E k splor asi K emampuan P enalar an M ahasiswa melalui
Pemecahan M asalah K imia secar a T er str uk tur
F ahyuddin H afi ludin S ampr adj a Universitas Halu Oleo fahyuddinm@ yahoo.com
A bstr act: T his study investigated the eff ectiveness of a structured chemistry problem solving strategy on students’ reasoning abilities, including controlling of variables, proportional reasoning, analogy, and deduction. T he study took place in one university at K endari involving 67 semester-two chemistry students enrolled at chemistry mathematics course. A two-tier test was used to assess student reasoning ability to solve of chemistry problems. E very problem students responded to solve chemistry problems should be accompanied with correct mathematical reasoning. T he results of analysis showed that students’ reasoning on controlling variables, proportional, analogy, and deduction can be improved with a structured problem solving at a moderate category. T he improvement of students’ analogy reasoning with controlling variables was not signifi cantly diff erent, but was signifi cantly greater than that of proportional reasoning and deduction. A nalogy reasoning can be an initiation of another form of logical reasoning. T he results of the analysis of the students’ response revealed that students’ reasoning ability in solving chemistry problems was infl uenced by both their understanding of chemistry concepts and their algorithm abilities.
K eywor ds: chemistry education, undergraduate students, reasoning, structured problem solving
A bstr ak : Penelitian ini bertujuan untuk menguji efektifi tas strategi pemecahan masalah kimia secara terstruktur dalam mengembangkan kemampuan berpikir mahasiswa kimia pada empat jenis penalaran, meliputi: pengendalian variabel, proporsional, analogi, dan deduksi. S ubyek penelitian terdiri dari 67 mahasiswa pendidikan kimia semester dua dari salah satu universitas di K endari yang sedang mengikuti mata kuli ah “matemati ka kimi a”. U ntuk mengakses kemampuan penal aran mahasi swa dalam memecahkan masalah kimia digunakan instrumen tes dua tingkat. S etiap jawaban yang diberikan oleh mahasiswa dalam pemecahan msalah kimia harus didukung dengan penalaran matematis yang benar. Hasil studi ini menunjukkan bahwa kemampuan mahasiswa kimia pada penalaran pengendalian variabel, proporsioal, analogi, dan deduksi dapat ditingkatkan dengan pendekatan pemecahan masalah secara terstruktur pada kategori sedang. Peningkatan kemampuan penalaran analogi tidak berbeda secara berarti dengan pengendalian variabel, tetapi lebih tinggi secara signifi kan dibandingkan dengan penalaran proporsional dan deduksi. Penalaran analogi dapat menjadi inisiasi dari bentuk penalaran logis yang lain. Hasil analisis respon jawaban mahasiswa menunjukkan bahwa kemampuan penalaran mereka dipengaruhi oleh pemahaman konsep kimia dan kemampuan algoritma.
K ata k unci: pendidikan kimia, mahasiswa, penalaran, pemecahan masalah terstruktur
151
P enel i ti an dal am pendi di k an k i mi a tel ah mengidentifi kasi terjadinya miskonsepsi mahasiswa pada sejumlah konsep kimia (C handarsegaran et al., 2007) , serta hambatan dan kesulitan belajar kimia ( Nicoll & F rancisco, 2001; Potgieter et al., 2008). B erdasarkan miskonsepsi dan kesul itan tersebut sebenarnya telah dikembangkan sejumlah strategi dan i nov asi pembel aj aran untuk meni ngkatkan kuali tas, efektifi tas, dan efisiensi proses belajar mengajar kimia. A kan tetapi, hasil belajar mahasiswa
yang mendasarinya (Gultepe et al., 2013). Sebaliknya, mahasiswa yang mempunyai pengetahuan konseptual yang baik, kadang juga tidak mampu memecahkan masalah kimia kuantitatif dengan benar. Mahasiswa kimia tidak dapat menjelaskan makna penyelesaian aljabar yang dilakukan (McD ermott, 1991).
K esenjangan antara pemahaman konseptual dan kemampuan algoritma dapat disebabkan oleh bel um berk embang mak si mal ny a k eterampi l an penalaran mahasiswa ( Tsitsipis et al., 2010), sebab interpretasi fenomena dalam sains (termasuk kimia) memerlukan keahlian penalaran. Sejumlah penelitian juga menunj ukkan bahwa kemampuan penal aran merupakan prediktor yang kuat dalam prestasi belajar sains (Tobin & C apie, 1981), kimia umum (Valanides, 1997) , dan kimia fi sik ( Niccol & F rancisco, 2001). Mahasiswa dengan penalaran yang baik mampu melakukan prediksi dan spekulasi, menguji ide, dan membuk ti kan tugas pemecahan masal ah dengan baik pula (Diezmann et al dalam Scusa & Y uma, 2008)
Penalaran merupakan proses berpikir dalam memberikan alasan (argumentasi) atau kesimpulan. Penalaran sering digunakan sebagai suatu proses analisis dalam pemecahan masalah, atau melakukan sintesis dalam merencanakan penjelasan, membuat kesimpul an, atau membuat general i sasi. K arena i tu, k emampuan penal aran memang merupakan hal penti ng dal am pengembangan pengetahuan mahasiswa.
