BAB II KAJIAN PUSTAKA
1. Hakikat Sains
Guru sains mengajak siswa-siswa secara efektif dalam mempelajari sejarah, filosofi dan praktik sains. Guru-guru sains memberi peluang siswa-siswa untuk membedakan sains
dari non-sains, memahami evolusi dan praktik sains sebagai usaha manusia, dan secara kritis menganalisis tuntutan yang dibuat dalam memahami sains. Upaya untuk
1
mewujudkannya, maka siswa-siswa disiapkan untuk diberi hakikat sains dengan demikian guru-guru sains harus menunjukkan bahwa mereka :
a. memahami sejarah dan budaya perkembangan sains dan
evolusi pengetahuan beserta disiplinnya, b.
memahami secara filosofis prinsip-prinsip, asumsi-asumsi, tujuan- tujuan dan nilai-nilai yang membedakan sains dari teknologi dan dari cara-cara
lain dalam memahami dunia, c.
mengajak siswa-siswa secara berhasil dalam belajar hakikat sains yang terkait, menganalisis secara kritis kesalahan atau keragu-raguan tuntutan
yang dibuat dalam menamai sains. NSTA, 2003: 16
Penelitian menunjukkan banyak siswa dan guru tidak secara berkecukupan memahami hakikat sains. Contoh yang bisa dipaparkan adalah banyak guru dan siswa tidak
percaya bahwa semua penyelidikan ilmiah melekat pada sebuah identitas dari tahap-tahap pengetahuan sebagai metode ilmiah, dan bahwa teori secara sederhana adalah hukum-
hukum yang belum matang. Bahkan ketika guru-guru memahami dan mendukung keperluan yang terkait dengan hakikat sains dalam pengajaran mereka, mereka tidak selalu
melakukannya. Akibatnya mereka mungkin salah mengasumsikan tentang inkuiri yang memandu pemahaman sains. Secara eksplisit pengajaran memerlukan dua hal, yaitu
mempersiapkan guru-guru dan memandu siswa-siswa untuk memahami hakikat sains Khishfe dan Khalick, E. L., 2002:554
Semua mahasiswa sains apakah sebagai calon guru atau bukan calon guru, harus memiliki pengetahuan tentang hakikat sains, karena merupakan suatu aspek standar dan
untuk mahasiswa calon guru harus memiliki keterampilan-keterampilan yang diperlukan untuk mengajak siswa-siswa secara kritis menganalisis keputusan ilmiah atau semi ilmiah
dalam cara yang tepat. Calon guru sains harus melipat gandakan kesempatan untuk mempelajari dan
menganalisis literatur yang berhubungan dengan sejarah dan hakikat sains. Calon guru sains perlu menganalisis, mendiskusikan dan berdebat tentang topik-topik dan laporan-
laporan dalam media yang berhubungan dengan hakikat sains dan pengetahuan ilmiah dalam pembelajaran dan seminar-seminar yang bertema tidak hanya dalam konteks
pendidikan. Calon guru sains perlu menunjukkan bahwa mereka menjadi efektif dengan
mengajak siswa-siswa dalam mempelajari hakikat sains. Asesmen perlu memperhatikan
1
pada pemahaman yang terkait seperti kemungkinan penyelesaian pembelajaran, seminar- seminar atau tugas-tugas, seperti proyek, paper, dan analisis studi kasus.
