BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1 Media Pembelajaran
2.1.1 Pengertian Media Pembelajaran
Menurut Depdiknas (2003) istilah media berasal dari bahasa Latin yang merupakan bentuk jamak dari “medium” yang secara harafiah berarti perantara atau pengantar. Makna umumnya adalah segala sesuatu yang dapat menyalurkan informasi dari sumber informasi kepada penerima informasi, yaitu perantara sumber pesan (a source) dengan penerima pesan (a receiver). Dengan demikian, media dapat
dimanfaatkan sebagai suatu alat bantu dalam pembelajaran dan dapat digunakan sebagai perantara dosen dengan mahasiswa, sehingga proses pembelajaran dapat berlangsung dalam situasi apapun (Susilana, 2007).
Media merupakan sesuatu yang dapat digunakan untuk menyampaikan pesan dari sumber informasi ke penerima informasi. Istilah media digunakan dalam bidang pengajaran atau pendidikan sehingga istilahnya menjadi media pendidikan atau media pembelajaran. Arsyad (2012) menyatakan bahwa media pembelajaran adalah sebuah alat yang berfungsi untuk menyampaikan pesan pembelajaran. Asyhar (2010) di buku lain juga menyatakan bahwa media pembelajaran yaitu semua jenis media yang dapat diintegrasikan dalam pembelajaran sehingga proses pembelajaran akan lebih efektif.Sedangkan menurut Thoifuri (2008), “Media pembelajaran merupakan alat bantu pengajaran untuk membantu mahasiswa lebih cepat mengetahui, memahami, dan upaya terampil dalam mempelajari bidang studi tertentu, baik media berupa perangkat keras (hardware) maupun lunak (software)” .
8
Thoifuri (2008) membagi media pembelajaran menjadi dua macam yaitu media pembelajaran abstrak dan media pembelajaran konkrit. Alasan Thoifuri membagi media pembelajaran menjadi dua karena manusia terdiri dari jasmani dan rohani.
Jasmani identik dengan kebutuhan media kongkrit, sedangkan rohani identik dengan media pembelajaran abstrak. Media pembelajaran abstrak seperti; pembiasaan, pujian, hukuman, larangan, dan perintah, sedangkan alat bantu pembelajaran konkrit seperti;
papan tulis, buku diktat, spidol, meja, kaset, video, radio, televisi, komputer, internet dan media-media lainnya.
Dari beberapa pengertian yang dikemukakan dapat disimpulkan bahwa pengertian media pembelajaran secara umum adalah segala sesuatu berupa alat, benda dan lainya yang dapat digunakan dan dimanfaatkan sebagai perantara dan pengantar informasi antara penyampai informasi (dosen) kepada penerima informasi (mahasiswa), sehingga dapat mempermudah mahasiswa menerima dan memahami materi yang disampaikan sehingga proses pembelajaran akan lebih efektif.
2.1.2 Manfaat Media Pembelajaran
Media merupakan komponen yang sangat penting dalam pembelajaran untuk menyampaikan pesan dari dosen kepada mahasiswa melalui media pembelajaran.
Adanya media pembelajaran akan memungkinkan proses interaksi antara dosen dengan Mahasiswa dapat berjalan dengan lancar. Setiap materi pembelajaran mempunyai tingkat kesukaran yang bervariasi. Pada satusisi ada bahan pembelajaran yang tidak memerlukan media pembelajaran, tetapi disisi lainada bahan pembelajaran yang memerlukan media pembelajaran. Materi pembelajaran yangmempunyai tingkat
kesukaran tinggi tentu sukar dipahami oleh mahasiswa, apalagi oleh mahasiswayang kurang menyukai materi pembelajaran yang disampaikan.Keberadaan media pembelajaran sebagai alat bantu dalam proses pembelajaranmerupakan suatu kenyataan yang tidak bisa dipungkiri.
Sudjana & Rivai dalam Arsyad (2012) mengemukakan manfaat media pembelajaran dalam proses belajar mengajar adalah sebagai berikut:
a. Pembelajaran akan lebih menarik bagi mahasiswa, sehingga dapat menumbuhkan motivasi belajar.
b. Bahan pembelajaran akan lebih jelas maknanya sehingga dapat lebih dipahami oleh mahasiswa dan memungkinkannya menguasai serta tercapai tujuan pembelajaran.
c. Metode mengajar akan lebih bervariasi, tidak semata-mata komunikasi verbal melalui penuturan oleh dosen, sehingga mahasiswa tidak bosan dan dosen tidak kehabisan tenaga, apalagi kalau dosen mengajar pada setiap jam pelajaran.
d. Mahasiswa dapat lebih banyak melakukan kegiatan belajar dikarenakan mahasiswa tidak hanya mendengarkan uraian dosen saja, tetapi juga melakukan aktivitas lainnya seperti mengamati, melakukan, mendemonstrasikan, memerankan dan lain-lain.
Sanaky (2009) juga mengungkapkan manfaat dari media pembelajaran, manfaat media pembelajaran bagi dosen dan mahasiswa adalah sebagai berikut:
1. Manfaat media pembelajaran bagi dosen, yaitu:
a. Memberikan pedoman, arah untuk mencapai tujuan.
b. Menjelaskan struktur dan urutan pengajaran secara baik.
c. Memberikan kerangka sistematis mengajar secara baik.
d. Memudahkan kendali pengajar terhadap materi.
e. Membatu kecermatan, ketelitian dalam penyajian materi pelajaran.
f. Membangkitkan rasa percaya diri seorang pengajar.
g. Menigkatkan kualitas pengajaran.
2. Manfaat media pembelajaran bagi mahasiswa, yaitu:
a. Meningkatkan motivasi belajar pembelajar.
b. Memberikan dan meningkatkan variasi.
c. Memberikan struktur materi belajar pembelajar.
d. Memberikan inti informasi, pokok-pokok secara sistemik sehingga memudahkan para pembelajar untuk belajar.
e. Merangsang pembelajar untuk berfikir dan beranalis.
f. Menciptakan kondisi dan situasi belajar tanpa tekanan.
g. Pembelajar dapat memahami materi pelajaran dengan sistematis yang disaji- kan pengajar lewat media pembelajaran.