K emampuan penalaran memil iki kedudukan penting dalam belajar K imia. Obyek belajar K imia yang mencakup kajian tentang materi, unsur-unsur peny usun materi , dan perubahanny a ( R epk o, 2008) , perlu dipahami pada tiga level representasi, yaitu makroskopik, submikroskopik, dan simbolik ( J ohnstone, 1991; C handrasegaran et al ., 2007) . K emampuan penalaran akan membantu mahasiswa memahami obyek belajar K i mia tersebut dengan baik. K emampuan penalaran akan meningkatkan pemahaman konseptual dan kemampuan pemecahan masal ah al gori tma. S ecara k husus, mahasi swa perl u memi l i k i k eterampi l an penal aran seperti pengendalian variabel, proporsional, analogi, dan deduksi agar mereka mampu memecahkan masalah konseptual dan algoritma dengan benar.
Penalaran analogi merupakan proses penarikan kesimpulan berdasarkan keserupaan sifat, pola atau kencederungan data antara anal og dengan target ( L azear, 2004). D ari hasil pemetaan antara analog dan target di peroleh sej uml ah kesimpul an l ogi s mengenai karakteri sti k, pola atau v ariabel y ang
sama antara anal og dan target. J eni s penal aran yang lain adalah penalaran proporsional. Penalaran proporsional sangat dibutuhkan dalam kimia karena menurut G uenther seperti di kutip ol eh H ung & J onassen (2006) , core dari kimia kuantitatif yang banyak direpresentasikan ke dalam persamaan kimia adalah hubungan timbal balik antara variabel dalam model matematis.
Penel i ti an i ni bertuj uan mel i hat pengaruh penggunaan pembel aj aran pemecahan masal ah k i mi a y ang terstruk tur terhadap k emampuan penal aran mahasi swa, mel i puti : pengendal i an variabel, proporsional, analogi, dan deduksi. Hal ini sesuai dengan salah satu standar pembelajaran yang direkomendasikan oleh National C ouncil of Teacher of Mahematics (2000), yaitu mathematical reasoni ng and proof ( Penal aran M atemati s dan B ukti ) . Melalui pemecahan masal ah terstruktur, mahasiswa di harapkan memperol eh pengal aman bel aj ar dal am menj el ask an seti ap l angk ah atau mani pul asi matemati k a y ang merek a gunakan. D engan mendorong keterlibatan mental mahasiswa secara mendal am dal am k egi atan pemecahan masalah, mahasiswa diharapkan mahasiswa dapat mengembangkan penalaran mereka ( McD ermott, 1991) dan berpikir lebih fl eksibel (C osta & K allick dalam S cusa & Y uma, 2008).
U ntuk mengk aj i ef ek ti f i tas pembel aj aran pemec ahan masal ah sec ara terstruk tur dan keterampilan proses matematis dalam meningkatkan penalaran mahasiswa, maka sejumlah pertanyaan ak an di j aw ab dal am penel i ti an i ni adal ah: a) bag ai mana k emampuan penal aran mahasi swa k i mi a? ; b) A pak ah pembel aj aran pemec ahan masal ah terstruk tur menggunakan keterampi lan proses matematik dapat meningkatkan kemampuan penal aran mahasi swa kimia? ; dan c) bagaimana kemampuan mahasi swa ki mi a dal am penal aran pengendalian variabel, proporsional, analogi, dan deduksi terkait dengan konteks kimia?
M E T O D E
P enel i t i an i ni meng g unak an met ode ek speri mental semu dengan desi gn One G roup Pre-test Post-Test D esign. Sebanyak 67 mahasiswa pendidikan kimia dari suatu Universitas di K endari di li batk an di dal am penel i ti an ini . S ebel umnya, mereka sudah menempuh matakuliah Matematika D asar dan K imia D asar.
terstruktur selama proses perkuliahan. Pemecahan masal ah yang di maksud mencak up pemahaman masal ah, membuat strategi peny el esai an, dan melaksanaan strategi penyelesaiannya. G ambar 1 menunjukkan contoh dari masalah terstruktur yang di gunak an untuk mengembangk an k emampuan penalaran.
U ntuk meng uk ur k emampuan penal aran mahasiswa, peneliti menggunakan tes pilihan ganda dua ti ngkat, mengikuti prosedur yang diadaptasi dari T reagust (1988) . Sehubungan dengan itu, ada tiga tahap yang dilalui. Pertama, mengidentifi kasi konsep-konsep kimia yang membutuhkan penalaran matematis, yaitu pengendalian variabel, proporsional, anal ogi , dan deduk si . U ntuk tuj uan i ni , di pi l i h konsep ki mi a dasar yang bersi fat kuantitatif dan telah dipelajari pada tingkat satu diperguruan tinggi. K edua, menganalisis miskonsepsi mahasiswa pada sejumlah materi kimia dasar yang terkait dengan kemampuan penalaran secara matematis. Sebanyak 25 butir soal pilihan ganda dengan alasan terbuka diberikan kepada 35 mahasiswa pendidikan kimia. K etiga, mengembangkan instrumen pilihan ganda dua tingk at yang terdi ri atas 4 buti r soal untuk setiap jenis penalaran. Miskonsepsi mahasiswa yang teridentifi kasi dijadikan sebagai alternatif pilihan jawaban pada setiap butir soal yang dikembangkan.
