ISBN(13) PROSIDING

ISBN(13) 978-979-19544-9-5

PROSIDING

Fisika Teori, Fisika Komputasi, Fisika Material, Fisika Instrumentasi & Pengukuran, Geofisika, Biofisika, Fisika Energi & Lingkungan, Fisika Nuklir & Medis Pendidikan Fisika Editor: Assaidah, Erni, dan Supardi

ISBN(13) 978-979-19544-9-5

9 7 8 9 7 9 1 9 5 4 4 9 5

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL FISIKA Energi, Lingkungan, dan Teknologi Masa Depan: Tantangan dan Peluang Ilmu Fisika

SIMETRI 2012

Prosiding

Editor: Assaidah Erni Supardi

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2012

PROSIDING SEMINAR NASIONAL FISIKA Energi, Lingkungan, dan Teknologi Masa Depan: Tantangan dan Peluang Ilmu Fisika Copyright © Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, 2012

Hak cipta dilindungi undang-undang All rights reserved Editor: Assaidah Erni Supardi Desain sampul & tata letak: Tim SIMETRI Diterbitkan oleh: SIMETRI

SIMETRI Percetakan & Penerbitan Jl. Srijaya Negara Lrg. Jaya Sempurna No.15 Bukit Besar Palembang Telp./Fax. 0711-315321; HP. 081328740911 Email: [email protected] x + 217 hlm.; A4 margin potong ISBN (13) 978-979-19544-9-5

KATA PENGANTAR

P

uji syukur kehadirat Allah S.W.T. atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga Prosiding Seminar Nasional Fisika yang bertemakan “Energi, Lingkungan, dan Teknologi Masa Depan: Tantangan dan Peluang Ilmu Fisika” dapat kami selesaikan. Prosiding ini merupakan kumpulan makalah seminar yang diaadakan oleh Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya pada tanggal 4 Juli 2012 di Aula Pascasarjana Universitas Sriwijaya. Penyusunan Prosiding ini dimaksudkan agar masyarakat luas dapat mengetahui berbagai informasi terkait isi makalah yang telah dipresentasikan dan mendokumentasikan hasil seminar nasional yang terangkum dalam makalah-makalah yang disajikan dalam seminar. Ucapan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kami sampaikan kepada para penyaji dan penulis makalah, penyunting serta redaksi pelaksana yang telah berkerja keras sehingga Prosiding ini dapat diterbitkan. Kami sampaikan terima kasih juga kepada Tim Editor yang telah mereview semua makalah sehingga kualitas isi dari makalah dapat terjaga dan dipertanggungjawabkan. Tak lupa kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan bagi terselenggaranya seminar nasional ini dan atas tersusunnya prosiding ini kami ucapan terima kasih. Akhir kata, semoga prosiding ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak khususnya dalam rangka memajukan pendidikan di Indonesia.

Palembang ,

Juni 2012

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

v

DAFTAR ISI Kata Pengantar ..............................................................................................................................

v

Daftar Isi ........................................................................................................................................

vii

Pemintalan Elektrik (Electrospinning) sebagai Salah Satu Cara untuk Membuat Nanoserat (Khairurrijal, Ade Yeti Nuryantini, Muhammad Miftahul Munir, dan Mikrajuddin Abdullah) ......

1

Sensor Berbasis Mikrokantilever: Sensitivitas dan Mekanisme Kinerja (Ratno Nuryadi) .............................................................................................................................

7

Penggunaan Teknologi Informasi dan Komunikasi dalam Pembelajaran Fisika (Sardianto Markos Siahaan) ..........................................................................................................

13

Aplikasi Metode Common Reflection Surface (CRS) Stack pada Data Seismik Real 2D (Dian Kumala Sari, Azhar K. Affandi, dan Erni) ............................................................................

21

Desain Konseptual Reaktor Cepat Berpendingin Gas Berukuran Kecil, Berumur Panjang dan Berbahan Bakar Uranium Alam (Menik Ariani, Zaki Su’ud, Abdul Waris, Khairurrijal, dan Fiber Monado) .................................

27

Desain Konsep Reaktor Pltn Jenis Gfr 333 Mwt Berbasis Bahan Bakar Uranium Alam (Fiber Monado, Zaki Su’ud, Abdul Waris, Khairul Basar, dan Menik Ariani) ...............................

33

Estimasi Debit Aliran Permukaan DAS Musi (Sumatera Selatan) Berbasis Satelit (Sinta Berliana Sipayung dan Nani Cholianawati) ........................................................................

38

Identifikasi Mineral Magnetik Pada Permukaan Guano Dari Goa Kelelawar Sumatera Barat (Hamdi, Muhammad Irvan, Erni dan Christopher M. Wursters) ..................................................

43

Investigasi Nilai Bias Data Global Positioning Satellite Radio Occultation terhadap Data Radiosonde di Wilayah Ekuator (Tiin Sinatra dan Noersomadi) .....................................................................................................

48

Luminositas Bintang Berotasi pada Keadaan Kritis (Iwan Setiawan) ..............................................................................................................................

53

Model Perhitungan Nilai Kapasitansi Individu Sel Aspergillus Niger Berbasis Hasil Percobaan (Musaddiq Musbach, Iman Santoso, Wamid Antaboga dan Maulana) ........................................

57

Orbit Relativistik Partikel di Bawah Pengaruh Gaya Sentral Tipe Yukawa (Suhadi, Supardi) ............................................................................................................................

62

Pabrikasi Film PVDF dengan Roll Hot Press dan Karakterisasinya (Ambran Hartono, Mitra Djamal, Suparno, Ramli, dan Edi Sanjaya) ..........................................

67

Pemodelan Dinamika Arus dan Gelombang Laut di Sepanjang Pantai Selatan Kepulauan Indonesia dan Aplikasinya di Bidang Perikanan (Iskhaq Iskandar dan Pradanto Poerwono) ....................................................................................

71

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012 vii

Pengaruh Konsentrasi Polimer MIP (Molecularly Imprinted Polymer) Atrazin terhadap Jumlah Ikatan yang Terbentuk (Idha Royani, Widayani, Mikrajuddin Abdullah, dan Khairurrijal) ................................................

78

Pengaruh Nanopartikel Titanium Dioksida (TIO2) yang Disintesis Menggunakan Metoda Simple Heating terhadap Kandungan Besi (Fe) dan Tembaga (Cu) di dalam Air Rawa (Fitri Suryani Arsyad, Tuty Emilia Agustina, Novi Yulianti, Firmansyah,Devi Anggraeni, Retno Susanti, dan Mikrajuddin Abdullah) ....................................................................................

83

Pengukuran Keluaran Pesawat Sinar-X untuk Estimasi Dosis Radiasi Pasien pada Pemeriksaan Thorax, Abdomen dan Skull (Dian Milvita, Vivi Edriani, Heru Prasetio, Nunung Nuraini, Helfi Yuliati, Dyah Dwi Kusumawati dan Suyati) .....................................................................................................................................

88

Prediksi Laju Evaporasi/Presipitasi Global Berdasarkan Model Kiehl-Trenberth (Nyoman Yasa dan Arsali) ..............................................................................................................

95

Prinsip Kerja Rem Disc Brake dan Perawatannya (Subhan Diki Setyo Bakti, dan Melya D.Sebayang) .......................................................................

99

Sifat Magnetik Lapisan Tipis Material Sensor Giant Magnetoresistance Berstruktur Spin Valve (Ramli, Yenni Darvina, Yulkifli, Widyaningrum Indrasari, Ambran Hartono, Edi Sanjaya, Rahadi Wirawan, Khairurrijal dan Mitra Djamal) .......................................................................................

105

Sistem Monitoring Pengukuran Ketinggian Air Sungai dengan Sensor Ultrasonic SRF04 dan Layanan Pesan Singkat (SMS) (Gunawan Abdillah dan Jazi Eko Istiyanto) ...................................................................................

110

Studi Awal Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Daya Keluaran Turbin Angin Tipe Horizontal Berdiameter 1,6 Meter sebagai Sumber Penyedia Listrik pada Proyek Rumah DC di FMIPA UNJ (Puji S, Satwiko S, dan Hadi N) ......................................................................................................

115

Uji Kelayakan Model Kiehl –Trenberth terhadap Data Suhu Permukaan Global 1980 - 2000 (Beni Saputra dan Arsali) ................................................................................................................

122

Mixing Height Determination Using Neutral Network (Octavianus C. Satya, Iain Reid and Robert Vincent) ...................................................................

127

Efektivitas Pembelajaran Aktif dengan Teknik Kuis Tim pada Mata Pelajaran Fisika di SMKN 1 Bukittinggi (Usmeldi) ........................................................................................................................................

131

Implementasi Model Pembelajaran Kooperatif Tipe Stad Berbantuan Simulasi Phet pada Matakuliah Fisika Dasar II (Desy Hanisa Putri) ..........................................................................................................................

137

Pembelajaran Konsep Pemantulan Cahaya dengan Menggunakan Model Pembelajaran Berbasis Masalah terhadap Keterampilan Berpikir Kritis Siswa (Lukman Hakim) .............................................................................................................................

141

Penerapan Kelompok Kooperatif Berbantuan Multimedia Interaktif untuk Meningkatkan Penalaran Sains dan Penguasaan Konsep Mahasiswa (M. Sutarno dan Desy Hanisa Puteri) ............................................................................................

147

viii Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

Penerapan Lesson Study (LS) pada Mata Kuliah Gelombang Melalui Tutor Sebaya dan Latihan Soaldi Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Unsri (Sudirman) ......................................................................................................................................

153

Penerapan Model Blended E-Learning pada Matakuliah Pendahuluan Fisika Zat Padat (Ida Sriyanti) ...................................................................................................................................

158

Penerapan Model Pembelajaran Berbasis Masalah dengan Metode Eskperimen untuk Meningkatkan Hasil Belajar Siswa (Dedy Hamdani, Zilvi Endrayani dan Connie) ..............................................................................

164

Pengaruh Metode Inkuiri Terbimbing Berbasis Laboratorium IPA terhadap Peningkatkan Hasil Belajar Siswa SMAN 5 Kota Bengkulu (Andik Purwanto dan Indra Sakti Lubis) ........................................................................................

169

Upaya Meningkatkan Kemampuan Guru Fisika Melalui Penerapan Contextual Teaching and Learning (CTL) di SMA Negeri 2 Muara Enim (Giyono) ..........................................................................................................................................

173

Pengembangan Materi Ajar Termodinamika dengan Model Educational Reconstruction di Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sriwijaya (Leni Marlina) .................................................................................................................................. 181 Pengembangan Model Pembelajaran Problem Solving Fisika Melalui Pembelajaran Topik Optika pada Mahasiswa Pendidikan Fisika (Eko Swistoro Warimun) ................................................................................................................

188

Pengembangan Model Perkuliahan Multimedia Interaktif Fisika Modern (Teori Relativitas Khusus) di LPTK (Hamdi Akhsan dan Ketang Wiyono) ............................................................................................

193

Strategi Efektif Pembelajaran Fisika: Ajarkan Konsep (Muhamad Yusup) ..........................................................................................................................

200

Pengaruh Pendekatan Sains-Teknologi-Masyarakat terhadap Prestasi dan Minat Belajar Sains Siswa (Giyono) .........................................................................................................................................

205

Peran Guru untuk Memanfaatkan Media Pembelajaran dalam Proses Pembelajaran di Sekolah (Suwarti) ..........................................................................................................................................

214

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012 ix

x Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

Pemintalan Elektrik (Electrospinning) …

Khairurrijal, dkk

PEMINTALAN ELEKTRIK (ELECTROSPINNING) SEBAGAI SALAH SATU CARA UNTUK MEMBUAT NANOSERAT Khairurrijal1,#, Ade Yeti Nuryantini1, Muhammad Miftahul Munir2, dan Mikrajuddin Abdullah1 1

Kelompok Keahlian Fisika Material Elektronik, Kelompok Keahlian Fisika Teoretik Energi Tinggi & Instrumentasi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung, Jalan Ganesa 10, Bandung 40132 # E-mail: [email protected]

2

Abstrak Nanomaterial berkembang sangat pesat saat ini karena ia memiliki keunggulan seperti ukuran yang lebih ringkas, kekuatan dan keuletan yang dapat diandalkan, serta lebih reaktif. Salah satu metoda yang digunakan untuk pembuatan nanoserat adalah teknik pemintalan elektrik (electrospinning). Dengan teknik ini, nanoserat yang dihasilkan memiliki diameter yang sangat kecil hingga beberapa puluh nanometer dan penampilan mekanik yang menarik serta struktur pori dan permukaan yang dapat dikontrol. Pembuatan nanoserat dengan pemintalan elektrik dipengaruhi oleh parameter-parameter larutan, parameter-parameter proses dan parameter-parameter lingkungan. Beberapa nanoserat telah dibuat seperti nanoserat ITO (Indium Tin Oxide), nanoserat fosfor yttrium aluminum garnet yang didadah cerium (YAG:Ce3+; Y3−xAl5O12:Cex3+), nanoserat zirkonium oksida yang didadah europium (ZrO2:Eu3+), dan nanoserat fosfor BCNO. Kata kunci: nanoteknologi, pemintalan elektrik, nanoserat.

PENDAHULUAN

S

aat ini serat banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Serat dimanfaatkan untuk pakaian, sepatu olah raga, alat panjat tebing, filter, alat-alat medis, alat-alat kesehatan dan lain-lain. Seiring dengan perkembangan fungsi serat dalam kehidupan manusia, maka semakin berkembang pula cara pembuatan serat dari cara yang konvensional sampai pada cara yang modern. Bila diameternya dalam skala nanometer, maka serat tersebut biasa disebut nanoserat (nanofiber). Nanoserat merupakan serat berstruktur satu dimensi (1D), seperti halnya nanokawat (nanowire), nanobatang (nanorod), nanotabung (nanotube), nanosabuk (nanobelt). Ada berbagai cara untuk membuat nanoserat, di antaranya teknik penarikan (drawing), teknik cetakan (template synthesis), teknik pemisahan fasa (phase separation), teknik penyusunan (self assembly), dan teknik pemintalan elektrik (electrospinning) [1]. Pemintalan elektrik merupakan salah satu teknik yang mudah, serba guna dan bermanfaat untuk membuat nanoserat yang panjang, dengan diameter yang kecil, ukurannya seragam, dan dapat dibuat dari berbagai macam material [2]. Kami sudah berhasil membuat mesin pemintal elektrik dan nanoserat dengan teknik tersebut [2-4]. Nanoserat diaplikasikan misalnya untuk pembuatan nanoserat ITO, pembuatan nanoserat fosfor yttrium aluminum garnet yang didadah cerium (YAG:Ce3+; Y3−xAl5O12:Cex3+), pembuatan nanoserat zirkonium oksida yang didadah europium (ZrO2:Eu3+), dan pembuatan nanoserat fosfor BCNO [5-9]. Di dalam makalah ini kami akan memaparkan cara kerja teknik pemintalan elektrik, parameter-parameter yang memengaruhi proses pembuatan nanoserat dan beberapa aplikasinya.


