Sarah Flexman ist eine 11-jährige Mittelschülerin, die JMP… für die Gestaltung von Experimenten… mit nachweisbarem Erfolg verwendet.
Sie studiert an der East Garner Magnet Middle School in North Carolina und ist eine ausgebildete Sängerin, Flötenspielerin und Athletin. Ihr Vater, Greg Flexman, benutzt JMP in seiner Arbeit leitete er die Gruppe Prozess- und Risikoanalyse bei Talecris Biotherapeutics.
Ende 2010 hatte sich Sarah zur Teilnahme entschlossen Stürme das Schloss , eine der Veranstaltungen, die im landesweiten Wettbewerb für wissenschaftliche Olympiaden angeboten werden. Diese besondere Herausforderung bestand darin, ein Modell-Trebuchet zu entwerfen, zu bauen und auf den Markt zu bringen, ein Katapult im mittelalterlichen Stil zum Schleudern schwerer Steine (siehe unten).
Nur sechs Wochen, um ihren Einstieg in die NC-Wissenschafts-Olympiade zu konstruieren, brachte Greg Sarah bei, wie sie mit JMP umgehen kann Versuchsplanung (DAMHIRSCHKUH). Vor kurzem waren sie beide in meinem Büro, um mir von Sarahs Projekt zu erzählen.
Der Trebuchet-Wettbewerb ist eine offene Veranstaltung in der Wissenschafts-Olympiade und umfasst viele Anforderungen . Zum Beispiel musste das Trebuchet in einen 75 cm großen Würfel passen. Es wurden Gewichtsbereiche für das Gegengewicht und das Projektil angegeben, die spezifischen Werte waren jedoch erst am Tag des Wettbewerbs bekannt, wenn die Konkurrenten das Ergebnis vorhersagen und dann nach Entfernung und Genauigkeit ihrer Vorhersage beurteilen müssen.
Sarah fand ein Trebuchet-Design, das sie online mochte, und berechnete die Größenverhältnisse für die Abmessungen auf Papier. Für den Bau verwendete sie hauptsächlich Materialien, die ihre Familie bereits zu Hause hatte. Zum Beispiel kamen die Räder von einem Kinderroller und der Wurfarm war Teil einer alten Zeltstange. Sarah machte die gesamte Konstruktion alleine, einschließlich des Zeltstocks und der Plastikstücke. Andere Teile, die sie zusammenstellte, waren eine Achse, eine Schlinge, eine Schiene für die Schlinge, Seitenschienen und der Drehpunkt (Drehpunkt).
Wie viel Hilfe bekam sie von ihrem Vater?
»Er hat mir beim DOE geholfen«, sagte Sarah.
„Ich habe mit DOE angefangen. Sie benutzte den Custom Designer und füllte die Lücken aus. Ich sagte ihr nur, dass es ein Modell dritter Ordnung mit Interaktionen sein sollte. Der Custom Designer generiert eine Datentabelle mit den X-Parameterwerten und dem Skript "Modell anpassen", die sofort einsatzbereit sind ", sagte Greg.
Mit DOE konnte Sarah die Entfernung mit dem Modell maximieren. Dies prognostizierte, wie das Trebuchet funktionieren würde und wie die verschiedenen Faktoren das Ergebnis beeinflussten.
Hier ist Sarahs gesamter Prozess: Sie baute das Trebuchet, testete es, verwendete JMP für DOE während der Optimierung, änderte den Hakenwinkel und die Umreifung, um die Leistung zu verbessern, führte weitere Tests durch, gab diese neuen Daten ein, las das Modell erneut und erstellte endgültige Vorhersagegrafiken. Die Variablen in ihrem DOE waren Saitenlänge, Gegengewicht und Geschossgewicht, und sie wurde für die Entfernung optimiert - dh wie weit das Geschoss reichen würde.
„Anstatt 125 Tests durchzuführen, da wir drei Variablen mit jeweils fünf Stufen haben, hat DOE einen Weg gefunden, nur 26 Tests durchzuführen und ungefähr dieselben Ergebnisse zu erzielen. Ich habe die Ergebnisse eingegeben, das Modell ausgeführt und den JMP-Profiler verwendet. Ich habe verstanden, wie die Variablen das Ergebnis vorhergesagt haben und verschiedene Muster gefunden haben “, erklärte sie.
Also machte JMP einen großen Unterschied.
„Da ich einige Monate zu spät angefangen habe, waren wir knapp dran. JMP hat uns viel Zeit beim Zeichnen der Grafiken erspart. Wir hätten diese von Hand zeichnen müssen. Das DOE prägte das Trebuchet auch sehr. Das Ganze hätte viel länger gedauert, und ich hatte nur sechs Wochen “, sagte sie.
Sarah sagte, dass sie JMP nicht besonders schwer zu bedienen fand. „Im Allgemeinen war es sehr einfach, als ich damit angefangen habe. Sie stecken einfach die Informationen ein “, sagte sie.
