समझ की जांच -पड़ताल : कार्य और ऊर्जा

यह इकाई किस बारे में है

विज्ञान में कुछ विषय ऐसे हैं जो अनेक विद्यार्थियों को कठिन लगते हैं। विद्यार्थियों के लिए किसी विषय के बारे में ऐसे विचार बना लेना संभव है जो अध्यापक को ’गलत’ लग सकते हैं। यह विद्यार्थियों को अल्पावधि में काम याद करने, या प्रश्नों के सही उत्तर प्राप्त करने में अनिवार्य रूप से नहीं रोकता है। यद्यपि, यह उन्हें ऐसी गहन समझ विकसित करने से नहीं रोकता है जिसकी जरूरत उन्हें बड़ी मात्रा में सामग्री याद करने और परीक्षाओं में बेहतरीन प्रदर्शन करने के लिए होती है। अगर आपके विद्यार्थी ऐसे विचार रखते हैं तो उनके लिए प्रगति करना भी कठिन होगा। वर्षों के दौरान, शोध के परिणामस्वरूप, लोगों ने अनेक विषयों पर गलतफहमी की एक सामान्य सूची तैयार कर ली है।

अध्यापक के तौर पर आपको संकल्पनात्मक बदलाव पहले जो सीखा है उसमें कुछ खास तरह की पुनर्संरचना, लाने के लिए अपने विद्यार्थियों की मदद करने की आवश्यकता होगी। आपकी भूमिका को एक नए दृष्टिकोण और अधिक तर्कशील, सुसंगत और समीचीन बनाने की होगी जिससे समय आने पर यह विद्यार्थियों से विचार करने का पसंदीदा तरीका बन जाए और उन्हें अपने आरंभिक विचारों का अब और उपयोग न करना पड़े। इस इकाई में ऊर्जा और कार्य पर ध्यान केंद्रित रहेगा जो विद्यार्थियों (और कुछ वयस्कों) के लिए एक कठिन संकल्पना है जिसे वे सही ढंग से नहीं समझ पाते हैं। आप इस इकाई में जो रणनीतियाँ और तकनीकें सीखेंगे वे दूसरे विषयों पर भी लागू होंगी।

आप इस इकाई में क्या सीख सकते हैं

• ऊर्जा और कार्य के संबंध में विद्यार्थियों की कुछ ग़लतफहमियाँ।
• ऊर्जा और कार्य के संबंध में आपके विद्यार्थियों की समझ के बारे में किस प्रकार पता लगाएँ?
• आपके विद्यार्थियों को कुछ संकल्पनात्मक विकास कार्य करने और ऊर्जा तथा कार्य के बारे में बेहतर समझ हासिल करने में मदद के कुछ तरीके।

यह दृष्टिकोण क्यों महत्वपूर्ण है

विद्यार्थियों के पास किसी विषय के बारे में ऐसे विचार और अवधारणात्मक संरचनाएँ हो सकती हैं जो स्वीकार्य वैज्ञानिक विचारशीलता से भिन्न हैं। यहाँ तक कि वे अभी भी उन प्रश्नों का सही उत्तर देने में समर्थ हो सकते हैं जो उनसे पूछे गए हैं। यद्यपि, दीर्घावधि में, ये ’गलत’ विचार समस्यात्मक होंगे और विद्यार्थियों को आगे बढ़ने से रोकेंगे। अध्यापकों को अगर अपने विद्यार्थियों की सहायता करनी है तो उन्हें यह पता लगाने की जरूरत है कि वास्तव में वे क्या सोचते हैं। अध्यापकों को अवैज्ञानिक विचारों को चुनौती देने और उन्हें कुछ लाभदायक विचारों से बदलने के तरीके ढूँढ़ने की भी जरूरत है। यह सर्वविदित (ड्राइवर और अन्य, 1994) है कि विद्यार्थी अल्पावधि में ही नए विचारों को याद कर सकते हैं लेकिन अगर उन्हें नए विचार पूर्णतया समझ नहीं आते तो फिर दीर्घावधि में स्वयं के विचारों पर लौट जाएँगे जो हो सकता है कि सही न हो। विद्यार्थी अपने उन विचारों पर कायम रहने में बेहद हठी हो सकते हैं जो उन्होंने अपने पूर्व अनुभव की शिक्षा से ग्रहण किए हैं। अवधारणात्मक विकास (विद्यार्थियों को नए विचार तथा संरचनाएँ उपलब्ध कराना) लाने के लिए सक्रिय शिक्षण जरूरी है। विद्यार्थियों को नए विचारों और अन्य संकल्पनाओं के साथ उनके संबंधों का अन्वेषण करते समय मानसिक गतिविधि में व्यस्त रहना चाहिए।

उदाहरण के लिए, अनेक विद्यार्थी ऊर्जा को ईंधन के रूप में मानते हैं और वे ऊर्जा को विभिन्न स्थितियों में होने वाली ’खपत’ के रूप में वर्णित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए शायद वे सही अनुमान लगाएँ कि यू–आकार के ट्रैक पर छोड़ी गई गेंद उस स्थान ऊंचाई से अधिक ऊँचाई तक नहीं जाएगी जहाँ से इसे छोड़ा गया था, लेकिन कहेंगे कि ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि ‘सारी ऊर्जा की खपत हो गई है’। जैसे–जैसे वे बड़ी कक्षाओं में जाएँगे, अगर वे ऊर्जा को ’खपत’ के रूप में ही समझते रहे तो वे भौतिकी में प्रगति करने में समर्थ नहीं होंगे। उन्हें समझने की जरूरत है कि ऊर्जा संरक्षित होती है और इसे एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता है।

