PENGEMBANGAN SPEKTROFOTOMETER SINAR TAMPAK PONSEL BERBASIS 3D PRINTER PADA MATERI KIMIA
UNSUR DI SMA
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Kimia
LEMBAR SAMPUL
Disusun Oleh:
Arya Susila Nugraha NIM: 171444034
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2021
ii
SKRIPSI
LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING
PENGEMBANGAN SPEKTROFOTOMETER SINAR TAMPAK PONSEL BERBASIS 3D PRINTER PADA MATERI KIMIA
UNSUR DI SMA
Oleh:
Arya Susila Nugraha NIM: 171444034
Telah disetujui oleh:
Dosen Pembimbing
Fransisca Ditawati Nur Pamenang, S.Pd., M.Sc. Tanggal: 21 Mei 2021
iii SKRIPSI
PENGEMBANGAN SPEKTROFOTOMETER SINAR TAMPAK PONSEL BERBASIS 3D PRINTER PADA MATERI KIMIA UNSUR DI SMA
LEMBAR PENGESAHAN Disusun oleh:
Arya Susila Nugraha NIM: 171444034
Telah dipertahankan di hadapan Panitia Penguji Pada Tanggal : 28 Mei 2021
Dan dinyatakan telah memenuhi syarat.
Susunan Panitia Penguji
Nama Lengkap Tanda Tangan
Ketua : Dr. Marcellinus Andy Rudhito, S.Pd ...
Sekretaris : Drs. Tarsisius Sarkim, M.Ed., Ph.D ...
Anggota : Fransisca Ditawati Nur P., S.Pd., M.Sc. ...
Anggota : Risnita Vicky Listyarini. M.Sc. ...
Anggota : Johnsen Harta, M.Pd. ...
Yogyakarta, 28 Mei 2021
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sanata Dharma
Dekan,
Dr. Yohanes Harsoyo, S.Pd., M.Si.
iv
LEMBAR MOTTO DAN PERSEMBAHAN MOTTO
“Have no fear of perfection; you’ll never reach it.”
-Marie Curie
“Ad majorem Dei gloriam”
“Sugih tanpa Banda, Digdaya tanpa Aji, Ngluruk tanpa Bala, Menang tanpa Ngasorake”
Skripsi ini saya persembahkan untuk:
1. Tuhan YME yang selalu memberikan berkat melimpah.
2. Kedua Orang tua yang ku sayangi, Ayahanda Budi Susila dan Ibunda Sumini.
3. Kedua Saudaraku, Sandyawan Agung Nugraha dan Amelia Wahyu Nugraheni.
4. Putri Sulistyorini yang selalu setia memberikan dukungan.
5. Para sahabat SERUM yang senantiasa berproses bersama.
6. Keluarga besar Program Studi Pendidikan Kimia yang selalu mendukung langkah saya selama berkuliah.
7. Yayasan VDMI yang memberikan bantuan beasiswa.
8. Universitas Sanata Dharma yang saya banggakan.
Terima kasih untuk semua dukungan, cinta, dan kerja kerasnya sehingga saya dapat hidup dan berkarya sampai hari ini.
v
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sungguh bahwa skripsi ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 14 Mei 2021 Penulis
Arya Susila Nugraha
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Arya Susila Nugraha NIM : 171444034
Demi perkembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:
“Pengembangan Spektrofotometer Sinar Tampak Ponsel Berbasis 3D Printer pada Materi Kimia Unsur di SMA“
beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Atas kemajuan teknologi informasi, saya tidak berkeberatan jika nama, tanda tangan, gambar atau image yang ada di dalam karya ilmiah saya terindeks oleh mesin pencari (search engine), misalnya google.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 14 Mei 2021 Yang menyatakan
(Arya Susila Nugraha)
vii
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Pengembangan Spektrofotometer Sinar Tampak Ponsel Berbasis 3D Printer pada Materi Kimia Unsur di SMA”. Penulis menyadari bahwa selama proses pengerjaan skripsi ada banyak pihak yang mendukung penulis secara langsung maupun tidak langsung. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Tuhan Yang Maha Esa karena selalu memberikan rahmat dan berkat melimpah kepada penulis.
2. Orang Tua tercinta yang telah memberikan dukungan penuh kepada penulis.
3. Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan studi di Pendidikan Kimia.
4. Bapak Tarsisius Sarkim, M.Ed., Ph.D. selaku Ketua Program Studi Pendidikan Kimia yang memberikan dukungan dan teladan baik.
5. Ibu Risnita Vicky Listyarini, M.Sc. selaku Wakil Ketua Program Studi Pendidikan Kimia yang memberikan kesempatan dan dukungan kepada penulis untuk mengeksplorasi 3D Printing.
6. Bapak Johnsen Harta, M.Pd. selaku DPA yang selalu memberikan semangat dan inspirasi dalam berkarya.
7. Ibu Fransisca Ditawati Nur Pamenang, S.Pd., M.Sc. selaku dosen pembimbing yang selalu sabar memahami keinginan penulis dalam menulis, memberikan masukkan, saran, dan dukungan sehingga skripsi ini dapat diselesaikan.
8. Bapak dan Ibu Dosen Pendidikan Kimia yang telah mengajar, mendidik, dan memberikan teladan bagi penulis selama belajar di Pendidikan Kimia Universitas Sanata Dharma.
9. Ibu Rika, dan Pak Agus selaku staf Lab Pendidikan Kimia yang selalu dengan segenap hati membantu penulis dalam hal pemakaian laboratorium.
10. Pak Jumar selaku staf kesekretariatan Pendidikan Kimia yang dengan sabar memberikan arahan dan bantuan terkait surat perizinan, dan pengurusan berkas-berkas selama masa studi.
viii
11. Segenap staf kebersihan gedung Lab Biologi dan Kimia Universitas Sanata Dharma yang senantiasa membantu penulis untuk mengakses dan menjaga lab 3D Printing.
12. Segenap staf Karyawan Universitas Sanata Dharma yang telah membantu dan melayani segala keperluan akademik penulis selama masa studi.
13. Bruder Sarju dan Pak Tri selaku pengurus LKM yang senantiasa mengarahkan dan membantu penulis selama masa studi.
14. SMA Negeri 6 Yogyakarta, SMA Negeri 1 Depok, dan SMA Kolese De Britto yang telah memberikan kesempatan penulis untuk melaksanakan uji coba produk.
15. Klub 3D-Printing Pendidikan Kimia Universitas Sanata Dharma yang selalu mendukung penulis untuk berkarya dalam bidang pendidikan menggunakan 3D Printer.
16. Putri Sulistyorini yang setia mendukung dan mengingatkan penulis dalam dinamika penyusunan skripsi.
17. Para rekan SERUM yang senantiasa membantu penulis dalam dinamika perkuliahan.
18. Keluarga besar Pendidikan Kimia Universitas Sanata Dharma.
19. Teman-teman di Kontrakan Purwomartani Kalasan, Yuda, Martinus, Vito, Kevin, dan Adi yang selalu menemani dalam dinamika perantauan di Yogyakarta.
20. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang membantu penulis menyelesaikan penyusunan skripsi. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam skripsi ini. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca. Semoga skripsi ini dapat memberikan sumbangan dalam ilmu pengetahuan.
Yogyakarta, Penulis
Arya Susila Nugraha
ix
PENGEMBANGAN SPEKTROFOTOMETER SINAR TAMPAK PONSEL BERBASIS 3D PRINTER PADA MATERI KIMIA UNSUR DI SMA
Arya Susila Nugraha Universitas Sanata Dharma
2021 ABSTRAK
Perkembangan pendidikan pada masa kini perlu mengikuti perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Materi praktikum kimia unsur yang terbatas menyebabkan peserta didik tidak mendapatkan kesempatan belajar yang sesuai dengan perkembangan ilmu. Salah satu topik praktikum kimia unsur yang sesuai dengan perkembangan teknologi adalah penggunaan spektrofotometer untuk mempelajari sifat unsur transisi. Penelitian ini mengembangkan produk berupa spektrofotometer sinar tampak ponsel yang dapat digunakan dalam pembelajaran.
Penelitian ini menggunakan model pengembangan ADDIE. Produk layak untuk digunakan pada praktikum materi kimia unsur di SMA berdasarkan hasil validasi ahli dan praktisi dengan skor validasi ahli 80% dan 93%, serta skor validasi praktisi 95%, 78%, dan 85%. Hasil uji coba terbatas menunjukkan adanya peningkatan hasil belajar peserta didik setelah menggunakan produk. Peningkatan hasil belajar ditinjau melalui perolehan skor N-Gain, dengan 40% peserta didik memperoleh klasifikasi tinggi, 33% sedang, dan 27% rendah. Aktivitas peserta didik diamati oleh observer dengan hasil 90% peserta didik mampu menggunakan produk dengan baik, dan hanya 50% peserta didik yang mampu menghitung konsentrasi larutan dengan baik. Respon peserta didik terhadap produk sangat baik dengan skor angket rata-rata 86%. Hasil penelitian diperoleh perangkat spektrofotometer sinar tampak ponsel yang valid dan berdampak sangat baik dalam peningkatan hasil belajar peserta didik pada materi kimia unsur transisi.