Instrumen tes yang digunakan dan mempunyai kualitas baik dari hasil uji coba terdiri atas dua butir soal untuk masing-masing jenis penalaran, meliputi: pengendalian variabel, proporsional, analogi, dan deduksi . V al i di tas i si ( konstruk) dari i nstrumen dilakkan oleh dua orang ahli di bidang matematika dan ki mi a ( doktor matemati ka dan kimia fisi k) . Hasil evaluasi dari dua orang pakar menunjukkan hasil yang sama bahwa instrumen tes mempunyai validitas isi, dan valid digunakan untuk mengukur kemampuan penalaran mahasiswa. Salah satu contoh instrumen dua tingkat untuk mengakses kemampuan penalaran deduksi disajikan pada Gambar 2.
J awaban yang diberikan oleh mahasiswa harus sesuai atau didukung dengan penalaran matematika y ang benar. B uti r soal pada G ambar 2 di atas menunjukkan bahwa jawaban yang benar adalah j i k a ( pi l i han B ) , dan penalaran matematikanya adalah “jika nilai sama dengan satu maka ni lai logaritmanya akan menghasi l k an nol , sehi ngga suk u ” ” pada persamaan menjadi nol” ( penalaran nomor 4). K etika mahasiswa memberikan jawaban benar, tetapi penalaran matematikanya salah menujukkan kemampuan penalaran deduksi yang rendah.
R el i abi l i tas i nstrumen deng an metode C ronbach’s alfa menghasilkan nilai yang bervariasi
berdasarak an j eni s penal aran, y ai tu dari 0, 57 ( penalaran deduksi) sampai ni lai 0,64 ( penalaran analogi). A kan tetapi, reliabilitas instrumen secara total termasuk k ategori ti nggi ( 0, 73) . M enurut C rocker and A lgina ( 2008) nilai reliabitas yang ideal untuk suatu tes adalah 0,70 ( C ronbach’s alpha) . D aya pembeda bervariasi dari 0,35 sampai indeks 0,68. Menurut L ien (Othman et al., 2008), indeks daya pembeda yang l ebih besar dari 0,4 adal ah sangat baik, sedangkan antara 0,2 dan 0,4 butir soal termasuk memuaskan.
H A S I L D A N P E M B A H A S A N
Hasil analisis skor rata-rata, standar deviasi dan analisis peningkatan kemampuan penalaran mahasiswa dirangkum pada Tabel 1. S kor rata-rata pretes menunjukkan bahwa mahasiswa kimia mempunyai kemampuan awal yang rendah pada k eempat j eni s penal aran y ang di ak ses, y ai tu: pengendalian variabel, proporsional, analogi, dan deduksi. S ecara kuantitas, rata-rata kemampuan awal mahasi swa pada penal aran anal ogi l ebi h ti nggi 22% dan 29% secara berturut- turut dari penalaran pengendalian variabel dan deduksi. Hasil anal i si s dengan metode F ri edman memberi k an nilai C hi-square = 8,58 dan A sym.sig = 0,035 y ang menunj uk k an bahwa terdapat perbedaan
yang si gnifi kan antara skor rata-rata pretes pada keempat jenis penalaran. Untuk itu, perbandingan k emampuan berpi k i r mahasi sw a antara j eni s penalaran dari hasil pembelajaran dengan pemecahan masalah kimia secara terstruktur menggunakan data N-gain ( Hake, 1989).
H asil anali s uj i t-berpasangan pada Tabel 1 memperlihatkan bahwa skor rara-rata postes lebih ti nggi secara si gni f i k an di bandi ngk an dengan sk or pretes pada k eempat j eni s penal aran. H al i ni mengi ndi kasi kan bahwa strategi pemecahan masalah kimia secara terstruktur dapat meningkatkan kemampuan penalaran mahasiswa secara signifi kan. B erdasarkan ukuran eff ect size dari C ohen (L eech et al., 2005), perbedaan yang signifi kan antara skor rata-rata postes dan pretes pada penalaran pengendalian variabel dan penalaran proporsional termasuk k ategori ti nggi , sedangk an penal aran analogi dan deduksi tergolong sedang.
Peningkatan kemampuan berpikir mahasiswa pada empat jenis penalaran berdasarkan kategori dari Hake (1998) termasuk kategori sedang. D ari sebaran sk or N- gai n ( G ambar 3) menunj ukk an bahwa peni ngk atan k emampuan penal aran mahasi swa pada penal aran pengendal i an v ari abel , anal ogi , dan deduksi terdistribusi dari nilai nol ( 0) sampai satu (1). A rtinya, terdapat mahasiswa kimia yang
tidak dapat mengembangkan kemampuannya pada ketiga jenis penalaran tersebut selama pembelajaran dengan pemecahan masal ah secara tertsruk tur. Namun demikian, terdapat mahasiswa yang dapat mengembangkan kemampuanya secara maksimal (N-gain = 1) pada setiap jenis penalaran.