1


Khairurrijal, dkk

CARA KERJA PEMINTALAN ELEKTRIK Sistem pemintalan elektrik ditunjukkan dalam Gambar 1 (atas) [2], yang terdiri dari: (a). Alat penyemprot yang di dalamnya terdapat larutan awal (precursor) dan dilengkapi dengan jarum suntik (spinneret). Alat penyemprot diletakkan pada pompa agar larutan terdorong keluar dari ujung jarum (nozzle), (b). Sumber tegangan tinggi, dan (c). Kolektor, yaitu tempat menampung nanoserat yang dihasilkan. Pertama, larutan polimer dilewatkan pada sebuah nozzle. Proses penarikan larutan dari nozzle tersebut menggunakan interaksi elektrostatik karena medan listrik tinggi yang dibangkitkan oleh sumber tegangan tinggi tersebut. Ukuran larutan yang keluar dari nozzle tersebut makin mengecil karena penarikan elektrostatik tersebut dan kemudian mengalami proses pengeringan. Akhirnya, nanoserat dihasilkan dan ditampung pada kolektor. PARAMETER YANG MEMENGARUHI PEMBUATAN NANOSERAT Dalam proses pemintalan elektrik, parameter yang berpengaruh dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu parameter-parameter larutan polimer, parameter-parameter proses, dan parameterparameter lingkungan [2]. 1. Parameter-parameter Larutan Polimer Parameter larutan polimer yang mempengaruhi pembuatan nanoserat dengan teknik pemintalan elektrik adalah berat molekul dan kekentalan larutan, tegangan permukaan. a.

Berat molekul dan kekentalan Berat molekul pada polimer menggambarkan panjang dari rantai polimer, karena pada dasarnya polimer merupakan rantai yang sangat panjang yang terdiri atas unit-unit terkecil yang berulang-ulang sebagai blok-blok penyusunnya. Berat molekul ini berpengaruh langsung pada kekentalan larutan karena panjang polimer akan menentukan belitan dari rantai polimer pada pelarut. Kekentalan larutan juga bisa dipengaruhi oleh konsentrasi larutan. Shenoy, dkk [10,11] menyatakan angka belitan larutan polimer (ne)soln sebagai perbandingan antara berat molekul polimer dalam larutan Mw dengan berat molekul belitan polimer (polymer entanglement molecular weight) Me. (ne ) so ln 

M w .

(1)

Me

Hubungan antara angka belitan (ne)soln dengan konsentrasi PVP/(air/etanol) untuk beragam berat molekul polimer dalam larutan Mw telah dilaporkan oleh Munir, dkk [3]. Didapatkan bahwa angka belitan bertambah sejalan dengan peningkatan konsentrasi PVP. Larutan dikatakan encer jika C<1, dengan adalah kekentalan instrinsik dan C adalah konsentrasi. Ketika C>4 (semi encer), rantai polimer pada larutan membelit satu sama lain, sehingga viskositas meningkat [12]. Pengaruh kekentalan pada pemintalan elektrik akan mempengaruhi struktur serat, seperti yang dilaporkan oleh Munir, dkk [3]. Pada peristiwa pemintalan elektrik, larutan yang encer akan menjadi droplet atau menghasilkan benang tetapi banyak mengandung butiran-butiran (beads), sementara larutan yang terlalu kental menyebabkan sulit untuk keluar dari jarum (nozzle) bahkan cenderung untuk mengering di ujung jarum . b.

Tegangan permukaan Tegangan permukaan memberikan kontribusi terhadap pembentukan butiran pada benang yang dihasilkan. Seperti diketahui bahwa ketika ada setetes air jatuh di udara, tetesan biasanya 2

Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012


Khairurrijal, dkk

berbentuk bola. Tegangan permukaan memiliki pengaruh pada pengurangan luas permukaan per unit massa. Tegangan permukaan mungkin terjadi pada larutan yang keluar dari nozzle menuju kolektor. Pemberian tegangan pada larutan dimaksudkan untuk mengurangi pengaruh tegangan permukaan. Pada larutan yang memiliki kekentalan yang tinggi, interaksi antara pelarut dan molekul polimer juga tinggi, sehingga ketika larutan ditarik di bawah pengaruh interaksi muatan, molekul larutan akan cenderung untuk menyebar dan akan mengurangi kecenderungan molekul larutan untuk berkumpul di bawah pengaruh tegangan permukaan

Gambar 1. Sistem pemintalan elektrik: konvensional (atas) dan dengan arus konstan (bawah) [2].

c.

Konduktivitas larutan Pada pemintalan elektrik nanoserat ditarik karena ada pengaruh interaksi muatan. Oleh karena itu banyaknya muatan yang terkandung pada larutan tentu akan sangat berpengaruh. Penambahan ion misalnya ion garam pada larutan akan menambah muatan. Penambahan muatan ini akan menambah gaya tarik sehingga diameter nanoserat yang dihasilkan akan semakin kecil [13]. d.

Konstanta dielektrik larutan Konstanta dielektrik larutan sangat berpengaruh pada pemintalan elektrik. Larutan yang memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dilaporkan dapat mengurangi butiran butiran pada benang dan memperkecil diameter serat yang dihasilkan. Penambahan konstanta dielektrik larutan dapat dilakukan misalnya dengan cara menambahkan N,N-dimethylformamide (DMF) [14]. 2. Parameter-parameter Proses Beberapa parameter yang mempengaruhi pemintalan elektrik sebagai berikut: a.

Tegangan dan kuat arus listrik


3


Khairurrijal, dkk

Besarnya tegangan yang digunakan dalam pemintalan elektrik berperan dalam aliran larutan polimer yang bergerak menuju kolektor. Bertambah dan berkurangnya kuat arus listrik berperan pada aliran massa larutan polimer dari ujung nozzle [15]. Studi optimasi tegangan sebagai parameter pemintalan elektrik sudah dilakukan oleh Saehana, dkk [16] dengan menggunakan teknik algoritma genetika. Munir, dkk [2] menemukan bahwa perubahan arus listrik ada kaitannya dengan instabilitas. Hasil eksperimennya menunjukkan bahwa penambahan tegangan yang digunakan menyebabkan perubahan bentuk jet dan berpengaruh pula pada struktur dan morfologi serat yang dihasilkan. Oleh sebab itu Munir, dkk [2] menghasilkan sistem pemintalan elektrik dengan kuat arus yang konstan, seperti tampak pada Gambar 1 (bawah). Dengan menggunakan sistem pemintalan elektrik dengan kuat arus yang konstan maka akan diperoleh jet yang stabil, nanoserat yang dihasilkan memiliki diameter seragam tanpa ada butiran [2,4]. Selain itu, diperoleh juga bahwa semakin besar kuat arus, maka diameter nanoserat semakin kecil [2]. b.

Laju alir Laju alir merupakan besar kecepatan larutan yang keluar dari nozzle menuju kolektor. Ditunjukkan bahwa laju alir berpengaruh pada kestabilan kerucut dari jet di ujung nozzle, diameter partikel, atau ukuran butiran yang dihasilkan [3]. c.

Suhu Suhu memengaruhi proses penguapan dan kekentalan larutan polimer. Demir, dkk [17] melaporkan bahwa poliuretan pada suhu yang tinggi dapat dibentuk menjadi serat dengan diameter yang seragam. Seragamnya diameter serat diakibatkan oleh kekentalan poliuretan yang rendah dan daya larut yang tinggi, sehingga poliuretan mudah untuk ditarik. d.

Kolektor Kolektor yang digunakan pada sistem pemintalan elektrik harus terbuat dari bahan konduktor seperti alumunium foil. Hal ini dimaksudkan agar muatan pada larutan dapat segera terakumulasi di atas kolektor [18]. e.

Diameter nozzle Diameter dalam nozzle sangat berpengaruh pada diameter nanoserat yang dihasilkan pada pemintalan elektrik. Diameter nozzle yang kecil akan menghasilkan serat dengan diameter kecil pula. Tapi diameter yang kecil seringkali terjadi peristiwa penyumbatan sehingga larutan polimer sulit untuk keluar. f.

Jarak antara ujung nozzle dengan kolektor Pengaruh jarak antara ujung nozzle dengan kolektor dapat dilihat pada hasil citra SEM seperti yang dilaporkan oleh Sautter, dkk [19]. Didapatkan bahwa diameter serat akan semakin kecil jika jarak antara ujung nozzle dengan kolektor semakin jauh. 3. Parameter Lain Ramakrishna, dkk [1] menyatakan bahwa kondisi ambien memengaruhi pada pembuatan nanoserat dengan teknik pemintalan elektrik. Parameter kondisi ambien di antaranya kelembaban, jenis atmosfir dan tekanan. Sementara Subbiah, dkk [15] menyatakan bahwa faktor lingkungan sekitar spinneret seperti udara dan gas di sekitar spinerret, relative humidity (RH), kondisi vakum, dan lain lain, memengaruhi pada struktur dan morfologi serat yang dihasilkan. Parameter-parameter yang mempengaruhi pemintalan elektrik di atas sudah juga dilakukan pengkajian lewat simulasi, seperti simulasi untuk memprediksi geometri nanoserat hasil pemintalan elektrik telah dibuat dengan menggunakan teknik beda hingga. Didapatkan bahwa ketidakstabilan pembengkokan jet berbeda meskipun kuat medan listrik sama. Karena itu, geometri serat hasil berbeda meskipun kuat medan listrik sama karena perbedaan ketidakstabilan jet [20]. Pengaruh parameter larutan pada pemintalan elektrik seperti kekentalan, tegangan permukaan, dan modulus elastis telah dilakukan simulasinya [21]. Simulasi fabrikasi serat nano dengan metoda pemintalan 4


Khairurrijal, dkk


elektrik telah dibuat dengan menyelesaikan tiga persamaan dinamika jet menggunakan teknik beda hingga (finite difference). Telah diselidiki pengaruh parameter jarak nozzle-kolektor terhadap ketidakstabilan pembengkokan jet dan jejari serat hasil. Didapatkan bahwa jarak nozzle-kolektor tersebut berpengaruh terhadap ketidakstabilan pembengkokan jet [22]. Simulasi pembuatan nanoserat dengan teknik pemintalan elektrik menggunakan kuat arus listrik juga telah berhasil dilakukan [23]. APLIKASI NANOSERAT Beberapa hasil penelitian terkait dengan aplikasi nanoserat sebagai berikut: 1. Pembuatan nanoserat ITO (Indium Tin Oxide) Munir, dkk [5] melaporkan bahwa nanoserat ITO telah berhasil dilakukan dengan diameter serat sebesar 100 nm dan merupakan konduktor yang transparan dengan nilai transmitansi optik sebesar 92%. ITO yang dihasilkan cocok untuk digunakan sebagai sel surya, sensor, dan filter. Iskandar, dkk [6] melaporkan bahwa nanoserat ITO yang dihasilkan dengan teknik pemintalan elektrik telah diaplikasikan untuk dye-sensitized solar cell (DSSC) dengan hasil efisiensi sebesar 3,97%. 2. Pembuatan nanoserat fosfor yttrium aluminum garnet yang didadah cerium (YAG:Ce 3+; Y3−xAl5O12:Cex 3+). Suryamas, dkk [7] telah melaporkan pembuatan nanoserat fosfor yttrium aluminum garnet yang didadah cerium (YAG:Ce3+; Y3−xAl5O12:Cex 3+) dengan teknik pemintalan elektrik yang diikuti pemanasan. Morfologi nanoserat yang dihasilkan homogen dan dengan ukuran diameter sekitar 300 nm. Sifat kristalitas dan intensitas fotoluminisen semakin meningkat seiring dengan kenaikan suhu pemanasan. Ukuran kristalnya berada di antara 20-55 nm. 3. Pembuatan nanoserat fosfor zirkonium oksida yang didadah europium (ZrO2:Eu3+) Suryamas, dkk [8] juga telah melaporkan pembuatan nanoserat fosfor zirkonium oksida yang didadah europium (ZrO2:Eu3+). Diameter nanoserat tersebut adalah sekira 300 nm. 4. Pembuatan nanoserat fosfor BCNO Suryamas, dkk [9] juga telah melaporkan fosfor BCNO yang diperoleh dengan teknik pemintalan elektrik. Fosfor BCNO tersebut telah menghasilkan warna hijau dan kuning di bawah sinar ultraviolet. Nanoserat yang dihasilkan seragam, tidak ada aglomerasi, tahan terhadap panas dan memiliki distribusi atomik yang baik. UCAPAN TERIMA KASIH Kegiatan penelitian ini didukung oleh Direktorat Penelitian & Pengabdian kepada Masyarakat, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, melalui Hibah Penelitian Fundamental tahun 2009-2010 dan Hibah Kompetitif Penelitian Kerjasama Internasional dalam Rangka Publikasi Internasional tahun 2009. DAFTAR PUSTAKA [1] S. Ramakrishna, K. Fujihara, W-E. Teo, T-C. Lim, dan Z. Ma, An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, Singapore: World Scientific, 2005. [2] M. M. Munir, F. Iskandar, Khairurrijal, dan K. Okuyama, Review of Scientific Instruments 79, 093904 (2008). [3] M. M. Munir, A. B. Suryamas, F. Iskandar, dan K. Okuyama, Polymer 50, 4935–4943 (2009). [4] M. M. Munir, F. Iskandar, Khairurrijal, dan K. Okuyama, Review of Scientific Instruments 80, 026106 (2009). [5] M. M. Munir, H. Widiyandari, F. Iskandar dan K. Okuyama, Nanotechnology 19, 375601 (2008). [6] F. Iskandar, A. B. Suryamas, M. Kawabe, M. M. Munir, K. Okuyama, T. Tarao, dan T. Nishitani, Japanese Journal of Applied Physics 49, 010213 (2009). Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

5


Khairurrijal, dkk

[7] A. B. Suryamas, M. M. Munir, F. Iskandar, dan K. Okuyama, Journal of Applied Physics 105, 06431 (2009). [8] A. B. Suryamas, M. M. Munir, T. Ogi, C. J. Hogan, Jr., dan K. Okuyama, Japanese Journal of Applied Physics 49, 115003 (2010). [9] A. B. Suryamas, M. M. Munir, T. Ogi, Khairurrijal dan K. Okuyama, Journal of Materials Chemistry 21, 12629 (2011). [10] S. L. Shenoy, W. D. Bates, H. L. Frisch, dan G. E. Wnek, Polymer 46, 3372 (2005). [11] S. L. Shenoy, W. D. Bates, dan G. E. Wnek, Polymer 46, 8990-9004 (2005). [12] A. Koski, K. Yim, dan S. Shivkumar, Materials Letters 58, 493– 497 (2004). [13] X. H. Zhong, K. S. Kim, D. F. Fang, S. F. Ran, B. S. Hsiao, dan B. Chu, Polymer 43, 4403-4412 (2002). [14] K. H. Lee, H. Y. Kim, Y. M. Ra, dan D. R. Lee, Polymer 44, 1287-1294 (2003). [15] T. Subbiah, G. S. Bhat, R.W. Tock, S. Parameswaran, dan S. S. Ramkumar, Journal of Applied Polymer Science 96, 557–569 (2005). [16] S. Saehana, F. Iskandar, M. Abdullah, dan Khairurrijal, Jurnal Otomasi, Kontrol, dan Instrumentasi 3, 4754 (2011). [17] M. M. Demir, I. Yilgor, E. Yilgor, dan B. Erman, Polymer 43, 3303-3309 (2002). [18] R. Kessick, J. Fenn, dan G. Tepper, Polymer 45, 2981-2984 (2004). [19] B. P. Sautter, “Continuous Polymer Nanofibers Using electrospinning”, Departement of Mechanical Engineering University of Illinois Chicago, 2005. [20] S. Saehana, M. Abdullah, dan Khairurrijal, Jurnal Nanosains & Nanoteknologi Edisi Khusus, 45-49 (2009). [21] S. Saehana, M. Abdullah, dan Khairurrijal, Jurnal Nanosains & Nanoteknologi 3, 15-17 (2010). [22] S. Saehana, M. Abdullah, dan Khairurrijal, Jurnal Nanosains & Nanoteknologi 2, 74-82 (2009). [23] S. Saehana, M. Abdullah, dan Khairurrijal, “Simulation of Fabrication of Nanofibers Using Alternating Current Electrospinning Technique”, 3rd Asian Physics Symposium (APS 2009) (Bandung, 22 - 23 July 2009), pp. 147-150.