Kata kunci: 3D Printer, Kimia Unsur, Penelitian Pengembangan, Spektrofotometer
x
DEVELOPMENT OF 3D PRINTER-BASED VISIBLE LIGHT SPECTROPHOTOMETER SMARTPHONE ON CHEMICAL
ELEMENTS IN HIGH SCHOOLS Arya Susila Nugraha
Universitas Sanata Dharma 2021
ABSTRACT
Education today needs to develop along with the development of science and technology. But in reality, students do not get learning opportunities that are relevant to the development of science and technology because of the limited chemical elements practicum material. One of the practical topics of elemental chemistry that is in accordance with technological developments is the use of a spectrophotometer to study the properties of transition elements. This research develops a product in the form of a visible light spectrophotometer smartphone that can be used in learning. This study uses the ADDIE development model. The product is suitable for use in chemical elements practicum in high school based on the results of expert and practitioner validation with expert validation scores of 80% and 93%, practitioner validation scores of 95%, 78%, and 85%. The results of the limited trial showed an increase in student learning outcomes after using product. The improvement in learning outcomes was assessed through the acquisition of N-Gain scores, with 40% of students obtaining high classification, 33% medium and 27% low. The student’s activity was observed by the observer with the result that 90% of the students were able to use the product well, but only 50% of the students were able to calculate the concentration of the solution properly. The response of students to the product was very good with an average questionnaire score of 86%. The results of the study obtained that the visible light spectrophotometer smartphone device was valid and had a very good impact on improving student learning outcomes in transitional elemental chemistry lessons.
Keywords: 3D Printer, Chemical Elements, Research and Development, Spectrophotometer
xi DAFTAR ISI
LEMBAR SAMPUL ... i
LEMBAR PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
ABSTRAK ... ix
ABSTRACT ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Rumusan Masalah ... 4
C. Tujuan Penelitian ... 4
D. Manfaat Penelitian ... 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA ... 6
A. Landasan Teori... 6
1.Spektrofotometer Sinar Tampak ... 6
2.Teknologi 3D Printer dan Ponsel Pintar ... 8
3.Kimia Unsur Transisi SMA dalam Praktikum Spektrofotometer Sinar Tampak ... 10
B. Penelitian Relevan ... 16
C. Kerangka Berpikir ... 18
BAB III METODE PENELITIAN... 19
A. Jenis Penelitian... 19
B. Desain Penelitian ... 19
xii
C. Variabel Penelitian ... 25
D. Waktu dan Tempat Penelitian ... 25
E. Sampel Penelitian... 26
F. Metode Pengumpulan Data ... 26
G. Instrumen Penelitian ... 27
H. Metode Analisis Data ... 29
1. Pengisian Angket... 29
2. Validasi... 30
3. Instrumen Observasi ... 30
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32
A. Hasil Analisis Kebutuhan (Analyze) ... 32
1.Hasil Analisis Materi ... 32
2.Hasil Analisis Kebutuhan Pembelajaran... 34
3.Analisis Teknologi ... 39
B. Desain (Design) ... 41
1.Nama Produk ... 41
2.Spesifikasi Produk ... 42
3.Keunggulan Produk ... 43
C. Pengembangan (Development) ... 43
1.Validasi Ahli Media dan Materi ... 46
2.Validasi Praktisi ... 47
3.Perbaikan Produk ... 47
D. Implementasi (Implementation) ... 50
E. Evaluasi (Evaluation)... 54
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 55
A. Kesimpulan ... 55
B. Saran ... 55
DAFTAR PUSTAKA ... 56
LAMPIRAN ... 59
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Penelitian Relevan... 16
Tabel 3.1. Daftar Sekolah Sampel Penelitian...26
Tabel 3.2. Kriteria Angket Tanggapan terhadap Produk (Sugiyono, 2009) ... 30
Tabel 3.3. Kriteria Validitas Perangkat Pembelajaran (Sugiyono, 2009) ... 30
Tabel 3.4. Kriteria Pengamatan Uji Coba Perangkat Pembelajaran (Sugiyono, 2009) ... 31
Tabel 3.5. Kriteria Ukuran Efek N-Gain (Archambault, 2008) ... 31
Tabel 4.1. Spektrum Warna Sinar Tampak (Universitetet i Bergen, 2020)...33
Tabel 4.2. Data Pengukuran Absorbansi ... 44
Tabel 4.3. Validasi Produk Oleh Ahli ... 46
Tabel 4.4. Validasi Produk Oleh Praktisi ... 47
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Spektrum warna yang diserap berada diseberang warna
komplementer (Blauch & Flowers, 2020). ... 11
Gambar 2.2. Diagram Spektrofotometer Sinar Tampak (Aryal, 2018) ... 13
Gambar 2.3. Contoh Kurva Standar dan Persamaan Garis Linear ... 14
Gambar 2.4. Kerangka Berpikir Pengembangan Spektrofotometer Sinar Tampak Ponsel ... 18
Gambar 3.1. Badan Utama Spektrofotometer ...21
Gambar 3.2. Pembuatan Jalan Sinar ... 21
Gambar 3.3. Dudukan Celah ... 22
Gambar 3.4. Tutup spektrofotometer ... 22
Gambar 3.5. Pembuatan Sisi Horizontal Dudukan Kertas Pemantul Sinar ... 23
Gambar 3.6. Wadah Kit Spektrofotometer Tertutup ... 24
Gambar 3.7. Wadah Kit Spektrofotometer Terbuka ... 24
Gambar 4.1. Desain Spektrofotometer Sinar Tampak Ponsel...42
Gambar 4.2. Proses Pencetakan Produk Menggunakan Printer 3D ... 44
Gambar 4.3. Kurva Standar Larutan Tembaga (II) Sulfat yang Diukur ... 45
Gambar 4.4. Video Petunjuk Penggunaan Spektro Ponsel; dapat diakses di s.id/ytspektro ... 48
Gambar 4.5. Produk sebelum perbaikan (kanan), produk setelah perbaikan (kiri)48 Gambar 4.6. Produk yang diikat menggunakan karet ... 49
Gambar 4.7. Petunjuk penggunaan tersedia pada link di stiker produk ... 49
Gambar 4.8. Petunjuk Cara Penggunaan setelah perbaikan ... 50
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Surat Izin Penelitian Skripsi ... 59
Lampiran 2. Silabus Mata Pelajaran Kimia ... 62
Lampiran 3. Rencana Pelaksanaan Pembelajaran (RPP) ... 66
Lampiran 4. Kisi-kisi Lembar Wawancara Analisis Kebutuhan Guru ... 70
Lampiran 5. Hasil Wawancara Analisis Kebutuhan ... 71
Lampiran 6. Kisi-kisi Lembar Angket Kebutuhan ... 74
Lampiran 7. Hasil Angket Kebutuhan (Bagian 1) ... 75
Lampiran 8. Hasil Angket Kebutuhan (Bagian 2) ... 80
Lampiran 9. Kisi-kisi Lembar Validasi Produk ... 86
Lampiran 10. Lembar Validasi Produk oleh Praktisi ... 87
Lampiran 11. Lembar Validasi Produk oleh Ahli ... 93
Lampiran 12. Hasil Rekapitulasi Data Kritik dan Saran Validasi Praktisi ... 98
Lampiran 13. Hasil Rekapitulasi Data Kritik dan Saran Validasi Ahli ... 99
Lampiran 14. Kisi-kisi Instrumen Pretest dan Postest ... 100
Lampiran 15. Soal Pretest dan Postest ... 101
Lampiran 16. Kunci Jawaban Pretest dan Postest ... 103
Lampiran 17. Rubrik Penilaian Pretest dan Postest ... 103
Lampiran 18. Validasi Butir Soal ... 104
Lampiran 19. Hasil Pretest, Postest, dan N-Gain Peserta Didik ... 124
Lampiran 20. Kisi-kisi Lembar Observasi Peserta Didik ... 125
Lampiran 21. Lembar Observasi Peserta Didik ... 126
Lampiran 22. Validasi Lembar Observasi ... 128
Lampiran 23. Hasil Observasi Peserta Didik ... 132
Lampiran 24. Kisi-kisi Lembar Angket Respon Peserta Didik... 133
Lampiran 25. Lembar Angket Respon Peserta Didik ... 134
Lampiran 26. Validasi Lembar Respon Peserta Didik ... 136
Lampiran 27. Hasil Angket Respon Peserta Didik ... 140
Lampiran 28. Surat Selesai Penelitian Skripsi ... 143
1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah
Kimia adalah salah satu mata pelajaran yang penting bagi kehidupan masa kini. Mata pelajaran ini penting karena setiap hari manusia berinteraksi dengan aneka ragam bahan kimia. Bahan kimia bukanlah hanya tentang bahan yang berada di laboratorium atau bahan hasil rekayasa manusia, melainkan segala sesuatu yang berada di kehidupan. Senyawa kimia tersusun dari satu atau lebih 114 unsur yang sudah diketahui sekarang (McMurry & Fay, 2008).