D istribusi skor N-gain yang ditunjukkan pada G ambar 3, dan kuntitas peningkatan kemampuan penal aran mahasi swa y ang di perl i hatk an pada Tabel 2 berbeda antara jenis penal aran. Hal ini merefl eksikan adanya perbedaan tuntutan kognitif yang diperlukan pada setiap jenis penalaran yang berbeda. K emampuan penal aran anal ogi secara k uanti tas mengal ami peni ngk atan y ang pal i ng ti nggi dibandingkan dengan tiga jenis penalaran yang l ai n. H asil anal isis v arians antara N-gai n kemampuan penalaran mahasi swa menghasilkan nilai = 7,02; dan = 0,00 yang menunjukkan bahwa terdapat perbedaan yang signifi kan. Tabel 2 merangkum hasil analisis perbandingan berganda (uji T ukey) antara N-gain penalaran mahasiswa, dan memberikan kesimpulan meliputi: 1) peningkatan penalaran pengendal aian v ariabel tidak berbeda secara berarti dengan tiga jenis penalaran yang lain, 2) peningkatan penalaran analogi berbeda signifi kan dengan penalara proporsional dan deduksi, dan 3) peningkatan kemampuan penalaran proporsi onal
mahasiswa tidak berbeda dengan penalaran deduksi mereka. Meskipun terdapat perbedaan, peningkatan kemampuan mahasiwa antar jenis penalaran saling berkorelasi secara signifi kan seperti di tunjukkan pada Tabel 2 bagian kanan.
Hasil analisis korelasi mengindikasikan bahwa antara j eni s penal aran membutuhk an ak ti f i tas kogni ti f yang sal ing berhubungan. K emampuan penalaran proporsional mahasiswa berhubungan dengan kemampuan penal aran yang lain, seperti anal ogi dan pengendal i an v ari abel . M ahasi swa yang mempunyai kemampuan analogi melihat pola perbandingan nilai dan pola hubungan antara variabel akan mudah melakukan penalaran proporsional dan pengendalian variabel.
B erdasarkan jeni s materi , mahasiswa ki mia mengalami kesulitan paling besar dalam memecahkan masalah kimia yang terkait dengan hukum Proust, H ipotesis A vogadro, dan pembukti an persamaan Nernst. Untuk menyelesaikan masalah hukum Proust dan hipotesis Avogadro membutuhkan kemampuan penalaran proporsi onal, sedangankan pembuktian persamaan Nernst merupak an proses berpi k i r deduksi. Pada aplikasi hukum Proust, sebagian besar mahasiswa kimia tidak memahami secara konseptual bahwa perbandi ngan massa unsur Ni rogen dan H idrogen dalam senyawa amoni ak adalah tetap, T abel 1. R ata-r ata ( mean) , standar deviasi S D ), hasil uj i t (perbandingan postes dan pretes), eff ect
size, dan r ata-r ata N-gain etiap j enis penalaran
J enis P enalaran
Has il P retes Has il P o s tes Has il uji-t E ff ec t S iz e (
N-g ain
Mean S D Mean S D Mean
P e ng endalia n va ria bel 18 19 52 33 12,8 0,00 0,79 0,48
P ropors iona l 21 18 50 22 23,7 0,00 0,91 0,40
A nalog i 22 21 65 29 14,5 0,00 0,62 0,60
D eduks i 17 18 47 31 9,5 0,00 0,63 0,40
R ata-rata 19 16 54 26 17,7 0,00 0,85 0,47
T abel 2. Per bandingan ber ganda ( uj i-T uk ey) dan k orelasi ( produc momen) antar a N-gain k eempat j enis penalaran
Has il uji Tuk ey Has il analis is P roduc momemt P ropo rs io nal
( )
A nalog i
( )
D eduk s i
( )
P ropo rs io nal ( )
A nalog i ( )
D eduk s i ( ) P eng endalian
Variabel
0,53 0,11 0, 46 0,74** 0,73** 0,68**
P ropors ional 0,00** 1,0 0, 63** 0,71**
A nalog i 0,00** 0,65**
yaitu 82:18 berapapun massa Hidrogen dan Oksigen yang di reaksi kan. Mereka tidak dapat membuat model matematis atau strategi penyelesaian untuk menghitung massa unsur Nitrogen dan Hidrogen y ang bereak si ( seperti al gori tma pada G ambar 4) , keti k a massa ni trogen atau hi drogen di buat berlebihan. S ebagian mahasiwa kimia mempunyai penalaran bahwa massa nitrogen dan hidrogen yang bereaksi secara berturut-turut adalah 82% dan 18%. H al i ni sangat j el as merefl ek si k an kemampuan penalaran proporsional yang sangat rendah.
