MATERI

PELATIHAN SIMULASI DAN PEMODELAN SAINS MENGGUNAKAN

PHET INTERACTIVE SIMULATION SEBAGAI UPAYA PENINGKATKAN

KETERAMPILAN GURU MEMBELAJARKAN BERBAGAI KONSEP

ABSTRAK DALAM IPA

Oleh

Sabar Nurohman, S.Pd. Si.,M.Pd

Drs. Allesius Maryanto, M.Pd.

Wita Setianingsih, S.Pd., M.Pd.

Widodo Setiyo Wibowo, S.Pd.Si., M.Pd

LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

TAHUN 2017

SIMULASI DAN PEMODELAN SAINS MENGGUNAKAN PHET

INTERACTIVE SIMULATION SEBAGAI UPAYA PENINGKATKAN

KETERAMPILAN GURU MEMBELAJARKAN BERBAGAI KONSEP

ABSTRAK DALAM IPA

Pendahuluan

PISA (Program for International Student Assessment) pada tahun 2015 telah

melakukan survei yang difokuskan pada kemampuan sains pelajar di 72 negara. Hasilnya

menunjukan posisi Indonesia yang masih cukup memprihatinkan. Meskipun berhasil naik dari

hasil survei pada periode sebelumnya, Indonesia masih menempati urutan 64 dari 72 negara

dengan skor 403. Skor ini masih jauh di bawah rata-rata skor negara-negara yang tergabung

pada OECD (Organization for Economic Coopera- tion & Development) sebesar 493

(Gurria, 2016). Soal-soal yang digunakan oleh PISA secara umum dirancang untuk menguji

kemampuan High Order Thinking (HOT), atau yang jika dilihat dalam perspektif taksonomi

bloom berada pada level kognitif C3 ke atas, yakni kemampuan applaying (C3), Analysing (C4),

Evaluating (C5) dan Creating (C6). Dengan demikian, hasil survei PISA menujukan bahwa

kemampuan analisis sains peserta didik di Indonesia masih jauh dari yang diharapkan.

Sebagai peneliti dalam dunia pendidik sains, tentu saja fakta ini memberi tantangan untuk

diperbaiki. Salah satu cara untuk meningkatkan kemampuan analisis peserta didik adalah

dengan memperbaiki proses pembelajaran IPA di kelas.

Pembelajaran IPA paling baik disajikan dengan cara menghadirkan fakta, objek dan

atau fenomena IPA secara langsung kepada peserta didik. Hal ini sebagaimana pendapat

Egger (2009), yang menyarankan agar guru IPA harus berusaha mengekspos peserta

didiknya dengan real process of science se-eksplisit mungkin (….for exposing students to the

real process of science as explicitly as possible). Manduca & Mogk dalam Eggar (2009) juga

memberi perhatian terhadap pentingnya data asli yang diperoleh dari alam (real data),

“….perhaps one of the most significant things you can do in your classroom is to give students the

opportunity to work with real data’. Sebagai contoh, jika guru hendak mengajarkan perbedaan

tanaman dikotil dan monokotil, sebaiknya guru benar-benar membawa contoh tanaman

dikotil dan monokotil tersebut di dalam kelas, sehingga siswa dapat mengamati,

menganalisis, dan menyimpulkan perbedaan antara kedua jenis tanaman secara langsung.

Namun pada kenyataannya, tidak semua fakta, objek atau fenomena IPA dapat

dihadirkan secara langsung. Sebagian fakta, objek dan atau fenomena IPA tersebut tak dapat

dijangkau secara langsung baik karena alasan ukurannya yang terlalu kecil/terlalu besar

(seperti atom, sistem tata surya dll), letaknya yang terlalu jauh/terisolasi (lapisan-lapisan

bumi, organ tubuh manusia dll) ataupun karena fenomena tersebut tidak selalu terjadi setiap

saat (peristiwa letusan gunung api, gerhana, dll). Bagaimana cara guru agar peserta didik

tetap memperoleh pengalaman scientific saat mempelajari fakta/objek/fenomena yang sulit

dihadirkan dalam bentuk asli? Bagaimana konsep-konsep abstrak dapat dihadirkan di dalam

kelas? Salah satu jawabannya adalah dengan menggunakan simulasi dan pemodelan yang

memanfaatkan teknologi komputer.