Dari beberapa uraian manfaat media pembelajaran, dapat disimpulkan bahwa
media pembelajaran dapat mempermudah pengajar menyampaikan materi dan lebih terstruktur. Sedangkan bagi Mahasiswa, media pembelajaran akan mempermudah memahami materi pelajaran dan tidak membosankan karena banyak model dan inovasi di dalam media.
2.1.3 Media Cetak
Media ajar berbasis cetak ada banyak jenisnya, antara lain: modul atau buku ajar, buku teks, bahan presentasi dan lainya. Media ajar dalam bentuk cetak seperti buku ajar, modul dan sejenisnya paling banyak digunakan dan diproduksi. Media jenis ini termasuk mudah dan praktis penggunaanya.
Media cetak memiliki kontribusi yang besar dalam proses pembelajaran. Salah satu alasannya adalah karena lebih mudah diperoleh dan lebih standar. Ridwan dalam setyono (2013) menyatakan minat baca adalah keinginan dan kecenderungan hati yang tinggi (gairah) untuk membaca. Hal ini senada dengan Idris Kamah (2002), yang menyatakan bahwa minat baca berarti adanya perhatian atau kesukaan (kecenderungan hati) untuk membaca. Minat baca juga dapat diartikan suatu momen dari kecenderungan yang terarah secara intensif pada suatu tujuan atau objek yang dianggap penting. Objek yang menarik perhatian dapat membentuk minat karena adanya dorongan dan kecenderungan untuk mengetahui, memperoleh, atau menggali dan mencapainya.
2.2Modul
2.2.1 Pengertian Modul
Asyhar (2012) menyatakan “modul adalah salah satu bentuk bahan ajar berbasis cetakan yang dirancang untuk belajar secara mandiri oleh peserta pembelajaran. Pernyataan tersebut sependapat yang dinyatakan oleh Departemen Pendidikan Nasional(2008) yang menyatakanModul merupakan bahan ajar cetak yang dirancang untuk dapat dipelajari secara mandiri oleh peserta pembelajaran.
Modul disebut juga media untuk belajar mandiri karena di dalamnya telah dilengkapi petunjuk untuk belajar sendiri.
Syauqi (2012) mendefinisikan bahwa modul merupakan suatu alat atau sarana pembelajaran yang di dalamnya berisi materi, metode, dan evaluasi yang dibuat secara sistematis dan terstruktur sebagai upaya untuk mencapai tujuan kompetensi yang diharapkan. Dari ketiga pernyataan itu dapat definisikan bahwa,modul sebagai salah satu bahan ajar cetak dirancang dan dikembangkan secara sistematis untuk memudahkan mahasiswa belajar secara mandiri.
2.2.2 Fungsi Modul Pembelajaran
Penggunaan modul dalam pembelajaran Fisika Modern merupakan salah satu cara yang dapat digunakan untuk membuat mahasiswa aktif dan termotivasi. Hal ini dikarenakan modul merupakan bahan ajar mandiri yang memuat serangkaian pengalaman belajar yang disusun secara sistematis dan dapat membantu mahasiswa mencapai tujuan belajar. Modul dapat membuat mahasiswa aktif dan tidak bergantung pada dosen karena kegiatan pembelajaran dalam modul disusun secara sistematis. Motivasi belajar
mahasiswa dapat meningkat karena modul dituliskan dengan desain yang menarik, memuat masalah yang berbeda, dan tersedia langkah-langkah untuk menyelesaikan masalah. Dengan menggunakan modul mahasiswa dapat mencapai tujuan belajar sesuai dengan kemampuan mereka masing-masing. Menurut Purnomo (2010) penggunaan modul dapat memotivasi dan meningkatkan pemahamanmahasiswa.
Modul mempunyai banyak arti berkenaan dengan kegiatan belajar mandiri.
Orang bisa belajar kapan saja dan dimana saja secara mandiri. Karena konsep belajarnya berciri demikian, maka kegiatan belajar itu sendiri juga tidak terbatas pada masalah tempat, dan bahkan orang yang berdiam ditempat yang jauh dari pusat penyelenggara pun bisa mengikuti pola belajar seperti ini. Terkait dengan hal tersebut, Departemen Pendidikan Nasional (2008) menyatakan penulisan modul memiliki fungsi sebagai berikut.
1. Memperjelas dan mempermudah penyajian pesan agar tidak terlalu bersifat verbal.
2. Mengatasi keterbatasan waktu, ruang, dan daya indera, baik peserta belajar maupun dosen/ instruktur.
3. Dapat digunakan secara tepat dan bervariasi, seperti untuk meningkatkan motivasi dan gairah belajar; mengembangkan kemampuan dalam berin- teraksi langsung dengan lingkungan dan sumber belajar lainnya yang memungkinkan mahasiswa atau pebelajar belajar mandiri sesuai kemampuan dan minatnya.
4. Memungkinkan mahasiswa atau pebelajar dapat mengukur atau mengevaluasi sendiri hasil belajarnya.
Selain itu, keuntungan seperti yang dikemukakan oleh Nasution (2003) adalah:
a. Memberikan feedback atau balikan yang segera dan terus menerus.
b. Dapat disesuaiakan dengan kemampuan anak secara individual dengan memberikan keluwesan tentang kecepatan mempelajarinya, bentuk maupun bahan pelajaran.
c. Memberikan secara khusus pelajaran remedial untuk membantu anak dalam mengatasi kekurangannya.
d. Membuka kemungkinan untuk membuka tes formastif
Dengan memerhatikan fungsi dan keuntungan di atas, modul sebagai bahan ajar akan sama efektifnya dengan pembelajaran tatap muka.