1 ऊर्जा के बारे में कुछ सामान्य आम गलतफ़हमियाँ

जब विद्यार्थी नई स्थिति को समझने की कोशिश करते हैं तो वे रोज़ाना के अनुभव से और उन विचारों से समझते हैं, जिन्होंने पूर्व में उनके लिए अच्छा काम किया है। अध्यापकों को उनमें से कुछ विचार ’अवैज्ञानिक’ लग सकते हैं या हो सकता है कि ’उनकी व्याख्या स्वीकार्य न हो’। लेकिन जब तक ये विचार अनुमान लगाने में सक्षम हैं कि क्या होगा? तब तक विद्यार्थी उनका उपयोग करते रहेंगे।

ये ’गलतफ़हमियाँ’ समीकरणों या परिभाषाओं की तरह नहीं हैं जिन्हें गलत ढंग से सीखा गया है। व्याख्या के परिणामस्वरूप गलतफ़हमियाँ हो सकती हैं जिन्हें अन्य लोगों द्वारा (कभी–कभी अति प्रिय और सम्मानित रिश्तेदार या अध्यापक द्वारा) विद्यार्थियों को दिया जाता है। कभी–कभी वे ऐसी व्याख्याएँ होती हैं जिन्हें विद्यार्थियों द्वारा स्वयं के लिए तैयार किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, ये व्याख्याएँ पिछली कक्षाओं के लिए उपयुक्त थीं लेकिन अत्यधिक जटिल विचारों और विषयों के लिए अब प्रांसगिक नहीं हैं।

इन विचारों के बारे में अक्सर बेहद ’सामान्य समझ’ का संकेत होता है, लेकिन समस्या यह है कि माध्यमिक स्कूल के विज्ञान में उनके उपयोग से कोई मदद नहीं मिलेगी। ये विचार विज्ञान के स्वीकार्य मॉडलों को समझने में अवरोध के तौर पर काम कर सकते हैं।

उदाहरण के लिए, अनेक लोग सोचते हैं कि कुचालक ’वस्तुओं को गर्म कर देता है’ क्योंकि उन्होंने देखा है कि ठंडी शाम में गर्म कपड़े पहनने से गर्मी का एहसास होता है। इससे गलत अनुमान लग सकता है जैसा इस स्थिति में है–

चित्र 1 एक पतला दस्ताना और एक मोटा दस्ताना। बाहरी सतह पर कौन गर्म होता है?

• गलत अनुमान: मोटे दस्ताने के बाहर रखा सेसंर (देखें चित्र 1) पतले दस्ताने की अपेक्षा उच्च तापमान दिखाएगा, क्योंकि पतला दस्ताना हाथ को गर्म कर देगा। मोटे दस्ताने गर्म होते हैं इसलिए दस्ताने की सतह का तापमान उच्च होगा।
• सही अनुमान: मोटे दस्ताने पर रखा सेसंर कम तापमान दिखाएगा क्योंकि मोटा दस्ताना पतले दस्ताने की अपेक्षा गर्म हाथ से आसपास के ठंडे परिवेश में ऊर्जा के अंतरण की प्रक्रिया को मंद कर देता है। मोटे दस्ताने की बाहरी सतह अभी भी दूसरे की तुलना में ठंडी होगी।

विचार के लिए रुकें आपने ’अंतरिक्षयान’ से संबंधित प्रश्न का क्या उत्तर दिया होगा और क्यों? क्या आप कुछ ऐसी गलतफ़हमियों के बारे में सोच सकते हैं जो आपके विद्यार्थियों ने ’ऊर्जा और कार्य’ विषय में दिखाई हों और आपका ध्यान उन पर गया हो?

आप संसाधन 1 में ऊर्जा के बारे में सामान्य गलतफ़हमियों के कुछ और उदाहरण देख सकते हैं।

प्रत्येक व्यक्ति को विज्ञान के विषयों के बारे में गलतफ़हमी है, अथवा ऐसी समझ है जो पाठयक्रम में विज्ञान के नमूनों से भिन्न है। आपको यह देखकर हैरानी हो सकती है कि अध्यापकों को अपनी विशेषज्ञता के विषय में भी गलतफ़हमियाँ हो सकती हैं! उन्हें इसका एहसास अक्सर तब होता है जब वे किसी ऐसी चीज के बारे में कोई प्रश्न देखते हैं, जिसका उन्होंने पहले अध्ययन नहीं किया है या जिसे पहले पढ़ाया नहीं है, या अगर कोई विचार उन्हें असामान्य रूप से, अनजान के संदर्भ में प्रस्तुत किया जाता है।

यद्यपि यह शर्मिंदा करने वाला प्रतीत हो सकता है लेकिन एक अच्छा अध्यापक इस बात को सराहेगा कि उन्होंने कुछ महत्वपूर्ण सीखा है और अपनी स्वयं की समझ में सुधार किया है। इससे उन्हें विद्यार्थियों की संभावित समस्या के बारे में जानने और उसकी पहचान करने तथा उससे निपटने की योजना बनाने में भी मदद मिलेगी।

