Кіріспе

Теориялық физик (1927–1990)
Роберт Карплюс (23 ақпан 1927 – 20 наурыз 1990) – теориялық физик және ғылымды оқыту саласындағы жетекші ғалым.

Ерте өмір

Роберт Карплюс Венада дүниеге келді және 1938 жылы Австрияны Германия басып алғанға дейін сонда өмір сүрді. Ол анасы мен інісімен бірге Аншлюстен қашу үшін эмиграция жасады. Швейцарияда алты ай тұрғаннан кейін отбасы АҚШ-қа көшіп, Бостон аймағына қоныстанды. 1943 жылы Гарвард университетіне қабылданды және жиырма бір жасында докторлық диссертациясын қорғады. Э. Брайт Уилсонның жетекшілігімен жасаған диссертациясы микротолқынды спектроскопияға арналған, және тәжірибелік және теориялық зерттеулерді қамтыды. Ол жұмыс істегендер оның зеректігімен, жаңашылдығымен, энергиясымен және көңілді, оңтайлы көзқарасымен танылды. Оның әкесі Иоганн Пол Карплюс (1866–1936) Вена университетінде психиатрия профессоры болған. Ол әйгілі социолог, философ және музыка зерттеушісі Теодор В. Адорноның туысы, ал физик Роберт фон Либеннің шөбересі. Оның інісі – Нобель сыйлығының лауреаты, Гарвард университетінің химия профессоры Мартин Карплюс.

Физикадағы алғашқы еңбек жолы

Білімін аяқтағаннан кейін Карплюс Принстонның Жоғары оқу институтында жұмыс істеді, онда ол дамып келе жатқан, бірақ әлі сынақтан өтпеген кванттық электродинамика (КЭД) теориясына қызығушылық танытты. Электрондардың магниттік моменті әртүрлі тәжірибелер арқылы өте дәл анықталған, бірақ кванттық механикаға негізделген осы шаманың ең жақсы теориялық есептеулері тәжірибелік нәтижелермен күрт өзгешеліктерді көрсетті. Физиктердің арасында КЭД негізінде жасалған есептеулер тәжірибелік нәтижелермен сәйкес келе ме, жоқ па деген үлкен қызығушылық болды, бірақ КЭД-нің күрделілігі мен түсініксіздігіне байланысты ешкім мұндай есептеуді жүзеге асыра алмады. Карплюс Норман Кроллмен бірлесіп, КЭД-ді қолданып электронның магниттік моментінің мәнін есептеді. Бұл өте қиын есептеу болды, оның орындалуы екі ғалымнан бір жылдан астам күш-жігерді талап етті; олардың нәтижесі мен тәжірибелік өлшемдердің сәйкес келуі КЭД-нің алғашқы, маңызды растауы болды. Карплюс теориялық физика саласындағы жұмысын 10 жылдан астам уақыт бойы жоғары деңгейде жалғастырды, 1950 жылдан 1954 жылға дейін Гарвардта, содан кейін Берклидегі Калифорния университетінде 50 ғылыми мақала жариялады, олардың көп бөлігі КЭД-ге, сондай-ақ физиканың басқа да салаларына, оның ішінде Холл эффектісі, Ван Аллен сәулесі және ғарыштық сәулелерге арналған. Ол сонымен қатар тәжірибелік жұмыстарды ұнататын, Land Camera жылдам түсірілетін суреттерінің химиясын зерттеді және транзисторлар үшін германийді тазалауға арналған эксперименталдық құрастыру желісін құрды. Оның J. M. Luttinger-мен бірлесіп жазған «Феромагнетиктердегі Холл эффектісі» атты мақаласы 1100-ден астам ғылыми журналда сілтеме жасалған.

Отбасылық өмір

1948 жылы Карплюс Гарвардта оқып жүрген кезінде ұйымдастырған халықаралық халық би тобында танысқан Элизабет Фрейзерге үйленді. 1950 мен 1962 жылдар аралығында олардың жеті баласы дүниеге келді. Карплюс үлкен баласы Беверли 8 жасқа келгенде, оның үшінші сыныбына электр туралы ғылым сабағын өткізу шақыруын қабылдады, бұл үшін атасынан қалған Вимшұрст машинасынан пайдаланды. Айыныштысы, балалар көрсетуден ләззат алғанмен, сабақ түсініксіздікке ұшырады. Бұл Карплюсты ғылымды қалай тиімді оқыту керектігі туралы ойлануға итермеледі, және қалған балалары мектепке барғанда, ол әртүрлі ғылыми тәжірибелер немесе демонстрациялармен сыныптарға "көрсетіп, айту" арқылы баруын жалғастырды. Балаларымен және олардың сыныптастарымен әңгімелескенде, ол балалардың оқуына, ойлау дағдыларына және ғылыми ұғымдарын қалыптастыруға көбірек қызығушылық таныта бастады. Оның қызы Беверли Карплюс Хартлайн танымал физик, ғылымды насихаттаушы және академиялық басшы болып есімдері шықты.