2.2.3 Karakteristik Modul Pembelajaran
Sebuah modul bisa dikatakan baik dan menarik apabila terdapat karakteristik, sebagaimana diungkapkan Departemen Pendidikan Nasional (2008) menyatakan empat karakteristik berikut.
1. Demografik
Karakteristik demografik meliputi banyaknya peserta yang akan mempelajari modul yang akan dikembangkan. Rentang usia, status perkawinan, status pekerjaan, jenis pekerjaan, dan tempat tinggal peserta merupakan karakteristik yang perlu diketahui untuk pengembangan modul.
2. Motivasi
Untuk mempelajari motivasi pembelajar perlu diketahui alasan mereka mengikuti pembelajaran, kaitan materi isi pelajaran dengan pekerjaan mereka, alasan memilih pembelajaran swaajar, harapan mereka setelah mengikuti pembelajaran, dan keinginan serta ketakutan mereka dalam pembelajaran.
3. Faktor yang terkait dengan kegiatan belajar.
Adapun yang termasuk faktor ini ialah kecerdasan dan kemampuan belajar peserta pembelajaran. Selain itu, termasuk kedalam faktor ini ialah pengalaman belajar mandiri, tingkat pendidikan sebelumnya, dan ketersediaan waktu serta fasilitas untuk belajar.
4. Latar Belakang terkait isi pelajaran.
Termasuk kedalam faktor ini ialah pengetahuan, sikap, dan keterampilan yang telah dikuasai yang terkaitdengan isi pelajaran yang akan diikuti.
Selain itu, Widodo (2008) juga menyatakan kreteria pembelajaran sebagai berikut:
1. SelfInstructional
Merupakan karakteristik yang penting dalam modul, dengan karakter tersebut memungkinkan seseorang belajar secara mandiri dan tidak bergantung pada pihak lain. Untuk memenuhi karakter self instructional, maka modul harus:
a. Membuat tujuan yang jelas, dan dapat menggambarkan pencapaian tujuan instruksional umum dan tujuan instruksional khusus.
b. Memuat materi pembelajaran yang dikemas dalam unit-unit kegiatan yang kecil/spesifik, sehingga memudahkan dipelajari secara tuntas.
c. Tersedia contoh dan ilustrasi yang mendukung kejelasan pemaparan materi pembelajaran.
d. Terdapat soal-soal latihan, tugas, dan sejenisnya yang memungkinkan untuk mengukur penguasaan mahasiswa.
e. Kontekstual, yaitu materi yang disajikan terkait dengan suasana, tugas atau konteks kegiatan dan lingkungan mahasiswa.
f. Menggunakan bahasa yang sederhana dan komunikatif.
g. Terdapat rangkuman materi pembelajaran.
h. Terdapat instrument penilaian, yang memungkinkan mahasiswa melakukan penilaian sendiri (selfassessment).
i. Terdapat umpan balik atas mahasiswa, sehingga mahasiswa mengetahui tingkat penguasaan materi.
j. Terdapat informasi tentang rujukan/pengayaan/referensi yang mendukung materi pembelajaran.
2. SelfContained
Modul dikatakan self contained bila seluruh materi pembelajaran yang dibutuhkan termuat dalam modul tersebut. Tujuan dari konsep ini adalah memberikan kesempatan kepada mahasiswa mempelajari materi pembelajaran secara tuntas, karena materi belajar dikemas ke dalam satu kesatuan yang utuh. Jika harus dilakukan pembagian atau pemisahan materi dari satu standar kompetensi, harus dilakukan dengan hati-hati dan memerhatika tujuan instruksional yang harus dicapai oleh mahasiswa.
3. StandAlone
Standalone atau berdiri sendiri merupakan karakteristik modul yang tidak tergantung pada bahan ajar atau media lain, atau tidak harus digunakan bersama-sama dengan media lain. Sehingga mahasiswa tidak perlu menggunakan bahan ajar lain untuk mempelajari modul tersebut. Jika mahasiswa masih menggunakan dan
bergantung pada bahan ajar selain modul yang digunakan, maka bahan ajar tersebut tidak termasuk sebagai modul yang berdiri sendiri.
4. Adaptif
Modul hendaknya memiliki adaptasi yang tinggi terhadap perkembangan ilmu dan teknologi. Dikatakan adaptif jika modul tersebut dapat menyesuaikan dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, serta fleksibel/luwes.
5. UserFriendly
Modul juga hendaknya memenuhi kaidah user friendly atau bersahabat dengan pemakainya. Setiap instruksi dan paparan informasi yang tampil bersifat membantu dan bersahabat dengan pemakainya, termasuk kemudahan pemakaian dalam merespon dan mengakses sesuai dengan keinginan. Modul disusun dengan menggunakan kalimat aktif dengan bahasa yang sederhana, mudah dimengerti, serta menggunakan istilah yang umum digunakan.
2.2.4 Komponen Penyusunan Modul
Di dalam penulisan modul ada komponen-komponen yang harus ada dan diperhatikan. Budiono (2006) menyatakan modul memiliki beberapa komponen yaitu:
1. Lembar kegiatan mahasiswa , memuat pelajaran yang harus dikuasai oleh mahasiswa.
Susunan materi sesuai dengan tujuan instruksional yang akan dicapai, disusun langkah demi langkah sehingga mempermudah mahasiswa belajar.
2. Lembar kerja , menyertai lembaran kegiatan mahasiswa yang dipakai untuk menjawab atau mengerjakan soal-soal tugas atau masalah-masalah yang harus dipecahkan.
3. Kunci lembar kerja mahasiswa ,berfungsi untuk mengevaluasi atau mengoreksi sendiri hasil pekerjaan mahasiswa.
4. Lembar soal, berisi soal-soal guna melihat keberhasilan mahasiswa dalam mempelajari bahan yang disajikan dalam modul.
5. Kunci jawaban untuk lembar soal, merupakan alat koreksi terhadap penilaian yang dilaksanakanoleh para mahasiswa sendiri.