6


SENSOR BERBASIS MIKROKANTILEVER: SENSITIVITAS DAN MEKANISME KINERJA Ratno Nuryadi * Pusat Teknologi Material, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), Gedung II BPPT lt. 22, Jl. M.H. Thamrin No. 8 Jakarta 10340 * Email:[email protected]

Abstrak Mikrokantilever selama ini telah ramai diteliti oleh banyak ilmuwan karena mempunyai potensi diaplikasikan sebagai sensor dengan sensitivitas tinggi. Makalah ini memaparkan desain mikrokantilever dan analisanya untuk dapat mendeteksi massa obyek yang menempel pada permukaan mikrokantilever. Tiga bentuk desain mikrokantilever (bentuk I, T dan V) dibandingkan, yang hasilnya bentuk V memiliki sensitivitas sensor tertinggi, diikuti oleh bentuk T dan kemudian bentuk I. Dipaparkan juga rangkaian deteksi pada sensor mikrokantilever piezoresistif yang berbasis jembatan Wheatstone. Hubungan antara massa obyek, perubahan piezoresistansi dan tegangan output dianalisa sehingga dapat dilakukan prediksi hasil terhadap besar massa obyek. Model matematika berbasis sistem pegas-peredam juga dibahas guna menerangkan mekanisme kinerja sensor. Kata kunci: Mikrokantilever, sensor, sensitivitas, mekanisme kinerja, jembatan Wheatstone.

PENDAHULUAN

S

elain sebagai sensor gaya antar atom pada atomic force microscope, mikrokantilever juga potensial untuk aplikasi sensor baik bidang medis, kimia maupun lingkungan karena memiliki sensitivitas tinggi [1-3]. Untuk aplikasi sensor ini, mikrokantilever didesain sangat lentur sehingga akan mudah membungkuk/defleksi (bending) jika terdapat obyek (molekul, partikel atau sejenisnya) yang menempel pada permukaan mikrokantilever. Dengan mekanisme kerja demikian, sensor mikrokantilever dapat mendeteksi obyek biologi yang memiliki massa femtogram [4]. Rekor lain juga dapat mendeteksi sampai order attogram [5], sebuah rekor detektor yang jarang dimiliki oleh sensor tipe lain. Selain masalah sensitivitas, selektivitas merupakan parameter penting pada sensor. Pada sensor mikrokantilever, lapisan fungsional (umumnya antigen-antibodi) perlu ditempelkan di atas permukaan mikrokantilever [6]. Lapisan inilah yang nantinya akan membedakan obyek satu dengan lainnya. Hal ini dikarenakan sifat dari antigen dan antibodi yang akan bereaksi jika hanya bertemu dengan pasangannya. Karena itu proses pelapisan ini menjadi bagian penting dalam riset baik dari sisi teknik pelapisan maupun efeknya bagi sensitivitas. Dari sisi strukturnya, sensor mikrokantilever dapat dibagi menjadi tiga komponen utama [7]. Pertama, detektor yang mendeteksi defleksi mikrokantilever yang disebabkan oleh massa obyek yang menempel pada permukaan mikrokantilever. Kedua, transduser yang mengubah informasi defleksi mikrokantilever menjadi sinyal listrik, dan ketiga adalah sistem read-out yang membaca sinyal listrik dan menampilkannya pada layar. Ada berbagai cara mengubah informasi defleksi mikrokantilever menjadi sinyal listrik, seperti metode optik, metode kapasitor dan metode piezoresistansi. Dari sisi mode operasi, sensor mikrokantilever umumnya memiliki dua jenis mode operasi [8, 9]. Pertama adalah mode statis, di mana sistem sensor akan mendeteksi defleksi ujung mikrokantilever yang timbul karena massa obyek yang menempel pada permukaan mikrokantilever. Kedua adalah mode dinamis. Pada mode dinamis ini, mikrokantilever umumnya digetarkan dengan menggunakan piezoelektrik yang diberi input tegangan sinusoidal. Selanjutnya, sistem sensor akan mendeteksi


7

Sensor Berbasis Mikrokantilever …

Ratno Nuryadi

frekuensi resonansi yang bergeser karena massa obyek yang melekat pada permukaan mikrokantilever. Selama ini, berbagai pendekatan riset baik dari sisi eksperimen, teori maupun simulasi telah dilakukan dalam rangka menggali potensi mikrokantilever sensor. Makalah ini memaparkan desain dan analisa sensor berbasis mikrokantilever yang dilakukan oleh grup riset kami, khususnya sensitivitas sensor, rangkaian deteksi pada mikrokantilever piezoresistif dan mekanisme kinerja.

SENSITIVITAS SENSOR Sensitivitas dari sensor mikrokantilever dipengaruhi oleh sifat mekaniknya sendiri. Sifat dasar mekanik mikrokantilever umumnya ditentukan oleh konstanta pegas dan frekuensi resonansi. Menurut hukum Hooke, konstanta pegas berbanding lurus dengan gaya yang dikenakan pada mikrokantilever dan berbanding terbalik dengan besar defleksi mikrokantilever. Karena itu, apabila mikrokantilever digetarkan dengan menggunakan pembangkit sinyal, frekuensi resonansi dari mikrokantilever tersebut dapat dihitung dengan persamaan berikut [10], (1) di mana k adalah konstanta pegas dan m adalah massa efektif mikrokantilever. Ketika massa obyek Δm menempel pada permukaan mikrokantilever dan menyebabkan perubahan frekuensi resonansi Δf, maka sensitivitas sensor dapat ditentukan dengan rumus berikut, . (2) Besar konstanta pegas k dan massa efektif mikrokantilever m tergantung pada bentuk struktur mikrokantilever. Untuk mikrokantilever berbentuk sederhana segiempat (bentuk I), sebagaimana terlihat pada Gambar 1, konstanta pegas dan massa efektif dapat ditulis sebagai [11], (3) ,

(4)

di mana adalah modulus Young efektif dengan , b adalah lebar mikrokantilever, h adalah tebal mikrokantilever, L adalah panjang mikrokantilever dan fn adalah frekuensi resonansi pada mode n. Konstanta pegas dan massa efektif untuk mikrokantilever berstruktur “T” dan “V” masingmasing dapat dilihat di referensi [12] dan [13].

Gambar 1. Ilustrasi struktur mikrokantilever berbentuk segiempat (bentuk I).

Gambar 2 menunjukkan hasil kalkulasi sensitivitas massa terhadap panjang mikrokantilever untuk tiga jenis mikrokantilever (bentuk I, T dan V) ketika panjang L divariasikan. Dalam perhitungan ini, ketebalan mikrokantilever semua sama yaitu 100 nm. Pada mikrokantilever berstruktur I, lebar b sama dengan L/2. Pada mikrokantilever berstruktur T, b=L/2, w=b/3, L1=3L/4 dan L2=L/4. Pada mikrokantilever berstruktur V, b=L/2 dan w=b/6. Panjang semua mikrokantilever L divariasikan dari 0 sampai dengan 50 µm. Terlihat hasil bahwa mikrokantilever berbentuk V memiliki sensitivitas tertinggi, disusul oleh mikrokantilever berbentuk T dan kemudian mikrokantilever berbentuk I. Hasil analisa kami, mikrokantilever dengan ukuran panjang 10 µm, lebar 5 µm dan ketebalan 100 nm dapat digunakan untuk mendeteksi virus tunggal dengan massa 37 attogram.

8



Mass Sensitivity (g/Hertz)

Ratno Nuryadi

I-shape T-shape

V-shape

Gambar 2. Hasil kalkulasi sensitivitas massa terhadap panjang mikrokantilever L pada 3 jenis mikrokantilever (bentuk I, T dan V). Length (μm)

MIKROKANTILEVER PIEZORESISTIF

Change of Piezoresistance, ΔR (µΩ)

Selama ini mikrokantilever piezoresistif dikenal memiliki kegunaan tinggi karena dapat mengatasi kesulitan pada sistem deteksi defleksi mikrokantilever dengan metode sinar laser. Dalam penggunaan mikrokantilever piezoresistif, perubahan piezoresistansi karena defleksi mikrokantilever dapat terdeteksi dengan mudah melalui rangkaian jembatan Wheatstone [14, 15]. Sensor berbasis mikrokantilever piezoresistif mengukur perubahan piezoresistansi yang terjadi dalam mikrokantilever karena perubahan strain yang diinduksi oleh defleksi mikrokantilever. Perubahan piezoresistansi ΔR sebanding dengan strain yang ditimbulkan pada mikrokantilever, sebagaimana yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini [16], , (5) di mana G adalah faktor gauge piezoresistansi, R adalah resistansi piezoresistor dan s adalah strain. Faktor gage G ditentukan oleh perkalian antara piezoresistansi dan Modulus Young pada arah strain diberikan. Koefisien piezoresistansi dari silicon kristal tunggal sifatnya tidak konstan dan dipengaruhi oleh jenis pengotor (dopan), konsentrasi doping dan temperatur [16]. Jika suatu obyek (partikel) dengan massa Δm gram menempel pada ujung permukaan kantilever, maka gaya yang diberikan sebesar F=NΔmg, di mana N adalah jumlah partikel dan g adalah gaya gravitasi. Dalam hal ini, persamaan (5) dapat disederhanakan menjadi [17], (6) Selanjutnya akan dianalisa perubahan piezoresistansi karena jumlah partikel N yang melekat pada ujung mikrokantilever dengan menggunakan persamaan (6). Pada perhitungan ini digunakan mikrokantilever dengan ukuran 110µm×40µm×1µm, sebagaimana ukuran mikrokantilever komersial yang dibuat oleh Seiko Instrument. Mikrokantilever ini terbuat dari silikon kristal tunggal (resistivitas 7.8 Ωcm, arah <110>). Diasumsikan bahwa nilai piezoresistansi sebelum defleksi adalah 630 Ω dan Δm=1 femtogram. Gambar 3 menunjukkan hasil perhitungan perubahan piezoresistansi ΔR dan stress σ terhadap fungsi N. Terlihat bahwa partikel dengan massa order femtogram menyebabkan nilai ΔR dan strain s masing-masing sebesr μΩ dan beberapa puluh N/m2. Baik ΔR maupun stress σ meningkat seiring bertambahnya N. Hal ini menunjukkan bahwa semakin banyak jumlah partikel akan menghasilkan output sensor yang lebih besar.

Stress, σ (N/m2)

40

Gambar 3. Hasil kalkulasi perubahan piezoresistansi ΔR dan stress σ terhadap fungsi jumlah partikel N yang menempel di atas permukaan mikrokantilever [17].

Number of Particles, N

Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

9


Ratno Nuryadi

JEMBATAN WHEATSTONE Setelah perubahan piezoresistansi diketahui, perlu dilakukan kalkulasi tegangan output dari mikrokantilever. Perubahan piezoresistansi pada mikrokantilever biasanya diukur dengan rangkaian jembatan Wheatstone. Mikrokantilever komersial memiliki dua piezoresistansis yang tertanam dalam mikrokantilever, sebagaimana terlihat pada Gambar 4(a). Satu dirancang untuk mendeteksi defleksi mikrokantilever, sedangkan yang lainnya dirancang sebagai referensi. Rangkaian jembatan Wheatstone dibentuk dengan menggunakan dua Piezoresistor (R1 dan R2) dalam mikrokantilever dan dua resistor eksternal (R3 dan R4), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4(b). Ketika jembatan sepenuhnya seimbang, yang diperoleh pada kondisi R1=R2, dan R3=R4, tegangan yang melintasi jembatan akan menjadi nol (ΔV=0). Namun, perubahan resistansi pada salah satu piezoresistor akan berakibat jembatan tidak seimbang, dan memunculkan perbedaan tegangan ΔV.

(a) a

d

b

V

c

Voltage Difference, ΔV (µV)

(b) Gambar 4. (a) Ilustrasi mikrokantilever piezoresistif dengan dua resistor eksternal dan (b) rangkaian jembatan Wheatstone dibentuk dari dua piezoresistor tertanam dalam mikrokantilever dan dua resistor eksternal.

V =30 V 20 V 10 V

Number of Particles, N

Gambar 5. Hasil perhitungan perbedaan tegangan ΔV dari jembatan Wheatstone terhadap jumlah partikel N untuk tiga tegangan input yang berbeda [17].

Gambar 5 menunjukkan hasil perhitungan perbedaan tegangan ΔV terhadap N untuk tiga tegangan input 10 V, 20 V dan 30 V. Terlihat bahwa tegangan output dalam orde μV ditemukan ketika partikel femtogram melekat pada ujung mikrokantilever. Ketika jumlah partikel N bertambah, maka bertambahlah perbedaan tegangan ΔV. Hal ini juga terlihat ketika tegangan input dinaikkan yang berakibat naiknnya tegangan.

10



Ratno Nuryadi

MEKANISME KINERJA Pada mode operasi dinamis, umumnya mikrokantilever diletakkan di atas piezoelektrik dan kemudian piezoelektrik diberi tegangan berbentuk fungsi sinus. Hasilnya, piezoelektrik akan bergetar dengan frekuensi tertentu, dan demikian juga mikrokantilever di atasnya akan mengikutinya. Pada kondisi demikian, model yang cocok dan mendekati sistem ini adalah kombinasi sistem pegas dan peredam [18], sebagaimana terlihat pada Gambar 6. Pada sistem pegas-peredam ini berlaku persamaan getar di bawah ini. .

(7)

Dalam rangka menyelesaikan persamaan (7) di atas diaplikasikan perhitungan metode Euler, sehingga persamaan (7) dapat ditulis menjadi,

(8)

Dari persamaan (9) ini jika nilai k, c, m dan a1 diketahui maka jawaban akan dapat diperoleh. Simulasi dilakukan dengan memberikan parameter-parameter sebagai berikut: k=40 [N/m], c=4e-7 [Pa], m=46e-12 [gram], a1=1e-6 [m], N=10000, tmin=0 [s], dan tmax=0.0001 [s]. Gambar 7 menunjukkan hasil simulasi dari dua hasil, yaitu grafik dengan garis normal yang merupakan hasil FFT (Fast Furrier Transform) dari kondisi sebelum permukaan mikrokantilever ditempelkan partikel, dan grafik dengan garis putus-putus yang merupakan hasil FFT dari kondisi sesudah permukaan mikrokantilever ditempelkan partikel. Terlihat dengan jelas adanya perbedaan antara kedua grafik. Puncak frekuensi resonansi bergeser ke kiri sebesar kurang lebih 148.45-142.37=6.08 kHz karena penambahan partikel tersebut. Hasil demikian normal dan sesuai dengan teori, di mana resonansi frekuensi akan turun ketika massa m bertambah. Demikian, penggunaan metode Euler ini dapat menyelesaikan persamaan differensial tingkat dua dari sistem pegas-peredam dalam rangka untuk menerangkan fenomena sensing pada mikrokantilever sensor.

Gambar 6. Ilustrasi mikrokantilever dan model pergerakannya dalam sistem pegas-peredam.

Gambar 7. Hasil analisis Fast Furrier Transform (FFT) dari kondisi sebelum (garis normal) dan sesudah (garis putus-putus) partikel menempel pada permukaan mikrokantilever.


