DAFTAR BACAAN
4.2 Proses Menghilirkan Sains
4.2.5 Menghilirkan sains dasar dalam Kurikulum
4.2.5.1 sains dasar dan Problem Solving
Pada tatanan akademik, Matematika, Fisika, Kimia, dan Biologi sering diasosiasikan dengan ilmu dasar karena keempat ilmu tersebut mendasari pembentukan dan pengembangan ilmu-ilmu lainnya. Jika Biologi mempelajari mengenai observasional kehayatan maka tiga ilmu dasar lainnya mempelajari alam fiskal secara kualitatif dan kuantitatif (mikro, bumi, dan kosmos). Matematika merupakan ilmu yang mempelajari masalah kuantitas, struktur, ruang dan perubahan. Adapun Fisika merupakan ilmu alam yang mempelajari materi dan pergerakannya melalui ruang waktu. Yang lebih umum lagi adalah untuk memahami bagaimana alam raya ini berperilaku. Sedangkan Kimia merupakan ilmu material beserta perubahannya. Dan terakhir Biologi merupakan ilmu alam yang mempelajari kehidupan dan makhluk/organisme hidup termasuk strukturnya, fungsi, pertumbuhan, asal, evolusi, penyebaran dan taksonomi.
a. Matematika
Matematika berasal dari bahasa Yunani (mathema) yang berarti pengetahuan (learning), belajar (study), ilmu pengetahuan (science). Ilmu ini mempelajari masalah kuantitas, struktur, ruang dan perubahan. Matematika juga merupakan buah pikiran manusia yang kebenarannya bersifat umum (deduktif) dan koheren yaitu kebenaran yang didasarkan pada kebenaran yang telah diterima sebelumnya. Dengan demikian dapat dipandang sebagai produk berfikir maupun proses berfikir. Seorang Matematikawan bidang kerjanya meliputi bagaimana mencari pola, memformulasikan konjektur-konjektur baru, dan membangun kebenaran dengan deduksi yang tepat dari definisi dan aksioma yang dipilih secara tepat.
Karakteristik lainnya adalah Matematika bersifat universal. Dalam kehidupan nyata, manusia tidak menyediakan konsep Matematika tapi menemukannya. Dan paling penting bahasa Matematika adalah bilangan dan simbol bukan bahasa Indonesia, Jerman, Inggris atau yang lainnya. Kemudian semua hukum alam yang sudah diketahui dapat diekspresikan dalam bentuk persamaan Matematika.
Ilmu Matematika meliputi bilangan dan operasi (teori bilangan), aljabar, geometri, pengukuran, analisa data dan teori peluang (statistika). Ini adalah cabang-cabang dasar. Dalam perkembangannya, cabang-cabang ini saling mengisi dan melahirkan cabang-cabang baru yang tidak kalah manfaatnya misalnya pemodelan Matematika, komputasi,kombinatorial, dan aktuaria.
98
Perkawinan antara geometri dan kalkulus melahirkan geometri diferensial. Berikut beberapa contoh manfaat Matematika untuk pengembangan ilmu pengetahuan yang lain dan tentunya untuk kehidupan.
1. Teori bilangan, khususnya aritmatika, digunakan setiap hari untuk hitung menghitung. 2. Statistika, khususnya teori peluang, digunakan untuk mendeskripsikan, menganalisis, dan
membuat prediksi dari berbagai fenomena. Ini digunakan dalam seluruh ilmu.
3. Geometri digunakan pada kajian-kajian yang melibatkan konsep bangun dan keruangan, misalnya arsitektur dan teknik sipil.
4. Aljabar digunakan untuk melakukan optimasi, misalnya dalam dunia usaha, bagaimana memperoleh laba sebanyak mungkin dengan biaya sesedikit mungkin.
Pada tingkat lanjut, Matematika digunakan sebagai alat untuk mempelajari berbagai fenomena fisik yang kompleks dan bisa teramati. Pengamatan ini menghasilkan pola struktur, perubahan, ruang, dan sifat-sifat yang bisa didekati atau dibuatkan perumusan matematisnya. Hasil perumusan yang menggambarkan perilaku fenomena fisik disebut model Matematika.
Matematika sebagai disiplin ilmu terus mengalami perkembangan yang pesat dalam bidang cakupan, teknik dan hasil selama beberapa abad terakhir. Perkembangan teori-teori pada Matematika murni maupun Matematika terapan terus menjadi perhatian para peneleiti di lingkungan akademik perguruan tinggi maupun lembaga-lembaga penelitian pemerintah atau industri. Dengan keuniversalannya, kajian teknik maupun metode Matematika terus dicoba diaplikasikan di berbagai bidang, termasuk dunia industri dan bisnis. Dalam majalah Financial Times, edisi February 2006 diungkapkan bagaimana pentingnya Matematika dalam dunia industri dan bisnis:
“Mathematics offers business a formula for success. Mathematicians have come up with an
impressive multiplication formula for British commerce and industri: spend a few million pounds promoting the use of maths as a strategic tool, and add billions of pounds of value to businesses. That is the thinking about a new government-industri consortium, the Mathematics Knowledge Transfer Network. The network aims to boost the use of maths throughout the economy from grocery distribution to banking, telecoms to manufacturing. “
Oleh karena itu berbagai riset terus dilakukan baik pada internal institusi akademik maupun berkolaborasi dengan industri. Dengan didasari oleh rasa keingintahuan (curiosity) dan sebagai bentuk pengembangan dari sisi Matematikawannya itu sendiri, riset yang dilakukan, digunakan
99
untuk menggambarkan inovasi teknologi yang ada dan dirancang untuk menjawab pertanyaan yang spesifik.
