Pemahaman Materi Gerak Melingkar dan Parabola Mahasiswa
Pendidikan Profesi Guru Fisika
PARNO, SENTOTKUSAIRI
Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang. Jl. Semarang 5 Malang E-mail: parno.fmipa@um.ac.id
ABSTRAK: Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi pemahaman mahasiswa pada materi gerak melingkar dan parabola. Penelitian ini tergolong jenis kuantitatif non-eksperimen dengan disain survey dengan subjek 20 mahasiswa semester pertama program Pendidikan Profesi Guru (PPG) Fisika masukan Sarjana Mendidik di Daerah Terdepan, Terluar dan Tertinggal (SM3T) yang sedang menempuh Workshop Subject Specific Pedagogy (SSP). Instrumen penelitian ini adalah 9 butir soal Tes Gerak Melingkar dan Parabola berbentuk pilihan ganda biasa dengan pilihan jawaban A, B, C dan D dengan reliabilitas alpha Gronbach 0,861. Mahasiswa disarankan untuk memberikan alasan atau rincian singkat pengerjaan terhadap pilihan jawabannya. Variasi pola pemahaman mahasiswa didapatkan dengan analisis persentase dan deskripsi data hasil tes dan diperkuat dengan analisis alasan pilihan jawaban mahasiswa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada materi gerak melingkar mahasiswa memahami (1) secara benar bahwa kecepatan benda dalam arah garis singgung lingkaran, dan (2) secara salah dalam hal adanya gaya sentrifugal bekerja pada benda dengan arah radial keluar, benda bergerak ke arah radial keluar ketika selip, dan gaya-gaya yang berperan sebagai gaya sentripetal ketika benda bergerak di tikungan rata maupun miring; dan pada materi gerak parabola mahasiswa memahami (1) secara benar bahwa waktu jatuh hanya dipengaruhi oleh ketinggian dan tidak dipengaruhi oleh massa dan lintasan, dan jarak horizontal hanya dipengaruhi oleh kecepatan horizontal dan tidak dipengaruhi oleh massa, dan (2) secara salah dalam hal di titik tertinggi kecepatan benda nol, bentuk grafik x(t), dan bom jatuh di belakang pesawat yang menjatuhkannya.
Kata Kunci: pemahaman, gerak melingkar, parabola, PPG. PENDAHULUAN
Gaya dan Gerak banyak membahas gerakan riil di dunia ini secara dua dimensi dan masih melibatkan besaran perpindahan, kecepatan dan perpindahan (Young and Freedman, 2012). Salah satu di antaranya adalah gerak melingkar dan parabola. Sebagai bagian dari hukum Newton, Gaya dan Gerak merupakan konsep fundamental dalam semua ilmu sains dan direlasikan terhadap gejala fisika yang beraneka ragam dalam pengalaman sehari-hari, serta tulang punggung pengembangan banyak konsep-konsep sains lain; dan sebagai bagian dari Mekanika, hukum Newton tergolong penting dan sulit dipelajari di sekolah (Singh and Schunn, 2009). Mengidentifikasi keadaan mendasar siswa saat mempelajari fisika Newton merupakan tantangan penelitian pendidikan fisika pada lebih dari satu decade ini (Jackson et al., 2008). Hukum-hukum gerak Newton mendasari berkembangnya gejala fisis lain, seperti konsep kekekalan energi (Knight, 2008), dan impuls & momentum (Sears and Zemansky, 1991).
Materi fisika wajib dipahami oleh mahasiswa program Pendidikan Profesi Guru (PPG) Fisika masukan Sarjana Mendidik di Daerah Terdepan, Terluar dan Tertinggal (SM3T) (Kurikulum PPG, 2016). Saat menempuh Workshop Subject Specific Pedagogy (SSP), dalam setiap mataworkshop mahasiswa mendalami suatu materi fisika tertentu dan menjadikannya sebagai acuan mendasar dalam mengembangkan perangkat pembelajarannya. Oleh karena itu evaluasinya meliputi tes formatif materi dan praktik peerteaching. Tes formatif untuk mengukur pemahaman materi fisika mahasiswa, sedangkan praktikpeerteachinguntuk mengukur unjuk kerja pembelajaran mahasiswa. Materi gerak melingkar dan parabola merupakan bagian dari mataworkshop PGFI702 Pendalaman Materi dan Pengembangan Perangkat Pembelajaran Mekanika II.