आगामी खंड में आप अपने विद्यार्थियों के बोध की परख करने के तरीकों के बारे में सीखेंगे। यहाँ वर्णित तकनीक किसी भी विषय क्षेत्र में काम करती हैं। मुख्य संसाधन ‘प्रगति और कार्यनिष्पादन का आकलन’ भी मददगार होगा।

वीडियोः प्रगति और प्रदर्शन का आकलन

2 कार्य और ऊर्जा के संबंध में आपके विद्यार्थियों की समझ के बारे में पता लगाना

कार्य और ऊर्जा के संबंध में अपने विद्यार्थियों की समझ के बारे में आप किस प्रकार पता लगा सकते हैं? यदि वे गणना संबंधी प्रश्नों के सभी उत्तर सही देने में समर्थ हैं तो आप मान सकते हैं कि उनकी समझ उत्तम है। तथापि, विद्यार्थियों को कार्य और ऊर्जा के संबंध में गलतफ़हमियाँ हो सकती हैं लेकिन वे गणना सही ढंग से कर सकते हैं। उन्होंने गणना करने के लिए जिन नियमों का प्रयोग किया है वे भौतिकी की अंतर्निहित समझ पर निर्भर नहीं करती हैं।

उदाहरण के लिए, मान लें कि आप किसी विद्यार्थी से भार m को ऊँचाई h तक उठाने में लगने वाली ऊर्जा की गणना करने के लिए कहते हैं। उन्हें पता है कि E(p) = mgh इसलिए यदि आप उन्हें m, g और h के लिए मान दे देते हैं तो वे गणना कर सकते हैं। यद्यपि, वे यह बताने में असमर्थ हो सकते हैं कि अगर भार को छोड़ दिया जाता है और वह ज़मीन पर गिरता है तो ऊर्जा स्थानान्तरण और ऊर्जा संरक्षण का क्या होगा?

वे कह सकते हैं कि जब भार को उठाया गया था तब उसमे संभावित ऊर्जा थी, जब यह गिर रही थी तब इसमें गतिज ऊर्जा थी, और जब भार जमीन से टकराया तो उस समय इसकी ऊर्जा किसी कारणवश ’समाप्त’ हो गई थी। यह पता लगाने के लिए कुछ और प्रश्न भी हल करने पड़ सकते हैं कि अगर ऊर्जा संरक्षित होती है तो इस खो चुकी ऊर्जा का क्या हुआ होगा।

कुछ साधारण रणनीतियाँ है जिनका आप कार्य और ऊर्जा के संबंध में अपने विद्यार्थियों की समझ को परखने के लिए उपयोग कर सकते हैं। इन सभी रणनीतियों में जो सामान्य है वह यह कि वे विद्यार्थियों को अपने विचार अध्यापक और दूसरे विद्यार्थियों के साथ बांटने के लिए प्रोत्साहित करते हैं। यह बेहद महत्वपूर्ण है, क्योंकि नवीन ज्ञान के सृजन के लिए मौजूदा ज्ञान और समझ एक आधार के रूप में काम करता है।

विद्यार्थियों के समझ के बारे में पता लगाने के लिए उपयोगी रणनीतियों में शामिल है अवधारणा पर आधारित प्रश्न करना, सामूहिक चर्चा करना और पोस्टर द्वारा प्रस्तुतीकरण करना, साथ ही, निम्नलिखित दृष्टिकोण रखना, जिससे शायद आप कम परिचित हो–

• ‘पूर्वानुमान लगाएँ और समझाएँ’: विद्यार्थियों को कोई स्थिति दें और उनसे पूर्वानुमान लगाने को कहें कि आगे क्या होने वाला है? और उनके पूर्वानुमान की व्याख्या करें।
• ‘सही/गलत/अनिश्चित’ कार्ड छाँटना: विद्यार्थियों की प्रत्येक जोड़ी या समूह को कार्डों का एक सेट दें, जिनमें से प्रत्येक पर ऊर्जा और कार्य के बारे में एक कथन दिया गया हो। विद्यार्थी कार्डों को छाँट कर ‘सही’, ‘गलत’ और ‘अनिश्चित’ के रूप में अलग–अलग समूह बनाते हैं।
• ’ट्रैफ़िक लाइट’: विद्यार्थियों का प्रत्येक समूह कथन के बारे में अपना उत्तर हरे (सही), लाल (गलत) या पीले (अनिश्चित) वोटिंग कार्ड को थाम कर दिया जाता है।
• अवधारणाओं का परिवर्तन कार्टून द्वाराः कार्टून जो किसी स्थिति को दो या तीन कथनों के साथ दिखाते हैं कि क्या हो रहा है? विद्यार्थियों को निर्णय करना होता है कि कौन से कथन(नों) से वे सहमत या असहमत हैं, और क्यों?
• व्याख्यात्मक रेखाचित्रः विद्यार्थियों को ऊर्जा और कार्य के बारे में अपने विचारों का उपयोग करते हुए, किसी प्रणाली या परिस्थिति की छवि या रेखाचित्र की व्याख्या करने के लिए कहें

आपको इनमें से प्रत्येक के लिए संसाधन 2 में उदाहरण मिल सकते हैं।

वीडियोः निगरानी करना और फीडबैक देना

विचार के लिए रुकें क्या आप समूहों द्वारा दिए गए किसी भी उत्तर से हैरान हुए थे? क्या आपके विद्यार्थियों की गलत व्याख्याओ में कोई सामान्य गलतफ़हमियाँ थीं?