11


Ratno Nuryadi

KESIMPULAN Makalah ini telah memaparkan desain dan analisa sensor berbasis mikrokantilever, khususnya sensitivitas sensor, rangkaian deteksi pada mikrokantilever piezoresistif dan mekanisme kinerja. Sensitivitas sensor ditentukan oleh konstanta pegas dan massa efektif mikrokantilever yang secara langsung dipengaruhi oleh bentuk dan dimensi mikrokantilever. Rangkaian deteksi pada mikrokantilever piezoresistif berbasis pada rangkaian jembatan Wheatstone yang meski sederhana tetapi efektif untuk mendeteksi perubahan resistansi yang sangat kecil. Sistem pegas-peredam dapat digunakan sebagai model sederhana dalam rangka menerangkan fenomena sensing pada sensor mikrokantilever. UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih disampaikan kepada Kementrian Riset dan Teknologi atas dana riset insentif 2011 (No. RT-2011-1042) dan 2012 (No. RT-2012-85) yang memberikan support kegiatan ini dan kepada Sdri. Lia Aprilia dan Sdri. Winda Rianti atas diskusi yang dalam pada riset ini.

DAFTAR PUSTAKA 1. R. Raiteri, M. Grattarola, H. Butt and P. Skladal, Sensors and Actuators B 79, 115-126 (2001). 1. N.V. Larvik, M.J. Sepaniak, and P.G. Datskos, Rev. Sci. Instrum. 75, 2229–2250 (2004). 2. R. Bashir, J. Hilt, O. Elibol, A. Gupta, N. A. Peppas, J. Appl. Phys. 81(16), 3091-3093 (2002). 3. S. Hosaka, T. Chiyoma, A. Ikeuchi, H. Okano, H. Sone, and T. Izumi, Current Appl. Phys. 6, 384-388 (2006). 5. B. Hie, H. G. Craighead and S. Krylov, J. Appl. Phys. 95 (7), 3694-3703 (2004). 6. D. Maraldo, R. Mutharasan, Sensors and actuators B 123, 474-479 (2007). 7. Y.C. Lim, A. Z. Kouzani, W. Duan, A. Kaynak, “Effects of Design Parameters on Sensitivity of Microcantilever Biosensors”. The 2010 IEEE/ICME International Conference on Complex Medical Engineering, July 13-15, 2010, Gold Coast, Australia. 8. H.P. Lang, M. Hegner, and C. Gerber, “Nanomechanical cantilever array sensors”, in Springer Handbook of Nanotechnology, 2nd ed, B. Bhushan, ed. Berlin: Springer, 2007, pp. 443-460. 9. F. M. Battiston, J. P. Ramseyer, H. P. Lang, M. K. Baller, Ch. Gerber, J. K. Gimzewski, E. Meyer, H. J. Guntherodt, Sensors and Actuators B: Chemical 77, 122-131 (2001). 10. H. Sone, A. Ikeuchi, T. Izumi, H. Haruki, S. Hosaka, Japanese J. Appl. Phys. 45(3B), 2301-2304 (2006). 11. E. Finot, A. Passian and T. Thundat, Sensors 8, 3497-3541 (2008). 12. M. Narducci, E. Figueras, I. Gràcia, L. Fonseca, J. Santander, and C.Cané, Dans Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS–DTIP, Italy, 2007. 13. J.E. Sader, Rev. Sci. Instrum. 66 (9), 4583-4587 (1995). 14. J. Fritz, M.K. Baller, H.P. Lang, H. Rothuizen, P. Vettiger, E. Meyer, H.J. Guntherodt, C. Gerber, J.K. Gimzewski, Science 288 (5464), 316–318 (2000). 15. M. Tortonese, R.C. Barrett, C.F. Quate, Appl. Phys. Letters 62, 834-836 (1993). 16. Y. Kanda, Sensors and Actuators A: Physical 28, 83-91 (1991). 17. R. Nuryadi, Journal of Fundamental Sciences 7(2), 97-100 (2011). 18. L. Johnson, A.K. Gupta, A. Ghafoor, D. Akin, R. Bashir, R., Sensors and Actuators B : Chemical 115, 189– 197 (2006).

12


PENGGUNAAN TEKNOLOGI INFORMASI DAN KOMUNIKASI DALAM PEMBELAJARAN FISIKA Sardianto Markos Siahaan1,* 1

Program Studi Pendidikan Fisika dan Program Magister Teknologi Pendidikan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Sriwijaya * [email protected]

Abstrak Pembelajaran fisika tidak luput dari pesatnya kemajuan dibidang teknologi informasi dan komunikasi. Berbagai penelitian yang dilakukan terkait dengan pemanfaatan teknologi informasi ini menunjukkan meningkatnya hasil pembelajaran yang signifikan. Penggunaan teknologi informasi dan komunikasi ini akan optimal dalam pembelajaran fisika, apabila guru dapat meningkatkan kemampuan profesionalnya sebagai pengguna produk teknologi ini. Dalam pembelajaran fisika, guru dapat memadukan penggunaan laboratorium nyata dengan laboratorium maya (virtual) sehingga hasil belajar siswa menjadi maksimal. Kata kunci: teknologi informasi dan komunikasi, pembelajaran fisika

PENDAHULUAN

P

endidikan di Indonesia telah mengalami perkembangan dalam tiga era atau zaman. Era yang pertama dikenal dengan era pertanian, era yang kedua dikenal dengan era teknologi industri dan era yang ketiga yakni abad 21 dikenal dengan era teknologi informasi dan komunikasi. Posisi pendidikan Indonesia saat ini berada pada transisi dari era teknologi industri ke era teknologi informasi dan komunikasi (TIK) atau juga dikenal dengan era e-learning. (Siahaan, 2012) Perkembangan teknologi informasi dan komunikasi (TIK) telah menyebabkan terjadinya proses perubahan dalam segala aspek kehidupan, termasuk dunia pendidikan. Kehadiran TIK dalam dunia pendidikan bukan saja sebagai mata pelajaran tetapi lebih dari itu telah melebur dalam semua mata pelajaran yakni dengan memanfaatkan TIK dalam kegiatan proses belajar mengajar. TIK sekarang ini memungkinkan terjadinya proses komunikasi yang bersifat global dari dan ke seluruh penjuru dunia sehingga batas wilayah suatu negara negara sekalipun menjadi tiada dan memungkinkan pelaksanaan pembelajaran jarak jauh yang disebut distance learning. Melalui pemanfaatan TIK, siapa saja dapat memperoleh layanan pendidikan dari institusi pendidikan mana saja. di mana saja, dan kapan saja dikehendaki. Secara khusus, pemanfaatan TIK dalam pembelajaran dipercaya dapat meningkatkan kualitas pembelajaran, meningkatkan keterampilan siswa dalam memperluas akses terhadap sumber-sumber belajar, menjawab tuntutan “ICT literate” (melek teknologi informasi dan komunikasi), mengurangi biaya pendidikan, dan meningkatkan rasio biaya manfaat dalam pendidikan. Pembelajaran fisika merupakan salah satu subsistem yang tidak luput dari arus perubahan yang disebabkan oleh kehadiran TIK yang sangat intrusif: Dengan segala atributnya, TIK menjadi hal yang tidak dapat dihindarkan lagi dalam sistem pembelajaran di kelas. Beragam kemungkinan ditawarkan oleh TIK untuk meningkatkan kualitas pembelajaran fisika di kelas. Di antaranya ialah (1) peningkatan dan pengembangan kemampuan profesional guru, (2) sebagai sumber belajar dalam pembelajaran, (3) sebagai alat bantu interaksi pembelajaran. dan (4 ) sebagai wadah pembelajaran, termasuk juga perubahan paradigma pembelajaran yang diakibatkan oleh pemanfatan TIK dalam pembelajaran.


13

Penggunaan Teknologi Informasi …

Sardianto

Bagaimana dampak TIK terhadap pembelajaran fisika, terutama hasil belajar fisika? Bagaimana mengoptimalkan pemanfaatan TIK dalam pembelajaran? Apa saja contoh pemanfaatan TIK dalam pembelajaran fisika? Semua itu akan dibahas dalam makalah ini. Teknologi Informasi dan komunikasi dalam pembelajaran fisika Penggunaan teknologi informasi dan komunikasi menjadi sebuah cara yang efektif dan efisien dalam menyampaikan informasi. Teknologi informasi dan komunikasi memiliki potensi besar untuk meningkatkan kualitas pembelajaran, khususnya dalam menampilkan fenomena fisika. Banyak hal abstrak atau imajinatif yang sulit dipikirkan siswa, dapat dipresentasikan melalui simulasi komputer. Latihan dan percobaan-percobaan virtual dapat dilakukan siswa dengan menggunakan programprogram sederhana untuk penanaman dan penguatan konsep fisika dalam memecahkan masalah sehari-hari. Dalam pembelajaran ilmu fisika, sebagian besar memerlukan media peraga atau alat penunjang untuk memudahkan pemahaman materi tersebut terutama untuk materi yang berhubungan dengan fenomena-fenomena alam. Di satu sisi, eksperimen merupakan salah satu metode yang biasa digunakan untuk memudahkan pemahaman, tetapi dalam kenyataannya metode ini terdapat beberapa kendala diantaranya keterbatasan waktu yang tersedia, peralatan yang kurang memadai serta kurang responnya siswa terhadap apa yang sedang dihadapi. Oleh karena itu, diperlukan pemanfaatan TIK sebagai media pembelajaran dalam bentuk media virtual atau multimedia interaktif. Dimana dengan media virtual ini siswa bisa melakukan eksperimen untuk membuktikan suatu teori dengan mudah, jelas, dan tepat. Penggunaan multimedia merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk meggambarkan fenomena-fenomena fisika secara jelas atau secara visual sehingga mudah untuk diamati dan dipahami. Berbagai keterbatasan dan kesulitan dalam pembelajaran dapat diatasi dengan menggunakan multimedia. Sebagai contoh, masih banyak sekolah yang tidak memiliki osiloskop. Kalaupun ada, seringkali guru tidak menggunakannya dengan alasan takut rusak atau karena tidak ada pembangkit arus AC frekuensi rendah. Keterbatasan ini dapat di atasi dengan menggunakan multimedia Pesona Fisika. Pada penggunaan multimedia Pesona Fisika, juga dapat dilakukan praktikum secara virtual. Pada masa yang akan datang, arus informasi akan makin meningkat melalui jaringan internet yang bersifat global di seluruh dunia dan menuntut siapapun untuk beradaptasi dengan kecenderungan itu kalau tidak mau ketinggalan jaman. Dengan kondisi demikian maka proses pembelajaran fisika tidak dapat terlepas dari keberadaan komputer dan internet sebagai alat bantu utama. PERUBAHAN PARADIGMA TENTANG PEMBELAJARAN Menurut Abdullah (2009) Ada 3 hal yang harus diwujudkan untuk dapat memanfaatkan TIK dalam memperbaiki mutu pembelajaran, yaitu (1) siswa dan guru harus memiliki akses kepada teknologi digital dan internet dalam kelas, sekolah, dan lembaga pendidikan guru, (2) harus tersedia materi yang berkualitas, bermakna, dan dukungan kultural bagi siswa dan guru, dan (3) guru harus memiliki pengetahuan dan ketrampilan dalam menggunakan alat-alat dan sumber-sumber digital untuk membantu siswa agar mencaqpai standar akademik. Sejalan dengan pesatnya perkembangan TIK, maka telah terjadi pergeseran paradigma tentang pembelajaran baik di kelas maupun di luar kelas. Dalam pandangan tradisional di masa lalu (dan masih ada pada masa sekarang), proses pembelajaran dipandang sebagai: (1) sesuatu yang sulit dan berat, (2) upaya mengisi kekurangan siswa, (3) satu proses transfer dan penerimaan informasi, (4) proses individual atau soliter, (5) kegiatan yang dilakukan dengan menjabarkan materi pelajaran kepada satuan-satuan kecil dan terisolasi, (6) suatu proses linear. Pesatnya kemajuan dalam TIK telah mengakibatkan perubahan pandangan terhadap pembelajaran, yaitu pembelajaran sebagai: (1) proses alami, (2) proses sosial, (3) proses aktif dan pasif, (4) proses linear dan atau tidak linear, (5) proses yang berlangsung integratif dan kontekstual, (6) aktivitas yang berbasis pada model kekuatan, kecakapan, minat, dan kulktur siswa, (7) aktivitas yang dinilai berdasarkan pemenuhan tugas, perolehan hasil, dan pemecahan masalah nyata baik individual maupun kelompok. 14


Sardianto


Hal tersebut telah mengubah peran guru dan siswa dalam pembelajaran. Peran guru telah berubah dari: (1) sebagai penyampai pengetahuan, sumber utama informasi, ahli materi, dan sumber segala jawaban, menjadi sebagai fasilitator pembelajaran, pelatih, kolaborator, navigator pengetahuan, dan mitra belajar; (2) mengendalikan dan mengarahkan semua aspek pembelajaran, menjadi lebih banyak memberikan alternatif dan tanggung jawab kepada setiap siswa dalam proses pembelajaran. Sementara itu peran siswa dalam pembelajaran telah mengalami perubahan dari: (1) penerima informasi yang pasif menjadi partisipan aktif dalam proses pembelajaran, (2) mengungkapkan kembali pengetahuan menjadi menghasilkan dan berbagai pengetahuan, (3) pembelajaran sebagai aktiivitas individual (soliter) menjadi pembelajaran berkolaboratif dengan siswa lain. OPTIMALISASI PENGGUNAAN TEKNOLOGI INFORMASI DAN KOMUNIKASI DALAM PEMBELAJARAN FISIKA Suka atau tidak suka, kehadiran TIK khususnya dalam pembelajaran fisika pada saat ini sudah tidak mungkin dihindarkan lagi. Oleh karena itu, diperlukan kesiapan untuk menerima TIK, dan kemampuan untuk memanfaatkannya seoptimal mungkin. Optimalisasi pemanfaatan TIK dalam pembelajaran, memerlukan: 1. Visi Pembelajaran – yang menjelaskan bagaimana pembelajaran seharusnya: karakteristik, proses dan paradigmanya – di masa mendatang. TIK membawa perubahan dalam berbagai aspek pembelajaran, termasuk paradigma pernbelajarannya. Apakah pembelajaran tetap berfokus pada materi dan tenaga pengajar ataukah pembelajaran yang diinginkan adalah yang berfokus pada siswa atau kompetensi? Apakah pembelajaran akan memiliki sifat fleksibel, dari sisi peserta pembelajaran serta akses? Apakah pembelajaran dipersepsikan memerlukan TIK? Dalam hal ini, perlu ada kejelasan isi pembelajaran yang memanfaatkan TIK, sehingga TIK dapat dimanfaatkan dengan optimal. 2. Realokasi sumber daya – hal ini sangat penting karena dari waktu ke waktu penerimaan setiap lembaga pendidikan relatif tidak meningkat. Untuk memanfaatkan TIK, yang memiliki initial cost yang sangat timggi, diperlukan keberanian pimpinan Lembaga pendidikan untuk merealokasikan sumber daya sesuai dengan prioritas yang ditentukan. Alokasi sumberdaya ini dapat dibuat secara bertahap dan sistematis. 3. Strategi implementasi – Sesuai dengan alokasi sumberdaya yang dibuat bertahap, maka strategi implementasi pun perlu dilakukan secara bertahap dan sistematik. Pentahapan ini menjamin bahwa langkah yang dilakukan tidak terlalu besar sehingga dapat memutarbalikkan tradisi pembelajaran yang sekarang sudah berjalan dan banyak orang sudah merasa nyaman dengan hal itu. Pentahapan juga dapat memberikan gambaran tentang keuntungan dari pemanfaatan TIK. Contoh keberhasilan pemanfaatan TIK yang kemudian dapat dimanfaatkan kepada kasus-kasus lainnya, serta nilai tambah yang dapat diperoleh melalui pemanfaatan TIK adalah keterampilan tenaga pengajar dan keterampilan siswa dalam menggunakan berbagai software. 4. Infrastruktur – sarana dan prasarana menjadi sangat penting dalam upaya pemanfaatan TIK dalam pembelajaran. Pemanfaatan TIK sangat bergantung pada kehadiran perangkat keras pendukung, perangkat lunak, jaringan, serta sumberdaya manusia yang dapat mendukung. Jika salah satu tidak tersedia, maka pemanfaatan TIK tidak akan optimal. 5. Akses siswa kepada TIK – walaupun pemanfaatan sudah dirancang dengan sistematis dan cermat, jika siswa tidak atau belum memiliki akses terhadap TIK, maka pemanfaatan TIK akan menjadi beban semata. Jika memungkinkan, institusi pendidikan dapat menyediakan TIK yang dapat diakses oleh siswa atau institusi pendidikan dapat menjamin bahwa siswa dapat mengakses TIK misalnya melalui penyediaan sejumlah unit komputer dan hotspot area (wifi) di lingkungan sekolah atau kampus. 6. Kesiapan tenaga pengajar – pembelajaran merupakan proses untuk knowledge production, knowledge transmission, dan knowledge application. Sementara itu, TIK adalah alat yang dapat mempermudah dan mempercepat terjadinya proses tersebut. Oleh karena itu, guru perlu memiliki sikap dan pengetahuan yang jelas tentang TIK. TIK bukan hanya sebagai mata pelajaran, tetapi TIK juga melebur dalam setiap mata pelajaran. Peyiapan calon guru maupun yang sudah guru dimulai dari tahap penyadaran, sampai tahap adopsi dan pemanfaatan, melalui berbagai cara, Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