2. Standar-standar untuk Guru Sains
NSTA 2003: 4 -30, menyebutkan ada 10 standar untuk persiapan guru sains, yaitu standar isi content; standar hakikat sains nature of science; standar inkuiri; standar
issues; standar keterampilan umum mengajar; standar kurikulum; standar sains dan masyarakat; standar asesmen; standar keselamatan dan kesejahteraan; serta standar
pertumbuhan professional. Rekomendasi isi content untuk guru-guru sains sekolah dasar dan menengah
dapat dirangkum dalam Tabel 1 berikut ini NSTA, 2003: 8-9
Tabel 1. Rangkuman rekomendasi isi untuk guru-guru sains sekolah dasar dan menengah
Standar No
Isi Biologi
1 Faktor-faktor yang membangun struktur, fungsi-fungsi dan perilaku
sistem hidup 2
Sistem ganda untuk klasifikasi organisme 3
Siklus materi dan aliran energi, melalui jalur benda hidup dan tidak hidup
4 Sifat-sifat seleksi, adaptasi, perbedaan dan spesifikasi
5 Struktur, fungsi dan reproduksi sel-sel yang terkait dalam
mikroorganisme 6
Tingkatan-tingkatan organisasi sel 7
Reproduksi dan sifat menurun, termasuk reproduksi manusia dan kontrasepsi
8 Perilaku sistem hidup dan peran umpan balik dalam peraturan-peraturan
mereka 9
Resiko yang berhubungan dengan benda hidup meliputi alergi, racun, penyakit dan serangan
Kimia dan
Fisika 10
Sifat-sifat dan aplikasi-aplikasi bunyi, cahaya, magnet dan listrik 11
Energi Potensial dan energi Kinetik serta konsep Kerja 12
Aliran energi dalam sistem fisika dan sistem kimia, termasuk pesawat sederhana
13 Wujud zat dan ikatan dalam hubungan pada perilaku molekul dan energi
14 Konservasi zat dan energi
15 Klasifikasi unsur-unsur dan senyawa-senyawa
16 Pelarut khususnya air dan larutan
17 Sifat kimia dari bumi dan organisme hidupnya
18 Sifat-sifat substansi radioaktif
19 Resiko kimia, listrik dan radiasi.
20 Struktur benda-benda dan sistem di ruang angkasa
21 Struktur Bumi, evolusi, sejarah dan tempat dalam sistem tata surya
22 Karakteristik dan pentingnya lautan, danau, sungai, dan siklus air
23 Karakteristik atmosfer termasuk cuaca dan iklim
1
Standar No
Isi
24 Perubahan-perubahan bumi disebabkan oleh gaya fisika, kimia dan
biologi 25
Sebab-sebab terjadinya resiko seperti tornado, badai dan gempabumi 26
Karakteristik dan pentingnya siklus zat seperti oksigen, karbon dan nitrogen
27 Karakteristik dari sumber-sumber alam yang dapat diperbarui dan tidak
dapat diperbarui dan aplikasinya untuk kehidupan 28
Interaksi antara populasi, sumber-sumber alam dan lingkungan.
Zajkov, O. et al. 2001: 2 dalam penelitiannya menyebutkan standar isi untuk sains-fisika siswa sekolah menengah 14-15 tahun, meliputi topik-topik:
Apakah fisika dan penelitian ilmiah, satuan SI, ketepatan
dan presisi
Skalar dan Vektor
Gerak partikel, kerangka acuan, gerak dengan kecepatan konstan, gerak dengan percepatan konstan, kecepatan rata-rata dan sesaat, bagaimana
menjelaskan gerak dengan vektor dan koordinat, grafik posisi versus waktu dan kecepatan versus waktu, gerak relatif, percepatan gravitasi
Gerak dua dimensi perpindahan, kecepatan,
percepatan, gerak melingkar, kecepatan anguler, gerak periodik, percepatan centripetal
Kerangka acuan inersial dan non inersial, hukum-hukum
Newton, pengukuran gaya, aplikasi hukum hukum Newton dalam pemecahan masalah, hukum hukum Keppler tentang gerak planet, gravitasi umum, medan gravitasi,
elastisitas, hukum Hooke, gaya gesek, prinsip Galileo untuk relativitas
Kerja, energi kinetik, energi potensial, potensial
gravitasi, hukum konservasi, konservasi energi mekanik, impuls dan momentum, sistem terisolasi, konservasi momentum, daya, transformasi energi, koefisien efesiensi,
tumbukan elastik dan non elastik.
Kinetik gerak rotasi, percepatan anguler, torsi torka,
dinamika gerak rotasi, pengungkit, rotasi dan konservasi momentum, energi kinetik benda berotasi
Berdasarkan analisis Bencmarks For Science Literacy AAAS, 1993:59-93, maka standar isi sains meliputi: setting fisika; kebumian; proses pembentukan bumi; struktur
materi; transportasi energi; gerak; sifat gaya; keanekaragaman hidup, hereditas; sel; saling ketergantungan; aliran zat dan energi; evolusi; identitas manusia; pertumbuhan manusia;
fungsi-fungsi dasar; kesehatan fisik; dan kesehatan mental. Standar-standar isi sains tersebut dianalisis untuk grade 7, 8 dan 9 guna menyesuaikan jenjang SMP.