Setelah mengikuti workshop SSP, mahasiswa menjalani tes materi Fisika I, II, III dan IV. Khusus pada tes materi Fisika I, mahasiswa memperoleh skor gerak melingkar dan parabola yang paling rendah di antara bahasan yang lain seperti pengukuran, vektor dan contohnya, GLB dan GLBB, hukum Newton, elastisitas dan hukum Hooke, hukum Newton Gravitasi, dan usaha-energi. Oleh karena itu penelitian ini difokuskan pada pengidentifikasian pemahaman mahasiswa tentang gerak melingkar dan parabola. Selain itu penelitian jarang atau memang belum pernah dilakukan pada mahasiswa PPG Fisika. Tahun ini jurusan Fisika UM sedang menyelenggarakan PPG masukan SM3T angkatan ke-IV.
Penelitian pemahaman tentang materi fisika telah dilakukan oleh para fisikawan. Demirci (2008) dan Wattanakasiwich (2008), melalui instrumen tes, menunjukkan bahwa mahasiswa, guru, dan siswa memiliki beberapa kesulitan serupa tentang konsep Gaya dan Gerak. Menurut Singh & Schunn (2009), para ahli menemukan bahwa di tingkat apapun konsep Gaya dan Gerak diajarkan, kebanyakan siswa memiliki kesulitan tentang Gaya dan Gerak yang serupa. Pengetahuan awal siswa tentang Gaya dan Gerak seringkali tidak cocok dengan konsep-konsep dalam hukum Newton; dan hal ini sangat mempengaruhi perilaku siswa saat mengikuti pelajaran (Jackson et al., 2008). Wenning (2008) menghimpun sejumlah kesulitan mengenai Mekanika, sebagai akibat orang cenderung hanya mengingat kejadian yang menyertakan sedikit saja skema yang berkait dengan kejadian itu.
Pengkodean (encoding) dan pengaksesan (retrieval) informasi merupakan proses kognitif yang terjadi saat belajar dan mengaplikasikan pengetahuan. Pemahaman adalah salah satu hal yang sangat berkait dengan proses kognitif tersebut (Rapp, 2005). Berdasarkan proses tersebut Allbaugh (2003) mendefinisikan pemahaman gerak melingkar dan parabola adalah pola-pola kognitif mahasiswa sebagai representasi internalnya, dan sebagai hasil pengkonstruksian pemahamannya terhadap informasi dan pengalaman lingkungan sekitar, yang berperan dalam penalarannya saat memahami masalah dan menjelaskan atau memprediksi gejala fisis gerak melingkar dan parabola. Misalnya, dalam hal benda bergerak siswa memiliki pengetahuan atau keyakinan yang kuat bahwa selalu terdapat gaya searah gerakan (Bao et al., 2006). Pernyataan ini merepresentasikan sebuah pemahaman yang berupa keyakinan yang kuat akan adanya kaitan antara gerak dan gaya.
Pemahaman awal yang telah dapat berpengaruh besar terhadap yang siswa pelajari dalam kelas (Hamed, 1999). Albaugh (2003) mengutip pendapat Eryilmaz bahwa pemahaman tersebut berupa prakonsepsi, konsepsi alternatif, konsep dan miskonsepsi. Hal ini sesuai dengan pendapat Bao (2006) bahwa pemahaman mungkin sederhana atau komplek, benar atau tidak benar, diaktifkan secara keseluruhan atau dibangun secara spontan sebagai bentuk respon terhadap situasi tertentu. Prakonsepsi berupa pemahaman yang sesuai atau tidak sesuai dengan prinsip sains. Hal ini berbeda dengan konsepsi alternatif dan miskonsepsi yang keduanya tergolong tidak sesuai dengan prinsip sains. Oleh karena itu penelitian ini secara garis besar membedakan pemahaman menjadi dua kategori, yaitu pemahaman yang sudah benar (konsepsi), dan yang masih salah (miskonsepsi) menurut para pakar. Dengan demikian penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi pemahaman mahasiswa PPG Fisika pada materi gerak melingkar dan parabola.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini mendeskripsikan kecenderungan sikap, pendapat, perilaku, atau karakteristik yang terjadi pada suatu populasi tertentu sehingga tergolong jenis kuantitatif non-eksperimen dengan disain survey (Creswell, 2012). Dalam hal ini karakteristik yang dimaksud adalah pemahaman mahasiswa tentang gerak melingkar dan parabola. Subjek penelitian adalah 20 mahasiswa semester pertama program PPG Fisika masukan SM3T yang sedang menempuh Workshop SSP.