15


Sardianto

seperli: pelatihan, learning by doing, dan melanjutkan kuliah ke jenjang yang lebih tinggi. Penyiaan guru meliputi computer dan intenet literacy, pengetahuan teknis dan operasional komputer dan internet, keterarnpilan merancang pembelajaran berhasis TIK keterampilan memproduksi media pembelajaran berbasis TIK, serta keterampilan mengintegrasikan TIK dalam sistem pembelajaran secara umum. Institusi pendidikan perlu melakukan penataan dalam rangka memberikan penghargaan bagi tenaga pengajar yang telah mulai berpartisipasi dalarn pemanfaatan TIK, sebagai salah satu bentuk motivasi eksternal. 7. Kendali mutu dan penjaminan mutu – Inisiasi pembelajaran berbasis TIK perlu disikapi sebagai proyek pengembangan kualitas pembelajaran. Dalam hal ini, perencanaan secara konseptual maupun operasional merupakan syarat yang tidak dapat ditawar. Pemantauan inisiasi selama dilaksanakan juga merupakan mekanisme pengendalian mutu yang tidak dapat dihindarkan, kemudian evaluasi keberhasilan (cost-efftctiveness dan cost efficiency) menjadi mata rantai akhir untuk menentukan sejauhmana pembelajaran berbasis TIK dapat memberikan hasil yang optimal. Perlu diyakinkan bahwa pembelajaran berbasis TIK akan memberikan hasil sesuai dengan tujuan pembelajaran yang telah ditetapkan, bukannya berkurang atau menyimpang. 8. Kolaborasi dan konsorsiurn – pembelajaran berbasis TIK tidak mungkin berdiri sendiri. Kolaborasi dan pengembangan jejaring keahlian merupakan landasan dasar dari keberhasilan pembelajaran berbasis TIK. Artinya, dituntut kerjasama dari berbagai pihak dalam beragam peran untuk dapat mengembangkan pembelajaran berbasis TIK, melaksanakannya, serta mengevaluasi serta merevisi untuk kemudian meningkatkan kualitasnya. Kedelapan strategi tersebut memerlukan perencanaan dan juga sumberdaya yang tidak sedikit. Apakah kita mampu dan mau melakukan semua itu? Menurut Machiavelli dalam bukunya The Prince: “There is nothing more difficult to plan, more doubful of success, nor more dangerous to manage than the creation of a new order of things”. Jika memang kita perlu berubah, maka kita dapat melakukannya. MEMADUKAN LABORATORIUM NYATA DAN MAYA DALAM PEMBELAJARAN FISIKA Saat ini berbagai laboratorium virtual tersedia secara off line maupun online. Beberapa fenomena fisika dapat diamati di laboratorium dengan bantuan alat yang ada, tetapi juga dapat diamati lewat bantuan multimedia interaktif. Misalnya fenomena interferensi, difraksi dan polarisasi gelombang. Interferensi Gelombang Interferensi merupakan gejala superposisi gelombang. Interferensi ada yang bersifat konstruktif dan ada yang bersifat destruktif. Pola interferensi ini dapat diamati di dalam laboratorium nyata, midalnya dengan menggunakan percobaan tangki riak (ripple tank). Interferensi konstruktif terjadi jika kedua gelombang mempunyai fasa yang sama, sedangkan interferensi destruktif terjadi jika kedua gelombang memiliki fasa yang berbeda sebesar π. Untuk menghasilkan dua gelombang yang sefasa (koheren), digunakan satu sumber gelombang yang dilewatkan pada dua celah sempit. Kedua celah (S1 dan S2) masing-masing bertindak sebagai sumber yang koheren. Pola interferensi konstruktif – destruktif yang bergantian dapat diamati pada layar, misalnya pada alat tangki riak.

Gambar 1. Interferensi konstruktif dua gelombang harmonik 16


Sardianto


Gambar 2. Interferensi destruktif dua gelombang harmonik

Gambar 3. Pola interferensi sebagai akibat dari superposisi dua gelombang

Gambar 4. Interferensi celah ganda (Percobaan Young) Berikut ini interferensi gelombang hasil pengamatan dengan menggunakan virtual physics laboratory (Software yang digunakan adalah sofware Pesona Fisika).

Gambar 5. Interferensi gelombang air.


17


Sardianto

Gambar 6. Pola interferensi gelombang air unstuk jarak dua jelah yang berbeda

Difraksi Gelombang Difraksi adalah peristiwa pembelokan gelombang saat melewati suatu objek (misalnya berupa rintangan ataupun celah). Berdasarkan prinsip Huygen, gelombang yang melewati celah dapat dipandang sebagai terdiiri dari banyak sumber.

Gambar 7. Gelombang tidak terdifaksi dan terdifraksi Berikut ini difraksi gelombang hasil pengamatan dengan menggunakan virtual physics laboratory (Software yang digunakan adalah sofware Pesona Fisika).

Gambar 8. Penghalang sebagai penyebab difraksi gelombang air

Gambar 8. Gelombang mengalami difraksi ketika melewati celah.

18


Sardianto


PEMBELAJARAN FISIKA MENGGUNAKAN MULTIMEDIA INTERAKTIF Dari uraian tersebut tidak dapat dipungkiri bahwa pesatnya kemajuan dibidang teknologi memberikan pengaruh di bidang pendidikan. Dunia pendidikan dituntut untuk beradaptasi dengan kemajuan teknologi dan informasi. Pemanfaatan kemajuan teknologi mampu tersebut dapat meningkatkan efisiensi dan efektivitas proses belajar mengajar. Memudahkan siswa mengerti konsep dan fenomena fisika, sebaliknya juga memudahkan guru dalam mengajarakan fisika bagi siswanya. Dengan kata lain kemajuan teknologi dapat dimanfaatkan sebagai media pembelajaran yang menarik untuk meningkatkan kualitas pembelajaran fisika. Multimedia interaktif (MMI) merupakan model pembelajaran yang menarik berbasis teknologi. Model pembelajaran multimedia interaktif (MMI) diartikan sebagai suatu model pembelajaran yang dapat digunakan untuk menyalurkan pesan (message), merangsang pikiran, perasaan, perhatian dan kemauan siswa sehingga dapat mendorong proses belajar. Lee, Nicoll, dan Brooks (2004) dalam penelitiannya tentang ”Perbandingan Pembelajaran Berbasis Web secara Inkuiri dan Contoh Kerja dengan Menggunakan Physlets”, menemukan bahwa siswa merasa tertolong dengan penggunaan model pembelajaran (multimedia interaktif) MMI jenis Physlets, dalam hal memvisualisasikan konsep-konsep yang bersifat abstrak menjadi lebih konkret. Model pembelajaran MMI jelas sesuai dengan tujuan pembelajaran fisika di kelas yaitu menanamkan konsep fisika baik yang bersifat abstrak maupun konkret. Hendrawan dan Yudhoatmojo (2001) dalam penelitiannya tentang ”Efektivitas dari Lingkungan Pembelajaran Maya Berbasis Web (Jaringan)”, juga mengatakan bahwa lingkungan pembelajaran yang bermedia teknologi (model pembelajaran MMI) dapat meningkatkan nilai para siswa (konsep), sikap mereka terhadap belajar, dan evaluasi dari pengalaman belajar mereka. Eni Nuraeni (2006) dari penelitian yang dilakukannya menyimpulkan multimedia yang digunakan untuk media pembelajaran dapat meningkatkan penguasaan konsep mahasiswa dengan taraf kepercayaan 95%. Penggunaan multimedia interaktif pada pembelajaran fisika akan sangat membantu siswa dalam memahami konsep-konsep yang bersifat abstrak. Model pembelajaran hipermedia pada materi induksi magnetik dapat meningkatkan penguasaan konsep fisika dan dapat meningkatkan keterampilan generik sains guru serta memberikan tanggapan yang baik terhadap model pembelajaran hipermedia materi pokok induksi magnetik (Setiawan dkk, 2007). Model pembelajaran berbasis multimedia berpengaruh terhadap peningkatan hasil belajar fisika dengan rata-rata gain kelas eksperimen lebih unggul sebesar 4,73 terhadap rata-rata gain kelas kontrol sebesar 3,19. Perbedaan tersebut signifikan pada taraf nyata 0,05 dengan probabilitas 0,00 dengan t hitung sebesar 4,064 yang lebih besar dibandingkan dengan t tabel sebesar 2,060 (Wiendartun, 2007). Penggunaan Teknologi dalam pembelajaran fisika (Physics Education Technology/PhET) lebih produktif dibandingkan dengan metode tradisional seperti ceramah dan demonstrasi (Finkelstein, 2006). Wiyono (2009) telah melakukan penelitian yang hasilnya menyatakan bahwa konsep-konsep relativitas khusus yang bersifat abstrak dapat dipahami oleh mahasiswa dengan bantuan model pembelajaran berbasis multimedia interaktif.

REFERENSI 1. Abdullah, D. (2009) Potensi Teknologi Informasi dan komunikasi dalam Peningkatan Mutu Pembelajaran di Kelas. [Online] Tersedia: http:// elearning.unimal.ac.id/upload/materi/peningkatan-tik-guru.pdf. Diakses pada tanggal 17Juni 2012. 2. Chaeruman, Uwes Anis., “Urgensi Gerakan Melek ICT di Sekolah“, http:// www.wijayalabs.wordpress.com 3. Finkelstein, Noah et al. (2006). HighTech Tools for Teaching Physics: The Physics Education Technology Project. MERLOT Journal of Online Learning and Teaching.Vol. 2, No. 3, September 2006. 4. Hendrawan, C. Dan Yudhoatmojo, S. B. (2001, April). Web-Based Virtual Learning Environment: A Research Framework and A Preliminary Assessment in Basic IT Skills Training. MIS Quarterly [CD-ROM], 401-426. Tersedia: GNU Free Document License [25 September 2007] 5. Lee, Nicoll, dan Brooks (2004). A Comparison of Inquiry and Worked Example Web-Based Instruction using Physlet. Journal of Science and Technology, Vol 13, No.1, p. 81-88.


19


Sardianto

6. Nuraeni, E .(2006). Pengembangan Media Pembelajaran Genetika Mikroba Berbantuan Komputer Untuk Meningkatkan Penguasaan Konsep, Kemampuan Inkuiri Dan Sikap Mahasiswa. Tesis pada PPS UPI Bandung: tidak diterbitkan. 7. Rosenberg, M. J. (2001). E-Learning: Strategies for delivering knowledge in the digital age. New York, NY: McGraw Hill. 8. Setiawan, A. (2007). Dasar-dasar Multimedia Interaktif (MMI). Bandung: SPs UPI Bandung. 9. Siahaan, S. M. (2011). Pembelajaran Materi Lensa Berbasis Multimedia Interaktif Pesona Fisika. Palembang: Seminar Nasional Pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya. 10. Wiendartun. (2007). The effect of Multimedia Teaching and Learning on the Achievement of Physics Learning. Bandung: Proseding Seminar Internasional ke-I. Prodi IPA Program Pascasarjana UPI. 11. Wiyono, K. dan Taufiq (2009). Using Computer Simulation To Improve Concept Comprehension Of Physics Teacher Candidates Students In Special Relativity. Bandung: Proceeding of the Third Seminar on Science Education.

20


APLIKASI METODE COMMON REFLECTION SURFACE (CRS) STACK PADA DATA SEISMIK REAL 2D Dian Kumala Sari1, Azhar K. Affandi2, Erni2 1

Mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA UNSRI Inderalaya 2 Dosen Jurusan Fisika FMIPA UNSRI Inderalaya * Email: [email protected]

Abstrak Common reflection surface (CRS) stack merupakan metode baru yang proses stackingnya tidak membutuhkan model kecepatan seperti halnya metode konvensional, melainkan bergantung kepada tiga atribut gelombang yang menjelaskan respon refleksi kinematik medium. Tujuan dari metode CRS yaitu mendapatkan penampang stack dan melakukan analisis komparatif pada penampang tersebut. Proses pemilihan hasil stacking yang optimal pada metode CRS dilakukan analisa secara kualitatif. berdasarkan analisis tersebut tampak bahwa penampang stack hasil proses CRS memiliki ketajaman dan kemenerusan reflektor yang lebih baik serta terdapat artefak yang lebih sedikit daripada penampang stack hasil proses konvensional. Dan dari hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa metode CRS mampu menghasilkan penampang dengan ketajaman dan kemenerusan refleketor yang tinggi dari pada metode konvensional. Hal ini karene metode CRS dalam proses stackingnya menggunakan banyak data dari pada metode konvensional Kata kunci: seismik, CRS, stack, reflektor

PENDAHULUAN

D

alam hal memenuhi kebutuhan hidrokarbon untuk keperluan sehari-hari, pembangkit listrik dan berbagai keperluan industri, produsen minyak dan gas bumi di seluruh dunia dituntut untuk dapat meningkatkan produksinya. Dalam eksplorasi hidrokarbon, gambaran atau pemetaan struktur lapisan batuan bawah permukaan sangatlah penting untuk memudahkan dalam hal interpretasi. Untuk menghasilkan pemetaan struktur lapisan batuan yang benar, metode seismik eksplorasi masih merupakan metode geofisika yang sangat popular, hal ini karena ketepatan dan resolusi tinggi dalam memodelkan stuktur litologi bawah permukaan. Secara garis besar metode seismik terbagi dua yaitu seismik refraksi dan seismik refleksi. Namun metode yang banyak digunakan dalam bidang eksplorasi hidrokarbon adalah metode seismik refleksi. Tujuan utama dalam seismik refleksi adalah menghasilkan citra bawah permukaan yang semirip mungkin dengan keadaan geologi sebenarnya. Oleh karena itu, setiap tahapan prosesing data seismik memiliki peranan yang sangat penting. Stacking telah lama di gunakan dalam pengolahan data seismik. Meskipun trend umum saat ini, pengolahan data mulai bergeser kearah metode pre-stack ( time maupun depth) imaging, stacking masih merupakan tahapan yang penting dalam pengolahan data seismik, karena penampang stack merupakan intrepertasi awal dari imagingbawah permukaan.Beberapa metode baru dikembangkan untuk memperbaiki metode stacking yang sudah dipakai selama ini, salah satunya adalah metoda stacking common reflection surface (CRS). Metoda ini merupakan pengembang an dari metoda konvensional (CMP) stack yang diperkenalkan oleh Mayne . Pada CMP stack, trace seismik dijumlahkan berdasarkan titik midpoint yang sama, dengan asumsi bahwa trace dengan titik midpoint yang sama akan memiliki titik refleksi yang sama, hal ini berlaku untuk kasus medium homogen isotropi dengan reflektor yang planar (horizontal). Pada planar dipping reflektor, data pada CMP gather yang sama, memiliki titik refleksi yang berbeda. Hal ini dikenal dengan refleksi point smear. Untuk mengatasi hal ini, maka dilakukanlah koreksi DMO (dip moveout correction).