Rutherford, F.J. dan Ahlgren, A. 1990: 35-50 dalam bukunya Science For All
1
Americans menyebutkan, bahwa standar isi untuk sains meliputi: bidang biologi keanekaragaman makhluk hidup, hereditas, sel, saling ketergantungan dalam kehidupan,
aliran materi dan energi, evolusi makhluk hidup, siklus hidup, fungsi-fungsi dasar dan kesehatan fisik-mental; bidang kimia konsep awal api, hukum Lavoisier, kimia baru,
membelah atom, atom bukan lagi bagian terkecil materi, fisi menghasilkan energi yang sangat besar dan pengembangan senjata nuklir; bidang fisika struktur bahan, transportasi
energi, gerak benda, gaya-gaya alam dan relativitas; bidang kebumian daan antariksa alam semesta, tata surya, penyatuan langit dan bumi, hukum gravitasi, pergerakan
permukaan bumi, teori tektonik lempeng
3. Metode-metode Dalam Pembelajaran Sains
Hasil penelitian yang berkembang akhir-akhir ini mengenai metode atau pendekatan dalam pembelajaran sains, terutama yang terkait dengan collaborative learning
antara lain : model interogatif inkuiri dan pembelajaran kolaboratif dukungan komputer Hakkarainen, K., dan Sintonen, M., 2003 : 35. Dalam pendekatan ini mengkonsepkan
dua model pertanyaan interogatif, pertama adalah pertanyaan prinsip PQ dan yang kedua adalah pertanyaan-pertanyaan sub ordinat SQ dalam lingkungan pembelajaran dukungan
komputer Pendekatan lain adalah Collaborative Discovery oleh suatu piranti penyajian.
Saab, N. and Joolingen, W.V., 2005: 541 . Dalam pendekatan ini menggabungkan dua pendekatan konstruktivis yatu pembelajaran collaborative dan pembelajaran discovery.
Pembelajaran collaborative discovery juga memerlukan dukungan. yang dapat dibangun dalam lingkungan pembelajaran seperti piranti kognitif yang dikenal dengan Collaborative
Hypothesis Tool CHT. Hasil penelitian menyimpulkan, bahwa terdapat korelasi signifikan positip antara jumlah total hipotesis turunan dalam CHT dengan aktivitas
komunikasi r = 0,58; p0,05. Dua pendekatan pembelajaran yang berbasis collaborative, ternyata telah
mendapatkan respon dari pihak mahasiswa, dosen maupun observer. Hal ini nampak dalam penelitian Aman, C., et.al 2007: 2-8. Beberapa aspek yang mendapat respon mahasiswa
antara lain fungsi kelompok kolaboratif untuk belajar dari anggota kelompok sebesar 77 mahasiswa menjawab “ya”; serta aspek belajar dari dosen instruktur sebesar 71
mahasiswa menjawab “ya” dengan jumlah sampel penelitian adalah 16 tim kolaboratif mahasiswa setiap tim 5 mahasiswa.
1
Dalam penelitian yang berjudul Learning Science Online: A Descriptive Study of Online Science Courses For Teacher, Clarke, J. A. and Rowe, R. 2007; 107-110
menyebutkan beberapa jenis metode pengajaran yang digunakan dalam pembelajaran guru sains, yaitu metode Pen-and Paper; hands-on; minds-on; dan collaborative.
Hasil penelitian menunjukkan, bahwa untuk metode pembelajaran dengan pen and paper, rata-rata tertinggi bahan yang digunakan adalah buku rata-rata 3 berarti
penggunaan dua atau tiga kali sebulan; metode pembelajaran hands-on, rata-rata tertinggi adalah merancang penyelidikan ilmiah sendiri dan melaksanakan prosedur penyelidikan
ilmiah oleh dosen rata-rata 1,9 berarti satu atau dua kali selama pembelajaran; metode minds-on, rata-rata tertinggi adalah mengemukakan ide-ide ilmiah dalam diskusi online
rata-rata 4,5 berarti dua sampai tiga kali seminggu. Upaya lain dalam meningkatkan pembelajaran sains adalah dengan menggunakan
komputer dan perangkat penyelidikan hasil pengembangan proyek Technology Enhanced Elementary and Middle School Science TEEMSS II oleh Zucker, A.A., et al. 2007 : 5.