Melalui simulasi/pemodelan komputer, konsep-konsep abstrak dapat dihadirkan dan

bisa menjadi jembatan bagi peserta didik untuk mampu memahami dan menganalisisnya. Hal

ini sebagaimana hasil penelitian yang dilakukan oleh Sarabando, Cravino, & Soares (2014),

mereka menguji kontribusi pemanfaatan simulasi komputer pada suatu pembelajaran untuk

menemukan konsep fisika tentang berat dan massa. Hasil penelitian menunjukan bahwa “the

total gains were higher when students used the computer simulation, alone or together with “hands-

on” activities”. Hasil ini merupakan salah satu dasar untuk menjustifikasi bahwa simulasi dan

pemodelan komputer memiliki kelayakan yang baik untuk di gunakan di kelas, terutama

untuk membantu peserta didik memahami berbagai konsep sains yang abstrak.

Phet Interactive Simulation

Sejak tahun 2002 Nobel Laureate Carl Wieman mengerjakan proyek untuk

pengembangan simulasi matematika dan sains interaktif yang dapat digunakan secara gratis.

Produk-produknya terhimpun dalam suatu aplikasi PhET Interactive Simulation. Simulasi dan

pemodelan PhET Interactive Simulation dikembangkan dengan menggunakan java, flash,

ataupun html. Berbagai simulasi dalam bidang sains baik Fisika, Kimia, Biologi maupun Ilmu

Bumi telah dikembangkan baik dalam versi offline maupun online melalui alamat

https://phet.colorado.edu/en/simulations/category/new. Aplikasi ini dapat dijalankan baik

pada sistem operasi windows, mac, maupun linux.

PhET merupakan salah satu simulasi interaktif fenomena-fenomena fisis, berbasis

riset yang diberikan secara gratis. Dikembangkan secara kontinyu oleh sebuah tim di

universitas Colorado sejak tahun 2012, hingga kini telah menghasilkan lebih dari 360 juta

simulasi, baik dalam bidang Fisika, Kimia, Biologi, Ilmu Kebumian dan Matematika. Pihak

pengembang PhEt meyakini bahwa dengan pendekatan berbasis-riset, yang menggabungkan

hasil penelitian sebelumnya dan yang dilakukan mereka sendiri - memungkinkan peserta

didik untuk menghubungkan fenomena kehidupan nyata dan ilmu yang mendasarinya, yang

akhirnya dapat memperdalam pemahaman dan meningkatkan minat mereka terhadap sains

(Gurria, 2016).

Perkins dan Adams (2015). menyebutkan bahwa tujuan utama pengembangan PhET

adalah untuk meningkatkan keterlibatan peserta didik dalam penemuan konsep sains

sekaligus untuk meningkatkan hasil belajar mereka. Sebagai sebuah program simulasi

komputer, PhET dirancang sedemikian rupa untuk membantu peserta didik terlibat dalam

aktivitas sains melalui penyelidikan (inquiry). Beberapa prinsip pengembangan desain

simulasi pada PhET adalah :

Encourage scientific inquiry, 2) Provide interactivity, 3) Make the invisible visible, 4) Show

visual mental models, 5) Include multiple representations (e.g., object motion, graphs,

numbers, etc.), 6) Use real-world connections, 7) Give users implicit guidance (e.g., by

limiting controls) in productive exploration, 8) Create a simulation that can be flexibly

used in many educational situations (Gurria, 2016).

PhET tersedia dalam dua versi, yaitu versi offline dan online. Aplikasi ini dapat

diputar baik di smartphone, tablet, maupun komputer yang telah terinstall program Java

Script dan Flsah Player. Melalui Paket PhET Offline Website Installer akan memasang salinan

dari website PhET ke dalam komputer. Apabila telah terpasang, maka kita tidak perlu

terhubung ke internet untuk melihat atau menjalankan setiap simulasi, asalkan pada

komputer terinstall Java, Flash dan web-browser seperti Firefox or Internet Explorer).

Paket ini dapat diunduh pada laman https://phet.colorado.edu/in/offline-access. Sedangkan

versi onlinnya dapat diakses melalui alamat https://phet.colorado.edu/in/simulations.

Adams (2010) dalam sebuah riset yang berjudul “Student engagement and learning

with PhET interactive simulations” melihat bahwa dengan PhET Interactive simulations,

peserta didik dapat terlibat dalam aktivitas saintis seperti eksplorasi, dengan demikian

mereka dapat belajar lebih banyak dan lebih dalam mengenai suatu konsep sains. Temuan

lain yang menarik adalah bahwa “exploration of the simulations under no guidance or with open

conceptual questions promotes students to explore the simulations where they gain physical insight

into the phenomena via their own questioning”. Dengan kata lain, penelitian ini menyarankan

agar para pendidik menggunakan proses inquiry terbuka dalam implementasinya di kelas.

Meskipun sains lebih baik disajikan dalam fenomena asli, Ajredini, Izairi, & Zajkov (2014)

menemukan bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan antara pengetahuan yang diperoleh

melalui real experiments dan melalui simulasi PhET, “This research shows that there is no

significant difference between the knowledge acquired through learning supported by real

experiments and the one through learning supported by computer simulated experiments”.