चित्र 2 जब आपके विद्यार्थी कार्य कर रहे हैं, इधर–उधर घूमें और सावधानीपूर्वक सुनें कि वे किस बारे में बात कर रहे हैं। यदि आवश्यक हो तो उनसे प्रश्न पूछें, लेकिन उन्हें उत्तर बताने की कोशिश न करें।

3 ऊर्जा और कार्य के बारे में अपने विद्यार्थियों को बेहतर समझ प्रदान करने में सहायता करना

जब विद्यार्थी को कोई ऐसी गलतफ़हमी है जो किसी विचार की व्याख्या करती प्रतीत होती है, तो वे इसे तभी छोड़ेंगे जब आप उन्हें दिखा सकें कि विचार की व्याख्या करने का अन्य तरीका बेहतर काम करता है। कभी–कभी विद्यार्थी आंशिक ‘नए, बेहतर’ मॉडल को स्वीकार कर लेंगे, लेकिन खुद ही दूसरा ‘हाइब्रिड’ मॉडल तैयार करेंगे या आप स्थिति के आधार पर मॉडलों को बदल सकते हैं।

समस्या का कोई एक समाधान नहीं होता, लेकिन शोध और सामान्य अनुभव सुझाता है कि निम्नलिखित रणनीतियाँ मददगार होती हैं:

• विद्यार्थियों को अपने विचार पर दूसरे विद्यार्थियों के साथ समर्थनकारी परिवेश में चर्चा करने के अवसर दें।
• विद्यार्थियों को अपना यह पूर्वानुमान लगाने के लिए अपना मॉडल उपयोग करने को कहें कि भिन्न स्थितियों में क्या होगा? और ऐसी स्थितियों की पहचान करें जिनमें उनका वर्तमान मॉडल काम नहीं करता, जब कि स्वीकार्य वैज्ञानिक मॉडल काम करता है। इन मॉडलों के बीच अंतर की चर्चा करें।
• विद्यार्थियों को चुनौती देने के अवसर प्रदान करें और उनके विचारों को परिष्कृत करें।

सावधानीपूर्वक संरचित व्यवहारिक अनुभव और निरूपण गलतफ़हमी को चुनौती देने के लिए प्रमाण प्रदान करने का प्रभावी तरीका हो सकते हैं। ज़रूरी नहीं कि वह बहुत से उपकरणों के साथ बड़ा और शानदार प्रयोग हो। कभी–कभी उच्च और निम्न दर्जे के निरूपण तथा व्यावहारिक अनुभव भी उसे प्रदान कर सकते हैं जिसकी आवश्यकता होती है। आप जो भी करें, याद रखने लायक़ महत्वपूर्ण बिंदु हैं–

• विचारों के विकास का समर्थन करने के लिए व्यवहारिक अनुभव मौजूद हो, इसलिए आपको यह स्पष्ट होना चाहिए कि आपको उनका ध्यान आकर्षित करने के लिए क्या करने की जरूरत होगी
• आप, ठीक उस तरह से व्यवहारिक अनुभव की जाँच कर लें जिस तरह आप इसे करना चाहते हैं, जिससे सुनिश्चित हो सके कि विद्यार्थी वह अनुभव लेने में समर्थ हों, जिसका आप उन्हें अनुभव कराना चाहते हैं।

सावधानीपूर्वक प्रश्न करना यह पता लगाने का बेहद अच्छा तरीका है कि आपके विद्यार्थी क्या सोच रहे हैं? अपनी कक्षा में सवाल–जवाब का उपयोग करने के बारे में और अधिक जानकारी पाने के लिए संसाधन 4 पढ़ें

वीडियोः सोच–विचार को बढ़ावा देने के लिए प्रश्न पूछने का उपयोग करना

4 सारांश

इस इकाई में आपने कुछ गलतफ़हमियों के बारे में सीखा जो विद्यार्थियों को है और अपने विद्यार्थियों की समझ के बारे में पता लगाने की कुछ रणनीतियाँ सीखीं। आपके पास अपने विद्यार्थियों की समझ को बेहतर बनाने में सहायता करने के लिए रणनीति उपयोग करना का अवसर भी था।

संसाधन 2 में वर्णित किसी भी रणनीति के लिए विशेषीकृत व्यावहारिक संसाधनों या कक्षा में अधिक समय देने की जरूरत नहीं होती है। जब आप इस विषय को पढ़ा रहे हैं अथवा जब विद्यार्थी दोहरा रहे हैं तो क्यों न संकल्पना कार्टून या कार्ड छाँटने का उपयोग करके देखें? जब भी आप सक्रियता से समझ को परखना चाहते हैं तो ‘ट्रैफ़िक लाइट’ भी उपयोगी तकनीक हो सकती है।