Instrumen penelitian ini adalah 9 butir soal Tes Gerak Melingkar dan Parabola berbentuk pilihan ganda biasa dengan pilihan jawaban A, B, C dan D beralasan dengan reliabilitas alpha Gronbach 0,861. Saat mahasiswa mengerjakan tes, nomor soal diacak, dan disarankan untuk memberikan alasan atau rincian singkat pengerjaan terhadap pilihan jawabannya. Tes dikenakan pada mahasiswa setelah mereka mengikuti workshop SSP satu semester. Variasi pemahaman mahasiswa didapatkan dengan analisis persentase dan deskripsi data hasil tes dan diperkuat dengan analisis alasan pilihan jawaban mahasiswa.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pemahaman Mahasiswa pada Materi Gerak Melingkar
Permasalahan pertama gerak melingkar adalah “Benda yang diikat di ujung tali, sedang bergerak melingkar beraturan di atas meja horisontal tanpa gesekan. Pernyataan benar dari pilihan berikut adalah ...”. Hanya 15% mahasiswa yang memahami bahwa perubahan kecepatan benda atau percepatan sentripetal berarah ke pusat lingkaran. Dengan demikian pada gerak melingkar terdapat gaya sentripetal yang berarah ke pusat. Namun hanya 10% mahasiswa yang memberikan alasan jawaban yang benar. Sedikitnya mahasiswa yang memahami hal ini sesuai dengan penelitian Parno (2016) sebelumnya.
Mahasiswa sebanyak 5% berpendapat bahwa pada benda terjadi percepatan dalam arah garis singgung lingkaran. Menurut mahasiswa harus ada sesuatu yang dalam arah garis singgung lingkaran. Tampaknya mahasiswa tidak bisa membedakan secara jelas antara besaran percepatan dan kecepatan (Parno, 2016). Keadaan fatal adalah 65% mahasiswa mengganggap adanya gaya sentrifugal bekerja pada benda dengan arah radial keluar. Sebagian besar mahasiswa menganggap bahwa adanya gaya sentrifugal radial keluar diperlukan untuk mengimbangi gaya sentripetal radial ke dalam. Jumlah mahasiswa yang demikian melebihi hasil penelitian Parno (2016) sebelumnya.
Permasalahan kedua gerak melingkar adalah “Sebuah mobil sedang melewati jalan mendatar dan membelok menyerupai busur lingkaran. Ketika tergelincir (tidak melewati lintasan yang semestinya), mobil ...“. Sebanyak 40% mahasiswa memahami bahwa kecepatan benda dalam arah garis singgung lingkaran belokan ketika tergelincir. Keadaan fatal adalah 50% mahasiswa meyakini bahwa benda bergerak ke arah radial keluar. Sebagian besar mahasiswa ini menganggap bahwa pada keadaan selip gaya sentripetal masih bekerja tetapi terjadi ketidaksetimbangan. Menurut mahasiswa sumber ketidaksetimbangan antara lain adanya gaya sentrifugal, gaya tangensial, gaya gesek kinetik, percepatan angular, dan selip itu sendiri. Ketidaksetimbangan ini mungkin bersumber kepada pendapat bahwa agar terjadi gerakan harus ada gaya searah gerakan tersebut, yang sering sebagai prakonsepsi siswa (Singh and Schunn, 2009). Jumlah mahasiswa yang sudah maupun yang belum memahami permasalahan ini hampir sama dengan penelitian Parno (2016) sebelumnya.
Permasalahan ketiga gerak melingkar adalah “Benda yang dimasukkan ke dalam tabung yang membentuk ½ lingkaran tanpa gesekan sedang bergerak melingkar dalam bidang horisontal. Saat benda keluar dari tabung tersebut lintasannya ...”. Permasalahan ketiga ini secara prinsip sama dengan permasalahan kedua. Sebanyak 55% mahasiswa menjawab benar, yaitu tetap dalam arah garis singgung lingkaran. Sebanyak 30% mahasiswa menjawab benda langsung dalam arah radial keluar lingkaran. Tampak bahwa mahasiswa memahaminya lebih baik. Hal ini mungkin tampak secara visual bahwa benda lepas dari tabung sehingga tidak lagi bergerak melingkar.