Problem solving merupakan salah satu bagian dari pembelajaran Matematika secara umum.
Terdapat lima aspek dasar yang harus tercakup secara integral dan komprehensif dalam suatu proses pembelajaran Matematika yaitu problem solving, reasoning and proof, communication,
connections, dan representation (NCTM, Principles and Standars for School Mathematics, 2000).
Desain kurikulum Matematika mulai dari tingkat pendidikan dasar, menengah hingga pendidikan tinggi haruslah memuat kelima aspek ini. Mari kita belajar dari desain kurikulum Matematika Amerika yang memiliki standar untuk problem solving mulai dari kelas I hingga kelas XII. Anak diharapkan mampu:
Membangun pengertian yang baru terhadap Matematika melalui problem solving Menyelesaikan masalah yang muncul di bidang Matematika maupun bidang lain Menerapkan dan mengadaptasi berbagai cara serta strategi untuk problem solving Memantau dan melakukan refleksi dalam proses ketika berlangsung problem solving
Untuk meningkatkan kedayagunaan Matematika sebagai alat untuk meningkatkan kesejahteraan umat manusia dan kemanusiaan, para pakar pendidikan tak henti-hentinya melakukan desain ulang terhadap kurikulum Matematika yang disampaikan di sekolah-sekolah. Pendidikan Matematika Realistik (PMR) yang dikembangkan oleh Hans Freudenthal (1905-1990, Utrecht University, Belanda) berpendapat bahwa Matematika merupakan aktivitas insani (human activities) dan harus dikaitkan dengan realitas (Ramadhan, 2009). Perhatikan pemilihan istilah ‘insani’ di sini, bukan digunakan istilah ‘manusia’. Ini mencerminkan ‘berMatematika’ adalah aktivitas yang menyeluruh pada diri manusia selain elemen raga, juga meilbatkan pikiran dan jiwa.
Pendekatan PMR memberi kesempatan kepada murid untuk menemukan kembali (reinvention) ide dan konsep Matematika yang dimulai dari penjelajahan terhadap berbagai situasi dan persoalan dunia nyata. Freudenthal mengembangkan suatu pendekatan teoretis terhadap pembelajaran Matematika yang menggabungkan pandangan tentang apa itu Matematika, bagaimana belajar Matematika dan bagaimana Matematika harus diajarkan. Murid harus diarahkan pada berbagai situasi dimana mereka berkesempatan menemukan konsep Matematika dengan cara mereka sendiri. Paradigma PMR telah disosialisasikan di Indonesia sejak awal tahun 2000. Sebagian besar sekolah-sekolah di Indonesia, terutama sekolah negeri, menempatkan peserta didik sebagai objek dan guru memegang otoritas tertinggi keilmuan. Ini mengakibatkan apa yang diajarkan di sekolah
100
kurang relevan dengan kehidupan nyata. Dengan PMR, guru berfungsi sebagai fasilitator dan harus aktif mengaitkan kurikulum dengan dunia nyata. Guru juga tidak harus terpaku pada materi dalam kurikulum, melainkan harus kreatif mencari hal-hal yang dekat dengan keseharian murid. Dengan stimulus yang beragam dari guru, diharapkan murid dapat mengembangkan atau membuat model-model yang baru dari permasalahan yang ada. Dari aspek perilaku diharapkan murid akan menjadi anak-anak yang aktif, dalam gagasan, diskusi, maupun mencari materi pendukung untuk topik yang mereka pelajari. Mereka juga diharapkan mampu bekerja sama dalam kelompok, bersifat demokratis dengan berani menerima gagasan orang lain, serta memiliki rasa percaya diri yang tinggi. b. Fisika
Untuk mengubah image ‘Fisika itu sulit’ tentunya diperlukan suatu perbaikan dan sosialisasi secara menyeluruh di bidang Fisika. Perbaikan bisa dimulai dari sosialisasi Fisika sejak anak usia dini, bagaimana pelajaran Fisika disampaikan dengan cara yang sederhana sehingga lebih mudah difahami. Selanjutnya uraikan apa yang telah dihasilkan di dunia nyata sebagai sumbangsih ilmu Fisika (seperti kata pepatah “Tak kenal maka Tak Sayang”).