2.2.5 Format Modul
Dalam penulisan modul perlu dibuatnya sebuah kerangka modul yang sederhana dan yang paling sesuai dengan kebutuhan dan kondisi yang ada.Dalam penulisan modul perlu dibuatnya sebuah kerangka modul yang sederhana dan yang paling sesuai dengan kebutuhan dan kondisi yang ada. Adapun kerangka modul pembelajaran menurut Daryanto (2013) adalah:
Kata pengantar Daftar isi
Peta kedudukan modul Glosarium
I. Pendahuluan
a. Standar kompetensi dan kompetensi dasar b. Deskripsi
c. Waktu d. Prasyarat
e. Petunjuk penggunaan modul f. Tujuan akhir
g. Cek penugasan standar kompetensi II. Pembelajaran
a. Pembelajaran 1 1. Tujuan 2. Uraian materi 3. Rangkuman
4. Diskusikan 5. Latihan
b. Pembelajaran 2- n (dan seterusnya, mengikuti jumlah pembelajaran yang dirancang)
III. Penutup Tes formatif Kunci jawaban Glosarium Lampiran Daftar pustaka
2.3 Pengembangan Media Pembelajaran
Media menjadi alat bantu dalam proses pembelajaran. Keberadaan media dalam pembelajaran teramat penting sehingga media menjadi bagian dari komponen pengajaran.
Dengan adanya media, dosen akan menjadi terampil dan cerdas dalam menyampaikan materi ajar untuk mencapai hasil pembelajaran yang diharapkan. pengembangan media pembelajaran juga semakin banyak dilakukan. Dalam pengambangan media diperlukan model pembelajaran, dalam penelitian ini penulis menggunakan model ADDIE dan membuat Media Pembelajaran berupa modul pembelajaran Berbasis Konstruktivisme.
2.3.1 Pengembangan Media Pembelajaran dengan Model ADDIE
Pawana (2014) Model ADDIE yang terdiri dari 5 langkah, yaitu :analysis, design, development, implementation dan evaluation. Untuk lebih jelasnya dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Tahap analysisadalah suatu proses mendefinisikan apa yang akan dipelajari oleh peserta belajar.hal yang dilakukan diantaranya: menentukan mata pelajaran, analisis KI, KD, analisa kebutuhan multimedia, dan analisis kondisi,
2. Tahap designadalah tahap perancanagan, tahap ini dikenal juga dengan istilah membuat rancangan, hal yang dilakukan diantaranya: menyusun pernyataan tujuan produk, memetakan tujuan dengan unsur media yang dibutuhkan, dan perancangan model. Rancangan multimedia interaktif yang dikembangkan.
3. Tahap developmentadalah proses mewujudkan desain menjadi kenyataan. Jika dalam desain diperlukan suatu perangkat lunak berupa multimedia pembelajaran, maka multimedia tersebut harus dikembangkan, atau diperlukan modul cetak, maka modul tersebut perlu dikembangkan,hal yang dilakukan diantaranya : pengumpulan materi, penggarapan/pembuatan, pengujian dan distribusi, pengembangan instrument evaluasi produk, evaluasi ahli isi, media dan desain pembelajaran, perbaikan produk berdasarkan saran dari para ahli, uji coba produk pada mahasiswa perorangan dan kelompok kecil, perbaikan produk berdasarkan saran mahasiswa perorangan dan kelompok kecil, uji coba produk pada dosen mata pelajaran pemrograman web, perbaikan produk berdasarkan saran dosen mata pelajaran.
4. Tahap Implementation : pada tahap ini semua yang telah dikembangkan sedemikian rupa sesuai dengan peran atau fungsinya agar bisa
diimplementasikan,yang dilakukan adalah melakukan uji coba lapangan terhadap media yang dikembangkan.
5. Pada tahap Evaluation adalah proses untuk melihat apakah sistem pembelajaran yang sedang dibangun berhasil, sesuai dengan harapan awal atau tidak. hal yang dilakukan adalah perbaikan produk berdasarkan uji coba lapangan dan pembuatan produk akhir
2.3.2 Pengembangan Media Pembelajaran Berbasis Konstruktivisme
Dalam pembelajaran dengan menggunakan media modul pembelajaran tentu bertujuan agar mahasiswa lebih ditekankan mahasiswa untuk lebih belajar mandiri.
Makan pengembangan media pembelajaran yang berbasis konstruktivisme sesuai dengan prinsip-prinsip pembelajaran yang diharapkan. MenurutMcBrien & Brandt dalam kementrian pendidikan Malaysia (2001) Konstruktivisme adalah satu pendekatan pengajaran berdasarkan kepada penyelidikan tentang bagaimana manusia belajar. Kebanyakan penyelidik berpendapat setiap individu membina pengetahuan danbukannya hanya menerima pengetahuan daripada orang lain.
Sejalan dengan hal tersebut Bell dalam Sa’ud (2013) menjelaskan pendekatan konstruktivisme merupakan salah satu pandangan yang menyatakan bahwa dalam proses memperoleh pengetahuan diawali dengan suatu permasalahan kognitif, dan diselesaikan melalui pengetahuan awal. Pada akhir proses belajar, pengetahuan akan dibangun sendiri oleh mahasiswa melalui pengalamannya dari hasil interaktif dengan lingkungan. Sama juga yang disimpulkan Kementerian Pendidikan Malaysia (2001)konstruktivisme adalah satu fahaman bahwa murid membinasendiri
pengetahuan atau konsep secara aktif berdasarkanpengetahuan dan pengalaman sedia ada. Dalam proses ini, mahasiswa menyesuaikan pengetahuan yang diterima dengan pengetahuansedia ada untuk membina pengetahuan baru.