Hasil di atas menunjukkan bahwa pembelajaran ki mi a berbasis masal ah secara terstruktur dapat meningkatkan aktifi tas kognitif mahasiswa. D alam proses pemecahan masalah, kemampuan representasi masal ah secara k ual i tati f sangat penti ng untuk lebi h meningkatkan pemahaman konseptual dan aspek kuantitatif ( model matematik) . Mahasi swa
harus terus didorong mengembangkan pemahaman k onseptual dan k emampuan al gori tma sel ama menyelesaikan masalah. Hasil analisis menunjukkan bahwa strategi pemecahan masal ah kimia secara terstruk tur dapat meni ng k atk an k emampuan penal aran mahasi swa dal am empat cara, y ai tu meningkatkan pengetahuan dan pemahaman prinsip matematika secara umum, meningkatkan kemampuan apl i k asi k onsep matemati k a dal am pemecahan masal ah kimi a, pemi li han strategi penyel esai an dengan benar, dan mengurangi k ecenderungan penyelesaian masalah dengan mencari rumus kimia. Hasil studi ini mendukung pendapat V an Heuvelen ( 1991) yang menyatakan bahwa mahasiswa dapat belajar berpikir seperti seorang ahli ketika diberikan kesempatan melakukan penalaran secara kualitatif dan mentransformasi antara bentuk representasi, seperti representasi verbal dan simbolik (persamaan G ambar 3. B oxplot sebar an N-gain setiap j enis penalaran
mahasiswa didorong untuk melakukan pemecahan masalah secara intelektual. Menurut Segurado seperti dikutip oleh S cusa and Y uma (2008) , mahasiswa dengan kemampuan pemecahan masalah yang baik mempunyai keyakianan terhadap kemampuan mereka dan mengembangkan kemampuan komunikasi dan penalaran secara matematik. K eterampilan berpikir matematis saling berkorelasi dan saling memberikan penguatan satu sama l ai n. A rti nya, peningk atan Sebagian mahasiswa kimia tidak dapat mengurutkan senyawa garam mulai dari yang mudah larut sampai sukar larut berdasarkan nilai senyawa garam. S eki tar 24% mahasiswa mengalami mi skonsepsi terhadap mak na , sehi ng g a ti dak dapat menj el askan dengan baik hubungan antara nilai dengan tingkat kemudahan garam untuk larut. Mahasiswa yang memahami konsep , sebagian tidak dapat mengurutkan senyawa garam berdasarkan nilai yang dinyatakan dalam notasi saintifi k. Temuan ini mengi ndikasikan bahwa kemampuan penal aran pengendal i an v ari abel dengan materi kimia dipengaruhi oleh pemahaman konseptual dan kemampuan algoritma (kuantitatif atau aritmetika). Penalaran pengandalian variabel dipengaruhi juga oleh kemampuan seseorang dalam memisahkan tanda dari pengganggu secara efi sien (Tsitsipis et al., 2010). Sebagian mahasiswa kimia tidak dapat mengidentifi kasi variabel dalam tabel yang bukan merupak an k onsep penti ng y ang berhubungan dengan v ari abel T erdapat sek i tar ( 17% ) mahasiswa menghubungan nilai garam dengan periode ion logam garam dalam sistem periodi k. Mereka menyatakan bahwa semakin besar urutan periode ion logam dari garam, maka garam tersebut semakin mudah untuk larut dibandingkan dengan garam lain yang unsur logamnya berada pada periode yang lebih kecil pada sistem periodik.
Penalar an propor sional
K emampuan proporsi onal mahasi swa l ebi h rendah dibandingkan dengan kemampuan penalaran analogi. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa sebag i an besar mahasi sw a k i mi a meng al ami kesuli tan dalam mengaplikasi hukum Proust dan Avogadro untuk menghitung massa hasil reaksi dan matematik) sebelum menyelesaikan masalah secara
matematik.
Pemecahan masalah kimia secara tertsruktur dengan mengembangkan pemahaman hubungan natara variabel merupakan pembelajaran berbasis masalah yang menerapkan pendekatan matematika. Penggunaan pri nsi p- pri nsi p matemati k a dal am mengekspl orasi hubungan antara variabel ketika memecahan masal ah ki mi a dapat meningkatkan kemampuan penal aran dan pemahaman k onsep kimia. Temuan ini sejalan dengan pendapat Potgieter et al. (2008) yang menyatakan bahwa pembelajaran integrasi dapat meningkatkan kemampuan mahasiswa dal am penal aran l ogi s. M enurut W i tten ( 2005) , pemecahan masalah kimia menggunakan pendekatan matematis dapat meningkatkan motivasi belajar dan apresiasi mahasiswa terhadap manfaat matematika dalam kimia. Higgins et al. (2005) juga meyakini bahwa penyelesaian masalah kimia menggunakan keahlian berpikir matemati s dapat meningkatkan motivasi dan minat mahasiswa dalam belajar.
M ahasi sw a secara ek spl i si t memecahk an masalah kimia secara terstruktur dan berjenjang. K emampuan penal aran mahasi swa berkembang mul ai dari memahami hubung an antara dua variabel yang paling sederhana dengan memberikan penjelasan secara kualitatif. Selanjutnya, mahasiswa mengapl ikasi pemahaman yang diperol eh untuk menyelesaiakan pertanyaan yang lebih kompleks. Sejumlah peneliti menyatakan bahwa penggunaan pemec ahan masal ah sebag ai proses dapat mengembangkan kemampuan penalaran dan berpikir tingkat tinggi (S cusa & Y uma, 2008). Sejalan dengan pendapat K i ng et al . ( 2011) , y ang menyatak an bahwa kemampuan penalaran tingkat tinggi dapat dimulai dari penalaran sederhana. Hasil studi ini sejalan juga dengan temuan Gaigher et al. ( 2007) yang melaporkan bahwa pemahaman konseptual dapat di kembangkan melalui strategi pemecahan masalah secara eksplisit.