Ilmu Fisika meliputi Mekanika, Listrik dan Magnet, Gelombang dan Optik, serta Termodi-namika. Dalam perkembangannya, cabang-cabang ini saling menguatkan dan melahirkan cabang-cabang baru seperti, Fisika Matematika, Mekanika Klasik (Analitik), Mekanika Kuantum, Fisika Modern, Fisika Kuantum, Fisika Statistik, Mekanika Statistik, Elektrodinamika, Fisika Instrumentasi, Fisika Bumi, Fisika Komputasi, Fisika Nuklir, Fisika Semikondukor dan Fisika Superkonduktor. Berikut beberapa contoh manfaat Ilmu Fisika untuk pengembangan ilmu pengetahuan yang lain dan kehidupan.
1. Fisika Bumi, digunakan untuk mendeteksi kandungan migas dan mineral yang ada di perut bumi, juga digunakan untuk mitigasi peringatan dini yang berkaitan dengan bencana alam (gempa bumi dan gunung berapi).
2. Fisika Nuklir, digunakan untuk pengembangan energi alternatif melalui pembangkit listrik tenaga nuklir dan pengobatan.
3. Fisika Komputasi, digunakan untuk pembuatan Software Simulasi baik untuk model-model maupun untuk pengajaran.
4. Fisika Instrumentasi, digunakan untuk pengembangan yang berkaitan dengan alat-alat instrumentasi baik untuk pengukuran maupun otomatisasi di dunia industri.
101
5. Fisika Kuantum, digunakan untuk pengembangan quantum computation dengan quantum bit (untuk rangkaian) dan quantum dot (untuk memori) dan juga untuk pembuatan kunci sandi. 6. Fisika Ekonomi dan Sosial, digunakan untuk bidang sosial dan ekonomi.
7. Fisika Optik, digunakan untuk alat-alat optik seperti kacamata, kamera dan teropong
Metode pengajaran Fisika harus tepat menghasilkan pemahaman dan peningkatan kecerdasan serta keterampilan terkait. Oleh karena itu, pengajaran Fisika dimulai dari mahasiswa harus mengerti hukum dan prinsip-prinsip Fisika, membangun keterampilan penerapan hukum dan prinsip tersebut, memahami cara berpikir dan bekerja serta manfaat penerapannya dan mengkonstruksi cara penjelasan/pengajaran agar si pembelajar jadi paham. Begitu juga dengan pengembangan penelitian harus dimulai dengan pengembangan teori dan prinsip-prinsip Fisika, pengembangan instrumentasi, dan pengembangan penalaran problem solving.
c. Kimia
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa ilmu Kimia adalah ilmu yang mempelajari bahan dan material yang ada di alam semesta, maka riset dalam bidang Kimia lebih banyak didominasi oleh eksplorasi sumberdaya alam demi kepentingan manusia. Kimia pada dasarnya terbagi atas beberapa bidang utama, yaitu: kimia organik, biokimia, kimia anorganik, kimia analitik, kimia fisik, kimia nuklir dan kimia teori, dan terdapat pula beberapa bidang antar-cabang dan cabang-cabang yang lebih khusus dalam Kimia seperti Biologi molekular, elektrokimia, fitokimia dan lain-lain. Beberapa jenis riset Kimia yang dikembangkan saat ini meliputi:
1. Eksplorasi sumber daya alam Indonesia.
2. Penggunaan bahan alam sebagai problem solving beberapa permasalahan 3. Pengembangan teori mengenai sistem dan proses Kimia.
4. Pengembangan alat instrumentasi untuk analisis. 5. Penalaran menggunakan komputasi
Beberapa contoh riset Kimia berdasarkan bidang yang menjelaskan beberapa jenis riset Kimia adalah sebagai berikut:
1. Riset pada bidang Kimia organik bahan alam yang menggunakan tanaman khas Indonesia sebagai penghasil senyawa yang berguna bagi industri obat-obatan dan sekaligus riset ini merupakan tonggak riset Kimia di Indonesia saat ini.
2. Riset pada bidang bioKimia. Riset ini menggunakan bahan yang berasal dari sumber daya mahluk hidup baik makro atau mikro yang ada di Indonesia. Beberapa riset dibidang ini
102
adalah riset pengembangan mikroba sebagai penghasil enzim yang dapat digunakan dalam industri.
3. Riset pada bidang Kimia analitik berkaitan erat dengan pengukuran analitik. Penggunaan pengukuran analitik untuk menentukan jumlah senyawa dalam suatu campuran.
4. Riset Kimia fisik mengembangkan sistem dan proses Kimia khususnya energitika dan dinamika sistem dan proses tersebut.
5. Riset Kimia anorganik mengembangkan sifat-sifat dan reaksi senyawa anorganik. Salah satu contoh riset dalam bidang ini adalah pengembangan pembuatan katalis anorganik dari senyawa organologam dan penelusuran senyawa-senyawa mineral dari alam.