Menurut Suparno (1997) secara garis besar prinsip-prinsip konstruktivisme yang diambil adalah ;
1. Pengetahuan dibangun oleh mahasiswa sendiri, baik secara personal maupun secara sosial;
2. Pengetahuan tidak dipindahkan dari dosen ke mahasiswa, kecuali dengan keaktifan mahasiswa sendiri untuk bernalar;
3. Pahasiswa aktif mengkonstruksi secara terus menerus, sehingga terjadi perubahan konsep menuju ke konsep yang lebih rinci, lengkap, serta sesuai dengan konsep ilmiah;
4. Puru berperan membantu menyediakan sarana dan situasi agar proses konstruksi mahasiswa berjalan mulus.
Berikut ini dikemukakan ciri-ciri pembelajaran yang konstruktivis menurut beberapa literatur yaitu :
1. Pengetahuan dibangun berdasarkan pengalaman atau pengetahuan yang telah ada sebelumnya, mahasiswa belajar dengan mengaitkan pengalaman yang terjadi.
2. Belajar adalah merupakan penafsiran personal tentang dunia. Mengaitkan materi belajar dengan alam sekitar.
3. Belajar merupakan proses yang aktif dimana makna dikembangkan berdasarkan pengalaman
4. Pengetahuan tumbuh karena adanya perundingan (negosiasi) makna melalui berbagai informasi atau menyepakati suatu pandangan dalam berinteraksi atau bekerja sama dengan orang lain
5. Belajar harus disituasikan dalam latar (setting) yang realistik, penilaian harus terintegrasi dengan tugas dan bukan merupakan kegiatan yang terpisah.
(Yuleilawati, 2004)
Adapun tahapan-tahapan yang perlu diperhatikan di dalam implementasi pembelajaran konstruktivisme adalah:
1. Tahap pertama, mahasiswa didorong agar mengemukakan pengetahuan awalnya tentang konsep yang akan dibahas. Bila perlu dosen memancing dengan pertanyaan-pertanyaan problematis tentang fenomena yang sering dijumpai sehari-hari oleh mahasiswa dan mengkaitkannya dengan konsep yang akan dibahas. Selanjutnya mahasiswa diberi kesempatan untuk mengkomunikasikan dan mengilustrasikan pemahamannya tentang konsep tersebut.
2. Tahap kedua, mahasiswa diberi kesempatan untuk menyelidiki dan menemukan konsep melalui pengumpulan, pengorganisasian dan mengintepretasian data dalam suatu kegiatan yang telah dirancang oleh dosen. Secara keseluruhan tahap ini akan terpenuhi rasa keingintahuan mahasiswa tentang fenomena dalam lingkungannya.
3. Tahap ketiga, mahasiswa memikirkan penjelasan dan solusi yang didasarkan pada hasil observasi mahasiswa, ditambah dengan penguatan dosen. Selanjutnya mahasiswa membangun pemahaman baru tentang konsep yang sedang dipelajari.
4. Tahap keempat, dosen berusaha menciptakan iklim pembelajaran yang memungkinkan mahasiswa dapat mengaplikasikan pemahaman konseptualnya, baik melalui kegiatan maupun melalui pemunculan masalah-masalah yang berkaitandengan isu-isu dalam lingkungan mahasiswa tersebut.
2.4 Sifat Gelombang Dari Partikel 2.4.1 Gelombang de Broglie
De Broglie menyatakan bahwa partikel-partikel seperti elektron, proton dan netron mempunyai sifet dualisme, yakni gelombang dan partikel. Ide tersebut dinyatakn sebagai berikut: “Suatu partikel yang bergerak dengan momentum p dikendalikan oleh suatu gelombang yang panjang gelombangnya λ memenuhi hubungan:
= (2.1)
dengan:
= Panjang Gelombang
ℎ = tetapan planck (6.63 x 10-34 J.s) p = momentum partikel
Panjang Gelombang λ yang mengendalikan gerakan dari partikel-partikel [
=λ ] disebut gelombang de Broglie. Dalam kehidupan sehari-hari postulat De
Broglie tidak banyak perannya karena menyangkut ukuran-ukuran yang sangat kecil.
Contoh dalam kehidupan sehari-hari, Bola dipandang sebagai materi. Bola memiliki dan .
Momentum suatu partikel
p = (2.2)
dengan:
p = momentum = massa
= Kecepatan
panjang gelombang yang dihitung terlalu kecil untuk diamati dalam laboratorium.
Karena kecilnya nilai h, maka hanya partikel berukuran atom atau inti atom yang perilaku gelombangnya dapat teramati.
Cara klasik untuk mengamati perilaku gelombang adalah dengan percobaan dua celah. Marilah pilih seberkas elektron. Berkas elektron dapat dihasilkan dengan sembarang momentum yang diinginkan, yaitu dengan cara mempercepatkannya melalui suatu beda potensial elektrik yang dipilih. Akibatnya, dapat menghasilkan seberkas elektron yang panjang gelombang deBroglinya dapat diubah-ubah dalam suatu selang nilai yang lebar. Hakikat gelombang dari elektron dapat disingkap dengan melewatkan berkas elektron itu pada suatu penghalang dua-celah. Tetapi, pembuatan dua-celah yang sesuai bagi elektron merupakan suatu persoalan eksperimen sulit yang belum terpecahkan hingga beberapa tahun setelah hipotesis de Broglie mendapat dukungan dari sejumlah percobaan lainnya. Marilah meneliti beberapa percobaan uji hipotesis de Broglie lainnya yang memperagakan perilaku gelombang dari partikel. Karena interferensi dan difraksi merupakan pertunjuk khas perilaku gelombang, maka hakikat gelombang dari elektron hanya dapat disingkap dengan melakukan kedua percobaan ini.
Untuk meneliti hakikat gelombang dari elektron, harus mengikuti aturan kerja berikut. Mula-mula percepat seberkas elektron melalui suatu potensial V, hingga mencapai energi kinetik dan momentum.