Program perangkat penyelidikan meliputi pembuat grafik bunyi, sensor temperatur, sensor tekanan gas, sensor tegangan listrik, sensor gaya, sensor gerak, sensor kelembaban cahaya,
dan model komputer yang diterapkan dalam penyelidikan sains. Penciptaan konstruktivis fisika juga dapat digunakan sebagai metode dalam
pengantar kelas-kelas universitas, seperti penelitian yang dilakukan oleh Wilhelm, J., 2007:24-29. Dalam pendekatan konstruktivis ini siswa mengembangkan prosedur ilmiah
dan matematis yang dipandu hasil pengamatan otentik ilmiah dan matematika yang berhubungan dengan dunia nyata. Contohnya membuat grafik posisi dan waktu serta
kecepatan dan waktu suatu gerak mobil-mobilan naik dan turun suatu lintasan; membuat grafik hubungan gaya dan percepatan, gaya dan waktu, percepatan dan waktu suatu mobil
mainan yang diberi beban 500 gram massa dalam lintasan mendatar; siswa menguji dan membandingkan rekaman gerak softball, bola tennis yang jatuh pada lantai beberapa saat;
membuat grafik hubungan energi potensial dan waktu rekaman gerak bola golf, membuat grafik hubungan energi kinetik dan waktu dari rekaman gerak bola golf.
Fokus penelitian Wilhelm, J. adalah untuk pengujian apakah dengan pendekatan konstruktivistik pemahaman konsep sains-fisika lebih bermakna bagi siswa. Metode
penelitian adalah metode penelitian campuran triangulasi data. Data yang dikumpulkan : presentasi dan proyek akhir siswa; FCI pre tes dan post tes; interview di akhir
1
pembelajaran dengan interview menggunakan aturan interview open ended. Komentar siswa di akhir proyek juga menggunakan instrumen aturan open ended.
Hasil penelitian menunjukkan, rata rata skor pre test 28,6 dengan SD 14,5 Rata rata skor post test 57,7 dengan SD 18,2. Berdasasarkan uji ANOVA pemahaman
konsep FCI F 1,37 = 126.655, p0,001, dengan 77,4 gain dalam pemahaman FCI berdistribusi secara langsung akibat pembelajaran fisika konstruktivistik. Tujuh dari
delapan mahasiswa merasa senang dengan pendekatan pengajaran konstruktivistik. Para mahasiswa calon guru menyatakan akan menggabungkan inkuiri dalam pembelajaran
mereka kelak. Siswa menyatakan bahwa kelas fisika mampu membuat mereka berpikir aktual dan melakukan eksperimen secara aktual dan meletakkan masalah dalam situasi
kehidupan nyata. Beberapa alternatif metode atau pendekatan dalam pembelajaran sains ditawarkan,
namun hal mendasar yang perlu diperhatikan adalah pemilihan metode pembelajaran hendaknya selalu mengacu pada standar-standar yang sudah ditetapkan bagi National
Science Education Standards.