संसाधन 5 ऊर्जा के बारे में कथनों का सेट प्रदान करता है। कथनों के साथ उत्तर और टिप्पणियाँ दी जाती हैं। आप इन टिप्पणियों का उपयोग जैसा कि केस स्टडी 1 में वर्णित किया गया है, अपनी खुद की समझ का अन्वेषण करने के लिए कर सकते हैं, लेकिन आप इस संसाधन का उपयोग अपने विद्यार्थियों के लिए कठिनाई के संभावित बिंदुओं की पहचान करने में आपकी मदद के लिए भी कर सकते हैं।

यद्यपि यह इकाई ऊर्जा, कार्य और बल पर केंद्रित है, विद्यार्थियों के पास विज्ञान के पाठयक्रम के अन्य क्षेत्रों में वैकल्पिक मॉडल और संरचनाएँ होंगी। आप संसाधन 3 की तकनीकों को अन्य विषयों में उपयोग करने के लिए अपना सकते हैं। यह आसान होगा अगर आप दूसरे अध्यापकों के साथ काम करें और संसाधनों तथा अनुभवों को साझा करें।

संसाधन

संसाधन 1: ऊर्जा के बारे में कुछ सामान्य गलतफ़हमियाँ

यह संसाधन गतिविधि 1 के साथ उपयोग के लिए है।

• ऊर्जा को खर्च किया जा सकता है।
• वस्तुओं में केवल ऊर्जा होती है जब वे गतिमान होते हैं।
• वस्तुएँ तब तक गतिमान रहती हैं जब तक कि ऊर्जा ‘समाप्त’ नहीं हो जाती है।
• ऊर्जा अक्सर ऊर्जा स्थानांतरण में नष्ट हो जाती है।
• ऊर्जा पदार्थ है।
• ऊर्जा ईंधन है।
• बल ऊर्जा के समान होता है।
• बल काम के समान होता है।
• प्रकाश संश्लेषण या श्वसन जैसी जैविक प्रक्रियाओं से ऊर्जा उत्पन्न होती है।
• कुछ वस्तुएँ/सामग्रियाँ स्वाभाविक रूप से दूसरों की अपेक्षा गर्म होती हैं।

संसाधन 2: ऊर्जा और कार्य के बारे में अपने विद्यार्थियों के विचारों को सामने लाने के कुछ तरीके

कई रणनीतियाँ हैं– जैसे केंद्रित सवाल–जवाब, सामूहिक चर्चा और पोस्टर प्रस्तुतीकरण। आप जिनका उपयोग यह पता लगाने के क्रम में कर सकते हैं कि विद्यार्थियों के पास पहले से क्या विचार हैं? और विद्यार्थियों की गलतफ़हमियाँ क्या हैं?

टिप्पणियों सहित कुछ अन्य उदाहरण निम्नलिखित हैं। इनमें से किसी भी रणनीति के उपयोग का प्रमुख बिंदु विद्यार्थियों को अपने विचार आपके तथा अन्य विद्यार्थियों के साथ साझा करने के लिए प्रोत्साहित करना है। कलात्मक शैली से युक्त सुंदर एवं रंगीन रेखाचित्र की अपेक्षा वह चर्चा अधिक महत्वपूर्ण है जिसके कारण कोई रेखाचित्र बनाया जाए!

पूर्वावनुमान और व्याख्या

विद्यार्थियों को साधारण परिदृश्य दें और उन्हें यह बताने के लिए कहें कि आगे क्या होगा? और वे ऐसा क्यों सोचते हैं। उदाहरण के तौर पर, यू–आकार के ट्रैक पर चलती गेंद के बारे में विचार करें (चित्र R2.1)।

चित्र R2.1 यू–आकार के ट्रैक पर चलती गेंद।

पूर्वानुमान लगाएँ कि इस गेंद को छोड़ने पर क्या होगा? अपने उत्तर को स्पष्ट करें।

टिप्पणी

अनेक विद्यार्थी यू–आकार के ट्रैक पर चलती गेंद के बारे में सही पूर्वानुमान लगाने में सक्षम होंगे, लेकिन उनमें से कुछ ही ऊर्जा संरक्षण और स्थानांतरण के मामले में इस पूर्वानुमान को सही ढंग से बताने में समर्थ होंगे।

गेंद ट्रैक पर चलनी चाहिए और दूसरी ओर उस ऊँचाई तक जानी चाहिए, जितनी ऊँचाई पर उसे छोड़ा गया था। गेंद जितनी ऊँची होगी स्थितिज ऊर्जा भी उतनी अधिक होगी, इसलिए जिस उच्चतम बिंदु तक यह ऊँची जा सकती है उसकी स्थितिज ऊर्जा भी उतनी होगी जितनी इसके आरंभ के समय थी। गेंद गिरते समय अपनी स्थितिज ऊर्जा में कमी होती है लेकिन गतिज ऊर्जा में वृद्धि होती है, इसलिए यह वक्र रेखा के तल पर सर्वाधिक तेजी से चलती है (अर्थात सर्वाधिक गतिज ऊर्जा का उपयोग करते हुए) जहाँ इसकी स्थितिज ऊर्जा कम होती है।