Permasalahan keempat gerak melingkar adalah “Jalan yang menikung dan miring ke arah titik pusat kelengkungan tikungan lebih menguntungkan bagi pengendara kendaraan yang melewatinya, terutama jika sedang hujan. Berikut berkait dengan kendaraan yang melewatinya ….”. Pada permasalahan ini semua alternatif jawaban
dalam menentukan gaya apa sajakah yang berperan sebagai gaya sentripetal. Sebanyak 20% mahasiswa memilih alternatif jawaban “gaya sentripetal berasal dari komponen gaya normal dan gaya gesek kinetik”, tetapi tidak satupun yang dapat memberi alasan mengapa jawaban itu salah. Sebanyak 35% mahasiswa memilih alternatif jawaban “jika sudut kemiringan jalan, maka gaya yang bekerja adalah (N sin+smg cos)”, tetapi hanya 5% mahasiswa yang dapat menggambar gaya gesek statis dan normal secara benar yang berperan sebagai gaya sentripetal. Sebanyak 20% mahasiswa memilih alternatif jawaban “jika sedang hujan atau jalanan licin, maka masih ada komponen gaya normal yang bekerja sebagai gaya sentripetal”, tetapi tidak satupun yang dapat memberi alasan mengapa jawaban itu benar. Sebanyak 25% mahasiswa memilih alternatif jawaban “jika sedang hujan atau jalanan licin, dan jalanan menikung tidak dibuat miring, melainkan datar saja, maka kendaraan yang melewatinya mudah “selip” dalam arah garis singgung lingkaran”, tetapi tidak satupun yang dapat memberi alasan mengapa jawaban itu benar. Jelas sekali bahwa mahasiswa merasakan kesulitan untuk menentukan gaya normal dan gaya gesek statis berperan dalam jalan yang miring dan menikung, dan hanya gaya gesek statis berperan dalam jalan yang datar dan menikung, serta gaya gesek statis berharga nol saat hujan atau jalan dalam keadaan licin.
Variasi pemahaman gerak melingkar di atas mengacu pada pilihan jawaban mahasiswa pada setiap permasalahan. Pembahasan bisa juga mengacu pada variasi alasan singkat mahasiswa pada setiap alternatif jawaban permasalahan. Prinsip hubungan antara kecepatan, perubahan kecepatan atau percepatan sentripetal, dan gaya sentripetal hanya dipahami oleh sebanyak 10% mahasiswa. Sedangkan mahasiswa yang hanya memahami konsep kecepatan sebanyak 35%. Hal ini berarti sedikit mahasiswa yang memahami konsep dan prinsip bahasan gerak melingkar. Sebagian besar mahasiswa hanya menghafal konsep tetapi tanpa memahaminya. Dalam hal ini pada bahasan gerak melingkar yang hanya hafal terdapat besaran kecepatan, percepatan sentripetal dan gaya sentripetal sebanyak 5% mahasiswa; hafal terdapat gaya sentripetal sebanyak 55% mahasiswa; hafal terdapat besaran percepatan sentripetal sebanyak 5% mahasiswa; dan hafal terdapat besaran kecepatan, dan percepatan sentripetal sebanyak 10% mahasiswa.
Pada aplikasi konsep gerak melingkar hanya 15% mahasiswa yang mampu menggambarkan gaya-gaya yang berperan sebagai gaya sentripetal meskipun belum sempurna. Hanya 10% mahasiswa yang mampu menggambarkan gaya-gaya yang ada tetapi tanpa memamahi perannya. Hanya 15% mahasiswa yang memahami bahwa gaya sentripetal hilang saat selip atau lepas dari gerak melingkar. Hal ini berarti bahwa sedikit mahasiswa yang memahami aplikasi konsep gerak melingkar pada permasalahan misalnya benda yang lepas dari gerak melingkar atau benda selip.
Pada bahasan gerak melingkar banyak mahasiswa yang masih memiliki pemahaman yang salah. Sebanyak 60% mahasiswa meyakini bahwa pada gerak melingkar terdapat gaya sentrifugal yang mengarah radial keluar, yang mengimbangi gaya sentripetal (25% mahasiswa), dan berharga lebih besar daripada gaya sentripetal saat selip (25% mahasiswa). Terdapat juga sebanyak 5% mahasiswa yang berpendapat bahwa pada gerak melingkar bekerja gaya gesek kinetik dengan arah radial keluar, yang mengimbangi gaya sentripetal saat masih bergerak melingkar, dan lebih besar daripada gaya sentripetal saat selip. Juga, 5% mahasiswa berpendapat bahwa terdapat gaya tegangan tali yang mengarah radial keluar. Bahkan sebanyak 10% mahasiswa berpendapat bahwa resultan gaya nol saat benda menikung.