massa unsur lain yang dapat bereaksi. Hal ini dapat ditunjukkan dari skor rata-rata hasi tes kemampuan penalaran proprsional yang hanya mencapai nilai 50 (skala 100). Mahasiswa kimia tidak memahami makna perbandingan tetap yang merupakan perbandingan dua rasio yang ekivalen (proporsi) . S ebagian besar mahasiswa memberik an penalaran bahwa massa senyawa yang terbentuk sama dengan penjumlahan massa unsur-unsur yang berekasi. Hasi l studi ini sejalan dengan studi A katugba and Wallace (2009), yang melaporkan bahwa bahasa yang digunakan dalam tugas mempengaruhi kemampuan pebelajar menggunakan penalaran proporsional.
Sebagian mahasiswa mentranslasi data secara l angsung menj adi dua rasi o y ang ti dak sal i ng ekivalen. Mereka hanya berfokus pada persamaan proporsi untuk menentuk an massa unsur y ang bereaksi . Temuan ini sejalan dengan hasi l studi H ung & J onassen ( 2006) , bahwa strategi yang umum dilakukan mahasiswa adalah menerjemahkan ni l ai besaran secara l angsung k e dal am rumus matemati s. Pemecahan masalah hanya dipelajari secara kuantitatif, tanpa membangun pemahaman konseptual. K emampuan proporsional membutuhkan pemahaman konseptual dan kemampuan algoritma. M ahasi sw a y ang ti dak memahami hubungan fungsional dua rasio yang menyatakan perbandingan massa unsur ni trogen dan hi drogen mempunyai model mental bahwa semua massa yang direaksikan membentuk senyawa.
Pada aplikasi hipotesis A vogadro, mahasiswa kimia mengalami kesulitan menghitung massa salah satu gas, ketika diketahui jumlah partikel dan massa gas lain pada tekanan dan suhu yang sama. Mereka tidak dapat membuat membuat model matematis (dua rasio) yang tepat untuk menghitung massa gas dari data gas lain yang diketahui. Temuan ini mendukung studi C oll et al. (2005), bahwa banyak mahasiswa yang ti dak dapat menggunakan data untuk dapat mel ak uk an perhi tungan y ang mel i puti rasi o, meski pun mereka dapat mel akukan perhi tungan angka dengan benar.
K esulitan mahasiswa kimia dalam penalaran proporsi onal dapat disebabkan karena penalaran perbandingan bi l angan merupakan keterampi l an berpikir tingkat tinggi (Morisson et al.,2009) , dan termasuk berpikir abstrak (Tobin & C apie (1981). Sejalan dengan pendapat Taylor and J ones ( 2009), bahwa di perlukan keterampil an kogni tif ti ngkat tinggi untuk dapat mengaplikasikan konsep rasio pada konsep kimia. S ementara, sebagian mahasiswa kimia masih dalam tahap pra-porporsional, yaitu
hanya dapat memahami persamaan yang sebanding tanpa mengerti atau memahami kesamaan struktur pada kedua persamaan. Mereka belum dapat secara fl eksibel bertransisi dari pemahaman kongkrit tentang perbadingan bi langan ke pemahaman yang lebih abstrak tentang makna dari hukum perbandingan tetap yang dikemukan oleh Proust.
Penalar an analogi
K emampuan penal aran anal ogi mahasi swa kimia dalam melihat pola kesamaan variabel pada dua persamaan tergolong sedang. Mahasiswa kimia lebih mudah mengembangkan kemampuan penalaran analogi dibandingkan dengan penalaran proporsional dan deduksi. Penalaran analogi merupakan proses penalaran mencari pola kesamaan sifat, pola bilangan atau gambar. H al ini menunjukkan bahwa dalam penalaran proporsi onal dan deduksi dibutuhkan juga penalaran analogi. Sebaliknya, dalam penalaran analogi diperlukan kemampuan proporsional untuk melihat pola-pola bilangan yang sebanding.
B erdasarkan hasi l anal i si s l embar j awaban menunj ukkan bahwa sebagi an mahasiswa masih mengalami kesulitan menemukan kesamaan variabel dan konstanta dalam persamaan linear sederhana
( sebag ai anal og dan persamaan
C l ausi us- C l apey ron
sebagai target. Mereka tidak dapat mengidentifi kasi satuan- satuan i nf ormasi dal am anal og seperti v ari abel y ang mempuny ai k esamaan dengan variabel pada unit informasi target ( persamaan C l ausi us- C l apey ron) . M enurut D ahar ( 1996) , pemahaman tentang unit-unit informasi merupakan dasar untuk membuat analogi. K emampuan berpikir analogi dalam melihat pol a hubungan antara dua persamaan membutuhkan pemahaman terhadap variabel dan konstanta dalam persamaan. Mahasiswa y ang ti dak dapat menemuk an k esamaan antara dua persamaan umumnya disebabkan karena tidak dapat membedakan v ari abel bebas dan intersep pada persamaan analog dan target. Hasil temuan ini sejalan dengan studi Witten (2005) yang melaporkan bahwa mahasiswa kimia tidak dapat membedakan variabel dan konstanta. K esulitan mahasiswa kimia dalam penalaran analogi ini dapat dijelaskan oleh L azear, (2004), bahwa memahami hubungan timbal-balik diantara pola-pola yang ada merupakan proses berpikir abstrak.
