METODOLOGI PENELITIAN
B. Metode Penelitian
1. Analisis struktur materi kimia kuantitatif dan konsep matematika relevan Kimia kuantitatif adalah konsep-konsep kimia yang dapat direpresentasikan secara simbolik dengan persamaan matematis. Analisis struktur materi kimia kuantitatif dilakukan pada sejumlah buku teks kimia dasar dan kimia lanjut yang umum digunakan oleh dosen sebagai referensi. Sejumlah buku yang dianalisis, seperti buku Physical Chemsitry (Atkins, 1990); Fundamental of Analytical
Chemistry (Douglas, 2002); Kimia Universitas: Asas dan Struktur (Brady, 2003);
dan Prinsip-prinsip Kimia Modern (Oxtoby et al., 2003).
Selain konsep kimia kuantitatif, dilakukan juga analisis konsep matematika yang relevan berdasarkan struktur persamaan matematik dari konsep kimia. Materi matematika dianalisis pada sejumlah buku teks matematika yang digunakan diperguruan tinggi pada tahun pertama untuk jurusan eksakta, seperti kimia, fisika, dan teknik yang dirujuk oleh sejumlah dosen pengampu mata kuliah matematika dasar. Buku teks matematika yang dianalisis diantaranya adalah: Kalkulus 1 (Stewar, 2001); Basic Engineering Mathematics (Bird, 2002); Mathematics for Chemistry and Physics (Turrel, 2002) Aljabar Elementer (Schmidt and Rich, 2002); Kalkulus 1 dan 2 (Purcell et al., 2004), dan
Mathematics for Physical Chemistry (Mortimer, 2005).
Setiap konsep kimia kuantitatif dideskripsikan kemampuan/keterampilan matematika yang relevan untuk dapat melancarkan belajar kimia. Selanjutnya ditetapkan konsep matematika pada setiap konsep kimia kuantitatif. Berdasarkan hasil pemetaan kesamaan antara konsep kimia kuantitatif dengan prinsip/konsep matematika yang dibutuhkan, ditetapkan konsep dasar matematika yang banyak digunakan dalam pemahaman kimia kuantitatif. Untuk mendapatkan justifikasi dan validasi awal tentang penetapan konsep matematika yang bersesuaian dengan konsep kimia kuantitatif dilakukan diskusi dengan ahli matematika. Verifikasi selanjutnya adalah menggunakan konteks kimia sebagai contoh pada aplikasi konsep matematika yang bersesuaian.
62 2.Analisis karakteristik mahasiswa kimia
Karakteristik mahasiswakimia yang menjadi subyek sasaran bahan MSK di analisis meliputi: kemampuan awal pada prinsip dan konsep matematika dasar, dan tahap perkembangan intelektual mereka. Prinsip dan konsep-konsep matematika dasar yang relevan dengan belajar kimia dasar dijadikan sebagai materi untuk penyusunan instrumen dalam mengases kemampuan awal mahasiswa kimia. Selain itu, kemampuan awal mahasiswa kimia pada konsep kimia dasar yang membutukan pemahaman matematika dievaluasi menggunakan konsep persamaan Nernst untuk mengetahui keterbatasan mahasiswa dalam memahami konsep terkait dengan kemampuan matematika mereka.
Tahap perkembangan intelektual mahasiswa kimia dan pendidikan kimia diakses menggunakan Test of Logical Thinking (TOLT) (Tobin and Capie, 1981) dalam konteks fisika dan umum, serta tes kemampuan berpikir logis dalam konteks kimia yang dikembangkan peneliti. Kedua tes mempunyai korelasi yang tinggi (0,85) dalam menempatkan mahasiswa ke dalam kelompok tahap berpikir konkrit, transisi, dan formal (Fahyuddin dkk., 2013b).
