Роберт Карплус

Роберт Карплюс (*23 февраля 1927 г., Вена; † 20 марта 1990 г.) был физиком-теоретиком и лидером в области естественнонаучного образования . ^{[1] [2]}

Роберт Карплюс родился в Вене , где он жил до немецкой оккупации Австрии в 1938 году. Он эмигрировал с матерью и братом, чтобы избежать аншлюса . После шестимесячного пребывания в Швейцарии семья переехала в Соединенные Штаты и поселилась в районе Бостона . Он поступил в Гарвардский университет в 1943 году и получил степень доктора философии в возрасте двадцати одного года. Его диссертация под руководством Э. Брайта Уилсона была посвящена микроволновой спектроскопии и включала как экспериментальную, так и теоретическую работу. Он был признан теми, с кем работал, за свой блеск, оригинальность, энергию и жизнерадостный, позитивный взгляд на жизнь.

Его дед Иоганн Пауль Карплюс (1866–1936) был высоко оцененным профессором психиатрии в Венском университете. ^[3] Он является племянником по браку социолога, философа и музыковеда Теодора В. Адорно и внучатым племянником физика Роберта фон Либена . Его брат — лауреат Нобелевской премии Мартин Карплюс , химик из Гарварда.

После завершения образования Карплус работал в Институте перспективных исследований в Принстоне , где он заинтересовался развивающейся, но еще не проверенной теорией квантовой электродинамики (КЭД). Магнитный момент электрона был определен очень точно с помощью множества экспериментов, но лучшие теоретические расчеты этой величины, основанные на квантовой механике , серьезно расходились с экспериментальными результатами. Среди физиков был большой интерес к тому, будет ли расчет, основанный на КЭД, согласовываться с экспериментальными результатами, но из-за неоднозначности и сложности КЭД никто до сих пор не смог сделать такой расчет. Карплус в сотрудничестве с Норманом Кроллом использовал КЭД для расчета значения магнитного момента электрона. Это был чрезвычайно сложный расчет, потребовавший более года интенсивных усилий от обоих мужчин; согласие между их результатом и экспериментальными измерениями стало первым, драматичным подтверждением КЭД.

Карплюс продолжал свою работу на самом высоком уровне в теоретической физике более 10 лет, в Гарварде с 1950 по 1954 год, а затем в Калифорнийском университете в Беркли , опубликовав 50 исследовательских работ, в основном по квантовой электродинамике, но также и по другим разделам физики, включая эффект Холла , излучение Ван Аллена и космические лучи . Он также с большим удовольствием занимался экспериментальной работой, исследуя химию мгновенных снимков Land Camera и создавая экспериментальную линию очистки германия для транзисторов . Его совместная с JM Luttinger работа Hall Effect in Ferromagnetics ^[4] имеет более 1100 ссылок в журналах.

В 1948 году Карплус женился на Элизабет Фрейзер , с которой познакомился в международной группе народного танца , которую он организовал во время учебы в Гарварде. У них было семеро детей, родившихся между 1950 и 1962 годами. Когда старшему ребенку, Беверли , было 8 лет, Карплус принял ее приглашение провести урок науки об электричестве в ее классе третьего класса, используя машину Уимшурста, которую он унаследовал от своего деда. К сожалению, хотя детям понравилась демонстрация, урок оказался концептуальной катастрофой. Это побудило Карплуса задуматься о том, как лучше преподавать науку, и когда другие дети пошли в школу, он продолжал посещать их классы на основе «покажи и расскажи» с различными научными экспериментами или демонстрациями. Общаясь со своими детьми и их одноклассниками, он все больше интересовался обучением детей, рассуждениями и развитием научных концепций.

Его дочь Беверли Карплус Хартлайн стала известным физиком, популяризатором науки и академическим администратором. ^{[5] [6]}

В течение нескольких лет Карплус сменил карьеру — от теоретической физики к исследованиям в области науки и обучения математике, а затем к разработке учебных программ. Карплус быстро узнал то, что уже было известно о развитии мышления и рассуждений, изучая различных психологов, особенно Жана Пиаже . Характерно, что Карплус также сразу же начал генерировать свои собственные вопросы о детском мышлении, собирать доказательства и разрабатывать собственные интерпретации и объяснения того, что он наблюдал.

Новая страсть Карплуса по счастливой случайности совпала с волной усилий по модернизации научного образования в США после запуска спутника . Начиная с конца 50-х годов многие другие ученые также посвятили себя научному образованию и школам, но Карплус с самого начала был лидером на начальном уровне. Первоначально в Национальном научном фонде (NSF) было существенное нежелание финансировать проекты по научным учебным программам на начальном уровне, но это было преодолено в 1959 году, когда Карплус и трое его коллег получили первый из многих грантов NSF на улучшение научного содержания на начальном уровне. Эта работа переросла в монументальное 15-летнее усилие под названием «Исследование улучшения научной учебной программы» (SCIS). Под руководством Карплуса и Герберта Д. Тиера SCIS стала всеобъемлющей, полностью проверенной, практической, лабораторной программой по физическим и биологическим наукам для классов K-6.

