为分析强调了连续因素和中心点的价值，以及尽可能进行复制的价值。
	那么，如果我的班级很小，比如只有两个人，我没有时间在规定的课堂时间内完成整个实验，但我们仍然想做这个实验，这些因素，
	没有掉落因素？
特鲁特纳夫人	这周我有一门课，有两个学生，
	这会是一个很好的实验，可以作为家庭作业。所以我们会把这些课程安排成半天制，如果是多天制，
	课程在第一天结束，每个人预计完成两次或四次跑步。
	第二天他们会带着测量结果回来，然后你就可以进行分析。
	如果你有一部分人在办公室，一部分人在家，那么这种方法就行了。只需把这些测试布置成家庭作业即可。这不会花很长时间，重点是尽量减少完成测试所需的时间。
	当然，如果他们真的有雄心壮志，他们可以自己完成整个实验。
黛安娜·巴拉德	当然，我们自己完成了整个实验，并且了解了锅和炉头冷却到下次运行所需的时间。我发现冷却时间最多需要30分钟，所以如果可能的话，将实验分散给多个人进行是个更好的主意。
	好的，我们来谈谈我们希望学生们汲取的关键教训。首先，犯错是可以的；犯错会让你明白什么不该做。
特鲁特纳夫人	并且您需要在开始数据收集之前考虑测量过程并尽可能地改进它。
黛安娜·巴拉德	思考一下数据收集的逻辑，哪里可能出错？哪里会出错？尽量预测我们能想到的一切。进行数据收集，希望能保护我们的结论不受任何我们无法预料的因素的影响。
特鲁特纳夫人	所以，成功进行实验需要采取以下步骤：你必须思考问题是什么。
	您必须集思广益，提出您的因素和反应，并选择您的因素水平。
	设计实验。进行实验。分析结果并预测反应。所有这些都可以在本次课堂练习中完成。如果你想分析我们与午餐小组进行的实验，表格就在这本日记后面。
	写着“午餐实验”的轮廓框。你可以看到我们的结果，大多数测量值都在10分钟或更短，我们有7个人参与。
	好吧，感谢您的聆听，我们希望您能在自己的小组中尝试类似的方法，如果您这样做了，请在观看此视频时在评论部分告诉我们进展如何。
	如果您有其他关于在虚拟教室进行实验的想法，我们很乐意听取。谢谢。
奥利维亚·利平科特	谢谢。我要继续录制了。太棒了。

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