Perkembangan ilmu kimia dalam kehidupan manusia saat ini telah banyak mengalami kemajuan, mulai dari sintesis obat, kontrol penyakit, pertanian modern, alat transportasi yang efisien, produksi benda yang lebih sesuai dengan kebutuhan, dan pengembangan komputer yang mempermudah hidup manusia.
Semua proses tersebut melibatkan ilmu kimia karena melibatkan manipulasi interaksi, komposisi, dan perubahan zat. Kemajuan ilmu perlu diikuti dengan kemajuan pendidikan, sehingga diperlukan cara-cara yang lebih modern dan mudah untuk mempelajari kimia, khususnya dalam bidang pendidikan formal tingkat Sekolah Menengah Atas (SMA). Pada tingkat pendidikan ini, peserta didik mulai mempelajari ilmu kimia secara khusus. Pembelajaran kimia yang sesuai dengan perkembangan zaman diperlukan oleh peserta didik agar mendapatkan pengalaman belajar yang relevan dengan kehidupannya.
Peserta didik pada masa revolusi industri 4.0 ini sangat erat dengan dunia teknologi. Berdasarkan hasil survei, sebanyak 85,4% warga Indonesia pada rentang usia 17 hingga 25 tahun menggunakan internet (Nurhayati &
Wolff, 2019). Penetrasi ponsel pintar di Indonesia pada survei tahun 2019 mencapai 63,29% dari populasi, bahkan pada tahun 2021 diramalkan mencapai 76% (Nurhayati & Wolff, 2021). Kondisi tersebut harus dimanfaatkan dalam proses pembelajaran sehingga penggunaan ponsel menjadi sebuah keunggulan dalam pembelajaran, bukan sebagai hambatan.
Kimia unsur adalah salah satu materi di mata pelajaran Kimia. Topik tersebut sangat perlu dipelajari karena unsur-unsur tersebut sangat penting bagi kehidupan. Materi ini mempelajari sifat-sifat unsur halogen, gas mulia, logam alkali, alkali tanah, unsur periode ketiga, dan unsur logam transisi periode keempat. Kimia unsur dalam kehidupan meliputi darah manusia mengandung ion besi untuk mengikat oksigen, logam tembaga yang digunakan sebagai kabel listrik, ion seng yang digunakan sebagai bahan aktif dalam sampo, dan sebagainya. Ciri unsur logam transisi adalah memiliki lebih dari 1 bilangan oksidasi, dapat membentuk senyawa kompleks, merupakan konduktor yang baik, dan memiliki warna (Petrucci, Harwood, Herring, & Madura, 2007).
Logam transisi dapat membentuk ion, dan senyawa kompleks yang berwarna khas dalam larutan yang dapat digunakan untuk analisis kualitatif dalam mengidentifikasi komposisi sampel (Saito, 1996). Warna tersebut dapat digunakan sebagai acuan dalam mengukur konsentrasi zat terlarut dalam sampel.
Spektrofotometer adalah salah satu instrumen pengukuran berdasarkan sinar yang saat ini banyak digunakan dalam berbagai bidang, kimia, farmasi, biologi, kesehatan, dan geologi (Vo, 2019). Instrumen spektrofotometer dalam bidang kimia digunakan untuk mengetahui kadar berbagai larutan senyawa berwarna. Praktikum kimia menggunakan alat spektrofotometer skala laboratorium tentunya sangat mahal dan sulit dilakukan karena alat tersebut memerlukan perawatan ekstra. Ponsel dapat dimanfaatkan sebagai perangkat spektrofotometer sederhana. Kamera ponsel dapat menangkap spektrum warna pada suatu sampel, kemudian intensitas sinar yang diterima dapat diketahui.
Penelitian terdahulu yang dilakukan oleh Alam, Islam, & Faria (2017) mengembangkan spektrofotometer dengan menggunakan monokromator DVD dan detektor sinar. Penelitian oleh Grasse, Torcasio, & Smith, (2015) menggunakan detektor ponsel sebagai pengambil gambar yang kemudian diperoleh data setelah dilakukan pengolahan menggunakan komputer. Penelitian oleh Bogucki, et al., (2019) mengembangkan spektrofotometer dual beam menggunakan 3 Dimensi (3D) printer, ponsel digunakan sebagai pengambil gambar lalu pengukuran intensitas sinar menggunakan komputer. Penelitian
Bogucki tersebut memerlukan diffraction grating untuk mengubah sinar polikromatis menjadi monokromatis. Perangkat spektrofotometer penelitian terdahulu membutuhkan perangkat yang mahal dan sulit ditemukan di Indonesia, seperti diffraction grating dan detektor sinar. Perangkat yang telah dikembangkan tersebut memerlukan komputer untuk melakukan pengukuran intensitas cahaya. Spektrofotometer ponsel dapat dikembangkan agar mudah digunakan di Indonesia dengan mengganti bagian yang sulit ditemukan dan menyederhanakan pengukuran menggunakan ponsel.
Penelitian pengembangan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer pada materi kimia unsur di SMA dilakukan di 3 SMA yang berbeda, yakni SMA Kolese De Britto, SMA Negeri 6 Yogyakarta, dan SMA Negeri 1 Depok Sleman. Ketiga sekolah tersebut dipilih karena melaksanakan praktikum kimia unsur dalam kondisi yang berbeda dan terbatas. Praktikum yang dilakukan di SMA Kolese De Britto yaitu membandingkan sifat alkali dengan alkali tanah. Praktikum yang dilaksanakan di SMA Negeri 1 Depok Sleman adalah identifikasi logam secara fisik. Praktikum yang dilaksanakan di SMA Negeri 6 Yogyakarta yaitu uji warna nyala unsur golongan IA, IIA, dan beberapa unsur transisi. Seluruh responden peserta didik dari ketiga sekolah menyatakan bahwa praktikum diperlukan untuk membantu memahami konsep secara lebih nyata sekaligus untuk membuktikan kebenaran teori yang telah dipelajari. Oleh karena kondisi tersebut, seluruh responden baik guru dan peserta didik menyatakan perlunya praktikum kimia unsur khususnya unsur transisi.
Berdasarkan latar belakang ini, penulis berinisiatif untuk mengembangkan spektrofotometer ponsel. Perangkat spektrofotometer ponsel yang dikembangkan diharapkan dapat digunakan dalam pembelajaran kimia unsur di SMA.
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana pengembangan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer pada materi kimia unsur di SMA?
2. Bagaimana kelayakan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer pada materi kimia unsur di SMA?
3. Bagaimana peningkatan skor hasil belajar peserta didik pada materi kimia unsur di SMA dengan menggunakan perangkat spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer?
C. Tujuan Penelitian
1. Mengetahui pengembangan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer pada materi kimia unsur di SMA.
2. Mengetahui kelayakan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer pada materi kimia unsur di SMA.
3. Mengetahui peningkatan skor hasil belajar peserta didik pada materi kimia unsur di SMA menggunakan perangkat spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer.
D. Manfaat Penelitian 1. Manfaat Teoritis
Hasil penelitian yang diperoleh adalah produk media pembelajaran kimia spektrofotometer sinar tampak ponsel pada materi kimia unsur transisi di SMA. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memperkaya teori dalam pengembangan media ajar khususnya dalam pelajaran kimia.
2. Manfaat Praktis a. Bagi Peneliti
Peneliti mendapatkan pembelajaran dalam mengaplikasikan pengetahuan dan keterampilan yang diperoleh selama kuliah pada kebutuhan nyata di sekolah khususnya pada mata pelajaran kimia.
b. Bagi Guru
Guru memperoleh referensi Praktikum baru yang mampu meningkatkan kualitas pembelajaran kimia di sekolah
c. Bagi Peserta Didik
Peserta didik mendapatkan pengalaman baru melakukan Praktikum dengan spektrofotometer ponsel, sehingga memiliki pengetahuan dan keterampilan dalam menggunakan spektrofotometer. Hal tersebut akan sangat berguna bagi peserta didik saat berkuliah pada jurusan yang menggunakan alat spektrofotometer.
d. Bagi Sekolah
Sekolah dapat menjadikan hasil penelitian sebagai acuan untuk terus mengembangkan aneka ragam metode pembelajaran yang lebih sesuai dengan kondisi masa kini.
e. Bagi Peneliti Selanjutnya
Peneliti selanjutnya memperoleh informasi yang dapat digunakan untuk memberikan peningkatan pengembangan yang signifikan.