3. Penetapan konsep matematika esensial dalam bahan ajar MSK
Secara sistematik proses pengembangan bahan ajar matematika spesifik kimia (MSK) menggunakan model yang diadaptasi dari Duit (2007), seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3. Pada tahap awal dilakukan analisis konsep kimia kuantitatif yang direpresentasikan secara simbolik dan persamaan matematis, serta analisis konsep matematika yang relevan berdasarkan struktur simbolik. Pendekatan teoritik dan empiris merupakan dua metode yang digunakan dalam pengembangan bahan ajar.
Prinsip dan konsep matematika yang akan menjadi materi bahan ajar MSK adalah yang sangat esensial dan dapat dianggap menjadi literasi matematika bagi mahasiswa kimia untuk kelancaran belajar kimia dasar. Penetapan konsep matematika dan kimia dalam bajan ajar mempertimbangkan hasil analisis kemampuan awal, tingkat perkembangan intelektual subyek penelitian, satuan
63 kredit semester (SKS) mata kuliah “matematika kimia”, dan konsep kimia kuantitatif yang telah dipelajari mahasiswa atau merupakan konsep kimia dasar.
3. Integrasi konsep matematika dan kimia menjadi bahan ajar MSK
Prinsip dan konsep-konsep matematika yang telah ditetapkan menjadi materi bahan ajar MSK diintgerasikan dengan prinsip dan konsep-konsep kimia dasar. Pemilihan teknik intgerasi berdasarkan konteks kimia yang dipelajari dan tujuan memberikan pengalaman belajar yang dapat memberdayakan kemampuan berpikir LoM, KoM, dan PM. Setiap pokok bahasan MSK atau konsep dalam
Konstruksi struktur materi MSK (untuk perkuliahan) (1)Analisis struktur materi kimia kuantitatif dan konsep
matematika
Identifikasi konten matematika yang relevan dengan kimia
Analisis keterkaitan kimia dan matematika (koherensi) Struktur
Materi kimia kuantitatif dan konsep matematika
Konsep Matematika esensial kimia
Bahan ajar Matematika Spesisfik Kimia (MSK)
(2)Karakteristik pebelajar dan Penelitian integrasi
matematika dan kimia Konsep yang sulit dan esensial Perkembangan kognitif pebelajar Perspektif pebelajar (konsepsi dan
variabel yang berpengaruh) Pembelajaran integrasi
(3)Integrasi matematika dan kimia, dan evaluasi bahan ajar MSK
Intgerasi pendekatan kontekstual dan interdisipliner
Pemilihan jenis integrasi berfokus pada kemampuan berpikir matematis Jusmen ahli matematika dan kimia Uji coba dan revisi teknik integrasi
Gambar 3.3. Model konstruksi bahan ajar Matematika Spesifik Kimia (MSK) (diadaptasi dari Duit, 2007).
64
bahan ajar ditentukan konteks kimia yang tepat untuk penyusunan standar kompetensi (SK) dan kompetensi dasar (KD) yang akan dicapai setelah pembelajaran. Berdasarkan kompetensi dasar, dianalisis indikator kemampuan berpikir matematis yang dapat dikembangkan dan diberdayakan dengan mempelajari materi bahan ajar MSK. Setiap jenis penalaran yang dapat dikembangkan dikarakterisasi dan dikelompokkan berdasarkan taksonomi kemampuan berpikir matematis dari NCTM (2000) dan Lazear (2004).
Pada tahap ini dilakukan integrasi konsep matematika dan kimia. Salah satu prinsip adalah penggunaan definisi, bahasa dan istilah yang sama antara matematika dan kimia. Pada setiap konsep matematika diperluas (dielaborasi) aplikasinya pada konsep kimia kuantitatif. Hubungan antara setiap materi bahan ajar MSK dengan berpikir matematis yang dapat dikembangkan akan menjadi dasar pertimbangan pemilihan pendekatan integrasi. Pengembangan materi menggunakan model pendekatan kontekstual menurut Gilbert (2006); dan pendekatan interdisipliner menurut Repko (2008).