यदि केवल वायु गतिरोध या ट्रैक से घर्षण के कारण कोई ऊर्जा स्थानांतरित नहीं होती है तो गेंद का ट्रैक पर अनिश्चितकाल के लिए ऊपर और नीचे आना तथा प्रत्येक बार उसी ऊँचाई को छूना जारी रहना चाहिए। यदि आस–पास कोई ऊर्जा स्थानांतरित होती है, तो प्रत्येक बार गेंद जब ट्रैक पर चढ़ती है तो यह पहले से कम ऊँचाई तक चढ़ेगी। इसकी अधिकतम स्थितिज ऊर्जा प्रत्येक बार कम होगी और अंततः यह वक्र रेखा के तल में ठहर जाएगी।

पूर्वानुमान और व्याख्या करने के लिए कहना महत्वपूर्ण है। किसी अपरिचित स्थिति में, विद्यार्थियों को पूर्वानुमान लगाने के लिए अपनी वैज्ञानिक समझ से भी काम लेना पड़ सकता है। लेकिन अगर आप ऐसी स्थिति का उपयोग करते हैं जिसका सामना विद्यार्थियों ने पहले किया है तो वे समझ की बजाय स्मरणशक्ति के आधार पर सही पूर्वानुमान लगाने में समर्थ हो सकते हैं। जब तक आप व्याख्या के साथ–साथ पूर्वानुमान के बारे में नहीं पूछते, यह जरूरी नहीं है कि आपके विद्यार्थियों को अंतर्निहित विज्ञान समझ नहीं आएगा।

संकल्पना कार्टून

संकल्पना कार्टून के दो उदाहरण नीचे दिखाए गए हैं। आप कक्षा को चित्र R2.2 दिखा सकते हैं और उनसे ‘आपका क्या विचार है?’ पूछ सकते हैं।

चित्र R2.2 संकल्पना कार्टून का एक उदाहरण।

आप कक्षा को चित्र R2.3 दिखा सकते हैं और निम्नलिखित कथन पढ़ सकते हैं:

• कथन A: ‘एक पुली वाली प्रणाली की अपेक्षा दो पुली वाली प्रणाली से भार उठाना अधिक आसान है। पुली से ऊर्जा की बचत होती है!’
• कथन B: ‘दो पुली वाली प्रणाली कम बल के साथ भार उठाने देती है, लेकिन आपकी ऊर्जा की बचत नहीं करती है।’

फिर विद्यार्थियों से पूछें कि उनका क्या विचार है

चित्र R2.3 संकल्पना कार्टून का एक उदाहरण।

टिप्पणी

यह अलग–अलग विद्यार्थियों या एक समूह के लिए गृह–कार्य की गतिविधि या कक्षा की एक गतिविधि हो सकती है। टिप्पणी पर आपके विद्यार्थियों को अपनी व्याख्या या वर्णन होनी चाहिए। उन्हें संक्षिप्त रखना चाहिए और पाठयपुस्तक या इंटरनेट से लेबलों के सेट ‘उठाने’ में नहीं भटकना चाहिए।

संसाधन 3: विभिन्न गतिविधियों में किए गए काम की पहचान करना

मानसिक मॉडल जिसकी विद्यार्थियों को ऊर्जा और कार्य के संबंध में प्रश्नों के उत्तर देने के लिए जरूरत है, वह यह है कि काम करने में एक दूरी तक बल प्रयोग शामिल है। यदि कुछ उठाया जा रहा है तो वह बल वस्तु का भार है और जिस ऊँचाई तक उठाया जाना है वह दूरी है। कार्य उस वस्तु पर किया जा रहा है।

यदि कोई चीज धकेली या खींची जा रही है और इसे उठाया नहीं जा रहा है तो बल घर्षण हो सकता है और दूरी वह दूरी होगी जिस पर बल लगाया जा रहा है। विद्यार्थियों द्वारा चुनी जाने वाली कुछ स्थितियाँ वास्तव में बेहद जटिल होती हैं। उदाहरण के लिए, यदि आप समतल सड़क पर चल रहे हैं, तो आप स्पष्ट तौर पर काम कर रहे हैं, लेकिन ‘बल’ आपका भार नहीं होगा।

गतिविधि 2 के लिए सुझाई गई गतिविधियाँ तालिका R3.1 में सूचीबद्ध हैं।

जिन गतिविधियों में बल शामिल होता है, लेकिन चाल शामिल नहीं होती है, उनमें खंभे पर झुकना या बड़े पत्थर को धकेलने की कोशिश करना शामिल होता है। तकनीकी रूप से, मानसिक मॉडल के अनुसार जिसके उपयोग के लिए विद्यार्थियों को प्रोत्साहित किया जा रहा है, इन मामलों में कोई काम नहीं हो रहा है। लेकिन अगर आप बड़ी वस्तु को धकेल रहे है तो आप निश्चित तौर पर प्रयास कर रहे हैं! ‘कार्य’ छोटे स्तर पर है – आपकी माँसपेशियों और हड्डियों की हलचल।

बिना किसी प्रत्यक्ष बल के वस्तुओं को हिलाया जा रहा है, इसमें हवा में चलती गेंद और अंतरिक्ष में उड़ता अंतरिक्ष–यान शामिल होगा। यदि कोई बल नहीं लगाया जा रहा है, तो कोई कार्य नहीं हो रहा है। हवा में उड़ती गेंद के लिए, जो बल लगाए जा रहे हैं: वायु गतिरोध और गुरुत्व बल। गेंद की गति धीमी हो जाएगी और रुक जाएगी, इसलिए गेंद पर कार्य हो रहा है। अंतरिक्ष–यान के लिए, वायु का कोई गतिरोध या गुरुत्व नहीं है, इसलिए यह सीधी दिशा में चलता रहेगा जब तक कि इस पर कोई बल नहीं लगाया जाता है।