Pemahaman Mahasiswa pada Materi Gerak Parabola
Permasalahan pertama parabola adalah “Dari area pertahanan lapangan sepakbolanya, Vage menyepak bola sehingga melambung seperti gerak parabola. Abaikan hambatan udara. Pernyataan benar dari pilihan berikut adalah ...”. Hanya 25% mahasiswa yang memahami bahwa di sepanjang geraknya yang bekerja hanya gaya berat. Mahasiswa ini memahami bahwa gerak parabola. GLB horizontal menyebabkan kecepatan horizontal tetap meskipun di titik tertinggi. GLBB vertikal dengan
percepatan gravitasi g dan gaya berat w menyebabkan kecepatan vertikal di titik tertinggi nol. Sebanyak 45% mahasiswa menganggap bahwa di titik tertinggi kecepatan bola nol. Mahasiswa ini semuanya bisa menggambar lintasan parabola, tetapi sebagian tidak bisa menentukan besaran-besaran apa yang ada dan sebagian masih menganggap bahwa gerak paraboloa ini serupa dengan gerak vertikal. Hal ini sesuai dengan penemuan Parno dkk (2012) bahwa 41,47% mahasiswa masih menganggap gerak parabola seperti gerak vertikal ke atas sehingga di titik tertinggi benda berhenti sejenak dan kecepatannya nol.
Pada permasalahan di atas, juga sebanyak masing-masing 10% mahasiswa menganggap saat benda bergerak turun kecepatan horisontalnya bertambah. Mahasiswa ini menyamakan gerak parabola dengan gerak melingkar. Kecepatan bertambah dan berkurang dalam arah vertikal maupun horizontal. Juga, sebanyak 10% mahasiswa menganggap gerak horisontal GLB-nya memiliki percepatan tetap. Mahasiswa ini kesulitan dalam menentukan arah kecepatan dan gaya apa yang bekerja pada benda. Hasil penelitian pada permasalahan ini tidak berbeda jauh dengan penelitian Parno (2016) sebelumnya.
Permasalahan kedua parabola adalah“Dalam perang peluru yang ditembakkan dari meriam memiliki lintasan yang menyerupai parabola. Abaikan hambatan udara. Berikut ini adalah representasi grafik posisi horizontal (x), kecepatan vertikal (vy), percepatan (a), dan berat benda (w) terhadap waktu (t) yang sesuai dengan gerak peluru tersebut …”. Sebanyak 40% mahasiswa memilih alternatif jawaban grafik kecepatan vertikal (vy) terhadap waktu (t) yang benar. Mahasiswa ini memamahmi bahwa dalam kecepatan vertikal gerak parabola saat benda ke atas dipercepat, berhenti di titik tertinggi, dan dipercepat ke bawah. Tetapi sebanyak 50% mahasiswa memilih alternatif grafik posisi horizontal (x) terhadap waktu (t) yang berbentuk parabola. Sebagian mahasiswa kurang mencermati bahwa grafik parabola adalah merupakan grafik dua dimensi antara posisi vertikal (y) dan posisi horizontal (x), dan sebagian lagi tidak memberikan alasan. Sebanyak 5% mahasiswa mahasiswa memilih alternatif grafik percepatan (a) yang berharga positif terhadap waktu (t). Mahasiswa ini sebenarnya mengetahui bahwa gerak parabola memiliki percepatan tetap, tetapi kurang menyadari bahwa percepatan tersebut adalah percepatan gravitasi yang berarah ke bawah sehingga negatif.
Permasalahan ketiga parabola adalah “Pesawat tempur Xiharier sedang diam di udara dan siap menembakkan dua buah bom dengan jenis dan ukuran sama, tetapi berbeda massa. Bom bermassa besar berhasil ditembakkan horisontal, sedangkan bom bermassa kecil gagal sehingga langsung jatuh. Gerak kedua bom menghasilkan jejak-jejak lintasan tiap satuan waktu seperti gambar. Abaikan hambatan udara. Pernyataan benar dari pilihan berikut adalah ...”. Pada permasalahan ini sebanyak 60% mahasiswa mampu memahami bahwa kedua bom akan mencapai tanah dalam waktu yang sama. Hasil ini tidak berbeda jauh dengan penelitian Parno (2016) sebelumnya. Hampir semua mahasiswa telah memahami bahwa benda mengalami gerak jatuh bebas di bawah pengaruh gaya berat. Tampaknya pemahaman mahasiswa terhadap permasalahan ini juga didukung adanya gambar jejak-jejak lintasan tiap satuan waktu. Kondisi yang mirip nyata lebih memudahkan mahasiswa memahami permasalahan yang bersifat abstrak.