21

Aplikasi Metoda CRS …

Dian Kumala Sari, dkk

Hal ini mengakibatkan CMP gather hanya terdiri dari satu titik refleksi. Ketika reflektor semakin lengkung atau mediumnya tidak homogen, koreksi ini tidak bisa lagi ditentukan secara pasti dan harus dilakukan suatu pendekatan metode baru yang akan menghasilkan parameter tambahan yang dapat menunjukkan karakter dari reflektor itu sendiri. Parameter ini berkaitan dengan sifat-sifat reflektor, seperti lokasi, arah dan kelengkungan. Terkait dengan parameter tersebut, maka dilakukanlah beberapa pengembangan dalam proses stacking, salah satunya adalah metode common reflection surface (CRS) stack.. CRS stack pertama kali dipresentasikan pada konvensi EAGE tahun 1998 oleh (Mann,J., and Schleicher,J., Hertweck,T.,2007). Metode CRS didasarkan pada konsep penjalaran gelombang hipotetikal N dan NIP yang diperkenalkan oleh (Hubral, P., 1983). Gelombang NIP adalah gelombang yang dihasilkan dengan menempatkan source berupa titik di reflektor. Gelombang N adalah gelombang didapatkan dengan menempatkan suatu source berupa luasan pada reflektor. Dalam prakteknya CRS memiliki tiga parameter seismik yaitu emergence angle (α), jari-jari dari gelombang normal incident point (RNIP), dan jari-jari dari gelombang normal (RN). Ketiga parameter ini memiliki informasi tentang lokasi, orientasi dan bentuk dari reflektor. Pada metode CRS, model kecepatan seperti pada koreksi NMO tidak dibutuhkan, yang dibutuhkan hanyalah kecepatan permukaan (near surface velocity) dan prinsip stacking pada metode CRS tidak hanya melibatkan trace yang berasal dari CMP yang sama saja, tetapi juga melibatkan trace dari CMP yang berdekatan. METODE PENELITIAN Pada penelitian ini dilakukan dua metode untuk mendapatkan stacking , yaitu metode konvensional dan metode CRS, seperti pada diagram berikut ini. Data multicoverage

Proses stacking Konvensional Automatic CMP stack CMP stack ZO search

Proses stacking CRS

q Hitung

&

Inisial CRS stack Optimasi CRS stack

Gambar 1. Diagram alur pemrosesan data

Data masukan yang digunakan pada penelitian ini berupa data seismik 2D land. Data tersebut kemudian disorting berdasarkan kesamaan letak Common Midpoint (CMP), dan masingmasing CMP dibuat gather. CMP gather ini kemudian disebut sebagai data muticovered. Informasi data seismik yang digunakan seperti pada tabel 3.1 Perangkat yang digunakan pada pengolahan data berupa perangkat keras (hardware) yang meliputi komputer dengan sistem operasi LINUX. Perangkat lunak crsstack_supergather dari Wave Invertion Phenomena (WIT) Consortium dan format perintah Seismik Un*x (SU) digunakan pada proses stacking CRS

22



Dian Kumala Sari, dkk Tabel 3.1 Informasi Header data Seismik yang digunakan Parameter Nilai CDP 4600-5200 CDP interval 12,5 m Jumlah sample 1750 Interval time sampling 4 ms

Stacking CRS Pada analisis ini ditampilkan penampang pada kisaran CDP 4600 m hingga 5200 m dan kisaran waktu 0 s hingga 2.8s. a. Hasil Automatic CMP stack

(a) (b) Gambar 2. (a) Penampang q. (b) Penampang CMP stack

Penampang q merupakan output pertama dari tahap automatic CMP stack. penampang q yang optimum didapat dengan melakukan analisis koherensi. Penampang q yang mempunyai nilai koherensi tertinggi maka akan disimpan sebagai q inisial yang nantinya akan digunakan untuk menghitung nilai RNIP pada tahap ZO search. Pada penampang q nilai yang diperoleh berkisar antara (0.0015) hingga (0.02). Penampang CMP stack merupkan output kedua dari tahap automatic CMP stack. Parameter yang berpengaruh terhadap tampilan penmapang CMP stack ini yaitu traveltimeat which minoffsetap applies (minofftime), offset aperture for traveltime (minoffsetap), traveltime at which maxoffsetap applies (maxofftime), dan offset aperture for traveltime (maxoffsetap). Nilai input dari keempat parameter ini dilihat dari tampilan gather. Penampang yang optimum ( mempunyai kemenerusan reflektor yang paling baik) dari CMP stack ini akan digunakan sebagai input pada tahap ZO search. b. Hasil ZO search Penampang inisial emergence angle merupakan output pertama dari tahap ZO search. Pada penampang inisial emergence angle nilai yang diperoleh berkisar antara( -28,780 ) hingga (28,240). Penampang inisial RN merupakan output kedua dari tahap ZO search. Pada penamapang inisial RN nilai yang diperoleh berkisar antara (-1,9x104 m) hingga (1,6x104 m). Penampang inisial emergence angle penampang inisial RN ini nantinya akan digunakan sebagai input pada tahap inisial CRS stack untuk mendapatkan penampang inisial stack.


23



(a) (b) Gambar 3 (a) Penampang inisial emergence angle (b) Penampang inisial

c. Hasil Inisial CRS stack

(a) (b) Gambar 4. (a) Penampang inisial RNIP (b) Penampang inisial stack

Penampang inisial RNIP merupakan output pertama pada tahap inisial CRS stack. Pada penampang inisial RNIP nilai yang diperoleh berkisar antara (66,14m) hingga (3744 m). dan penampang inisial stack merupakan output kedua pada tahap inisial CRS stack. pada penampang inisial stack ini terlihat bahwa ketajaman dan kemenerusan reflektor belum begitu optimal, sehingga perlu dilakukan optimasi . d. Hasil optimasi CRS stack Penampang emergence angle teroptimasi merupakan output pertama dari tahap optimasi CRS stack. Pada penampang emergence angle teroptimasi nilai yang diperoleh lebih kecil dari pada nilai yang diperoleh penampang inisial emergence angle, nilainya yaitu berkisar antara (-28,90) hingga (27,990). Penampang RNIP teroptimasi merupakan output kedua dari tahap optimasi CRS stack. Pada Penampang RNIP teroptimasi nilai yang diperoleh juga lebih kecil dari pada nilai diperoleh pada Penampang inisial RNIP , nilainya yaitu berkisar antara (65,75 m) hingga (3725 m). Penampang RN teroptimasi merupakan output ketiga dari tahap optimasi CRS stack. Pada Penampang RN teroptimasi nilai yang diperoleh lebih besar dari pada Penampang inisial RN, nilainya yaitu berkisar antara (-1,1 x 104 m) hingga (2,3 x 104 m). Dan penampang stack teroptimasi merupakan output terkahir yang didapat dari tahap optimasi CRS stack. Pada penampang stack teroptimasi terlihat bahwa ketajaman dan kemenerusan reflektor lebih kontinu dari pada penampang inisial stack.

24




(a)

(b)

(c) (d) Gambar 5. (a) Penampang emergence angle teroptimasi (b) Penampang RNIP teroptimasi (b) Penampang RN teroptimasi (d) Penampang stack teroptimasi

Hasil penampang emergence angle, dan penampang RN yang dihasilkan pada proses di atas sangat bergantung pada satu parameter, parameter tersebut adalah parameter aperture. Hal ini disebabkan karena pada metode CRS, proses stacking tidak hanya melibatkan trace yang berasal dari CMP yang sama saja, tetapi juga melibatkan trace dari CMP yang berdekatan. Sehingga perlu ditentukan seberapa banyak CMP yang berdekatan yang dapat digunakan untuk melakukan stacking. Selain itu operator stacking CRS juga harus dibatasi, agar noise yang ada pada data juga tidak ikut terjumlah. Untuk menentukan seberapa banyak CMP berdekatan yang digunakan, dan batasan operator stacking CRS, maka perlu dilakukan pemilihan aperture yang tepat Perbandingan Penampang Stack Metode Konvensional (CMP) dengan Metode Common Reflection Surface (CRS) 47

46

@2012 Universitas Sriwijaya

Aplikasi Metode Common Reflection Surface (CRS) Stack pada Data Seismik Real 2D Land

@2012 Universitas Sriwijaya

Aplikasi Metode Common Reflection Surface (CRS) Stack pada Data Seismik Real 2D Land

(a) (b) Gambar 6 (a) penampang stack metode konvensional (CMP) (b) penampang stack metode common reflection surface (CRS)


25



Dari gambar penampang stack teroptimasi yang dihasilkan tampak bahwa hasilpenampang stack dengan menggunakan metode common reflection surface (CRS) menunjukkan ketajaman dan kemenerusan reflektor yang lebih baik seperti yang ditandai dengan tanda panah, serta hanya mengandung artefak yang lebih sedikit dibanding dengan penampang stack menggunakan metode konvensional (CMP) yang mempunyai ketajaman dan kemenerusan reflektor yang kurang baik serta lebih banyak mengandung artefak. Hal ini disebabkan karena metode common reflection surface (CRS) menggunakan lebih banyak data dibandingkan dengan metode konvensional (CMP). Metode common reflection surface (CRS tidak hanya menggunakan data yang berada pada CMP yang sama saja, tetapi juga memanfaatkan data yang berada disekitar CMP tersebut.

KESIMPULAN 1. Metode CRS stack mampu menghasilkan penampang ZO dengan kemenerusan reflektor yang tinggi. 2. Metode CRS stack memiliki citra penampang yang lebih baik (dalam hal ketajaman reflektor) dari pada penampang stack yang menggunakan metode konvensional .

DAFTAR PUSTAKA Hubral, P., Schleicher, J., dan Tygel, M., e, 1992, Three Dimensional Paraxila ray Properties. Part 1: Basic Relation. Journal of Seismik Exploration 1, 265 279. Jager, R., 1999, The Common Reflection Surface : Theory and Application, Master Thesis, Geophysical Institute, University of Karlsruhe. Koglin, Igno, 2001, Picking and Smoothing of Seismic Events and CRS attributes, Application for Inversion, Geophysical Institute, University of Karlsruhe. Mann et.al., 2001, Common Reflection Surface Stack, Workshop on Velocity Model Independent imaging for Complex Media, 71st Annual Internet. Mtg., Society of Exploratoin Geophysicist.

26


DESAIN KONSEPTUAL REAKTOR CEPAT BERPENDINGIN GAS BERUKURAN KECIL, BERUMUR PANJANG DAN BERBAHAN BAKAR URANIUM ALAM Menik Ariani*1,2, Zaki Su’ud1, Abdul Waris1, Khairurrijal1, Fiber Monado1,2 1

Jurusan Fisika, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha 10, Bandung 40134 2 Jurusan Fisika, Universitas Sriwijaya Kampus Indralaya, Ogan Ilir, Sumatera Selatan * E-mail: [email protected]

Abstrak Penelitian ini menyajikan desain konseptual dari Reaktor Cepat Berpendingin Gas yang berukuran kecil dan berumur panjang. Reaktor ini memiliki kelebihan yaitu hanya memerlukan Uranium Alam dalam siklus bahan bakarnya, tanpa perlu proses pengayaan sehingga berpengaruh pada nilai ekonomis. Tahap awal desain adalah menentukan bentuk geometri teras, nilai fraksi volume dan fraksi massa bahan bakar, struktur cladding dan pendingin untuk menghitung parameter reaktivitas, burn-up, distribusi daya serta perubahan densitas nuklida U238 dan Pu239. Perhitungan dilakukan menggunakan kode program SRAC-CITATION. Kode SRAC dengan data nuklida JENDL-3.2 menghasilkan nilai makroskopik cross section untuk delapan grup energi. Penyelesaian numerik persamaan difusi multigrup untuk geometri teras 2-D R-Z dilakukan dengan kode CITATION. Hasil studi menunjukkan bahwa dengan skema Modified CANDLE , total daya termal keluaran adalah 500 MWth. Reaktor dapat beroperasi selama 100 tahun, dengan satu siklus bahan bakar 10 tahun. Investigasi lebih lanjut dilakukan dengan membandingkan dua buah desain reaktor berukuran sama namun menggunakan Uranium alam dengan fraksi bahan bakar yang berbeda yaitu 55% dengan 60%. Kata kunci: reaktor, uranium, modified candle, burn-up

PENDAHULUAN

I

ndonesia memiliki keterbatasan sumber energi listrik dari bahan bakar fosil seperti minyak bumi, gas dan batubara. Ketidakstabilan harga membawa konsekuensi ketidakpastian suplai dan harga energi yang dampaknya sangat luas mulai dari kehidupan industri, transportasi dan kebutuhan pokok. Di sisi lain problem pemanasan global juga mengancam kehidupan manusia dengan ancaman perubahan iklim dan polusi lingkungan. Ketersediaan energi beserta harganya yang kompetitif menjadi persyaratan untuk bertahan dan dan berkembangnya industri di Indonesia. Energi nuklir memiliki keunggulan dari kepadatan energinya serta biaya operasinya yang relatif murah dibandingkan dengan sistem-sistem energi lainnya terutama energi fosil. Teknologi reaktor nuklir kini sudah semakin maju, bahkan reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) dengan konsep CANDLE selain akan membuat harga listrik menjadi sangat murah juga memiliki tingkat keselamatan sangat tinggi. Reaktor CANDLE (Constant Axial shape of Neutron flux, nuclide densities and power shape During Life of Energy producing reactor) adalah sebuah konsep reaktor nuklir dimana proses pembakaran bahan bakar dapat dianalogikan dengan terbakarnya lilin [3]. Daerah pembakaran bergerak sepanjang sumbu reaktor dengan kecepatan sebanding dengan keluaran energi. Distribusi rapat atom, fluks neutron, dan rapat daya dalam daerah pembakaran tersebut tidak berubah dalam proses penjalaran tersebut. Reaktor ini tidak memerlukan proses pengayaan Uranium yang memakan modal sangat besar, tetapi langsung dipasok oleh Uranium alam. Reaktor ini juga mampu membakar limbah nuklir untuk menambah pasokan energinya. Selama ini limbah radioaktif menjadi sesuatu yang dikhawatirkan oleh dunia karena selain membahayakan lingkungan juga bisa menjadi bahan baku senjata nuklir.


27

Desain Konseptual Reaktor Cepat …

Menik Ariani, dkk

Gas-cooled Fast Reactor (GFR) adalah reaktor cepat Generasi IV yang sedang dalam tahap pengembangan dan baru akan dikomersialkan setelah tahun 2030. Fitur GFR berupa pendingin helium spektrum cepat dan perputaran bahan bakar tertutup. Temperatur outlet yang tinggi dari pendingin helium memungkinkan untuk menghasilkan listrik, hidrogen atau proses panas lain dengan efisiensi tinggi. Reaktor cepat berpendingin Helium pada penelitian ini menerapkan strategi CANDLE yang telah dimodifikasi yaitu Modified CANDLE burn-up sehingga hanya memerlukan bahan bakar Uranium alam dan limbah nuklir (Plutonium) [4].