संसाधन 4: सोच–विचार को बढ़ावा देने के लिए प्रश्न पूछने का उपयोग करना

शिक्षक अपने विद्यार्थियों से प्रत्येक समय प्रश्न पूछते है। प्रश्नों का तात्पर्य होता है कि शिक्षक सीखने, और अधिक सीखने में अपने विद्यार्थियों की मदद कर सकें। एक अध्ययन (हैस्टिंग्ज, 2003) के अनुसार, शिक्षक औसत रूप से अपना एक तिहाई समय विद्यार्थियों से प्रश्न पूछने में बिताते हैं। पूछे गए प्रश्नों में से, 60 प्रतिशत ने तथ्यों का स्मरण दिलवाया और 20 प्रतिशत प्रक्रिया से जुड़े थे (हैटी, 2012)। इन प्रश्नों के अधिकांश उत्तर या तो सही थे या गलत। लेकिन क्या ऐसे प्रश्न पूछने भर से, जो या तो सही हैं या गलत, सीखने को बढ़ावा मिलता है?

प्रश्न कई अलग–अलग प्रकार के होते हैं जो विद्यार्थियों से पूछे जा सकते हैं। शिक्षक जो उत्तर और परिणाम चाहता है, उसी के अनुसार तय होता है कि शिक्षक को किस प्रकार के प्रश्नों का उपयोग करना चाहिए। शिक्षक विद्यार्थियों से सामान्यतः पर इसलिए प्रश्न पूछते हैं जिससे–

• जब कोई नया विषय या सामग्री प्रस्तुत की जाती है, तब उसे समझने की दिशा में विद्यार्थियों का मार्गदर्शन कर सकें
• अधिक चिंतन करने के लिए विद्यार्थी के ऊपर जोर डाल सकें

• त्रुटि सुधार सकें

• विद्यार्थियों को सक्रिय बना सकें
• समझ की जांच–परख कर सकें।

प्रश्न पूछने का उपयोग सामान्यतः पर यह पता लगाने के लिए किया जाता है कि विद्यार्थी क्या जानते हैं? इसलिए उनकी प्रगति के आकलन के लिए यह महत्वपूर्ण है। प्रश्नों का उपयोग प्रेरित करने, विद्यार्थियों के विचार–कौशल को बढ़ाने और जिज्ञासु मस्तिष्क विकसित करने के लिए भी किया जा सकता है। इन्हें दो वृहद श्रेणियों में बांटा जा सकता हैः

• निचले दर्जे के प्रश्न, जो तथ्यों और पहले से सीखे हुए ज्ञान का स्मरण करवाते हैं। ये प्रायः बंद प्रश्न होते हैं (उत्तर हां या ना में)।
• उच्च दर्जे के प्रश्न, जो अधिक चिंतन की मांग करते हैं। ये विद्यार्थियों को एक उत्तर तैयार करने के लिए या तार्किक ढंग से एक दलील का समर्थन करने के लिए पहले से सीखी गई जानकारियों को एकत्रित करने के लिए कहते हैं। उच्चतर दर्जे के प्रश्न प्रायः अधिक खुले होते हैं।

खुले प्रश्न विद्यार्थियों को पाठयपुस्तक आधारित, शाब्दिक उत्तरों से आगे जाकर सोचने के लिए प्रोत्साहित करते हैं। इस तरह उत्तरों की एक श्रृंखला सामने लाते हैं। ये विषयवस्तु के बारे में विद्यार्थियों की समझ का आकलन करने में भी शिक्षक की मदद करते हैं।

संसाधन 5: ऊर्जा को समझना

ऊर्जा के मामले में एक समस्या है। हम इसे प्रायः किसी वास्तविक पदार्थ के तौर पर मानते हैं, लेकिन नोबल पुरस्कार विजेता भौतिकशास्त्री रिचर्ड फैनमेन ने ऊर्जा के बारे में कहा था (फैनमेन और अन्य,1964):

यह तथ्य है, या अगर आप चाहे तो आज की तारीख तक ज्ञात सभी प्राकृतिक घटनाएँ एक नियम के तहत होती हैं। इस नियम का कोई अपवाद नहीं है। जहाँ तक ज्ञात है यह सही है। जिसको ऊर्जा संरक्षण का नियम कहा जाता है। यह कहता है कि कुछ मात्रा है जिसे हम ऊर्जा कहते हैं जो उनके अनेक रूपों में नहीं बदलती जिनमें प्रकृति बदलती है। वह एक बेहद अमूर्त विचार है क्योंकि यह गणित का सिद्धांत है; जो कहता है कि संख्यात्मक मात्रा होती है जो कुछ भी होने पर परिवर्तित नहीं होती है। यह किसी तंत्र या किसी मूर्त वस्तु का विवरण नहीं है; यह एक अद्भुत तथ्य है कि हम किसी संख्या की गणना कर सकते हैं। जब हम प्रकृति को देखना बंद कर देते हैं और उसकी गतिविधियों के अनुसार चलते और संख्या की पुनः गणना करते हैं, तो यह पहले के समान ही होगी।

ऊर्जा के बारे में कुछ विचार यहाँ पर दिए हैं जो सामान्य हो सकते हैं। आप इन विचारों पर किस प्रकार प्रतिक्रिया करेंगे?