memahami bahwa variabel terikat ( dan variabel bebas ( ) dalam persamaan umum linear sebagai analog, tetapi tidak dapat mengidentifi kasi variabel bebas ( ) dan variabel terikat ( dalam persamaan C l ausi us–C l apey ron. H asi l i ni sej al an dengan pendapat L azear, (2004) yang menyatakan bahwa kemampuan penal aran di pengaruhi oleh konteks masalah yang akan diselesaikan.
Penalar an D eduk si
K emampuan mahasiswa kimia dalam penalaran deduksi dalam konteks kimia mengalami peningkatan y ang pal i ng rendah di bandi ngk an dengan ti ga penalaran lain. Hasil peneli tian ini menunjukkan bahwa mahasi swa k i mi a mengal ami k esul i tan paling serius dalam penalaran deduksi dibandingkan dengan penalaran pengendalian variabel dan analogi. Hasil ini sesuai dengan pendapat J onassen (2011), yang menyatak an bahwa seti ap j eni s penal aran yang berbeda membutuhkan kemampuan kognitif yang berbeda, seperti perbedaan pengetahuan yang di butuhkan dan perbedaan bentuk representasi . K esulitan mahasiswa kimia dalam penalaran deduksi ini sejalan dengan studi Oehrtman & L awson, (2008), yang mel aporkan bahwa pemahaman guru sains dan matematika pada pembuktian masih tergolong rendah.
P enal aran deduk s i merupak an proses pengambi l an k esi mpul an mel al u pembuk ti an pernyataan atau persamaan menggunakan prinsip-prinsip matematika. F aktor yang mempengaruhi k emampuan mahasi swa k i mi a dal am berpi k i r kuantitatif. Tanpa itu mereka tidak dapat menentukan ni l ai ek spresi matemati k pada kondisi . S ebal iknya, tanpa pemehaman konseptual, maka mahasiswa tidak dapat menentukan nil ai pada reaksi ekstromen. S ejalan dengan hasil studi Ploetzner yang dikuti p oleh H ung & J onassen, 2006) , bahwa mahasi swa y ang hanya melakukan salah satu pendekatan (konseptual atau kuantitatif) tidak dapat memecahkan masalah yang membutuhkan pemahaman keduanya Sejalan juga dengan McC loskey et al. ( Hung & J onassen, 2006) yang menyatakan bahwa dalam proses perhitungan
diperlukan pemahaman menyul uruh dari operasi matematis ( sifat komutatif,asosiatif, pembagian dan perkalian), prosedur pelaksanaan perhitungan dan pencarian informasi dari fakta aritmetika.
S I M P U L A N
Pendekatan pemecahan masalah kimia secara terstruktur dapat menguatkan pemahaman mahasiswa pada k onsep k i mi a, dan mel ati h k eterampi l an penalaran. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kemampuan mahasiswa pada empat jenis penalaran ( pengendali an v ari abel , penalaran proporsi onal , analogi, dan deduksi) dapat ditingkatkan melalui pemecahan masalah kimia secara terstruktur dengan kategori sedang. K emampuan penalaran analogi mahasi swa mengal ami peni ngk atan y ang l ebi h tinggi dibandingkan dengan penalaran proporsional dan deduksi. Semakin tinggi keterampilan kognitif yang dibutuhkan dalam pemecahan masalah kimia, k esul i tan mahasi swa semak i n meni ngk at, dan kemampuan penalaran mereka semakin menurun. Meskipun, mengalami peningkatan yang berbeda, k emampuan mahasi swa k i mi a pada empat j eni penalaran saling berkorelasi secara signifi kan satu sama l ai n. A rti ny a, sebagi an besar mahasi swa dengan kemampuan penalaran pengendalian variabel yang tinggi , cenderung mempunyai kemampuan proporsional yang tinggi. B ahkan, penalaran analogi dapat mengakti v asi penal aran proporsi onal dan deduksi.
diperguruan tinggi . M ahasi swa y ang mengalami kesulitan dengan penalaran secara konseptual dan algoritma harus secara kontinyu diberikan latihan untuk dapat meng embang an k emampuanny a secara maksimal. Hal ini dapat dilakukan dengan mendorong mahasi sw a untuk berpi k i r dan memberikan penj el asan atas prinsi p matemati ka yang digunakan dalam pemecahan masalah kimia.
D A F T A R P U S T A K A
A katugba, A . H . & Wall ace, J . 2009. A n Integrati v e Perspective on S tudents’ Proportional R easoning in High S chool Physics in a West A frican C ontext. Inter nati onal J ournal of Sci ence E ducati on, Research and Practice, 8 ( 3), 293-307.