Energi kinetik
K = mv (2.3)
dengan:
K = Energi kinetik
= Massa = Kecepatan
Masukkan persamaan (2.2) ke persamaan 2.3) K =1
2 mv K =1
2 m p m K = p
2m Maka Momentum
p = 2mK
p = √2mK (2.4)
dengan:
= Energi kinetik partikel ( j atau eV) = Massa partikel (Kg)
= Kecepatan partikel (m/s)
Mekanika gelombang melukiskan berkas elektron-elektron ini sebagai suatu gelombang dengan panjang gelombang λ = h p⁄ . Berkas gelombang ini menumbuk sebuah kristal dengan cara yang sama seperti berkas sinar-X dan berkas yang terhambur kemudian dipotret. Gambar 2.1 menyajikan gambar potret yang diperoleh.
(Sumber: google.com) Gambar 2.1 Pola difraksi elektron.
Setiap titik terang menyatakan suatu interferensi maksimum. Bahan sasaranya adalah kristal Perbandingan langsung antara lingkaran yang dihasilkan dalam hamburan oleh bahan polikristalin diperlihatkan pada gambar 2.1. hasil perbandingan antara hamburan elektron dan hamburan sinar-X ini memberikan bukti persamaan prilaku gelombang dari elektron dan sinar-X. Kemiripan gambar hasil difraksi elektron dan gambar hasil difraksi sinar-X memberi kesan mendalam bahwa elektron memang berprilaku sebagai gelombang. Hasil interferensi dan difraksi pada gambar 2.1 dan 2.2 merupakan contoh gejala umum, yaitu prilaku gelombang bagi suatu partikel
(Sumber: google.com) Gambar 2.2 Perbandingan pola difraksi sinar-X dan difraksi elektron
Bukti percobaan pertama hakikat gelombang dari elektron (dan bukti kualitatif dari hubungan de Broglie λ = h p⁄ ) diperoleh segera setelah de Broglie mengemukakan hipotesisnya. Pada tahun 1926, di laboratorium Bell Telephone, Clinton Davisson dan Lester Germer menyelidiki pemantulan berkas elektron dari permukaan kristal nikel.
(Sumber: Arthur Beiser) Gambar 2.3 Peralatan difraksi elektron.
Peralatan Davisson dan Germer untuk memperlajari difraksi elektron.Gambaran skematis peralatan mereka diperlihatkan pada gambar 2.3. Dalam percobaan ini, seberkas elektron dari suatu kawat pijar panas dipercepat melalui suatu beda potensial V. Setelah melewati suatu celah kecil, berkas elektron ini menumbuk kristal nikel tunggal. Elektronnya lalu dihamburkan kesegala arah oleh atom kristal, beberapa menumbuk suatu detektor, yang dapat digerakan kesembarang sudut "
relatif terhadap arah berkas datang, yang mengukur intensitas berkas elektron yang dihamburkan pada sudut itu. Detektor dapat diputar dalam rentang sudut 0 hingga 90o
Jika menganggap bahwa setiap atom kristal
penghambur, maka gelombang elektron yang terhambur dapat berinterferensi, sehingga memperoleh semacam kisi difraksi kristal bagi gelombang elektron.
Sebarang bidang khayal yang memuat sejumlah atom dalam kristal memiliki pusat pusat hambur yang tersusun secara teratur sehingga dapat menghasilkan suatu pola interferensi.
Berkas yang terpantul dengan intensitas maksimum akan teramati pada sudut apabila syarat Bragg
berhubungan dengan jarak
Dengan:
# = jarak
" Sudut
(Sumber : Arhur Beiser)
Gambar 2.4 hamburan dari bidang kristal
Jika menganggap bahwa setiap atom kristal dapat bertindak sebagai satu penghambur, maka gelombang elektron yang terhambur dapat berinterferensi, sehingga memperoleh semacam kisi difraksi kristal bagi gelombang elektron.
Sebarang bidang khayal yang memuat sejumlah atom dalam kristal memiliki pusat pusat hambur yang tersusun secara teratur sehingga dapat menghasilkan suatu pola
Berkas yang terpantul dengan intensitas maksimum akan teramati pada sudut Bragg bagi interferensi maksimum dipenuhi. Jarak atom a dengan jarak d menurut persamaan
d a sin *
jarak atom
+ jarakantar bidang atom Sudut hambur
(Sumber : Arhur Beiser)
dapat bertindak sebagai satu penghambur, maka gelombang elektron yang terhambur dapat berinterferensi, sehingga memperoleh semacam kisi difraksi kristal bagi gelombang elektron.
Sebarang bidang khayal yang memuat sejumlah atom dalam kristal memiliki pusat- pusat hambur yang tersusun secara teratur sehingga dapat menghasilkan suatu pola
Berkas yang terpantul dengan intensitas maksimum akan teramati pada sudut "
bagi interferensi maksimum dipenuhi. Jarak atom a
(2.5)
(sumber, http;//wikipedia.com) Gambar 2.5 Hasil percobaan Davisson-Germer.
Gambar 1.8 memperlihatkan intensitas berkas hambur pada ф sudut antara 0 sampai 900. Berkas dengan intensitas maksimum pada sudut ф = 500 terjadi pada beda potensial =54V. Panjang gelombang berkas elektron pada sudut500 dan jarak kisi antar atom-atom nikel adalah a = 0,215 nm. Jarak antar bidag dapat diukur melalui difraksi sinar x yaitu :
d = a sinϕ 2 d = 0,215 sin500
2 d = 0,215 sin 25
d = 0,0909 nm
Selanjutnya menggunakan persamaan bragg untuk maksimum dalam pola difraksi:
λ = 2d sin ϴ (2.6)
Dimana:
d = 0,0909 nm
ϴ= 650 n = 1
Panjang gelombang de Broglie dari elektron yang didifraksi adalah:
λ = 2d sin ϴ λ = 2(0,0909nm) sin 650
λ = 0,165 nm
Panjang gelombang elektron yang bernilai 0,165 nm tersebut diperoleh dari hasil percobaan Davisson-Germer. Hasil ini dapat dibandingkan dengan teori de Broglie sebagai berikut, jika sebuah elektron dipercepat dengan beda potensial = 54V memiliki energi kinetik 54 eV. maka elektron memiliki momentum
= √2
=1
782 7
=1
7 (7430<=) 7 = (7430<=) Panjang gelombang de Broglie adalah
λ = h p
λ = hc pc
λ =1240 nm eV 7430 eV λ = 0,167 nm
Hasil ini sesuai dengan yang didapat dari difraksi elektron pada percobaan yang dikemukakna oleh Davisson Garmer yang membuktikan hakikat gelombang dari elektron melalui percobaan difraksi elektron pada selembar logam Ni. Untuk karyanya, Davisson dianugerahi Nobel pada tahun 1937, bersama-sama dengan G.P.Thomson, yang juga secara bersamaan memberoleh bukti tentang hakikat gelombang dari elektron melalui percobaan difraksi elektron dalam lembaran logam tipis logam.