TEORI Prinsip kerja reaktor nuklir mirip dengan pembangkit listrik konvensional. Perbedaan utamanya terletak pada sumber energi dan jenis bahan bakar. Sumber energi pada pembangkit listrik konvensional berasal dari proses pembakaran secara kimia bahan bakar fossil, sedangkan sumber energi reaktor nuklir berasal dari reaksi fisi nuklir pada material-material fisil. Reaksi fisi nuklir termasuk reaksi eksoterm yang menghasilkan energi, contohnya yaitu [1]: 1 235 140 94 2 01n 200MeV 0n 92 U 54 Xe 38 Sr Deskripsi fisis keadaan neutron (populasi, distribusi, energi, kerapatan dan fluks neutron) pada teras reaktor dinyatakan oleh persamaan transport. Penyederhanaan melalui aproksimasi difusi menghasilkan persamaan difusi multigrup [1]: 1 vg

g

(r , t )

.Dg (r )

t

G

(r ) sg ' g

g'

(r , t )

g' 1

Dengan cross section total:

(r , t )

g

tg

(r )

g

(r , t )

(r )

g'

G

g

vg '

keff

fg '

(r , t )

(1)

g' 1

( r )

( r )

ag

sg

( r )

tg

Selama masa pengoperasian reaktor, komposisi bahan bakar akan senantiasa berubah karena isotop-isotop fisil akan terkonsumsi (berkurang) dan dihasilkan produk fisi. Persamaan burn-up yang menyatakan hal ini yaitu: dN A C A (2) N N N N A A Ag g A B B g g C dt g g

Suku

A

N A adalah bagian yang hilang karena peluruhan radioaktif, sedangkan

A Ag g

NA

adalah

g

bagian yang hilang karena tangkapan neutron, B N B merupakan nuklida tambahan nuklida A akibat peluruhan B menjadi A dan adalah perubahan C menjadi A melalui tangkapan neutron. N C g g

C

g

Fluks neutron dan penampang lintang dari hasil perhitungan difusi multigrup digunakan untuk analisis burn-up, selanjutnya perubahan komposisi nuklida hasil dari persamaan burn-up harus dimasukkan kembali ke dalam persamaan difusi.

DESAIN DAN PERHITUNGAN Desain reaktor diterapkan untuk dua buah teras reaktor berdimensi sama namun menggunakan bahan bakar dengan fraksi berbeda yaitu 55% dan 60%. Parameter desain teras reaktor disajikan pada tabel 1. Analisis neutronik dilakukan melalui perhitungan dan penyelesaian persamaan difusi 2-D multigrup (8 grup) pada geometri R-Z, yang terkopel dengan persamaan burn-up. Perhitungan burnup meliputi 85 nuklida termasuk Uranium, Plutonium, Americium, Curium dan seterusnya. Group constant diperoleh dari kode SRAC dengan library JENDL-3.2 [2]. Diagram alir perhitungan disajikan pada gbr. 1. Parameter survey yang digunakan untuk analisa hasil desain meliputi: keffective selama 1 siklus, k-infinite, level burn-up, distribusi daya arah aksial serta distribusi nuclide density U238 &Pu239 selama proses burn-up 100 tahun. 28



Menik Ariani, dkk

TABEL 1. Paremeter desain reaktor Parameter Power Material bahan bakar Material cladding Material pendingin Fraksi (fuel:cladding:coolant) Diameter pitch Tinggi teras aktif Diameter teras aktif Umur reaktor Siklus bahan bakar

Nilai / deskripsi 500 MWth Nat. U/Pu (Nitride) Stainless steel Helium 55/60% :10% : 30/35% 1.4 cm 300 cm 260 cm 100 tahun 10 tahun

Gambar 1. Diagram alir perhitungan

Pembagian komposisi bahan bakar pada teras diatur dengan strategi Modified CANDLE (gambar 2). Teras dibagi menjadi 10 bagian dengan volume sama. Pada kondisi awal, Region-1 berisi Uranium alam (fresh). Setelah 1 siklus (10 th burn-up) maka bahan bakar dari Region-1 ini dipindahkan ke Region-2, sedangkan bahan bakar di Region-2 dipindahkan ke Region-3, dan seterusnya berlaku: bahan bakar di Region-i dipindahkan ke Region (i+1). Region terakhir yaitu Region-10 dikeluarkan dari teras.

Gbr. 2. Skema Modified CANDLE burn-up Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

29


Menik Ariani, dkk

HASIL Hasil analisa neutronik untuk reaktor cepat berpendingin Helium yang menerapkan strategi CANDLE yang dimodifikasi disajikan sebagai berikut. Setiap grafik menampilkan hasil perbandingan antara reaktor yang menggunakan fraksi bahan bakar 55% dengan fraksi 60%.

Gbr 3. Nilai faktor multiplikasi efektif

Gambar 3 menunjukkan perubahan nilai faktor multiplikasi efektif sepanjang 1 siklus bahan bakar. Terlihat bahwa reaktor dengan fraksi bahan bakar 55% dan fraksi 60% keduanya dapat beroperasi selama 10 tahun tanpa pengisian ulang bahan bakar karena nilai k-eff selalu di atas 1.0. Nilai k-eff > 1 disebut dengan keadaan superkritis, dimana populasi neutron terus bertambah. Selanjutnya tiap 10 tahun pengisian ulang bahan bakar dilakukan sampai umur reaktor mencapai 100 tahun.

Gambar 4. Nilai faktor multiplikasi tak hingga (infinite)

Gambar 4 menunjukkan perubahan nilai faktor multiplikasi infinite (tak hingga) sepanjang umur reaktor. Disini terjadi perubahan bahan bakar dari Uranium alam yang belum bisa secara efektif menghasilkan daya besar, menuju bahan bakar utama yang mengandung cukup Plutonium sehingga dapat menghasilkan daya yang cukup besar.

Gbr 5. Nilai level burn-up sepanjang usia reaktor

Gambar 5 menunjukkan perubahan level burn-up sepanjang operasi reaktor . Fraksi bahan bakar 55% terlihat bergerak lebih cepat dibandingkan dengan fraksi 60%. hal ini berkaitan dengan jumlah/bobot Uranium yang diperlukan untuk menghasilkan daya. Hasil ini berhubungan dengan

30



Menik Ariani, dkk

perubahan nilai faktor multiplikasi infinite pada gambar 4. Perbandingan jumlah bahan bakar yang diperlukan sepanjang umur reaktor ditunjukkan pada tabel 2.

TABEL 2. Jumlah burn-up bahan bakar

Fraksi bahan bakar Average burn-up (MWd/ton) bahan bakar 100 th (ton) Bahan bakar 1 tahun (ton)

55%

60%

1.2x105 1.52 x102

1.0x105 1.79x102

1.52

1.79

Dari hasil ini terlihat bahwa penggunaan bahan bakar dengan fraksi 55% lebih ekonomis untuk operasi reaktor berdaya 500 MWth.

Gbr 6. kerapatan atom Pu-239 sepanjang burn-up

Gbr 7. kerapatan atom U-238 sepanjang burn-up

Gambar 6 menunjukkan proses akumulasi Plutonium-239 di bahan bakar sepanjang sejarah burn-upnya dalam reaktor yaitu 100 tahun. Hal ini terkorelasi dengan gambar 7 yaitu proses pengurangan Uranium-238 yang menghasilkan Plutonium-239


31


Menik Ariani, dkk

Gbr 8. distribusi daya aksial selama 1 siklus bahan bakar

Pada gambar 8 ditunjukkan bahwa ada sedikit pergeseran kerapatan daya (dalam arah aksial) ke arah bahan bakar yang lebih sedikit level burn-upnya dalam 1 siklus (10 tahun) pengisian bahan bakar.

KESIMPULAN Konsep CANDLE yang dimodifikasi dapat diterapkan pada reaktor cepat berpendingin Helium berdaya termal kecil (500 MWth), yang berumur panjang (100 tahun) dengan siklus pengisian bahan bakar tiap 10 tahun. Reaktor jenis ini memiliki kelebihan yaitu lebih ekonomis karena hanya memerlukan Uranium alam tanpa proses enrichment (pengayaan) dalam siklus bahan bakarnya.

DAFTAR PUSTAKA 1. Duderstadt, J.J., Hamilton, L.J, Nuclear Reactor Analysis, John Wiley & Sons, Inc, 1976 1. Okumura, K. Kaneko and K. Tsuchihashi, SRAC95; General Purpose Neutronics Code System, JAERIData/Code 96-015, Japan Atomic Energy Research Institute, Japan, 1996 2. Sekimoto, H & Yan,M.Y., Design Research of Small Long Life CANDLE Fast Reactor, Annals of Nuclear Energy 35, 2007) p. 18-36 3. Su’ud, Z., Sekimoto, H., Design Study of Long-life Pb-Bi Cooled Fast Reactor with Natural Uranium as Fuel Cycle Input using Modified CANDLE Burn-up Scheme, IJNEST Vol 5, No.4, 2010, p.347-358

32


DESAIN KONSEP REAKTOR PLTN JENIS GFR 333 MWT BERBASIS BAHAN BAKAR URANIUM ALAM

Fiber Monado1,*, Zaki Su’ud2, Abdul Waris2, Khairul Basar2,, Menik Ariani1 1

Mahasiswa S3 Prodi Fisika ITB, Dosen Fisika Unsri 2 Dosen Prodi Fisika ITB * Email: [email protected]

Abstrak Telah dikerjakan perhitungan neutronik pada disain konsep reaktor PLTN jenis GFR 333 MWt berbasis bahan bakar uranium alam. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan PIJ dan CITATION pada kode SRAC. Basis bahan bakar yang digunakan adalah Uranium Alam, dengan pendingin Helium, dan SS316 sebagai cladding serta reflektornya B4C. Teras yang digunakan berupa silinder RZ dengan jejari radial 100 cm dan tinggi aksial 270 cm serta tebal reflektor 100 cm. Dari hasil perhitungan diperoleh faktor multiplikasi effektif k-eff = 1.001 pada tahun kedua burnup dan terus meningkat hingga 1.012 pada burnup tahun kesepuluh, jadi reaktor tetap dalam keadaan kritis selama sepuluh tahun tanpa pengisian ulang bahan bakar. Kata kunci: GFR, uranium alam.

PENDAHULUAN

D

alam ringkasan eksekutif Indonesia Energy Outlook 2009(IEO, KESDM 2009) ada tiga skenario pengembangan energi yang meliputi: 1. Skenario dasar yaitu skenario prakiraan energi yang merupakan kelanjutan perkembangan historis., 2. Skenario Iklim 1 yaitu skenario prakiraan energi dengan intervensi kebijakan konservasi energi dan pengembangan energi terbarukan yang mempertimbangkan pengurangan emisi gas-gas rumah kaca (GRK)., 3. Skenario Iklim 2 yaitu skenario prakiraan energi yang mempertimbangkan kebijakan mitigasi perubahan iklim sesuai komitmen pemerintah untuk menurunkan emisi GRK. Implementasi skenario iklim 2 berupa upayaupaya konservasi energi dan pengembangan energi terbarukan dengan penggunaan teknologi dan energi yang rendah emisi, antara lain berupa teknologi batubara bersih (clean coal technology) dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Indonesia akan membangun Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir(PLTN) yang diharapkan mulai beroperasi tahun 2016. Rencana ini sesuai dengan amanat UU Nomor 17 tahun 2007 Tentang Rencana Pembangunan Jangka Panjang Nasional (RPJN), yang salah satu paragrafnya menyebutkan bahwa pada 2016 Indonesia harus sudah mengoperasikan PLTN. Perkembangan terakhir menunjukkan bahwa pada 2030 Indonesia mentargetkan sekitar 31 GWe berasal dari sumber energi baru dan terbarukan. Jumlah daya listrik sebesar itu akan sulit dipenuhi oleh sumber energi terbarukan seperti energi surya, panas bumi, biofuel, angin, dan lain-lain tanpa melibatkan energi nuklir. Makalah ini akan menguraikan hasil penelitian berupa disain konsep rancangan reaktor Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) jenis reaktor cepat berpendingin gas (Gas-Cooled Fast Reactor, GFR) sangat kecil yang berbasis bahan bakar uranium alam.


33

Desain Konsep Reaktor PLTN…

Fiber Monado, dkk

STUDI PUSTAKA Reaktor daya nuklir dirancang untuk menghasilkan panas yang kemudian digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Reaktor nuklir menghasilkan banyak energi termal melalui reaksi fisi berantai. Reaksi fisi ini tidak melepaskan CO2, selain itu juga menggunakan lebih sedikit bahan bakar bila dibandingkan dengan reaksi pembakaran bahan bakar fosil konvensional. Sebuah reaktor nuklir dapat memproduksi sekaligus mengontrol proses pelepasan energi yang dihasilkan dari reaksi fisi berantai yang berlangsung didalam teras reaktor. Pada reaktor daya, energi panas yang dilepaskan selama reaksi fisi ini digunakan untuk menghasilkan uap. Uap ini kemudian dipergunakan untuk menggerakkan turbin generator sebagai pembangkit energi listrik. Sampai sekarang reaktor daya nuklir yang beroperasi sudah memasuki generasi III+ (tahun 2000 – sekarang), yang dimulai dari generasi I ditahun limapuluhan ( 1950 – 1970), Generasi II(1970 – 2030), dan generari IV baru akan mulai dioperasikan secara komesial pada tahun 2030. Reaktor cepat berpendingin gas (Gas Cooled Fast Reactor, GFR) merupakan salah satu kandidat reaktor daya nuklir generasi IV yang diproyeksikan akan digunakan mulai tahun 2030[GIF, 2009]. GFR mengkombinasikan kehandalan dari sistem spektrum cepat dan sistem temperatur tinggi. Spektrum cepat mampu menggunakan sumber uranium yang lebih berkelanjutan dan meminimalkan limbah melalui pembakaran dan siklus berulang bahan bakar. Temperatur tinggi menghasilkan efisiensi siklus-termal-tinggi dan penggunaan untuk industri dari panas yang dihasilkan, misalnya untuk memproduksi hidrogen.

METODOLOGI PENELITIAN Parameter-parameter pokok disain reaktor yang digunakan disajikan dalam Tabel 1. Tabel 1. Parameter pokok disain reaktor yang digunakan Parameter

Spesifikasi

Daya Reaktor Temperatur Coolant inlet/outlet Core structure temperature (normal) Average power density Bahan Bakar Bahan Pendingin/ Cladding/Reflektor Frasksi Volum, Fuel/Coolant/Cladding Periode Refueling Geometri Teras Jejari radial/Tinggi aksial Lebar Reflektor Karakteristik Teras

333 MWt 490oC/850oC 500-1200oC 50-100 MWt/m3 Uranium Alam-Nitrid Helium/SS316/B4C 65/25/10% 10 Tahun Cylinder R-Z 100cm/270cm 100cm Small-long life core

Pada penelitian ini digunakan software SRAC versi 2002(JAERI, 2002) untuk mengerjakan perhitungan neutronik. Blok diagram kode SRAC yang dipakai ditunjukkan pada Gambar 1.

34



Fiber Monado, dkk Public

MULAI Perhitungan Sel (burnup) Homogenisasi & collapsing

Libraries

JENDL3.2/3.3 ENDF/B-VII JEFF dll

User Libraries

Perhitungan Teras Reaktor

MICREF Macrowrk Macro FLUX

Hasil

Perhitungan SELESAI

Gambar 1. Diagram blok kode SRAC

HASIL YANG DIPEROLEH Pada bagian ini diuraikan hasil dan pembahasan dari disain konsep reaktor yang telah dibuat dengan berbagai parameter survei yang diberikan. Gambar 2 adalah grafik perubahan faktor multiplikasi efektif(k-eff), dengan variasi fraksi volume bahan bakar. Survei dilakukan mulai fraksi bahan bakar 60% hingga 67.5%. Kekritisan reaktor yang optimum diambil pada fraksi bahan bakar(fuel) 65%, bahan pembungkus(cladding) 10% dan bahan pendingin(coolant) 25%, hal ini didukung dengan hasil perhitungan yang mendapatkan nilai k-eff sekitar satu.