C oll, R . K ., A li, A ., B onato, J ., & R ohindra. D . 2005. Inv esti gati ng F i rst- Y ear C hemi stry L earni ng D iffi culties i n the S outh Pacifi c: A C ase S tudy from F iji. International J ournal of Science and Mathematics E ducation, 4( 2) , 241-268.
C racolice, M. S., Deming, J . C ., & E hlert, B . 2008. C oncept l earni ng v ersus probl em sol v i ng: A cogni ti v e diff erence. J ournal of C hemical E ducation, 85( 6), 873–878.
C rocker, L . & A lgina, J . 2008. Introduction to C lassical and Modern Test T heory. New Y ork: Holt, R inehart and Winston, Inc.
D ahar, R .W. 1996. Teori-Teori Belajar. J akarta: E rlangga G aigher, E .; R oga, J .M . & B raun, M. W. H. 2007.
E x pl ori ng T he D ev el opment of C onc eptual U nderstandi ng T hrough S tructured Probl em-S ol v i ng I n Phy si cs.Inter nati onal J ournal of Science E ducation, 29( 9) , 1089–1110.
G ultepe, N., C elik, A .Y ., & K ilic, Z . 2013. E xploring E ff ects of High S chool S tudents’ Mathematical Processing S kills and C onceptual U nderstanding of C hemical C oncepts on A lgorithmic Problem Solving. Australian J ournal of Teacher E ducation, 38( 10).
Higgins, S., Hall, E ., Baumfi eld, V., & Moseley, D. 2005. A meta-analysis of the impact of the implementation of thinking skills approaches on pupils. In R esearch ev i dence i n educati on l i brary. L ondon: E PPI-C entre, S ocial S cience R esearch Unit, Institute of E ducation, University of L ondon. C omputer Assisted L earnin, 7, 75–83.
J onassen, D . H . 2011. L earni ng to Sol ve P robl ems:
Intelligences Way. C hicago: Z ephyr Press.
L eech, N. L ., B arrett, K . C ., & Morgen, G . A . 2005. SPSS for Introductory Statistics: Use and interpretation. ( Second E ditian). New J ersey: L awrence E rlbaum A ssociates Inc.
McD ermott, L . C . 1991, Millikan lecture 1990: W hat we teach and what i s l earned-closing the g ap. A mer i c an J ournal of P hysi cs, 59, 301–315.
Morisson, J ., & McDuffi e, A . R . 2009. C onnecting Science and Mathematics: Using Inquiry Investigations to L earn about Data C ollection, A nalysis, and Display. J ournal of School Science and Mathematics, 109 ( 1) .
NC T M (National C ouncil of Teachers of Mathematics). 2000. C urriculum and evaluation standards for school mathematics. R eston: A uthor.
Niaz, M. 2005. H ow to facilitate students’ conceptual understandi ng of c hemi stry ? A hi story and phi l osophy of sci ence perspecti v e. C hemi cal E ducation International, 6( 1) , 1-5
Nicol l , G . & F ranci sco, J . S . 2001. A n Inv estigati on International J ournal of Science and Mathematics E ducation, 6, 377- 403. E ducation, 30 ( 11) , 1531–1550.
Research In Science Teaching, 45( 2), 197–218. R epko, A . F. 2008. Interdisciplinary Research: Process
and Theory. L os A ngeles: S age Publications,Inc. Schoenfeld, A . H. 2007. Problem solving in the United
States, 1970-2008: research and theory, practice and politics. Z D M Mathematics E ducation, 39, 537-551.
S cusa, T . & Y uma, C .O. 2008. F i ve P rocesses O f Mathemati cal T hi nki ng: Math in the Middl e Institute Partnership. University Of Nebraska – L incoln: S ummative Projects F or Ma D egree S tamov l as i s , D . , T saparl i s, G . , K ami l atos, C . ,
Papaoi k onomou, D ., & Z aroti adou, E . 2005. C onceptual understandi ng v ersus al gori thmi c problem solving: F urther evidence from a national chemi stry ex ami nati on. C hemi stry E ducati on Research and Practice, 6( 2) , 104-118.
Taylor, A . & J ones, G . 2009. Proportional R easoning A bility and C oncepts of S cale: S urface A rea to V olume R elati onships in S cience. International J ournal of Science E ducation, 31( 9) , 1231–1247. T obi n, K . & C api e, W. 1981. T he D evel opment and
V alidation of a G roup test of L ogical T hinking. E ducati onal and P sychol ogi cal Measurement, 41, 413-423
Tsitsipis, G., Stamovlasis, D ., & Papageorgiou, G. 2010. T he E ff ect of T hree C ogni ti v e V ari abl es on Students’ Understanding of the Particulate Nature of Matter and its C hanges of S tate. International J ournal of Science E ducation, 32( 8) , 987–1016. T reagust, D . F. 1988. T he D ev el opment and U se of
D i agnosti c Instruments to E v al uate S tudents’ Misconceptions in S cience. International J ournal of Science E ducation,10, 159–169.
V al ani des, N. 1997. F ormal R easoni ng A bi l i ti es and S chool A chi ev ement. Studi es i n E ducati onal E valuation, 23(2) , 169-185.
Witten, G. Q. 2005. D esigning A Mathematics C ourse for C hemistry and Geology S tudents. E ducational Studies in Mathematics, 58, 1–19.