Роберт Карплус осознал важность преобразования элементарных научных материалов SCIS в систематический процесс обучения, который позволил бы учителям успешно использовать эти материалы, одновременно позволяя ученикам изучать и получать удовольствие от науки. Он, вместе с другими, разработал стратегию обучения цикла .

Карплюс распространил теорию Пиаже на студентов колледжей и взрослых; теория Пиаже включала четыре стадии, и он подробно задокументировал мышление детей, обнаружив, что большинство детей перешли от 3-й стадии (конкретные операции) к 4-й стадии (абстрактное рассуждение) примерно к 16 годам. Однако Карплюс распространил методологию Пиаже на более старшие группы и обнаружил, что у многих из этих людей были важные пробелы в способности использовать абстрактное рассуждение при решении научных, логических и математических задач. Его самым известным тестом на пропорциональное рассуждение была задача «Мистер Высокий — мистер Короткий». Карплюс далее исследовал и задокументировал детали мышления студентов колледжей и взрослых, когда они сталкивались с проблемами, связанными с этим критическим интеллектуальным переходом, обнаружив, что многие из проблем и вопросов, которые он, Пиаже и другие обнаружили как критические для младших школьников, по-прежнему были актуальны для людей старшего возраста, особенно когда они пытались решить задачу в новой для них дисциплине.

В 1977 году Карплус был избран президентом Американской ассоциации учителей физики (AAPT), а в 1978 году Национальная ассоциация учителей естественных наук наградила его своей грамотой за выдающиеся заслуги в области естественнонаучного образования. Карплус был председателем Группы аспирантов по естественнонаучному и математическому образованию (SESAME) с 1978 по 1980 год. В 1980 году он был награжден высшей наградой AAPT — медалью Эрстеда «за его многочисленный вклад в преподавание физики на всех уровнях и особенно за его работу по выявлению последствий для преподавания физики исследований в области развития рассуждений». ^[7] Карплус был назначен деканом Высшей школы образования Калифорнийского университета в Беркли в 1980 году. Престижная премия Карплуса по химической физике в Гарварде названа в его честь.

В июне 1982 года во время пробежки на озере Грин в Сиэтле, штат Вашингтон , Карплус перенес тяжелую остановку сердца, которая положила конец его академической карьере. После восьмилетней болезни он умер 20 марта 1990 года.

• 1948-50 гг. — стипендиат Фонда имени Ф. Б. Джуэтта, Институт перспективных исследований, Принстонский университет
• 1950-54 Доцент кафедры физики Гарвардского университета
• 1954-58 Доцент кафедры физики Калифорнийского университета в Беркли
• 1958-1982 Профессор физики, Калифорнийский университет в Беркли
• 1960-61 гг. — стипендиат фонда Гуггенхайма и исследовательский грант Фулбрайта.
• 1962-63 Приглашенный профессор, Мэрилендский университет
• 1969-1982 Заместитель директора, Зал науки Лоуренса
• 1973-74 гг. — стипендиат Фонда Гуггенхайма и приглашенный профессор Массачусетского технологического института
• 1961-77 Директор, исследование по совершенствованию учебной программы по естественным наукам
• 1975-1982 Директор проекта интеллектуального развития
• 1976-77 гг. Исполняющий обязанности директора, Lawrence Hall of Science
• 1976-1979 Директор проекта CAUSE
• 1978-1980 Председатель аспирантской группы по естественнонаучному и математическому образованию (SESAME) ^[7]
• 1980 Декан факультета образования Калифорнийского университета в Беркли (1)

(1) Он ушел с поста декана через несколько недель, когда стало ясно, что ему не позволят внести изменения, которые он считал необходимыми.

• Член Американского физического общества
• Почетная грамота за выдающиеся заслуги, Американская ассоциация учителей физики, 1972 г.
• Премия Национальной ассоциации преподавателей естественных наук за выдающиеся заслуги в области естественнонаучного образования, 1978 г.
• Президент Американской ассоциации учителей физики, 1977 г.
• Почетная степень доктора философии Гетеборгского университета, 1980 г.
• Медаль Эрстеда , Американская ассоциация учителей физики, 1981 г.

• Р. Карплус и HD Тьер., Новый взгляд на науку в начальной школе . Чикаго: Rand McNally and Co., 1967.
• Р. Карплюс, Введение в физику: модельный подход . WA Benjamin, Нью-Йорк, 1969; переиздано в 2003 Фернаном Бруншвигом (редактор), Captains Engineering Services (издатель). ^[8]
• Р. Карплус (ред.), Физика и человек , WA Benjamin, Inc., Нью-Йорк, 1970.

• Фуллер, Роберт Г., ред. (2002). Любовь к открытиям: научное образование — вторая карьера Роберта Карплуса. Springer . ISBN 978-0-306-46687-8.
• Бурсиага, Хуан Р. (апрель 2007 г.). «Обзор книги «Любовь к открытиям: научное образование — вторая карьера Роберта Карплуса» Роберта Г. Фуллера». Am. J. Phys . 75 (4): 383– 384. Bibcode : 2007AmJPh..75..383F. doi : 10.1119/1.2710489.
• Карплус, Роберт (2003).«Роберт Карплюс — портрет». В Бруншвиге, Фернан (ред.). Введение в физику: модельный подход (2-е изд.). Captains Engineering Services Inc.