4. Integrated Science
Model pembelajaran IPA terpadu direkomendasikan di tingkatan SMPMTs, karena ternyata memiliki beberapa tujuan, yaitu: meningkatkan efesiensi dan efektivitas
pembelajaran; meningkatkan minat dan motivasi, serta beberapa kompetensi dasar dapat dicapai sekaligus. Model pembelajaran IPA terpadu juga memiliki beberapa kekuatan dan
manfaat, yaitu: penggabungan berbagai bidang kajian akan terjadi penghematan waktu, karena tiga disiplin ilmu fisika, kimia dan biologi dapat dibelajarkan sekaligus
Depdiknas, 2005: 1 Tumpang tindih materi juga dapat dikurangi bahkan dihilangkan; peserta didik
dapat melihat hubungan yang bermakna antara konsep dari tiga bidang kajian; meningkapkan taraf kecakapan berpikir peserta didik, karena mereka dihadapkan pada
gagasan atau pemikiran yang lebih luas dan lebih mendalam ketika menghadapi situasi pembelajaran; menyajian penerapanaplikasi tentang dunia nyata yang dialami dalam
kehidupan sehari-hari, sehingga memudahkan pemahaman konsep dan kepemilikan kompetensi IPA; motivasi belajar peserta didik dapat diperbaiki dan ditingkatkan;
membantu menciptakan struktur kognitif yang dapat menjembatani antara pengetahuan awal peserta didik dengan pengalaman belajar yang terkait, sehingga pemahaman menjadi
1
lebih terorganisasi dan mendalam, sehingga memudahkan memahami hubungan materi IPA dari satu konteks ke konteks lainnya; serta mampu meningkatkan kerja sama antara
guru, guru dengan peserta didik, peserta didik degan peserta didik, peserta didikguru dengan nara sumber; sehingga belajar lebih menyenangkan, belajar dalam situasi nyata,
dan dalam konteks yang lebih bermakna Depdiknas, 2005: 2 Kekuatan atau manfaat model pembelajaran IPA terpadu juga didukung oleh Sam
Barrett, et al dalam A Glencoe Program Merrill Physical Science yang mendesain
pembelajaran IPA dengan beberapa unsur keterpaduan dalam Activities; Mini-Labs; Problem Solving; Technology; Skill Builders; Global Connections; Careers, dan Science
and LiteraturArt.
Activities memberikan petunjuk tentang penggunaan peralatan laboratorium atau pendekatan hands-on science; mini-labs memberi pedoman agar peserta didik dapat
merancang dan melakukan sendiri percobaan dengan peserta didik lain di luar kelas dengan menggunakan bahan-bahan di sekitar tempat tinggal; problem solving memberikan
tantangan untuk memecahkan masalah dunia nyata atau pemahaman prinsip IPA; technology menggambarkan penemuan baru, dan pengembangan instrumen baru serta
aplikasi teknologi; skill builders mengajak peserta didik mempertajam keterampilan IPA Science Skill; global connections membantu pada peserta didik untuk melihat bagaimana
peserta didik melihat sains fisika dihubungkan dengan sains lainnya; careers memberikan gambaran tentang pekerjaan karier apa yang berhubungan dengan konsep IPA yang
dipelajari; sedangkan science and literaturart memberi petujuk pada peserta didik untuk mengetahui bahan bacaan literature yang terkait erat dengan konsep yang dipelajari serta
contoh-contoh seni yang berhubungan dengan konsep Sam Barrett, et al , 1996 : xx-xxii Trefil, J. dan Hazen, R. M, 2007: xi - xxviii dalam bukunya yang berjudul The
Sciences: An Integrated Approach, menjelaskan, bahwa ada dua ciri utama yang membolehkan kita memberikan satu teks yang menekankan tujuan membantu siswa
memperoleh scientific literacy, yaitu adanya organisasi ide-ide utama dan integrasi jelas dalam sains.
Ide-ide utama yang dijelaskan dalam buku tersebut diorganisasikan dalam tema- tema antara lain: sains: suatu cara untuk mengetahui; urutan alam semesta; energi, panas
dan hukum kedua termodinamika; listrik dan magnet; radiasi gelombang elektromagnetik; Albert Einstein dan teori relativitas; atom; mekanika kuantum; kombinasi atom; ikatan
1
kimia; materi dan sifat-sifatnya; inti atom; struktur akhir materi; bintang; kosmologi; bumi dan planet-planet lain; tektonik lempeng; beberapa siklus bumi;, strategi hidup; sel-sel
hidup; molekul-molekul kehidupan; genetika klasik dan modern; sains baru bagi kehidupan dan evolusi. Tema-tema tersebut diuraikan dalam ide-ide utama dan setiap ide utama
diintegrasikan dalam seluruh bidang sains, yaitu fisika, kimia, lingkungan, geologi, kesehatan dan keamanan, astronomi, teknologi, dan biologi.