4. Evaluasi bahan ajar MSK
Hasil pengembangan bahan ajar MSK dievaluasi dengan dua cara, yaitu validasi pakar (ahli kimia dan ahli matematika) dan uji coba lapangan. Sejumlah aspek yang di nilai oleh pakar matematika dan kimia meliputi: kebenaran konsep, hirarki, dan kesesuaian antara konsep matematika dan kimia yang diintegrasikan.
Hasil revisi dari validator selanjutnya dilakukan uji coba selama satu semester untuk mendapatkan gambaran kesesuaian antara kemampuan berpikir pebelajar dan tingkat kesulitan konsep, ketepatan metode integrasi, kesesuaian waktu dengan jumlah materi, dan perbaikan lembar kerja mahasiswa yang digunakan dalam pembelajaran. Berdasarkan hasil uji coba, bahan ajar MSK direvisi agar lebih efektif dan efisien dalam pembelajaran guna memberdayakan kemampuan berpikir matematis mahasiswa kimia. Bahan ajar MSK yang telah direvisi selanjuntya diimplementasikan dalam perkuliahan matematika kimia.
65 6. Implementasi bahan ajar MSK dalam perkuliahan matematika kimia
Bahan ajar MSK yang dikembangkan diaplikasikan pada perkuliahan matematika kimia untuk melihat efektivitas peningkatan kemampuan berpikir matematika menggunakan dua pendekatan belajar (PLTJ dan PKoK). Subyek penelitian adalah mahasiswa kimia semester tiga angkatan 2011/2012 di salah satu perguruan tinggi di Sulawesi Tenggara yang terdiri atas dua kelas paralel. Kelas pertama berjumlah 28 orang dan kelas kedua adalah 30 orang, dan telah terbentuk sejak mereka mengikuti kuliah pada semester satu berdasarkan kategori stambuk mahasiswa. Pengelompokkan dengan cara tersebut tidak memenuhi kaidah
random assignment sebagai syarat suatu penelitian eksperimen. Menurut Gall et
al. (2003), desain yang paling tepat untuk dua perlakuan (pendekatan belajar) pada dua kelompok belajar yang sudah terbentuk sejak awal adalah kuasi eksperimen. Selanjuntnya, Gall et al mengemukakan bahwa desain kuasi eksperimen yang mempunyai validitas tinggi dalam penelitian pendidikan untuk membandingkan dua kelompok belajar yang sudah terbentuk adalah
prettest-posttest two group disign, seperti ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Desain quasi eksperimen pada implementasi bahan ajar MSK
(prettes-posttes two group design)
Simbol Disain Uraian
KBGj O1 PLTJ O2 Eksperimen pertama
KBGn O3 PKoK O4 Eksperimen kedua
Ket: KBGj = Kelompok belajar matematika kimia stambuk ganjil (PLTJ) KBGn = Kelompok belajar matematika kimia stambuk genap (PKoK) O1 dan O3 = pretes. O2 dan O4 = postes
Bahan ajar matematika spesifik kimia (MSK) terdiri atas enam materi (sub bab) yang meliputi: nilai pendekatan dan perbandingan, aljabar, fungsi, dan sistem persamaan, diferensial, dan integral. Empat materi pertama diajarkan sebenyak tujuh kali pertemuan, dan dua materi selanjutnya (diferensial dan integral) juga diajarkan selama tujuh kali pertemuan. Sebelum pembelajaran keempat materi pertama dilakukan tes kemampuan berpikir LoM, KoM, dan PM (pretes), dan
66
setelah pembelajaran, mahasiwa di tes kembali dengan menggunakan instrumen yang sama (postes). Perlakuan yang sama diterapkan juga pada pembelajaran materi diferensial dan integral. Pemahaman konsep MSK terintgerasi dalam setiap butir soal kemampuan berpikir matematis. Artinya, kemampuan berpikir matematis merepresentasikan juga pemahaman konsep dari materi MSK.