6 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA A. Landasan Teori
1. Spektrofotometer Sinar Tampak
Sinar memiliki dua sifat, yakni sebagai materi dan gelombang. Sifat tersebut dikenal sebagai dualisme sinar. Salah satu sifat sinar sebagai gelombang adalah dapat berinteraksi dengan substansi (Harvey, 2000).
Ketika substansi terkena sinar, sebagian sinar dipantulkan dan sebagian diserap. Setiap zat memiliki interaksi dengan sinar berupa absorpsi, transmisi, atau pemantulan sinar pada panjang gelombang tertentu. Partikel sinar yang diserap oleh zat menyebabkan terjadinya perubahan energi partikel dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi. Sifat fisika dan kimia dari partikel pada keadaan dasar sering kali berbeda dengan keadaan tereksitasi (Longworth, Krueger, & Fleming, 2018).
Teknik yang digunakan untuk mempelajari interaksi antara partikel sinar dengan substansi disebut spektroskopi (Skoog, West, Holler, & Crouch, 2004). Apabila sinar yang digunakan berada pada rentang sinar tampak, elektron akan mengalami eksitasi. Interaksi sinar dengan substansi sangat beragam. Setiap substansi akan menghasilkan interaksi yang berbeda dengan sinar, karena masing-masing substansi menyerap sinar pada rentang panjang gelombang dan intensitas yang berbeda.
Jumlah sinar yang diserap oleh senyawa kimia dapat diukur dengan cara menghitung intensitas sinar yang dapat melewati sampel (Vo, 2019).
Sinar yang diserap tersebut dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi bahan kimia, teknik ini disebut sebagai spektrofotometri (Harris, 2010).
Pengukuran ini didasarkan pada perbedaan rentang panjang gelombang sinar yang diserap dan ditransmisikan pada setiap substansi. Jumlah sinar yang diserap oleh senyawa berbanding lurus dengan konsentrasi.
Instrumen yang digunakan untuk melakukan teknik spektrofotometri adalah spektrofotometer. Instrumen ini digolongkan berdasarkan rentang panjang gelombang sinar yang digunakan. Jenis instrumen spektrofotometer
meliputi, spektrofotometer sinar ultraviolet (UV), sinar tampak, dan infra merah (IR). Spektrofotometer sinar tampak mengukur panjang gelombang pada rentang sinar tampak yakni pada panjang gelombang 350-700 nm (Monk, 2004). Absorpsi atau transmisi dari substansi tertentu dapat ditentukan berdasarkan warna yang diamati pada spektrofotometer sinar tampak, misalnya suatu senyawa menyerap seluruh panjang gelombang sinar maka senyawa tersebut berwarna hitam. Senyawa yang mentransmisikan seluruh sinar maka akan tampak berwarna putih. Senyawa yang menyerap sebagian sinar pada rentang warna merah, maka akan tampak berwarna hijau, karena hijau merupakan warna komplementer merah.
Produk spektrofotometer ponsel sinar tampak yang dikembangkan dalam penelitian ini dicetak dengan 3D printer dan menggunakan ponsel sebagai detektor sinar. Spektrofotometer 3D printer menggunakan prinsip spektrofotometri yang hampir sama dengan spektrofotometer di laboratorium. Alat ini menggunakan sinar polikromatis dari sinar matahari maupun lampu yang diubah menjadi sinar monokromatis dengan cara dipantulkan pada kertas berwarna. Sinar monokromatis tersebut akan mengenai larutan. Jumlah sinar yang diserap oleh larutan disebut sebagai absorbansi (Spencer & Moore, 2001), yang diukur dengan menggunakan transmitansi sinar yang diterima oleh kamera ponsel. Spektrofotometer ini mampu mengukur konsentrasi larutan sampel berdasarkan pengukuran absorbansi sinar tampak yang dilakukan oleh larutan.
Perangkat spektrofotometer sinar tampak sangat bermanfaat untuk digunakan di bidang yang berhubungan dengan analisis kuantitatif zat berwarna berdasarkan penyerapan sinar. Spektrofotometer digunakan untuk mengukur konsentrasi suatu senyawa kimia, misalnya pengukuran konsentrasi senyawa CuSO4 pada larutan sampel. Perangkat ini juga dapat digunakan untuk memprediksi kemungkinan senyawa dalam sampel. Oleh karena itu, spektrofotometer sinar tampak dapat digunakan dalam bidang fisika, biokimia, ilmu materi, teknik kimia, dan bahkan di bidang klinis (Vo, 2019).
2. Teknologi 3D Printer dan Ponsel Pintar
Pencetakan 3D adalah proses membangun objek 3D dari model 3D di komputer, menggunakan metode additive manufacturing (The Economist, 2013). Alat yang digunakan disebut sebagai 3D printer. Proses manufaktur aditif atau penambahan adalah proses pembuatan objek dengan cara menambahkan tiap bagian. Proses ini sangat berbeda dengan manufaktur pada industri yang mayoritas menggunakan metode cetak.
Metode pencetakan 3 dimensi memiliki variasi yang sangat banyak, namun proses yang sering digunakan adalah jenis Fused Deposit Model (FDM). Proses pencetakan model melalui cara FDM dilakukan dengan memanaskan filamen, lalu diekstrusikan melalui ujung noozle yang berbentuk seperti ujung pena (Al Soufi, 2017). Pemanasan digunakan untuk melunakkan filamen agar mudah dibentuk dan menempel dengan bagian yang lain. Suhu yang digunakan untuk memanaskan filamen beragam bergantung pada jenis materialnya.
Salah satu filamen yang sering digunakan adalah plastik berjenis Polylactic acid (PLA) yang mulai meleleh pada temperatur 190oC. PLA adalah polimer yang termasuk golongan termoplastik sehingga memiliki sifat material yang mudah meleleh jika dipanaskan serta dapat dibentuk kembali.
Ketika PLA yang meleleh berada di nozzle, lelehan plastik tersebut ditempatkan pada bagian atas permukaan meja hingga terbentuk lapisan- lapisan sesuai dengan potongan geometri. Plastik yang keluar dari nozzle akan mengeras (Shahi, 2016).
3D printer pada masa kini telah berkembang sangat pesat.
Perkembangan ini menyebabkan ukuran printer makin kompak dan mampu memproduksi objek 3 dimensi dengan kualitas yang baik (Comina, et al., 2014). Proses pembelajaran dapat secara langsung didukung oleh 3D printer karena memfasilitasi pemahaman dan kreativitas dengan lebih baik (Szulżyk- Cieplak, Duda, & Sidor, 2014). Di Indonesia, teknologi 3D printing belum banyak digunakan, khususnya di bidang pendidikan. Hal ini terlihat dari
masih terbatasnya jurnal-jurnal penelitian yang membahas tentang penggunaan 3D printer di dunia pendidikan. Media pembelajaran hingga peralatan-peralatan dalam pembelajaran dapat dicetak menggunakan 3D printer. Perangkat cetak 3D ini sangat cocok digunakan dalam dunia pendidikan karena dapat menghasilkan media pembelajaran dan peralatan praktikum yang meningkatkan pemahaman dan kreativitas peserta didik. Dari segi teknis, 3D printer dapat menghasilkan media dengan murah, cepat, dapat dikustomisasi, dan mampu mencetak geometri yang kompleks (3D Hubs, 2020).
Dewasa ini, ponsel pintar sangat lekat dalam kehidupan sehari-hari.
Ponsel senantiasa menyertai seluruh aktivitas manusia dari pagi hingga malam hari. Kondisi tersebut disebabkan oleh kemajuan ponsel yang sangat pesat akhir-akhir ini. Ponsel masa kini berbeda dengan ponsel 10 tahun lalu, yang hanya dapat digunakan untuk mengirimkan pesan singkat dan memanggil seseorang. Ponsel masa kini memiliki kemampuan untuk memotret objek, melakukan pemrosesan data yang jauh lebih kompleks, dan memiliki jutaan aplikasi yang beragam. Dengan beragam fitur tersebut, ponsel dapat memberikan berbagai manfaat untuk kehidupan dalam genggaman tangan kita.
Ponsel pintar masa kini didominasi oleh sistem operasi Android dan IOS. Pangsa pasar sistem operasi ponsel di Indonesia dikuasai oleh Android dengan cakupan sebesar 91,84%, dan disusul oleh IOS dengan cakupan 7,93% (Statcounter, 2021). Kedua sistem operasi tersebut dapat digunakan untuk menjalankan aplikasi yang mampu menangkap spektrum sinar dan disajikan dalam bentuk gambar. Kemampuan tersebut apabila dikombinasikan dengan aplikasi pengolahan data, dapat digunakan untuk mengidentifikasi spektrum warna. Sinar yang ditangkap oleh kamera ponsel dihitung intensitasnya pada rentang panjang gelombang tertentu. Melalui cara tersebut, ponsel dapat digunakan sebagai pengganti detektor sinar tampak pada spektrofotometer.