Penggunaan Phet Interactive Simulation

Phet Interactive Simulation dapat digunakan dalam dua mode (versi), yaitu versi

online dan versi offline. Versi online merupakan mode yang hanya dapat digunakan saat

komputer kita sedang terhubung dengan internet. Kelebihan pada versi ini kita tidak perlu

melakukan installasi aplikasi pada komputer. Namun kecepatannya akan sangat tergantung

pada jaringan internet yang tersedia. Sedangkan apabila kita menggunakan versi offline, maka

kita dapat menggunakan aplikasi ini meskipun tidak tersedia jaringan internet, dan memiliki

kecepatn akses yang lebih baik, namun kita perlu melakukan instalasi aplikasi.

Jika kita menghendaki penggunaan aplikasi dalam versi online, masuklah ke alamat

https://phet.colorado.edu/in/, sehingga muncul laman sbb :

Setelah itu, klik menu “Play with Simulations”, maka akan muncul tampilan berikut :

Pada laman tersebut, kita disuguhi beberapa menu, seperti menu Simulasi yang

terdiri dari : Simulasi Baru, Fisika, Biologi, Kimia, Ilmu Kebumian, dll. Dengan memilih salah

satu menu, misalnya Fisika, maka akan ditampilkan berbagai simulasi dalam dunia Fisika.

Adapun jika kita hendak menggunakan versi offline, maka langkah pertama kita harus

melakukan download aplikasi. Masuklah ke alamat https://phet.colorado.edu/in/offline-

access, sehingga akan tampil laman sbb:

Lalu pilihlah menu “Desktop/Laptop Computer” sehingga tampilan laman berubah

menjadi seperti berikut:

Pilih permalink yang sesuai, misal kita menggunakan Windows sebagai sistem operasi

pada komputer, maka pilihlah “Unduh Installer untuk Windows (termasuk Java)”. Jika hal

ini kita lakukan, maka kita sedang mendownload master aplikasi Phet Interactive Simulation.

Setelah proses download selesai, klik dua kali file hasil download (nama : Phet Installer

Wimdows.exe). Begitu seterusnya ikuti panduan pada dialog box, maka proses instalasi

sudah berlangsung.

Paket PhET Offline Website Installer akan memasang salinan dari website PhET ke

dalam komputer kita. Sekali terpasang pada komputer, maka kita tidak perlu terhubung ke

internet untuk melihat atau menjalankan setiap simulasi. Perlu diperhatikan bahwa untuk

mendukung program ini komputer kita perlu terinstal Java, Flash dan web-browser).

Installer simulasi PhET cukup sering dimutakhirkan. Untuk memasang versi terbaru,

disarankan uninstall versi sebelumnya. Pemutakhiran installer terakhir pada 2017 Agu 12

at 22:00:02 MDT.

LEMBAR KERJA PESERTA DIDIK

HUKUM HOOKE

Pengantar

Jika kita menarik sebuah pegas, maka

kita akan merasakan seolah-olah pegas

juga menarik kita. Pernahkah kamu

melakukan exercise Tummy Trimmer

seperti pada gambar?

Saat kita tarik pegas ke arah dada, maka

tangan kita akan merasakan tarikan

dari pegas, sehingga otot pada tangan

akan berkontraksi. Hal ini dapat

digunakan oleh kita untuk

melatih/membentuk otot pada tubuh.

Nah, bagaimana hubungan antara gaya tarik yang kita berikan kepada pegas dengan gaya pegas yang

menarik otot tangan kita? Apakah tiap jenis pegas akan memberikan respon yang sama saat kita

tarik? Persoalan ini dapat dianalisis dengan menggunakan Hukum Hooke.

Tujuan Kegiatan

1. Mengetahui hubungan antara besarnya gaya yang kita berikan kepada pegas dengan gaya tarik

pegas terhadap tangan kita,

2. Mengetahui hubungan antara jenis pegas terhadap pertambahan panjang pegas saat dikenai

gaya

3. Mengetahui hubungan antara besarnya gaya yang bekerja pada pegas terhadap pertambahan

panjang pegas

Alat/Bahan

Aplikasi Phet Interactive Simulation

Prosedur

Kegiatan 1

1. Bukalah aplikasi Phet Interactive Simulation pada komputer,

2. Klik menu “Play With Simulations”, kemudian pilih sub menu “Fisika” > “Kerja, Energi &

Daya”,

3. Lalu pilihlah simulasi “Hukum Hooke”,

4. Klik tombol “Play” pada tampilan simulasi hukum hooke, untuk memulai menjalankan

program,

5. Pilih Pengantar, sehingga muncul tampilan sbb :

6. Beri tanda centang (√) pada box Gaya yang dikenakan, Gaya Pegas , Posisi Setimbang dan

Nilai,

7. Tetapkan nilai konstanta pegas pada angka 200N/m dengan mengatur posisi tombol biru pada

kotak “konstanta Pegas”.