Pada permasalahan di atas, sebanyak 15% mahasiswa beranggapan bahwa massa yang besar akan memakan waktu lebih dulu untuk mencapai tanah. Mahasiswa mengganggap massa besar menyebabkan kecepatan, dan atau gaya lebih besar, atau memiliki lintasan parabola dipercepat sehingga waktu tempuh lebih singkat. Sebaliknya, 25% mahasiswa beranggapan bahwa massa yang kecil akan memakan waktu cepat untuk mencapai tanah. Mahasiswa menganggap bahwa lintasan benda bermassa besar lebih jauh sehingga memerlukan waktu lebih lama daripada benda bermassa kecil. Pemahaman benda yang bergerak lebih jauh akan menggunakan waktu
intuisi fisika siswa (Frank et al., 2008). Hal ini mungkin disebabkan oleh analogi pada gerak lurus mendatar, yakni benda bermassa besar lebih lembam daripada yang kecil. Hasil pengaruh massa terhadap waktu jatuh ini tidak berbeda jauh dengan penelitian Parno (2016) sebelumnya.
Permasalahan keempat parabola adalah “Dua jenis bom yang berukuran sama, tetapi berbeda massa berada dalam suatu helikopter yang sedang diam di udara. Secara bersamaan kedua bom tersebut ditembakkan dalam arah horisontal dengan kecepatan bom yang bermassa besar lebih besar daripada bom yang bermassa kecil. Abaikan hambatan udara. Pernyataan benar dari pilihan berikut adalah ...”. Sebanyak 50% mahasiswa yang memahami bahwa bom dengan massa lebih besar sampai di tanah dalam waktu bersamaan, tetapi memiliki jarak tembak horiontal lebih jauh. Mahasiswa ini memahami bahwa kedua bom tersebut adalah bergerak separoh akhir parabola. Percepatan berharga konstan ke arah sumbu-Y sehingga waktu untuk bergerak ke arah sumbu-Y sama. Kecepatan kea rah sumbu-X hanya mempengaruhi jarak horisontal.
Pada permasalahan di atas, sebanyak 25% mahasiswa menganggap benda bermassa kecil memiliki jarak horizontal lebih jauh. Mahasiswa sudah memahami gerak jatuh bebas pada sumbu-Y, tetapi belum memahami bahwa gerak pada sumbu-X benda tidak memiliki percepatan. Menurut mahasiswa, massa kecil berarti percepatannya besar sehingga jarak horisontalnya lebih jauh. Sebanyak 25% mahasiswa meyakini bahwa massa mempengaruhi waktu jatuh, tetapi sebagian besar menganggap massa besar sampai di tanah terlebih dahulu, dan jarak horizontal lebih dekat. Tampaknya mahasiswa ini belum memahami secara baik gerak parabola. Waktu jatuh berbeda untuk benda-benda bermassa berbeda ini sering muncul sebagai prakonsepsi siswa (Singh and Schunn, 2009).
Permasalahan kelima parabola adalah “Dua jenis bom yang berukuran sama, tetapi berbeda massa dijatuhkan dari suatu pesawat yang sedang bergerak horisontal dengan kecepatan konstan. Abaikan hambatan udara. Pernyataan benar dari pilihan berikut adalah ...”. Kekurangpahaman mahasiswa terhadap prinsip gerak parabola terjadi juga pada posisi benda saat tiba kembali ke tanah. Hanya 25% mahasiswa yang menjawab bahwa menurut pilot kedua bom jatuh persis di bawahnya. Tetapi kurang dari separoh mahasiswa ini yang memahami bahwa gerak horizontal peluru bersifat GLB dan kecepatan bom dan pesawat adalah sama dalam arah horizontal.