Am Tag des Wettbewerbs brachte Sarah ihr Trebuchet in eine Arena der Campbell University in Buies Creek. Die Konkurrenten wurden mit den Angaben zum Geschossgewicht (40 Gramm) und zum Gegengewicht (2,5 Kilogramm) konfrontiert. Angesichts dieser Werte sagte Sarah voraus, dass ihr Trebuchet 16 Meter weit schießen würde. Wie die anderen Konkurrenten hatte sie fünf Minuten, um drei Aufnahmen zu machen. Die Wettbewerbsfläche bot nur eine maximale Platzierung von 13 Metern.
Ihr Trebuchet war zu mächtig. Bei allen drei Versuchen schlug sie denselben Platz in den Arena-Ständen ein, weit über dem 13-Meter-Ziel. Unglücklicherweise wurde ihr Genauigkeitswert abgezogen, da das Projektil einige Meter hinter dem Ziel landete, wie auf dem Foto unten zu sehen ist.
"Ich hätte den fünfminütigen Lauf einstudieren sollen", bemerkte sie.
Trotzdem belegte Sarah im Regionalwettbewerb für Mittelschüler den 2. Platz, ein beeindruckendes Ergebnis. Bravo, Sarah!
Sie sagte, das Trebuchet zu bauen und an der Wissenschafts-Olympiade teilzunehmen, sei insgesamt eine unterhaltsame Erfahrung.
„Ich hatte noch nie so gebaut. Der ganze Tag hat Spaß gemacht. Es war eine sehr offene Lernumgebung. Du hast mit Dingen experimentiert, die du noch nie gemacht hast. Ich würde es auf jeden Fall wieder tun “, sagte Sarah.
Und sie wird - nächstes Jahr.
(Hinweis: Alle Fotos stammen von Greg Flexman.)
Daniel schrieb:
Hätte das Schneiden der Stichlänge geholfen? Es war ihr vielleicht nicht erlaubt, das Trebuchet während des Wettkampfs zu modifizieren, aber ihre Tests könnten sicherlich dazu benutzt werden, den Effekt der Verkürzung ihrer Saite vorauszusagen, um die Entfernung auf 13 Meter zu verringern.
Glückwünsche sind auf jeden Fall in Ordnung! Tolle Anwendung von DOE.
Louis Valente schrieb:
Wow, Sarah, das ist ausgezeichnet! Ich habe eine ganze Karriere bei Eastman Kodak verbracht, um Wissenschaftler dazu zu bringen, den Design-of-Experiment-Ansatz für Untersuchungen zu nutzen, und Sie haben diese Reise bereits unternommen. Ich bin sehr beeindruckt, und Sie geben mir die Hoffnung, dass zukünftige Wissenschaftler eine derart mächtige Methodik zu einem früheren Zeitpunkt ihrer Karriere annehmen werden. Machen Sie weiter so, denn die Sterne sind in Ihrer Reichweite!
Steve schrieb:
Hervorragende Arbeit, Sarah!
Ich habe eine Tochter der ersten Klasse und wir haben gerade begonnen, Mathematik-Software auf unserem Heimcomputer für Schulprojekte zu verwenden. Ich freue mich darauf, mit ihr statistische zu absolvieren
Ich mache viele Optimierungsprojekte für mein Unternehmen und wir haben Ihre Erfahrung oft als zutreffend empfunden. Die Designlösung ist gut optimiert und bietet eine ausgezeichnete Vorhersagbarkeit innerhalb der getesteten Parameter. In der realen Anwendung können jedoch Dinge / Effekte, die Sie nicht erwarten, erreichen, um Sie zu "beißen". In Ihrem Fall ist die Zeit für die Schüsse und die Zielentfernung auf 13 Meter begrenzt.
Großartige Arbeit und ich hoffe, Sie machen es nächstes Jahr noch besser!
Steve
Trish Mullins schrieb:
Ich war Richter am Experimental Design Event beim regionalen Olympiade-Turnier in Buies Creek, das am 19. Februar an der Campbell University stattfand. Es ist wunderbar, all die coolen Dinge zu sehen, die sich Kinder jedes Jahr einfallen lassen. Geh Sarah!
Storm the Castle ist nicht genau ein "offenes Ereignis", wie im Artikel erwähnt. Ihre Schule muss ein Team betreten. Schulen oder Heimschulgruppen können Teams mit bis zu 18 Schülern bilden, die sich zu zweit oder zu dritt an 23 verschiedenen Veranstaltungen messen. Es ist eine Menge Hilfe für Erwachsene / Eltern erforderlich, um zu lernen, was für diese Veranstaltungen erforderlich ist. Geh Greg, für diese Art von Zeit zu helfen!
Trish Mullins
Koordinator der Wissenschafts-Olympiade
Kardinal GIbbons High School