1. भोजन ऊर्जा का स्रोत है। जब हम खाना खाते हैं तो ऊर्जा हमारे शरीर में जाती है जिससे हम कार्य कर सकें।
2. ऊर्जा भिन्न प्रकार की हो सकती है। इनमें से कुछ प्रकार ध्वनि, प्रकाश, रसायन और गतिज हैं।
3. जब आप कार चलाते हैं तो पेट्रोल की ऊर्जा की खपत होती है, जिसके कारण आपको कार में पेट्रोल डलवाना पड़ता है।
4. ऊर्जा को भिन्न प्रकार से भंडारित किया जा सकता है, जैसे कि बैटरियों में रसायन या किसी ऐसी वस्तु में, जिसका विशिष्ट गुरुत्व या विद्युत क्षेत्र हो।
5. ऊर्जा को एक स्थान से दूसरे स्थान पर कई तरह के तंत्रों द्वारा स्थानांतरित किया जा सकता है जैसे विद्युत तरंग, ध्वनि और प्रकाश।
6. ऊर्जा वास्तविक नहीं है। हमें स्वीकार करना चाहिए कि यह गणित का विचार है जो दुनिया को समझने में हमारी सहायता करता है।

भौतिकी के नजरिए से आपके विचार में कौन से कथन एकदम सटीक हैं?

उत्तर

1. भोजन में ऊर्जा रसायनों के रूप में भंडारित होती है। यह ऊर्जा हमारे शरीर में स्थानांतरित की जाती है जिससे रासायनिक अभिक्रियाओं का उपयोग करके काम कर सकें।
2. विचार करने की यह सामान्य प्रक्रिया है लेकिन हाल के वर्षों में अध्यापकों को ऊर्जा पर एकल रूप में विचार करने के लिए प्रोत्साहित किया जा रहा है जिसे एक स्थान से दूसरे स्थान पर विभिन्न तरीकों से, जैसे कि विद्युत तरंग, प्रकाश और ध्वनि से स्थानांतरित किया जा सकता है।
3. यह अच्छी सोच नहीं है। ऊर्जा कभी ‘समाप्त’ नहीं होती है, परन्तु इसे एक स्थान से दूसरे स्थान पर ऐसे तरीके से स्थानांतरित किया जा सकता है कि इसका अपव्यय हो जाता है और यह कम लाभकारी हो जाती है। ऊर्जा के संरक्षण का नियम ऊर्जा की खपत को रोकता है। कार के इंजन में, ऊर्जा ध्वनि और ऊष्मा के माध्यम से पर्यावरण में स्थानांतरण के माध्यम से बेकार हो जाती है। इसमें से कुछ ऊष्मा ज्वलन में उत्पन्न होती है; कुछ इंजन में घूमते भिन्न पुर्जों के घर्षण से और जमीन से होने वाले संपर्क के कारण उत्पन्न होती है।
4. यह अच्छा विचार है और उन वर्तमान अध्यापन विचारों को परिलक्षित करता है जिन्हें स्कूलों में बढ़ावा दिया जा रहा है।
5. यह अच्छा विचार है और उन वर्तमान अध्यापन विचारों को परिलक्षित करता है जिन्हें स्कूलों में बढ़ावा दिया जा रहा है।
6. इस प्रकार की विचारशीलता संभावित रूप से विवादास्पद है। तथापि, फैनमेन की ऊर्जा परिभाषा पर नजर डालते हुए लगेगा कि मामला तो ऐसा ही है। हम चीजों को कुछ ठोस रूप देना पसंद करते हैं लेकिन भौतिकी में अनेक विचार बस ऐसे ही हैं; विचार या मॉडल।

अतिरिक्त संसाधन

• Practical physics http://www.nuffieldfoundation.org/ practical-physics provides information on practical activities in physics for 11-19 year olds.
• SEP booklets ( downloadable pdfs): Energy storage, Making energy real, Building materials, Solar power, Wind power, all at http://www.nationalstemcentre.org.uk/ elibrary/
• IoP: Physics demonstration films http://www.nationalstemcentre.org.uk/ elibrary/ collection/ 491/ physics-demonstration-films
• MIT Blossoms: Quantifying the energy associated with everyday things and events https://blossoms.mit.edu/ videos/ lessons/ quantifying_energy_associated_everyday_things_and_events

References

Acknowledgements

अभिस्वीकृतियाँ

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कॉपीराइट के स्वामियों से संपर्क करने का हर प्रयास किया गया है। यदि किसी को अनजाने में अनदेखा कर दिया गया है, तो पहला अवसर मिलते ही प्रकाशकों को आवश्यक व्यवस्थाएं करने में हर्ष होगा।

वीडियो (वीडियो स्टिल्स सहित): भारत भर के उन अध्यापक शिक्षकों, मुख्याध्यापकों, अध्यापकों और विद्यार्थियों के प्रति आभार प्रकट किया जाता है जिन्होंने उत्पादनों में दि ओपन यूनिवर्सिटी के साथ काम किया है।