3D printer pada penelitian ini digunakan untuk mencetak alat spektrofotometer sinar tampak, sementara ponsel menjadi detektor sekaligus alat pemrosesan data. Alat ini dapat digunakan untuk mendeteksi sinar yang diteruskan oleh senyawa dan sinar yang diserap oleh senyawa. Dengan memanfaatkan sinar dari lingkungan maupun lampu putih, produk dapat digunakan untuk melakukan pengukuran spektrofotometri sesuai prinsip kerja spektrofotometer skala laboratorium.
3D printer perlu digunakan dalam spektrofotometer ponsel karena memiliki keunggulan mampu menghasilkan objek 3D dengan mudah dan murah. 3D printer juga mampu menghasilkan objek secara presisi dan homogen. Dengan demikian, perangkat spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer dapat diproduksi ulang dengan lebih presisi dan mudah.
3. Kimia Unsur Transisi SMA dalam Praktikum Spektrofotometer Sinar Tampak
Kimia Unsur adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari sifat fisis dan sifat kimia unsur (Petrucci, Harwood, Herring, & Madura, 2007). Unsur- unsur yang sudah diketahui oleh manusia disusun dalam sistem periodik unsur. Penempatan unsur pada sistem periodik unsur dilakukan berdasarkan jumlah elektron valensi dan jumlah kulitnya. Unsur-unsur yang memiliki jumlah elektron valensi sama memiliki sifat kimia yang sama dan dimasukkan ke dalam satu golongan. Golongan IA merupakan kelompok unsur dengan elektron valensi berjumlah 1, yang berada pada subkulit s. Unsur-unsur yang memiliki jumlah kulit yang sama digolongkan dalam satu periode (Chang &
Overby, 2011). Kelompok unsur periode 3 memiliki tiga kulit elektron.
Unsur-unsur yang berada pada satu kelompok umumnya memiliki kemiripan sifat kimia.
Kimia Unsur Transisi mempelajari tentang unsur-unsur transisi yang berada pada golongan B di sistem periodik unsur (Ebbing & Gammon, 2009).
Pada penelitian ini, fokus pengembangan produk berada pada materi unsur transisi yang merupakan kelompok unsur pada periode 4. Unsur transisi
memiliki kemiripan sifat fisik, antara lain kerapatan yang besar, titik lebur yang sama, ukuran atom sama, bersifat konduktor listrik, dan bersifat logam.
Pada segi sifat kimia terdapat pula kemiripan yang meliputi, mampu membentuk ion kompleks, sebagian besar unsur memiliki lebih dari 1 bilangan oksidasi, bersifat katalis, dan membentuk senyawa paramagnetik.
Sifat yang khas dari unsur transisi adalah umumnya membentuk senyawa berwarna (Chang & Overby, 2011). Hal tersebut mengakibatkan, suatu unsur yang sama dengan bilangan oksidasi berbeda dapat menghasilkan sifat dan warna yang berbeda. Warna-warna tersebut dapat digunakan untuk mengidentifikasi konsentrasi senyawa pada larutan.
Senyawa berwarna adalah senyawa yang mampu menyerap sebagian sinar pada panjang gelombang tertentu dan mentransmisikan sinar lain (Clark, 2020). Senyawa transisi periode 4 memiliki warna karena mempunyai satu atau lebih elektron yang tidak berpasangan, kecuali unsur Sc dan Zn.
Elektron tersebut menyerap sebagian wilayah gelombang dari sinar tampak.
Sinar yang tidak diserap akan ditransmisikan sebagai sinar berwarna. Warna tersebut adalah warna komplementer dari warna yang diserap.
Gambar 2.1. Spektrum warna yang diserap berada diseberang warna komplementer (Blauch & Flowers, 2020).
Mata manusia menangkap seluruh campuran warna sebagai warna putih. Apabila terdapat sebagian rentang panjang gelombang dari campuran warna tersebut tidak dipantulkan oleh suatu objek, mata manusia akan menangkap warna yang berbeda. Warna yang dipantulkan atau tidak diserap oleh suatu objek disebut sebagai warna komplementer (Blauch & Flowers, 2020). Ketika warna ungu diserap oleh objek dari sinar putih, sinar yang dipantulkan akan berwarna kuning kehijauan. Warna komplementer dan warna yang dipancarkan berada pada sisi yang berlawanan di lingkaran spektrum warna ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Berdasarkan hal tersebut warna biru pada ion kompleks [Cu(NH3)4]2+ terjadi karena penyerapan warna oranye dan merah, yang merupakan sinar dengan panjang gelombang panjang dan energi rendah, sehingga meninggalkan warna komplementer biru dan hijau yang memiliki panjang gelombang pendek dan energi tinggi. Warna-warna tersebut dapat digunakan untuk mengidentifikasi logam-logam transisi dengan bilangan oksidasi yang berbeda-beda. Hal ini disebabkan oleh senyawa logam transisi dengan bilangan oksidasi berbeda menghasilkan warna khas (Clark, 2020).
Setiap warna bersifat khas untuk logam dengan kondisi spesifik. Perangkat spektrofotometer digunakan untuk mengidentifikasi warna yang dipantulkan dan warna yang diserap oleh suatu senyawa.
Warna dari suatu zat bergantung pada kondisi oksidasi (Christian, 2004). Logam dengan bilangan oksidasi +2 dan +3 akan menghasilkan warna yang berbeda. Warna juga bergantung pada ligan dari senyawa kompleks.
Senyawa kompleks dengan ligan yang kuat dan lemah akan menghasilkan warna yang berbeda, misalnya ion kromium dengan ligan NH3 akan menghasilkan warna kuning, sementara ion kromium dengan ligan H2O akan menghasilkan warna violet. Hal ini terjadi karena perbedaan energi, semakin kuat suatu ligan maka akan cenderung menyerap spektrum dengan energi yang lebih tinggi atau dengan panjang gelombang lebih pendek (Miessler, Fischer, & Donald, 2014).
Hubungan antara sinar dan konsentrasi dapat dilihat dari banyaknya intensitas cahaya yang diserap. Serapan atau absorbansi sinar oleh senyawa berbanding lurus dengan konsentrasi, artinya semakin tinggi konsentrasi, semakin banyak sinar pada rentang gelombang tertentu yang diserap (Harris, 2010) dan warna komplementer lebih banyak diterima oleh detektor.
Spektrofotometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur absorbansi sinar dari suatu larutan (Vo, 2019). Jumlah sinar yang diserap oleh senyawa kimia dapat diukur dengan cara menghitung intensitas sinar yang dapat melewati sampel. Absorbansi tersebut berbanding lurus dengan konsentrasi. Semakin banyak sinar yang diserap artinya semakin tinggi konsentrasi senyawa yang tersedia dalam larutan.
Gambar 2.2. Diagram Spektrofotometer Sinar Tampak (Aryal, 2018) Diagram spektrofotometer sinar tampak pada Gambar 2.2 menjelaskan cara kerja spektrofotometer. Sinar polikromatis dari sumber sinar dilewatkan ke dalam lensa untuk difokuskan. Sinar yang telah difokuskan diarahkan ke monokromator yang berfungsi untuk mengubah sinar polikromatis menjadi sinar monokromatis pada rentang gelombang tertentu. Sinar monokromatis akan mengenai sampel dan diserap sebagian.
Sinar yang tidak diserap akan diterima oleh detektor, lalu sinar yang diserap dapat dihitung jumlahnya.
Spektrofotometer ponsel menggunakan prinsip kerja yang sama dengan spektrofotometer di laboratorium. Sinar diubah menjadi monokromatis lalu ditangkap oleh kamera ponsel untuk mendapatkan jumlah sinar yang tidak diserap. Data tersebut dapat digunakan untuk mengalkulasi
serapan dan konsentrasi larutan senyawa transisi berwarna. Percobaan dilakukan dengan mengukur larutan blangko dan larutan standar untuk mendapatkan intensitas sinar yang dapat melewati larutan. Intensitas sinar tersebut disebut transmitansi. Data tersebut digunakan untuk menghitung nilai absorbansi tiap larutan standar. Nilai absorbansi adalah negatif log dari transmitansi larutan standar terhadap transmitansi larutan blangko.
