Sinh viên hay bắt đầu bằng cách đo trước rồi tính sau. Đo được vài chục số, ngồi nhìn, rồi phát hiện thiếu một điều kiện quan trọng nên phải đo lại từ đầu.
Nửa ngày thiết kế trước khi đo tiết kiệm nhiều tuần đo lại. Bài này là khung thiết kế đó.
Bước 1: viết ra câu hỏi cần trả lời
Một câu, cụ thể. Không phải nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ mà khi nhiệt độ tăng từ 20 tới 80 độ thì độ bền kéo của mẫu thay đổi thế nào.
Câu hỏi rõ thì thiết kế tự hiện ra. Câu hỏi mơ hồ thì bạn đo gì cũng thấy thiếu.
Bước 2: phân loại các đại lượng
Mọi thực nghiệm đều có ba nhóm, và phải xếp rõ từng đại lượng vào một nhóm:
- Biến độc lập — cái bạn chủ động thay đổi. Nên có một tới hai, hiếm khi nhiều hơn với đồ án đại học.
- Biến phụ thuộc — cái bạn đo để xem nó phản ứng thế nào.
- Yếu tố cần cố định — mọi thứ khác có thể ảnh hưởng tới kết quả.
Nhóm thứ ba là nhóm hay bị bỏ sót và là nguyên nhân số một khiến kết quả không giải thích được. Nếu bạn đo mẫu một vào buổi sáng khi phòng mát và mẫu hai vào buổi chiều khi phòng nóng, thì nhiệt độ phòng đã lẻn vào kết quả mà bạn không biết.
Cách làm: liệt kê hết những thứ có thể ảnh hưởng, rồi với từng thứ quyết định — cố định nó, hay đo nó và ghi lại.
Bước 3: chọn mức cho biến độc lập
- Ít nhất ba mức nếu muốn thấy xu hướng. Hai mức chỉ cho biết cao hơn hay thấp hơn, không cho biết quan hệ là tuyến tính hay cong.
- Năm tới bảy mức là hợp lý với đa số đồ án.
- Phủ hết dải làm việc thật của đối tượng, đừng chỉ đo quanh một điểm.
- Khoảng cách giữa các mức đều nhau, trừ khi có lý do khác.
Và luôn đo thử một điểm ở giữa dải trước khi chạy cả loạt — để chắc chắn thiết bị và quy trình cho ra số hợp lý.
Bước 4: số lần lặp
Đo một lần cho mỗi điểm là sai lầm phổ biến nhất, vì bạn không biết con số đó có ổn định không.
- Tối thiểu ba lần lặp cho mỗi điều kiện.
- Lặp thật sự, nghĩa là làm lại cả quy trình, không phải đọc lại giá trị ba lần trên cùng một lần đặt mẫu.
- Báo cáo trung bình kèm độ phân tán, đừng chỉ báo trung bình.
Nếu ba lần lặp cho kết quả lệch nhau nhiều thì đó là thông tin quan trọng, không phải phiền toái: nó nói rằng quy trình của bạn chưa ổn định, và phải tìm nguyên nhân trước khi đo tiếp.
Bước 5: thứ tự đo
Chi tiết ít ai nghĩ tới nhưng ảnh hưởng thật.
Nếu bạn đo tất cả mẫu ở mức thấp trước rồi tới mức cao, thì mọi thay đổi theo thời gian — thiết bị nóng lên, mẫu bị lão hoá, bạn mệt và thao tác khác đi — đều bị cộng vào ảnh hưởng của biến độc lập.
Cách chặn: đo theo thứ tự ngẫu nhiên, hoặc chia thành nhiều đợt và mỗi đợt đo đủ các mức. Và ghi lại thứ tự thực tế đã đo.
Bước 6: lập bảng ghi trước khi đo
Chuẩn bị sẵn bảng ghi với đủ cột cần thiết, trước khi bước vào phòng thí nghiệm:
- Mã mẫu hoặc mã thí nghiệm.
- Ngày giờ.
- Giá trị các biến độc lập.
- Giá trị đo được, mỗi lần lặp một cột.
- Điều kiện môi trường.
- Thiết bị và thông số cài đặt.
- Một cột ghi chú — cho những bất thường, và đây là cột cứu bạn khi phân tích thấy một điểm lạ.
Có bảng sẵn thì bạn không quên ghi thứ gì. Ghi vào giấy rời rồi tối về nhập lại là cách mất dữ liệu và nhớ nhầm.
Ba lỗi làm hỏng cả đợt đo
- Không hiệu chuẩn thiết bị hoặc không kiểm trước khi đo. Đo xong cả tuần mới phát hiện thiết bị lệch.
- Đổi điều kiện giữa chừng mà không ghi lại — đổi mẫu, đổi thiết bị, đổi người đo.
- Không đo mẫu đối chứng. Không có mốc so sánh thì không biết kết quả của mình có ý nghĩa gì.
Cả ba đều tránh được bằng một buổi chuẩn bị, và cả ba đều tốn nhiều tuần nếu vấp phải.
Câu hỏi thường gặp
Nhóm đại lượng nào hay bị bỏ sót khi thiết kế thực nghiệm?
Yếu tố cần cố định. Đây là nguyên nhân số một khiến kết quả không giải thích được — ví dụ đo mẫu một buổi sáng phòng mát và mẫu hai buổi chiều phòng nóng thì nhiệt độ phòng đã lẻn vào kết quả.
Nên chọn bao nhiêu mức cho biến độc lập?
Ít nhất ba mức nếu muốn thấy xu hướng, năm tới bảy mức là hợp lý với đa số đồ án. Hai mức chỉ cho biết cao hơn hay thấp hơn, không cho biết quan hệ tuyến tính hay cong.
Cần lặp lại mỗi phép đo mấy lần?
Tối thiểu ba lần, và phải lặp thật sự bằng cách làm lại cả quy trình chứ không phải đọc lại giá trị ba lần trên cùng một lần đặt mẫu. Báo cáo trung bình kèm độ phân tán.
Vì sao thứ tự đo lại quan trọng?
Vì nếu đo hết mức thấp rồi tới mức cao thì mọi thay đổi theo thời gian — thiết bị nóng lên, mẫu lão hoá, người đo mệt — đều bị cộng vào ảnh hưởng của biến độc lập. Nên đo theo thứ tự ngẫu nhiên.
Ba lần lặp lệch nhau nhiều thì sao?
Đó là thông tin quan trọng chứ không phải phiền toái: nó nói quy trình của bạn chưa ổn định, và phải tìm nguyên nhân trước khi đo tiếp.