Pada permasalahan di atas, sebesar 10% mahasiswa meyakini bom jatuh di depan atau di belakang bergantung pada massa bom dengan tanpa memberikan alasan jawaban. Mungkin mahasiswa ini menganggap bahwa waktu jatuh dan panjang lintasan berbeda untuk benda-benda bermassa berbeda, yang sering muncul sebagai prakonsepsi siswa (Singh and Schunn, 2009). Sebesar 65% mahasiswa berpendapat bahwa jatuhnya di belakang pesawat. Sebagian besar mahasiswa ini memberikan alasan salah atau tidak memberikan alasan. Hanya sebagian kecil saja mahasiswa yang berpendapat benar bahwa waktu jatuh bersamaan, tetapi kedua benda jatuh di belakang pesawat karena pesawat bergerak. Dalam hal ini mahasiswa tidak menyadari bahwa kecepatan bom sama dengan kecepatan pesawat saat dilepas dari pesawat.
Variasi pemahaman gerak parabola di atas mengacu pada pilihan jawaban mahasiswa pada setiap permasalahan. Pembahasan bisa juga mengacu pada variasi alasan singkat mahasiswa pada setiap alternatif jawaban permasalahan. Konsep kecepatan di titik tertinggi yang nol arah vertikal dan tidak nol arah horizontal hanya dipahami oleh sebanyak 30% mahasiswa. Sementara itu yang memahami bahwa gerak parabola terdiri dari gerak vertikal GLBB dan gerak horizontal GLB hanya 45% mahasiswa. Sebanyak 15% mahasiswa juga yang secara tegas berpendapat bahwa kecepatan arah vertikal dipengaruhi oleh percepatan gravitasi. Berarti kurang dari separoh mahasiswa yang betul-betul memahami gerak parabola. Bahkan sebanyak 15% mahasiswa hanya memahami secara benar gerak vertikal GLBB-nya saja, dan juga sebanyak 15% mahasiswa yang memamahi bahwa benda yang dijatuhkan dari pesawat bergerak dengan kecepatan konstan akan jatuh persis di bawah pesawat tersebut, serta
juga 10% mahasiswa memahami gerak dua benda yang satu langsung jatuh dan yang lain diberi kecepatan horizontal akan memiliki waktu jatuh yang sama karena permasalahan disajikan dalam bentuk visual gambar gerak benda per waktu.
Pada bahasan gerak parabola banyak mahasiswa yang masih memiliki pemahaman yang salah. Sebanyak 10% mahasiswa meyakini bahwa gerak parabola memiliki percepatan dengan yang ke pusat sehingga mirip dengan gerak melingkar, dan sebanyak 35% mahasiswa meyakini bahwa grafik posisi horizontal (x) – waktu (t) berbentuk mirip dengan grafik posisi vertikal (y) – posisi horiosntal (x). Pada permasalahan benda yang dijatuhkan dari pesawat bergerak dengan kecepatan konstan, benda langsung jatuh dengan lintasan parabola ke belakang (5% mahasiswa) atau jatuh ke bawah (5% mahasiswa), atau di belakang pesawat (30% mahasiswa). Mahasiswa yang demikian kurang menyadari bahwa benda memiliki kecepatan horizontal yang sama dengan kecepatan pesawat dan geraknya bersifat GLB. Kecepatan benda nol di titik tertinggi diyakini oleh 30% mahasiswa. Mahasiswa ini kurang bisa berimaginasi bahwa seandainya betul kecepatan benda di titik tertinggi nol maka benda akan langsung jatuh, dan hal ini tidak pernah terjadi. Sebanyak 25% mahasiswa mencoba untuk menggambar parabola, tetapi tampaknya hanya hafal terhadap besaran fisis yang digambar tanpa mengetahui makna fisisnya. Sebanyak 30% mahasiswa meyakini bahwa gerak pada sumbu horizontal tidaklah bersifat GLB dengan mencoba menghubungkan besaran-besaran massa, gaya, kecepatan horizontal, jarak horizontal, dan waktu jatuh. Bahkan, sebanyak 5% mahasiswa meyakini bahwa gaya dorong awal masih bekerja selama benda bergerak parabola.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan di atas, mahasiswa memiliki sejumlah pemahaman secara benar dan salah pada materi gerak melingkar dan parabola. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada materi gerak melingkar lebih dari separoh mahasiswa memahami secara benar bahwa kecepatan benda dalam arah garis singgung lingkaran, dan lebih dari seperlima mahasiswa memahami secara salah dalam hal adanya gaya sentrifugal bekerja pada benda dengan arah radial keluar, benda bergerak ke arah radial keluar ketika selip, dan mendeskripsikan gaya-gaya yang berperan sebagai gaya sentripetal ketika benda bergerak di tikungan rata maupun miring. Pada materi gerak parabola hampir lebih dari separoh mahasiswa memahami secara benar bahwa gerak parabola terdiri dari gerak vertikal GLBB dan gerak horizontal GLB, waktu jatuh hanya dipengaruhi oleh ketinggian dan tidak dipengaruhi oleh massa dan lintasan, dan jarak horizontal hanya dipengaruhi oleh kecepatan horizontal dan tidak dipengaruhi oleh massa; dan lebih dari seperlima mahasiswa memahami secara salah dalam hal di titik tertinggi kecepatan benda nol, bentuk grafik x(t), dan bom jatuh di belakang pesawat yang menjatuhkannya, serta gerak horizontal masih melibatkan besaran gaya.