Contoh yang bisa dipaparkan, yaitu tema utama : Energi: Mengapa hewan-hewan harus makan untuk tetap hidup?; ide besar : Banyak bentuk-bentuk energi berbeda dapat
berubah, dan jumlah total energi dalam sistem terisolasi adalah kekal; integrasi bidang fisika : Ketika pemain bola bowling memukul pasak, energi kinetik dari bola bowling
ditransfer untuk memencarkan pasak; integrasi bidang kimia : Tersedianya energi kimia dalam bahan bakar fosil dikonversikan menjadi energi panas selama proses pembakaran;
integrasi bidang biologi : Tumbuh-tumbuhan mengkonversikan energi matahari menjadi energi kimia yang diperlukan untuk mempertahankan hidup organisme pada setiap
permukaan tropis; integrasi bidang astronomi : Bintang mengkonversikan unsur hidrogen menjadi helium dan meradiasikan energi melalui proses fusi inti; integrasi bidang geologi:
Selama gempabumi energi potensial gravitasi yang dihasilkan batuan dengan segera dikonversikan menjadi energi kinetik; integrasi bidang teknologi: Generasi baru baterai
mengkonversikan energi kimia menjadi energi listrik yang diperlukan untuk menjadi sumber energi listrik bagi mobil; integrasi bidang lingkungan : Angin dan hujan
mendapatkan energi melalui konversi energi radiasi matahari; serta integrasi bidang kesehatan dan keselamatan : Latihan olah raga yang kuat mengkonversikan energi kimia
tubuh menjadi energi panas dan energi kinetik Trefil, J. dan Hazen, R. M., 2007: 49 Hasil penelitian Cho, I. Y. dan Anderson, C. W. 2005 : 5-7, khusus untuk topik
transformasi materi dalam perubahan fisika dan kimia, diterapkan pendekatan environmental literacy pada pendidikan sains; pendekatan trans-disciplinary dan
multidisciplinary; serta pendekatan ecological science. Bidang kimia-fisika yang bertujuan untuk mengembangkan keterampilan belajar
jangka panjang, Huo, Y. 2006: 24-25 dalam penelitiannya menerapkan strategi pendidikan modern, seperti demonstrasi, cerita sejarah sains, teknologi multimedia, studi
kasus, pembelajaran berbasis masalah serta menggunakan penilaian peta konsep.
1
5. Outdoor Learning System
Sains IPA sebagai ilmu pengetahuan merupakan aktivitas manusia yang secara aktif harus dipecahkan peserta didik melalui proses asimilasi dan sintesis yang pada akhirnya
menjadi pengetahuan bagi pebelajar. Asimilasi mengacu pada kecenderungan untuk mencocokkan informasi baru ke dalam kerangka-kerangka berpikir yang sudah ada Allyn
Bacon, 1995: 1, sedangkan sintesis memadukan ide-ide yang berbeda, pengaruh atau berbagai hal untuk membuat suatu keseluruhan yang baru atau berbeda Bloom, 1956:
162. Proses pembelajaran bersifat eksternal yang direncanakan dan bersifat rekayasa perilaku dapat dilakukan di luar ruangan kelas outdoor
Sistem pembelajaran di luar ruangan aotdoor learning system adalah sistem pembelajaran yang menciptakan kegiatan-kegiatan pembelajaran di luar ruangan, yang
sangat sulit didefinisikan secara khusus, karena bukanlah sebuah terminologi teknis melainkan sebuah konsep umum yang menggunakan area di luar ruangan sebagai alat
pembelajaran. Oleh sebab itu outdoor learning system dapat dilakukan dengan banyak cara Broda, 2007: 5-6.
Ciri khas dari sistem pembelajaran di luar ruangan mengacu pendapat Fraser dan Walberg 1995: 79, bahwa berbeda dengan kelas sains konvensional, outdoor learning
system di lakukan di lingkungan yang lebih terbuka dengan sangsi yang lebih sedikit serta fleksibel juga dapat pula dengan proses evaluasi yang berbeda.
Koran dan baker fraser dan Walberg, 1995: 79, agar kegiatan sistem pembelajaran di luar ruangan dapat menjadi sebuah strategi pembelajaran, maka harus dipastikan bahwa:
a. Guru telah familiar dengan area yang akan dijadikan lokasi
pembelajaran di luar ruangan b.
Para peseta didik lebih siap dan mengerti akan tujuan pembelajaran di luar ruangan yang dilaksanakan
c. Pembelajaran memberikan pengalaman belajar yang
bermakna bagi peserta didik.
1
BAB III METODE PENELITIAN
Kategori