Ғылым білім берудегі екінші мансап

Бірнеше жыл ішінде Карплюс теориялық физикадан ғылым мен математиканы зерттеуге, содан кейін оқу бағдарламаларын әзірлеуге өтті. Карплюс ойлау және логикалық ой-өрістің дамуы туралы бұрыннан белгілі мәліметтерді тез меңгерді, түрлі психологтарды, әсіресе Жан Пиажені зерттеді. Карплюс балалардың ойлау қабілетіне қатысты өзінің сұрақтарын қойып, деректер жинап, байқағандарын түсіндірудің өзіндік интерпретациясын жасады. Карплюстың жаңа құмарлығы, сәйкес келіп, АҚШ ғылым білімін жаңартуға бағытталған Спутник толқынынан кейінгі күш-жігермен тұспа-тұс келді. 1950-ші жылдардың соңында көптеген ғалымдар да ғылым біліміне және мектептерге белсенді атсалысты, бірақ Карплюс бастапқыда бастауыш білім беру деңгейінде жетекші болды. Ұлттық ғылым қоры (NSF) бастауыш деңгейдегі ғылым оқу бағдарламаларын қаржыландыруға бастапқыда қарсылық көрсетті, бірақ 1959 жылы Карплюс пен үш әріптесі бастауыш деңгейдегі ғылым мазмұнын жақсартуға арналған алғашқы NSF грантын алғанда бұл мәселе шешілді. Бұл жұмыс 15 жылдық монументалды жобаға айналды, ол «Ғылым оқу бағдарламасын жетілдіру» (SCIS) деп аталды. Карплюс пен Герберт Д. Тиердің басшылығымен SCIS физикалық және биологиялық ғылымдар бойынша 1-6 сыныптарға арналған кешенді, толық сынақтан өткен, тәжірибеге негізделген, зертханалық бағдарламаға айналды. Роберт Карплюс SCIS бастауыш ғылым материалдарын оқытушыларға осы материалдарды тиімді пайдалануға мүмкіндік беретін, сонымен бірге оқушыларға ғылымды оқып үйренуге және оған қызығушылық танытуға көмектесетін жүйелі оқыту процесіне айналдырудың маңыздылығын түсінді. Ол және басқалар оқыту циклының оқыту стратегиясын жасады. Карплюс Пиаже теориясын колледж студенттері мен ересектерге де қатысты қолданды; Пиаже теориясы төрт кезеңді қамтыды және ол балалардың ойлауын егжей-тегжейлі зерттеді, көптеген балалар шамамен 16 жасқа келгенде 3-кезеңнен (нақты операциялар) 4-кезеңге (абстрактілі ойлау) өтетінін анықтады. Карплюс Пиаже әдістемесін үлкен жастағы топтарға қолданды және осы адамдардың көптегісінің ғылыми, логикалық және математикалық мәселелерді шешуде абстрактілі ойлауды қолдану қабілетінде елеулі кемшіліктер бар екенін анықтады. Оның пропорционалдық ойлауды сынаудың ең танымал әдісі – «Мырза Биік және Мырза Қысқа» мәселесі болды. Карплюс колледж студенттері мен ересектердің ойлауын осы маңызды интеллектуалды өзгерістерге қатысты мәселелерді зерттеді және құжаттады, ол Пиаже және басқалар жас оқушылар үшін маңызды деп тапқан көптеген мәселелер мен қиындықтар үлкендер үшін де өзекті екенін анықтады, әсіресе олар үшін жаңа пән саласындағы мәселені шешуге тырысқанда. 1977 жылы Карплюс Америка физика мұғалімдері қауымдастығының (AAPT) президенті болып сайланды, ал 1978 жылы Ұлттық ғылым мұғалімдері қауымдастығы оған ғылым біліміне қосқан еңбегі үшін өздерінің марапатын табыс етті. Карплюс 1978-1980 жылдары ғылым және математика білімі бойынша аспирантура тобының (SESAME) төрағасы болды. 1980 жылы ол AAPT-нің ең жоғары наградасы – «физиканы барлық деңгейде оқытуға қосқан көптеген еңбегі үшін және әсіресе ойлауды дамыту зерттеулерінің физика оқытуына қатысты салдарының ашылуы үшін» Оерстед медалімен марапатталды. Карплюс 1980 жылы UC Беркли білім беру мектебінің деканы болып тағайындалды. Гарвардтағы химиялық физика бойынша Карплюс сыйлығы оның құрметіне аталды.

Кейінгі өмірі

1982 жылдың маусым айында Сиэтл қаласындағы Грин-Лейк көлінің жанында жүгіріп бара жатқанда Карплюстың қанағаттандырмайтын жүрек тоқтауы болды, осы оқиға оның академиялық қызметіне нүкте қойды. Сегіз жылға созылған аурудан кейін, ол 1990 жылдың 20 наурызында дүние салды.