Dosen dapat dapat memanfaatkan sejumlah pemahaman di atas dalam merancang materi instruksional. Dalam rencana pengajaran semester, materi instruksional tersebut berperan mendampinginya. Pengajaran semester hendaknya menggunakan pembelajaran yang tepat, misalnya pembelajaran yang menekankan perlunya mahasiswa membuat dan menganalisis diagram benda terisolasi dalam menyelesaikan permasalahan gerak melingkar dan parabola.
DAFTAR RUJUKAN
Allbaugh, A.R. 2003. The Problem-Context Dependence of Students’ Application of Newtons’ Second Law.Dissertation. Manhattan, Kansas: Kansas State University Bao, L., Edward F., and Redish, E.F. 2006. Model analysis: Representing and assessing
-Creswell, J.W. 2012.Educational research: planning, conducting, and evaluating
quantitative and qualitative research, (4thedition). Boston: Pearson Education, Inc. Demirci, N. 2008. Misconception Patterns from Students to Teachers: An Example for
Force and Motion Concepts. Journal of Science Education. 2008; 9, 1; 55-59
Frank, B.W., Kanim, S.E., and Gomez, L.S. 2008. Accounting for variability in student responses to motion questions. PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS -PHYSICS EDUCATION RESEARCH4, 020102 (2008)
Hamed, K.M. 1999. Investigating The Studens’ Understanding of Surface Phenomena. Dissertation. Manhattan, Kansas: Kansas State University
Knight, R.D. 2008. Physics for Scientist and Engineers: A Strategic Approach. San Francisco: Pearson Addison Wesley
Kurikulum PPG Fisika. 2016. Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Malang
Parno, Jatmiko, B, Kardi, S. 2012. Model Pemahaman tentang Gaya Dan Gerak Mahasiswa S-1 Prodi Pendidikan Fisika UM. FOTON: Jurnal Fisika dan Pembelajarannya. Volume 16, Nomor 1, Pebruari 2012 pp: 21-32
Parno. 2016.Kesulitan Mahasiswa pada Materi Gerak Melingkar dan Parabola. Seminar Nasional Pendidikan Sains 2016: Mengubah karya akademik menjadi karya bernilai ekonomi tinggi, di Prodi Pendidikan Sains PPs UNESA. 23 Januari 2016
Rapp, D.N. 2005. Mental Models: Theoretical Issues for Visualizations in Science Education. John K. Gilbert (ed). Visualization in Science Education, 43 60. Netherlands: Springer
Sears, F.W., and Zemansky, M.W. 1991. Mekanika Panas dan Bunyi. (saduran bebas oleh Soedarjana dan Amir Achmad). Jakarta: Bina Cipta
Singh, C., and Schunn, C.D. 2009. Connecting three pivotal concepts in K-12 science state standards and maps of conceptual growth to research in physics education. Journal of Physics Teacher Education Online, 5(2), Autumn 2009. pp. 16-42. Wattanakasiwich, P. 2008. Assessing Student Conceptual Understanding of Force and
Motion with Model Analysis.CMU. J. Nat. Sci.(2008) Vol. 7(2) pp. 307-315
Wenning, C.J. 2008. Dealing more effectively with alternative conceptions in science. Journal of Physics Teacher Education Online, 5(1), Summer 2008 pp. 11-19.
Young, HD., Freedman, RA. 2012.Sears and Zemansky’s UNIVERSITY PHYSICS with Modern Physics 13thEdition. New York: Addison wesley