Selain percobaan Davisson-Germer yang memperagakan difraksi berkas elektron, mungkin pula untuk memperagakan hakikat gelombang dari elektron lewat percobaan dua celah Young dengan menggunakan berkas elektron. Percobaan ini dilakukan pada tahun 1961 oleh Clauss Jonsson, yang mempercepat suatu berkas elektron melalui suatu tegangan elektrik 50.000V dan kemudian melewatkannya melalui dua celah berjarak 2,0 x 10@A dan lebar masing-masing celah 0,5 x 10@A . Pola interferensi diperlihatkan pada gambar 1.9. kemiripan dengan interferensi dua celah yang diperoleh dengan sumber cahaya.
(Sumber :Arthur Beiser) Gambar 2.6 Berkas elektron melewati dua celah
(Sumber : http://google.com_Difraksi) Gambar 2.7 Hasil Difraksi dua celah dengan berkas elektron
Elektron dapat berprilaku sebagai sebuah partikel atau pun gelombang, tetapi tidak dapat mengamati keduanya secara bersama. Ini adalah dasar dari asas saling melengkapi yang mengatakan bahwa gambaran lengkap dari suatu kesatuan fisika seperti foton atau elektron tidak dapat diungkapkan secara tersendiri dalam perilaku partikel saja atau gelombang saja, tetapi harus ditinjau dari kedua belah aspek. Karena hakikat partikel dari gelombang ini tidak dapat diamati secara bersama, maka perilaku sistem yang amati bergantung pada jenis percobaan yang sedang lakukan.
2.4.2. Prinsip Ketaktentuan
(sumber:Keneth Krane) Gambar2.8Pertemuan Gelombang
Gambar 2.8 menunjukkan pertemuan gelombang, ada dua gelombang yang berwarna merah yang bertemu kemudian menjadi berbentuk gelombang seperti yang digambarkan berwarna biru.
Suatu group gelombang terisolasi ialah hasil dari sejumlah tak terhingga gelombang dengan panjang gelombang yang berbeda beda. Lebih sempitgroup gelombang itu, lebih besar selang panjang gelombang yang tersangkut. Jadi suatu group gelombang de broglie yang sempit berarti kedudukanya terdefinisi dengan baik (∆x kecil) tetapi panjang gelombang masing-masing tidak terdefinisi dengan baik.
Sehingga ketakpastian ∆p yang besar dalam momentum partikel yang dinyatakan oleh group gelombang itu. Suatu group gelombang yang lebar berarti momentumnya lebih tertentu, tetapi kedudukanya lebih tak tertentu.
Pada suatu waktu tertentu t, group gelombang ѱ(x) dapat dinyatakan dengan integral Fourier
ѱ(x) = C g(k) cos kx dx0D (2.7)
Dengan fungsi g(k) menggambarkan amplitudo gelombang yang memberi sumbangan (kontribusi) pada ѱ(x) ; g(k) berubah terhadap bilangan k. Fungsi ini disebut transform Fourier. Dari ѱ(x) dan memberi spesifikasi pada group gelombang sama lengkapnya seperti yang diberi oleh ѱ(x). Bilangan gelombang yang diperlukan untuk menyatakan suatu group gelombang melebar dari E = 0 hingga E = ∞, tetaplah untuk group yang panjang ∆x nya berhingga, gelombang yang amplitudonya g(k) nya besar, memiliki bilangan gelombang yang terletak dalam selang yang berhingga ∆k.
Pada Ketidakpastian gelombang klasik telah dibahas mengenai ∆x dan ∆k.
Dimana ∆x ∆k ∼1
Tabel 2.1Penurunan Rumus
Penurun anRumu
s
PENJELASAN
λ =h p
Panjanggelombang de broglieuntuksebuahpartikelbermomentum p,
k = 2π λ
k
=2πP h
Bilangangelombang yang bersesuaian
Masukkanλ = , sehingga didapatkanpersamaan di samping
Δp
=hΔk 2π
suatuketidakpastian∆kdalamjumlahgelombangpadagelombanggelombangb roglieberhubunngandenganhasilhasilpartikeldalamsuatuketidakpastian∆pd alam momentum partikelmenurutrumus
Karena∆x∆k∼1 , maka∆k∼ 1/(∆x) Δx Δp
∼ h 2π
(Prinsipketidakpastian)
Didapat persamaan prinsip ketidakpastian
Δx Δp ∼ K (2.8)
Persamaan ini merupakan salah satu bentuk prinsip ketidakpastian (ketakpastian) yang diperoleh Warner Heisenberg tahun 1927.
Kuantitas h 2πL sering muncul dalam fisika modern, karena ternyata kuantitas itu merupakan satuan dasar dari momentum sudut. Biasanya orang menyingkatnya hL dengan lambang ћ : 2π
ћ = h
2π = 1,054 × 10@OP j. s = detik
maka memakai ћ sebagai pengganti h 2πL . Dinyatakan dalam prinsip ketidakpastian menjadi
Δx Δp ∼ ћ (2.9)
Tetapan Planck h berharga sangat kecil – hanya 6,63 × 10@OP j. s sehingga pembatasan yang ditimbulkan prinsip ketidakpastian hanya penting dalam dunia atom.