Absorbansi = −log (I I⁄ ) 0 (2.1)
Keterangan:
I = transmitansi standar I0 = transmitansi blangko
Gambar 2.3. Contoh Kurva Standar dan Persamaan Garis Linear Kurva standar dibuat menggunakan data absorbansi yang telah dihitung. Kurva ini diperoleh dengan cara membandingkan absorbansi terhadap konsentrasi, sehingga dihasilkan kurva standar seperti pada Gambar 2.3. Rumus persamaan garis linear dari kurva digunakan untuk menghitung konsentrasi sampel.
y = mx + b (2.2)
Keterangan:
y = absorbansi m = gradien x = konsentrasi
b = nilai dari persamaan kurva
y = 0,0484x - 0,0002 R² = 0,9889
-0,01 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Absorbansi
Konsentrasi (M) Kurva Standar
Larutan sampel yang tidak diketahui konsentrasinya, diukur transmitansinya. Nilai transmitansi yang diperoleh dari pengukuran dengan spektrofotometer digunakan untuk menghitung absorbansi menggunakan Persamaan 2.1. Nilai absorbansi larutan sampel yang telah diperoleh digunakan untuk menghitung konsentrasi berdasarkan Persamaan 2.2. Nilai gradien dan b pada persamaan tersebut diambil dari persamaan garis linear kurva standar.
16 B. Penelitian Relevan
Hasil penelitian yang membahas topik permasalahan yang relevan dengan penelitian ini disajikan dalam Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Penelitian Relevan
No Penulis Judul Hasil Penelitian Kesamaan Perbedaan
1. Alam, Islam,
& Faria (2017)
Development and Validation of a Low-cost Visible Light
Spectrophotometer
Spektrofotometer dapat dibangun dengan dana 21,9 USD menggunakan
monokromator DVD
menggunakan sinar LED dan detektor menghasilkan data transmitansi dan absorbansi yang mendekati
spektrofotometer komersial.
Mengembangkan alternatif
spektrofotometer yang murah menggunakan bahan yang mudah dijumpai.
Menggunakan detektor fotodioda dan perangkat diproduksi tidak
menggunakan teknologi 3D printer
2. Bogucki, et al.
(2019)
A 3D-Printable Dual Beam
Spectrophotometer with
Multiplatform Smartphone Adaptor
Spektrofotometer dual beam menggunakan detektor ponsel dapat digunakan untuk menguji senyawa nitrat secara
kolorimeterik yang
menunjukkan relasi antara absorpsi dengan konsentrasi sampel.
Menggunakan ponsel sebagai detektor,
menggunakan 3D printer untuk produksi alat.
Ponsel sebagai detektor hanya mengambil gambar lalu diuji diukur menggunakan program di komputer. Selain itu, sinar perlu didifraksi menggunakan diffraction grating 3 Grasse,
Torcasio, &
Smith (2015)
Teaching UV−Vis Spectroscopy with a 3D-Printable Smartphone
Spectrophotometer
Spektrofotometer 3D printer dengan detektor ponsel digunakan untuk mengajar konsep hukum lambert-beer dengan tetap mempertahankan akurasi dan konsep. Peserta
Menggunakan tipe spektrofotometer single beam, menggunakan 3D printer untuk memproduksi alat,
Ponsel sebagai detektor hanya mengambil gambar lalu diuji diukur menggunakan program di komputer. Selain itu, sinar perlu didifraksi
17
No Penulis Judul Hasil Penelitian Kesamaan Perbedaan
didik dapat mempelajari analisis spektrofotometri dengan alat ini.
menggunakan ponsel sebagai detektor.
menggunakan diffraction grating
C. Kerangka Berpikir
Penelitian ini berfokus pada pengembangan sebuah produk. Oleh karena itu digunakan kerangka berpikir penelitian pengembangan. Gambar 2.4 menjelaskan kerangka berpikir pengembangan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer.
Gambar 2.4. Kerangka Berpikir Pengembangan Spektrofotometer Sinar Tampak Ponsel
Teknologi berkembang pesat, khususnya ponsel pintar dan 3D
Printer
Sekolah membutuhkan praktikum yang relevan dengan perkembangan zaman serta memenuhi kebutuhan peserta didik di jenjang yang lebih tinggi.
Spektrofotometer Sinar Tampak Ponsel Berbasis 3D Printer Pada Materi Kimia Unsur Di SMA dikembangkan dengan model
pengembangan ADDIE.
Dihasilkan instrumen sederhana untuk praktikum yang membantu
peserta didik memahami materi kimia unsur
Data diambil dengan metode validasi, observasi, tes, dan angket. Kemudian, data yang diperoleh dianalisis menggunakan
metode statistik deskriptif kuantitatif.
Peserta didik mendapatkan pengetahuan prinsip kerja
spektrofotometer
19 BAB III
METODE PENELITIAN A. Jenis Penelitian
Jenis penelitian yang dilakukan adalah penelitian dan pengembangan.
Penelitian pengembangan adalah proses untuk mengembangkan dan memvalidasi produk pembelajaran. Model ini digunakan untuk menemukan, mengembangkan, dan memvalidasi suatu produk (Sugiyono, 2009).
Spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer pada materi kimia unsur transisi di SMA dikembangkan menggunakan model penelitian dan pengembangan (Research and Development).
B. Desain Penelitian
Penelitian pengembangan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer menggunakan model pengembangan ADDIE. Model ini dipilih karena sistematis dan memiliki siklus yang berkelanjutan. ADDIE terdiri dari 5 tahap yakni Analyze-Design-Development-Implementation-Evaluation (Lee & Owens, 2004).
1. Analyze (Analisis)
Data dikumpulkan lalu dianalisis untuk mengetahui kebutuhan objek penelitian. Data diperoleh dari observasi, kajian pustaka, wawancara dengan peserta didik dan guru, dan analisis perkembangan teknologi tentang pengembangan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer.
Aspek yang dianalisis pada tahap ini meliputi aspek materi, kebutuhan pada pembelajaran dan teknologi.
a. Analisis Materi
Tahapan analisis materi dilaksanakan dengan mengkaji materi kimia yang sesuai dengan silabus kimia tahun ajaran 2020/2021 pada topik unsur transisi. Topik tersebut meliputi Kompetensi Dasar (KD) 3.5 yakni mendeskripsikan kecenderungan sifat fisik dan kimia unsur utama dan unsur transisi dan KD 4.5 yaitu merancang dan melakukan percobaan untuk mendeskripsikan kecenderungan sifat fisik dan kimia unsur utama
dan unsur transisi serta menyajikan hasil percobaan. Indikator Pencapaian Kompetensi (IPK) untuk KD 3.5 meliputi menganalisis sifat fisis dan kimia unsur transisi periode 4, dan menganalisis hubungan warna dengan konsentrasi larutan. IPK untuk KD 4.5 adalah menguji sifat unsur transisi berdasarkan percobaan, dan menganalisis hasil percobaan. Berdasarkan hasil kajian diketahui bahwa, materi kimia unsur memiliki potensi untuk dipraktikkan dengan spektrofotometer sederhana, karena dapat mempelajari sifat kimia unsur periode transisi 4.
b. Analisis Kebutuhan pada Pembelajaran
Tahapan analisis kebutuhan pada pembelajaran dilakukan melalui wawancara dan observasi di lingkungan sekolah. Berdasarkan hasil analisis diperoleh bahwa adanya kebutuhan untuk praktikum kimia unsur transisi yang sederhana, bermakna, dan sesuai dengan perkembangan zaman. Kebutuhan tersebut meliputi, belum terlaksananya percobaan kimia unsur transisi di sekolah dan peserta didik perlu diperkenalkan dengan perangkat spektrofotometer, seiring dengan semakin banyak digunakannya perangkat ini dalam berbagai bidang.
c. Analisis Teknologi
Informasi tentang ketersediaan teknologi untuk memproduksi dan mengoperasikan spektrofotometer sederhana dikaji pada tahap analisis teknologi. Teknologi ponsel pintar dan 3D printer dianalisis secara mendalam apakah mampu dan tersedia untuk memenuhi kebutuhan praktikum spektrofotometer pada materi kimia unsur transisi.
2. Design (Desain)
Rancangan spektrofotometer ponsel dibuat dalam wujud berkas 3D.
Pada bagian ini rancangan spektrofotometer dibuat berdasarkan analisis kebutuhan yang telah dilakukan. Desain 3 dimensi spektrofotometer ponsel dibuat menggunakan program TinkerCAD. Program tersebut dipilih karena relatif mudah digunakan serta dapat menghasilkan desain yang akurat.
Tahapan pembuatan desain spektrofotometer ponsel meliputi pembuatan badan utama, pembuatan jalan sinar, pembuatan dudukan celah
spektrofotometer, pembuatan tutup spektrofotometer, pembuatan dudukan kertas pemantul sinar, dan pembuatan wadah kit spektrofotometer.
a. Pembuatan Badan Utama
Badan utama dibuat dengan menggunakan bentuk persegi dan tabung.
Bentuk persegi berfungsi sebagai penutup spektrofotometer, dan tabung sebagai tempat kuvet. Ukuran tabung disesuaikan dengan ukuran botol vial dan ukuran persegi penutup diatur sekecil mungkin namun dapat menutup dan memblokade sinar dengan baik.