8. Tariklah pegas dengan gaya 20 N dengan cara mengubah posisi tombol merah pada kotak

“Gaya yang dikenakan”. Amatilah berapa nilai gaya pegas (gaya yang dilakukan oleh pegas

kepada pemberi gaya)!

9. Lakukan langkah no.8 dengan mengganti nilai gaya menjadi 30 N, 40 N, 50 N, 60N, dan 70 N.

10. Lakukan langkah no.6 s.d 9 untuk konstanta pegas yang berbeda yaitu 300 N/m dan 400 N/m.

11. Masukan hasil pengamatan pada Tabel 1.

Kegiatan 2

1. Ulangi langkah no 1 s.d 5 pada kegiatan 1,

2. Pilih gambar “ dua pegas” sehingga akan muncul tampilan sbb:

3. Beri tanda centang (√) pada box Gaya yang dikenakan, Gaya Pegas , Perpindahan, Posisi

Setimbang dan Nilai,

Dua

Pegas

4. Tetapkan nilai konstanta pegas 200 N/m untuk sistem pegas yang atas dan 400 N/m untuk

sistem pegas yang bawah,

5. Berilah gaya sebesar 20 N pada kedua sistem pegas tersebut, lalu amati berapa nilai

perpindahan (pertambahan panjang pegas)!

6. Ulangi langkah no. 5 untuk nilai gaya 30 N, 40 N, 50 N, 60 N, dan 70 N.

7. Ulangi langkah no 4 s.d 6 dengan menetapkan nilai konstanta pegas 600 N/m untuk sistem

pegas yang atas dan 800 N/m untuk sistem pegas yang bawah,

8. Masukan data hasil pengamatan pada Tabel 2.

Tabulasi Data Hasil Pengamatan

Tabel 1

No Konstanta Pegas (N/m) Gaya yang dikenakan (N) Gaya Pegas (N)

Tabel 2

Konstanta

Pegas (N/m)

Pertambahan panjang pegas (m) saat dikenai gaya…

20 N 30 N 40 N 50 N 60 N 70 N

200

400

600

800

Diskusi

1. Berdasarkan data pada Tabel 1, bagaimana besarnya nilai gaya pegas jika gaya yang dikenakan

pada pegas semakin besar?

2. Apakah perbedaan jenis pegas (yang ditunjukan oleh perbedaan nilai konstanta pegas)

berpengaruh terhadap nilai gaya pegas?

3. Berdasarkan data pada Tabel 2, buatlah grafik hubungan antara besarnya gaya yang bekerja pada

pegas dengan nilai pertambahan panjang pegas pada jenis pegas pertama (konstanta 200 N/m)

4. Berdasarkan grafik yang baru saja dibuat, pada suatu jenis pegas yang sama, bagaimana nilai

pertambahan panjang pegas jika gaya yang bekerja pada pegas semakin besar nilainya?

5. Berdasarkan data pada Tabel 2, buatlah grafik hubungan antara besarnya konstanta pegas (jenis

pegas) dengan nilai pertambahan panjang pegas jika dikenai gaya yang sama ( misal 50 N)

6. Berdasarkan grafik yang baru saja dibuat, bagaimana nilai pertambahan panjang pegas jika

konstanta pegas semakin besar?

7. Bagaimana hubungan antara pertambahan panjang pegas (x) dengan gaya yang bekerja (F)!

8. Bagaimana hubungan antara pertambahan panjang pegas (x) dengan nilai konstanta pegas (k)!

9. Jika pertambahan panjang pegas dinyatakan sebagai x, gaya yang bekerja sebagai F dan konstanta

pegas sebagai k, buatlah hubungan antara ketiga besaran tersebut dalam bentuk persamaan

matematika!

10. Pada pegas dengan konstanta 200 N/m, perkirakan berapa nilai pertambahan panjangnya jika

pegas ditarik dengan gaya sebesar 100 N?

Simpulan

Berdasarkan seluruh kegiatan, buatlah simpulan apa saja yang sesuai dengan tujuan kegiatan ini!

IDENTIFIKASI STANDAR ISI (KI/KD) DENGAN MATERI SIMULASI DAN

PEMODELAN PHET INTERACTIVE SIMULATION

No No KD Judul Simulasi

Kelas VII

Kelas VIII

Kelas IX