Bentuk lain dari prinsip ketidakpastian berguna untuk mengukur energi E yang dipancarkan pada suatu waktu selama selang waktu ∆t dalam suatu proses atomik . Jika energi ini berbentuk gekombang elektromagnetik, batas waktu yang tersedia membatasi ketepatan untuk menentukan frekuensi v dari gelombang itu.
anggap grup gelombang itu sebagai satu gelombang.
Hubungan de Broglie :
E = hv (2.10)
Tabel 2.2Penurunan Rumus.
RUMUS PENJELASAN
E = hv Hubungan de Broglie
ΔE = h Δv Ketidakpastianenergi yang bersesuaian
ΔE = ћ∆T Sesuaidenganpersamaan 2.2 padapertemuan 2, dimana∆T∆U ~ 1
∆T ~ 1
∆U ΔE ∼ ћ
∆U
WX WU ∼ ћ ketidakpastianenergidanwaktu ketidakpastian energi dan waktu
WX WU ∼ ћ (2.11)
Persamaan (2.8) dan (2.11) dikenal sebagai hubungan ketidakpastian Heisenberg, hubungan hubungan ini memberi suatu taksiran ketidakpastian minimum yang diperoleh dari beraneka percobaan; pengukuran kedudukan dan momentum sebuah partikel akan memberikan sebaran nilai selebar ∆Y dan ∆ Z, seringkali dijumpai hubungan-hubungan ditulis dengan ћ atau ℎ.
Distribusi yang lebih rapi memberikan .
(2.12) Sedangkan distribusi lainya
(2.13) Hubungan-hubungan ini memberi pengaruh pada pandangan terhadap alam.
Dapat diterima bahwa terdapat ketidakpastian dalam menentukan letak sebuah gelombang. Namun permasalahannya menjadi lain bila pernyataan yang sama diterapkan pada gelombang deBroglie, karena akan tersirat bahwa terdapat pula ketidakpastian dalam menentukan letak partikel. Persamaan (2.8) dan (2.11) mengatakan bahwa alam menetapkan suatu batas ketelitian yang dapat gunakan untuk melakukan sejumlah percobaan; tidak peduli sebaik apapun peralatan ukur
Δx Δp ∼ћ 2
ΔE Δt ∼ћ 2
dirancang , tidak dapat melakukan pengukuran yang lebih teliti dariyang disyaratkan oleh persamaan (2.8) dan (2.11).
Sebuah partikel klasik tidak dapat langsumg bergerak dari keadaan diam bila tidak dikenai daya. Karena itu, bagaimana partikel dapat terjadi memiliki momentum tidak nol? Telah ketahui bahwa istilah “partikel” dan “gelombang” tidaklah berdiri sendiri dalam fisika kuantum, yang mengungkapkan bahwa deskripsi yang tepat dari suatu sistem fisika haruslah melibatkan kedua aspek ini. Perilaku gelombanglah yang menyebabkan terjadinya penyebaran distribusi momentum bila jarak ruang L diperkecil. Analogi gelombang klasiknya adalah: pemendekan secara berangsur panjang sebuah senar gitar yang dipetik, lewat tekanan jari yang menggeser sepamjamg senarnya, menyebabkan senar tersebut bergetar dengan frekuensi yamg semakin tinggi, sehingga dengan demikian menjadi semakin lebih cepat getarannya.
Perlu dicatat bahwa semua analogi klasik lain yang terbatas ruang lingkupnya.
Hendaklah jangan terlalu bersungguh-sungguh menanggapi analogi ini. Untuk menentukan letak sebuah partikel, harus menentukan amplitudo gelombang de Broglie-nya, yang dilakukan dengan menjumlahkan semua macam komponen gelombangnya; semakin kecil L dibuat, maka menurut persamaan (2.2), semakin banyak gelombang yang harus dijumlahkan. Masing-masing gelombang yang beraneka panjang gelombangnya ini, yang pada umumnya merambat melalui zat perantara dengan laju yang brbeda- beda, terpantul bolak-balik antara kedua dinding pemantul. Ketika kedua dinding berada di ± ∞ hanya satu gelombang yang diperlukan, tidak ada disersi atau pantulan yang terjadi,dan perilau partikel tidak berubah terhadap waktu. Ketika kedua titik didekatkan, lebih banyak gelombang yang
diperlukan, disperse dan pantulan kini dapat terjadi, dan kadang gelobang berpada menghaslkan satu ketidak seinbangan sesaat antara gelobang yang bergerak kekanan dan yang bererak kekiri, yang amati sebagai nilap px yang tiak nol.
Pengukuran yang banyak akan mungkin memperlihatkan bahwa jumlah gerak partkel kekanan sama banyaknya dengan gerak kekiri, sehngga momentum rata-rata pavsama dengan nol, karena momentum yang berlawanan saling menhapuskan. Rata- rata besar momentumnya I p Iav tidaklah nol. (I p Iav hanyalah nol jika semua p adalah nol). Semakin dekat jarak suatu dinding , semakin banyak pantuln yang terjadi, dan semakin besar peluang bagi beberapa komponen momentum berinterferenisi secara maksimum sehingga memberikan suatu momentum besar pada arah tertentu. Akibatnya, partikel akan mulai “begerak” semakin cepat;
meskipun pav masih tetap nol, I p Iav menjadi semakin besar. Oleh karena itu,
∆ ampaknya berkaitan dengan I p Iav , yang berkaitan dengan (p2)av . definisi yang pasti dari , ∆ adalah
∆ = 8( ) # − ( # ) (2.14) Perhatikan kesamaan definsi ini dengan konsep statistic deviasi standar dari sebuah besaran x yang memiliki nilai rata-rata x,
\ = ]^∑ (Y` − Y)^ab
\ = ]^∑^ab Y` @Y
\ = 8(Y)# − (Y# ) (2.15)