Gambar 3.1. Badan Utama Spektrofotometer b. Pembuatan Jalan Sinar
Akses jalan sinar untuk masuk ke sistem spektrofotometer, melalui sampel hingga ditangkap oleh kamera dibuat dengan melubangi badan utama menggunakan bentuk segi empat dan paraboloid. Bentuk segi empat digunakan untuk sisi ponsel sedang lubang paraboloid untuk sisi penerima sinar. Hal tersebut bertujuan agar sinar yang masuk banyak, dan jalan keluar sinar terfokus, sehingga kamera ponsel dapat menangkap sinar dengan maksimal.
Gambar 3.2. Pembuatan Jalan Sinar
c. Pembuatan Dudukan Celah Spektrofotometer
Dudukan celah digunakan untuk meletakan celah. Celah berfungsi untuk mengatur jumlah sinar yang dikeluarkan. Sinar tersebut difokuskan pada kamera ponsel. Oleh karena itu dudukan celah harus dibuat mampu mengakomodasi berbagai macam letak kamera ponsel. Celah yang digunakan adalah kertas karton yang dipotong sesuai dengan letak kamera ponsel.
Gambar 3.3. Dudukan Celah d. Pembuatan Tutup Spektrofotometer
Tutup spektrofotometer berguna untuk mencegah sinar masuk dari sisi atas kuvet. Sinar yang dikehendaki masuk dari salah satu sisi yakni sisi yang menghadap kertas pemantul sinar. Tutup dibuat dengan menggabungkan silinder berukuran sama dengan lubang kuvet dengan persegi yang cukup besar untuk menutupi seluruh bagian kuvet.
Gambar 3.4. Tutup spektrofotometer e. Pembuatan Dudukan Kertas Pemantul Sinar
Dudukan kertas pemantul sinar dibuat untuk meletakkan kertas pemantul sinar. Kertas ini berfungsi untuk mengubah sinar polikromatis
menjadi monokromatis, sekaligus memantulkan sinar ke dalam spektrofotometer. Sinar monokromatis tersebut digunakan karena mampu ditangkap oleh kamera ponsel dengan baik. Warna kertas juga dapat disesuaikan dengan sinar yang dipantulkan. Misal, kertas berwarna hijau akan memantulkan sinar berwarna hijau. Kondisi ini membuat sinar yang lewat spektrofotometer adalah sinar yang relatif monokrom atau hanya terdiri atas satu spektrum warna. Dudukan kertas pemantul dibuat dengan dua persegi yang identik diletakkan pada jarak tertentu. Setelah itu, digabungkan dengan menggunakan persegi lain sebagai dudukan. Terakhir bagian dudukan horizontal dibuat dengan persegi panjang tegak lurus dengan dudukan awal. Bagian horizontal tersebut berguna untuk membuat benda dapat berdiri lebih stabil.
Gambar 3.5. Pembuatan Sisi Horizontal Dudukan Kertas Pemantul Sinar f. Pembuatan Wadah Kit Spektrofotometer
Wadah kit diperlukan untuk mengemas spektrofotometer dan perlengkapannya dalam dimensi yang kompak dan rapi. Wadah yang dibuat dapat mengakomodasi kebutuhan spektrofotometer yang ringkas dan mudah dibawa. Wadah ini dapat diisi dengan 5 buah botol vial, 1 buah spektrofotometer ponsel berbasis 3D printer, dan 1 buah dudukan kertas pemantul sinar.
Gambar 3.6. Wadah Kit Spektrofotometer Tertutup
Gambar 3.7. Wadah Kit Spektrofotometer Terbuka 3. Development (Pengembangan)
Tahap pengembangan dilakukan dengan mencetak desain 3D yang telah dibuat serta validasi produk. Spektrofotometer ponsel dicetak menggunakan material plastik PLA dengan menggunakan fasilitas 3D printer milik Program Studi Pendidikan Kimia, Universitas Sanata Dharma. Produk dicetak menggunakan filamen PLA berwarna hitam karena lebih tidak memantulkan sinar.
Produk yang sudah jadi diberikan kepada ahli untuk dilakukan validasi. Proses ini diperlukan untuk mengetahui kualitas. kelebihan dan kekurangan suatu produk. Setelah divalidasi, produk diperbaiki berdasarkan penilaian tersebut. Validasi dilakukan oleh 5 validator yakni 3 guru Kimia sebagai praktisi, Ahli Materi untuk menilai konten, dan Ahli Media untuk menilai perangkat spektrofotometer ponsel.
a. Validasi oleh Guru Kimia
Proses validasi guru kimia diperlukan untuk mengetahui relevansi spektrofotometer dengan kebutuhan dan kemampuan peserta didik SMA, khususnya pada topik kimia unsur.
b. Validasi oleh Ahli Media
Ahli media melakukan validasi untuk memberikan penilaian terkait desain, dan saran produk yang diperlukan.
c. Validasi oleh Ahli Materi
Ahli materi berperan untuk menilai kesesuaian perangkat terhadap materi kimia unsur di SMA
4. Implementation (Implementasi)
Setelah melalui proses pengembangan, produk siap untuk digunakan pada kondisi terkontrol sehingga memperoleh umpan balik. Uji coba yang dilakukan adalah uji coba terbatas kepada masing-masing 5 peserta didik kelas XII SMA jurusan MIPA dari tiga sekolah yang berbeda.
5. Evaluation (Evaluasi)
Produk dinilai berdasarkan hasil pretest, postest, dan penilaian observer selama uji coba terbatas. Pada tahapan ini, umpan balik yang diperoleh dari tahapan implementasi selanjutnya digunakan untuk memperbaiki produk.
C. Variabel Penelitian
Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah variabel tunggal (pengembangan), yakni bagaimana mengembangkan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer. Penelitian ini berfokus pada menghasilkan produk spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer yang valid dan efektif.
D. Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian pengembangan spektrofotometer sinar tampak ponsel berbasis 3D printer dilakukan di SMA Negeri 6 Yogyakarta, SMA Kolese De Britto, dan SMA Negeri 1 Depok pada bulan Oktober - Maret 2021.
E. Sampel Penelitian
Sampel penelitian adalah peserta didik SMA kelas XII di SMA Kolese De Britto Yogyakarta, SMA Negeri 6 Yogyakarta, dan SMA Negeri 1 Depok, Sleman tahun ajaran 2020/2021. Teknik penentuan sampel yang digunakan adalah purposive random sampling. Teknik ini mengidentifikasi populasi yang diminati, lalu mengambil sampel secara acak atau tidak didasarkan pada pengetahuan lanjutan tentang hasil yang akan muncul (Cohen & Crabtree, 2006).
Tabel 3.1. Daftar Sekolah Sampel Penelitian
No Sekolah Jumlah Peserta didik
1 SMA Negeri 6 Yogyakarta 5
2 SMA Kolese De Britto Yogyakarta 5
3 SMA Negeri 1 Depok Sleman 5
Jumlah 15
Teknik sampel pada penelitian menggunakan purposive random sampling, tiga sekolah dipilih berdasarkan perbedaan kondisi laboratorium. Sekolah yang dipilih tersebut secara berurutan memiliki kondisi laboratorium yang baik, sedang, dan kurang.
F. Metode Pengumpulan Data 1. Pengisian Angket
Angket merupakan lembar tanggapan peserta didik. Penelitian ini menggunakan dua angket. Lembar angket pertama diberikan kepada peserta didik untuk mengetahui kebutuhan di sekolah. Lembar tersebut diberikan pada tahap awal penelitian, atau sebelum produk dikembangkan. Lembar angket kedua diberikan kepada peserta didik untuk mengetahui tanggapan setelah menggunakan spektrofotometer ponsel pada pembelajaran Kimia Unsur di SMA.
2. Wawancara
Wawancara dilakukan kepada tiga guru SMA dari tiga sekolah yang berbeda.
Data mengenai kondisi sekolah, karakteristik peserta didik, kondisi praktikum dan kebutuhan sekolah pada alat spektrofotometer ponsel.
3. Validasi
Validasi dilakukan untuk mengetahui kelayakan produk. Lembar validasi produk diberikan kepada validator Dosen Pendidikan Kimia Universitas Sanata Dharma dan guru SMA Kolese De Britto Yogyakarta, SMA Negeri 6 Yogyakarta, dan SMA Negeri 1 Depok, Sleman.
4. Observasi
Observasi dilakukan selama proses uji coba terbatas dengan bantuan dua orang observer. Tujuan observasi adalah mengamati dinamika peserta didik pada saat menggunakan produk.
5. Tes
Soal Pretest dan postest diberikan kepada peserta didik untuk mengetahui gain score spektrofotometer ponsel pada pembelajaran kimia unsur.
G. Instrumen Penelitian
Instrumen penelitian adalah seperangkat alat yang diperlukan untuk mengumpulkan data. Penelitian ini menggunakan instrumen angket analisis kebutuhan, lembar validasi produk, pretest dan postest, observasi, dan angket respon. Instrumen penelitian ini dibuat untuk menilai produk.
1. Instrumen Analisis Kebutuhan
Analisis kebutuhan dilakukan dengan wawancara guru kimia dan kuesioner kepada peserta didik di SMA Negeri 6 Yogyakarta, SMA Kolese De Britto, dan SMA Negeri 1 Depok Sleman. Tujuan instrumen analisis kebutuhan adalah untuk mengetahui kebutuhan sekolah terhadap produk spektrofotometer ponsel yang dikembangkan. Lampiran 2 adalah kisi-kisi lembar wawancara analisis kebutuhan guru. Wawancara dengan guru dilaksanakan secara luring. Lampiran 4 merupakan kisi-kisi lembar kuesioner analisis kebutuhan peserta didik. Kuesioner dibagikan kepada peserta didik melalui formulir Google.
2. Instrumen Validasi Produk
Produk spektrofotometer ponsel yang dikembangkan dinilai oleh validator ahli dan validator praktisi pendidikan kimia. Validator ahli
merupakan Dosen Program Studi Pendidikan Kimia Universitas Sanata Dharma. Validator praktisi adalah guru kimia SMA Negeri 6 Yogyakarta, SMA Kolese De Britto, dan SMA Negeri 1 Depok Sleman. Kisi-kisi lembar validasi produk tercantum dalam lampiran 7. Produk dinilai secara kualitatif yang diubah menjadi kuantitatif menggunakan skala penilaian 1 sampai 4.
Skor 1 diberikan jika produk tidak baik, skor 2 diberikan jika produk kurang baik, skor 3 diberikan jika produk baik, dan skor 4 diberikan jika produk sangat baik.
3. Instrumen Pretest dan Postest
Pengetahuan yang diperoleh peserta didik sebelum dan sesudah menggunakan produk dinilai menggunakan instrumen pretest dan postest.
Perolehan pengetahuan peserta didik direpresentasikan dengan perubahan nilai postest terhadap pretest. Soal pretest dan postest merupakat paket soal yang sama. Paket soal tersebut terdiri atas 10 pertanyaan dengan jawaban pilihan ganda. Kisi-kisi soal pretest dan postest tercantum dalam Lampiran 14.
4. Lembar Observasi
Dinamika peserta didik dalam menggunakan perangkat spektrofotometer ponsel diamati dan dinilai oleh observer. Observer adalah mahasiswa Program Studi Pendidikan Kimia Universitas Sanata Dharma.
Penilaian dilakukan secara kualitatif yang diubah menjadi kuantitatif menggunakan rentang nilai 1 hingga 4. Skor 1 diberikan jika peserta didik tidak dapat memenuhi aspek dengan baik, skor 2 diberikan jika peserta didik kurang baik dalam aspek yang diamati, skor 3 diberikan jika peserta didik mampu memenuhi aspek yang diamati dengan baik, dan skor 4 diberikan jika peserta didik dapat memenuhi aspek yang diamati dengan sangat baik. Kisi- kisi lembar observasi tercantum pada Lampiran 20.
5. Instrumen Angket Respon
Pendapat peserta didik setelah menggunakan produk dihimpun dengan instrumen angket tanggapan. Pandangan peserta didik tersebut diperlukan sebagai penilaian produk. Peserta didik menilai produk secara
kualitatif yang diubah menjadi data kuantitatif menggunakan skala penilaian 1 hingga 4. Skor 1 berarti peserta didik sangat tidak setuju dengan pernyataan, skor 2 berarti peserta didik tidak setuju dengan pernyataan, skor 3 berarti peserta didik setuju dengan pernyataan, dan skor 3 berarti peserta didik sangat setuju dengan pernyataan. Kisi-kisi instrumen angket tanggapan peserta didik tercantum dalam Lampiran 24.
H. Metode Analisis Data
Penelitian pengembangan spektrofotometer sinar tampak ponsel menggunakan metode analisis data statistik deskriptif kuantitatif. Metode statistik deskriptif kuantitatif digunakan untuk menganalisis data dengan cara mendeskripsikan data kuantitatif yang diperoleh (Sugiyono, 2009). Data yang perlu dianalisis menggunakan metode ini meliputi hasil angket tanggapan peserta didik terhadap produk, penilaian produk oleh validator ahli dan praktisi, hasil observasi, dan hasil pretest serta postest peserta didik.
1. Pengisian Angket
Teknik pengumpulan data yang dilaksanakan dengan memberikan pertanyaan atau pernyataan tertulis kepada responden untuk dijawab disebut angket (Sugiyono, 2009). Penelitian ini menggunakan angket respon peserta didik. Peserta didik mengisi angket tanggapan setelah menggunakan produk.
Pendapat peserta didik merupakan data kualitatif yang diubah menjadi data kuantitatif menggunakan skor kriteria berdasarkan pernyataan-pernyataan yang disampaikan. Rentang skor yang digunakan adalah 1 hingga 4, skor 1 untuk sangat tidak setuju terhadap pernyataan dan skor 4 untuk sangat setuju terhadap pernyataan. Skor tanggapan peserta didik dihitung menggunakan Persamaan 3.1.
Skor Angket =Total skor dari peserta didik
Total skor maksimal × 100% (3.1) Tanggapan peserta didik yang berupa skor angket yang diubah menjadi skala kriteria angket tanggapan menggunakan skala pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2. Kriteria Angket Tanggapan terhadap Produk (Sugiyono, 2009)
Skor Kriteria Angket Tanggapan
85,01 - 100% Sangat Baik
70,01 - 85% Cukup Baik
50,01 - 70% Kurang Baik
01,00 - 50,00% Sangat Kurang
2. Validasi
Validator ahli dan praktisi memberikan penilaian terhadap produk melalui angket dalam bentuk data kualitatif dan kuantitatif. Data kualitatif merupakan saran pengembangan produk oleh validator. Masukkan tersebut dipertimbangkan apakah perlu direalisasikan atau tidak. Data kuantitatif berupa nilai validitas produk dari masing-masing validator dihitung menggunakan persamaan 3.2. Total skor produk dari masing-masing validator dibagi dengan total skor maksimal, lalu dikali 100%.
Validitas (V) = Total skor validator
Total skor maksimal× 100% (3.2)
Kualitas produk ditentukan berdasarkan nilai validitas yang diubah menjadi skala kriteria validitas menggunakan skala pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3. Kriteria Validitas Perangkat Pembelajaran (Sugiyono, 2009)
Skor Kriteria Validitas
85,01 - 100% Sangat valid
70,01 - 85% Cukup valid
50,01 - 70% Kurang valid
01,00 - 50,00% Tidak valid
3. Instrumen Observasi
Hasil pengamatan dinamika praktikum peserta didik oleh observer dituangkan dalam instrumen observasi. Observer memberikan skor terhadap masing-masing pernyataan dalam instrumen observasi. Skor yang digunakan adalah skala 1 sampai 4, nilai satu untuk sangat tidak baik sementara nilai empat untuk sangat baik. Skor hasil observasi dihitung menggunakan persamaan 3.3.
Skor Observasi =Total skor dari observer
Total skor maksimal × 100% (3.3) Hasil skor observasi diubah menjadi kriteria pengamatan menggunakan skala pada Tabel 3.4.
Tabel 3.4. Kriteria Pengamatan Uji Coba Perangkat Pembelajaran (Sugiyono, 2009)
Skor Kriteria Pengamatan
85,01 - 100% Sangat Baik
70,01 - 85% Cukup Baik
50,01 - 70% Kurang Baik
01,00 - 50,00% Sangat Kurang
4. Instrumen Tes
Hasil pretest dan postest peserta didik dianalisis menggunakan uji Gain Ternomalisasi (N-Gain). Tujuan analisis ini adalah untuk mengetahui peningkatan hasil belajar peserta didik setelah menggunakan produk.
Peningkatan hasil belajar peserta didik dihitung dari nilai pretest dan postest yang didapatkan oleh peserta didik. Perbandingan skor gain peserta didik dengan skor gain maksimal disebut sebagai N-Gain (Archambault, 2008). skor N-Gain peserta didik dihitung menggunakan persamaan 3.4.
N − Gain = skor postest − skor pretest
skor maksimal − skor pretest× 100% (3.4) Hasil skor N-Gain peserta didik diubah menjadi kriteria klasifikasi perolehan pengetahuan menggunakan skala pada Tabel 3.5.
Tabel 3.5. Kriteria Ukuran Efek N-Gain (Archambault, 2008)
Persentase Klasifikasi
100-70,1% Tinggi
30-70% Sedang
0-30% Rendah