Gambar. 2

Gambar. 3

Gambar 2. Faktor multiplikasi efektif untuk variasi fraksi volume bahan bakar. Gambar 3. Faktor multiplikasi efektif untuk fraksi bahan bakar 65%, pendingin 25% dan cladding 10%

Bila ditelaah lebih mendalam lagi(lihat Gambar 3) faktor multiplikasi effektif untuk satu siklus periode burnup, diperoleh k-eff = 1.001 pada tahun kedua burnup dan terus meningkat hingga 1.012 pada burnup tahun kesepuluh. Sehingga dapat dikatakan bahwa reaktor masih dapat beroperasi selama sepuluh tahun tanpa pengisian ulang bahan bakar.


35


Fiber Monado, dkk

Perubahan faktor multiplikasi infinitif k-inf selama periode burnup diperlihatkan pada Gambar 4. Dari sini nampak bahwa setelah periode burnup tahun keempat puluh diperoleh faktor multiplikasi infinitif yang bernilai lebih dari satu. Nilai k-inf ini tetap bertahan demikian hingga tahun keseratus periode burnup, sehingga dapat dinyatakan bahwa reaktor yang didisain dapat terjadi reaksi fisi berantai hingga akhir masa operasi.

Gambar. 4 Gambar. 5 Gambar 4. Perubahan faktor multiplikasi infinitif selama periode burnup Gambar 5. Histori perubahan level burnup Histori perubahan level burnup ditunjukkan pada Gambar 5. Dari grafik tersebut nampak bahwa level burnup berubah secara perlahan mulai dari awal operasi sampai tahun keempat puluh periode burnup. Tetapi setelah itu meningkat secara signifikan hingga tahun keseratus periode burnup. Hal ini seiring dengan akumulasi peningkatan plutonium, Pu239.

Gambar. 6

Gambar 7. Gambar 6. Perubahan densitas atomik U238 Gambar 7. Perubahan densitas atomik Pu239

Gambar 6 dan 7 adalah grafik perubahan densitas atomik U238 dan Pu239 selama periode burnup. Bahan fertil U238 berkurang densitasnya seiring dengan berlangsungnya proses burnup. Sedangkan Pu239 yang belum ada diawal oprasi reaktor, bertambah secara signifikan hingga ditahun ke enam puluh dua periode burnup dan menurun kembali setelah itu hingga diakhir periode burnup.

36



Fiber Monado, dkk

PENUTUP Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa telah berhasil dibuat disain konsep reaktor PLTN jenis reaktor cepat berpendingin gas helium berdaya 333 MWt berbasis bahan bakar uranium alam berumur panjang tanpa pengisin ulang bahan bakar selama sepuluh tahun dengan periode burnup seratus tahun. Dalam satu siklus untuk fraksi volume bahan bakar 65%, diperoleh faktor multiplikasi effektif k-eff = 1.001 pada tahun kedua burnup dan terus meningkat hingga 1.012 pada burnup tahun kesepuluh. DAFTAR PUSTAKA

1. GIF. (2008): Introduction to Generation IV Nuclear Energy Systems and the International Forum 2. GIF. (2009): GIF R&D Outlook for Generation IV Nuclear Energy Systems. 3. IAEA (2010): International Statusand Prospects of Nuclear Power. GOV/INF/2010/12-GC(54)/INF/5. http://www.iaea.org

4. Su’ud Z(2008): Safety performance comparation of MOX, nitride, and metallic fuel base 25-100 Mwe Pb-Bi cooled long life fast reactors without on-site refuelling. Progress in Nuclear Energy, Vol. 50. p 157-162

5. ___, (2009): Indonesia Energy Outlook 2009. Pusat Data dan Informasi dan Sumber Daya Mineral, Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral.

6. Wei TYC & Weaver KD (2004): Initial Requirements for Gas-Cooled Fast Reactor (GFR) System Design, Performance, and Safety Analysis Models. Gen IV Nuclear Energy System, INEEL/EXT-0402242 (rev 0)

7. Dumaz P, et al(2007): Gas-cooled fast reactors – Status of CEA premiminary design studies. Nuclear Engineering and Design Vol.237 p. 1618–1627.

8. Malo JY, et al(2006): Gas-cooled fast reactors – DHR system, premilinary design and thermalhidraulic studies. Nuclear Engineering and Technology Vol.38 No.

9. Okumura, K(2002): SRAC: The Comprehensive Neutronics Calculation Code System, JAERI, Japan 10. Feriska, HI(2011): Studi Desain Reaktor Cepat Berpendingin Gas dengan Bahan Bakar Uranium Alam Menggunakan Strategi Shuffling Arah Radial. Program Studi Fisika ITB


37

ESTIMASI DEBIT ALIRAN PERMUKAAN DAS MUSI (SUMATRA SELATAN) BERBASIS SATELIT Sinta Berliana Sipayung 1) Nani Cholianawati 2) 1, 2)

Peneliti Pusat Sains dan Teknologi Atmosfer, Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional LAPAN) Jl. DR. Junjunan 133, Bandung 40173 Email : [email protected]; [email protected]

Abstrak Penelitian ini mengkaji aplikasi model HBV (Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning) untuk mengestimasi debit aliran permukaan berbasis satelit, sebagai salah satu dampak dari perubahan iklim terhadap sumber daya air di derah aliran sungai (DAS) Musi Sumatra Selatan. Input data digunakan adalah curah hujan bulanan rata-rata satelit TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission, 3B43 dengan resolusi 27,5 km), Evapotranspirasi potensial rata-rata dari MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer level-3 MOD-16 resolusi 1 km) tahun 2001 hingga 2010. Dengan menggunakan konsep model HBV diperoleh output data yakni Evapotranspirasi aktual, soil moisture, groundwater recharge, dengan kapasitas lapang maksimum akan mengisi storage upper zone dan storage lower zone hingga ke perkolasi maksimum. Hasil menunjukkan bahwa curah hujan bulanan berpengaruh secara signifikan terhadap debit aliran permukaan. Untuk mendapatkan nilai debit permukaan yang optimal dilakukan kalibrasi sesuai dengan parameter yang berlaku untuk DAS dan diperoleh debit estimasi (Q) aliran. Dari kondisi iklim DAS Musi yang diwakili sub das Lematang adanya tren kenaikan dan hubungan antara curah hujan dan debit aliran terlihat jelas adanya kesamaan pola dengan koefisien korelasi 0.62. Dari hasil dapat dianalisa bahwa debit aliran permukaan model HBV dengan debit aliran permukaan insitu di sub das masing-masing mempunyai regulasi yang sama. Penggunaan model HBV masih perlu ditindaklanjuti mengingat masih banyak DAS lain yang memiliki keragaman pola curah hujan dan debit yang berbeda-beda Kata kunci: DAS musi, iklim, satelit

PENDAHULUAN erubahan iklim selama ini telah menjadi issu dunia yang diindikasikan dengan kenaikan suhu global (IPCC, 2007)[1] yang dapat berpengaruh terhadap hidrologi khususnya daerah aliran sungai (DAS) dengan ketersediaan air, dapat merubah pola tanam dan kenyamanan terhadap lingkungan sekitarnya seperti terjadinya bencana banjir dan longsor (Hay dkk,1993)[2]. Bila ditinjau dari curah hujan di daratan Indonesia mestinya secara keseluruhan mempunyai air yang cukup melimpah. Apabila dilakukan pengelolaan DAS jaringan air, dan penggunaan air maka isu dampak perubahan iklim terhapap sumber daya air dapat diatasi. Pada kesempatan ini pemanfaatan model HBV atau the Swedish Meteorological and Hydrological Institute, adalah model hidrologi yang telah berhasil di diterapkan di berbagai negara di seluruh dunia (Bergstrom, 1976[3], 1992) [4]. Sebelumnya model ini dikembangkan di daerah cekungan Scandinavian catchments, telah terbukti berhasil dengan baik seperti daerah tropis dan subtropis (Bathia et al, 1984[5], Haggstrom et al 1990)[6]. Model HBV berasal dari Integrated Hydrological Modeling System (IHMS) telah dikembangkan sejak tahun 1970 (Bergström,1997)[7] kemudian versi terbaru disebut HBV-96. Model ini telah diterapkan lebih dari 40 negara di seluruh dunia dengan kondisi iklim yang berbeda-beda, proses hidrologi di suatu daerah tangkapan air yang menghubungkan antara curah hujan, suhu, potensial penguapan hingga runoff dan verifikasi parameter DAS hingga peramalan banjir (Bergström, 1976[3], 1992)[4] dan (Lindström et al., 1997)[8]. Untuk mengetahui dampak dari pada perubahan iklim terhadap ketersediaan air, berbagai

P

38


Estimasi Debit Aliran …

Sinta B & Nani C

metode telah dikembangkan khususnya hubungan antara curah hujan dengan runoff hingga estimasinya. Pada kesempatan ini model HBV (Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning/ Bergstrom, 1976[3], 1992[4]), digunakan untuk mengetahui estimasi debit di DAS Musi (Sumatra Selatan). Hal yang sama telah diaplikasikan di DAS Citarum Hulu (Jawa Barat) bahwa estimasi debit aliran model HBV memiliki pola yang mendekati serupa/mirip dengan data debit aliran observasi dengan nilai koeffisien korelasi sebesar 0.8 (Berliana dkk, 2010)[8]. Pada umumnya model ini menggambarkan perhitungan hidrometeorologi yaitu hubungan antara curah hujan dan debit dengan menggunakan persamaan matematik, dan memodifikasi model HBV yang sudah dikembangkan. Begitu pula untuk daerah aliran sungai Musi (Sumatra Selatan) berbasis Satelit dengan parameter curah hujan, evapotranspirasi, kelembaban dan limpasan permukaan. Curah hujan yang jatuh diatas derah aliran sungai memberikan kontribusi sebagai infiltrasi, sebagian aliran permukaan dan sebagian menjadi storage. Ketika kadar air tanah mendekati kapasitas lapang, mengurangi infiltrasi dan kontribusi curah hujan akan meningkatkan limpasan. Ketika kadar air tanah melebihi kapasitas lapang, akan mengisi aliran bawah tanah, sehingga debit aliran diperoleh merupakan penjumlahan aliran permukaan dan aliran bawah tanah. METODE DAN DATA Untuk memeberikan informasi data diolah dengan analisis statistik, dan untuk mengetahui hubungan antara parameter iklim dan debit aliran dilakukan pengolahan data dengan mengikuti konsep-konsep model HBV yang diturunkan dari persamaan statistik melalui keseimbangan air dalam DAS dengan proses perhitungan neraca air DAS seperti formula dibawah ini. a)

GAMBAR 1. Alur kegiatan penelitian dari satelit

Gambar 1, menunjukkan alur kegiatan data curah hujan (mm) dari satelit TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission, 3B43) dengan resolusi 0.25 derajat (27.5 km) dan Evapotranspirasi potensial rata-rata yang diturunkan dengan metode Thornthwaite dari pemanfaatan suhu udara sebagai indeks ketersediaan energi panas diperoleh dari satelit MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer level-3 MOD-16 resolusi 1 km) tahun 2001 hingga 2010. HASIL Secara umum bahwa karakteristik curah hujan di DAS Musi berdasarkan tren curah hujan dari satelit TRMM bulanan dan evapotranspirasi dari MODIS menunjukkan adanya tren kenaikan dari tahun 2001 hingga 2010 seperti yang tercantum pada gambar 2, begitu pula dengan lokasi kajian terdapat pada gambar 3.


39


Sinta B & Nani C

GAMBAR 2. Variasi curah hujan & evapotranspirasi th. 2001- 2010

GAMBAR 3. Lokasi kajian

Pada gambar 4 adalah hubungan antara curah hujan dan debit aliran (Q) lokasi pengukuran debit di muara Enim dan Mambang yaitu di sub das Musi, bahwa pola aliran permukaan menunjukkan kesesuaian dengan pola distribusi curah hujan dengan koefisien korelasi 0.83.

GAMBAR 4. Variasi curah hujan dan debit aliran 1990 – 1991

GAMBAR 5. Variasi curah hujan dan debit aliran 1993-1995

Begitu pula pada gambar 5 dan 6 dengan sub das yang berbeda bahwa hubungan antara curah hujan dan debit aliran (Q) di sungai Komering pola aliran permukaan menunjukkan kesesuaian dengan dengan koefisien korelasi 0.71 dan seterusnya di sub das lematang dengan koefisien korelasi masing-masing 0.73 dan 0.62.

GAMBAR 6. Variasi curah hujan & debit aliran Sungai Lematang

GAMBAR 7. Keterkaitan estimasi debit model dengan debit observasi di sub das Lematang

Beberapa penelitian telah dilakukan yang berkaitan tentang aplikasi model HBV (Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning dengan berbagai versi, hkususnya daerah tangkapan air dengan hasil yang baik bahwa keterkaitan antara variasi curah hujan dengan debit aliran permukaan sangat mirip, hal yang sama diterapkan di DAS Musi yaitu sub das Lematang seperti pada gambar 7, dan model ini telah dapat di aplikasikan terhadap sub das yang lain dengan menggunakan modul yang tercantum pada gambar 8.

GAMBAR 8. Modul aplikasi model HBV DAS Musi

40

GAMBAR 9. Kroping wilayah DAS Musi dan sub DAS Lematang



Sinta B & Nani C

Apabila kita tinjau lebih dalam yaitu aplikasi model HBV berbasis satelit, diperoleh hasil bahwa dengan berbagai input (masukan) yaitu parameter hidrometeorologi yang berlaku untuk DAS maka dapat dianalisis bahwa estimasi debit aliran tahun 1992 s/d 1996 mengikuti pola curah hujan pengukuran dan koefisien korelasinya 0.70, sedangkan pada tahu 2006 dan 2007 mempunyai koefisien korelasinya 0.83. Hal ini menunjukkan bahwa hubungan antara debit aliran dengan curah hujan adalah saling terkait. Dengan terbatasnya data pengukuran titik dari stasiun-stasiun yang dibutuhkan sebagai data pembanding (validasi), diharapkan bahwa data dari satelit yang berupa grid dapat mewakili lokasi kajian khususnya DAS Musi dengan lokasi khusus sub das Lematang seperti pada gambar 9. Tabel 1. Hubungan antara curah hujan (Ch) dengan Debit (Q) berdasarkan lokasi No

Lokasi (sub das)

Perbandingan Q dan Ch (R2 )

Periode data

Keterangan

1.

Sungai Lematang

0.83

1994 s/d 1996

Q meningkat

2.

Sungai Komering

0.71

1994 s/d 1998

Q meningkat

3.

Sungai Musi

0.59

1994 s/d 1999

Q meningkat

4.

Sungai Lakitan

0.52

1991 s/d 1996

Q meningkat

5.

Sungai Lakitan

0.71

1993 s/d 1995

Q meningkat

KESIMPULAN Dengan menggunakan data observasi terlihat jelas adanya kesamaan regulasi antara curah hujan dengan debit aliran observasi di setiap sub das seperti Lematang dengan koefisien korelasi 0.83. Hasil validasi model dengan menggunakan data observasi tahun 1992, 1993 dan 2006, 2007, menunjukkan bahwa debit estimasi dari model dengan observasi di sub das masing-masing terlihat saling terkait. Penggunaan metode model HBV ternyata cukup valit digunakan untuk menganalisis keterkaitan antara curah hujan dengan aliran khususnya di DAS Musi, mengingat hasil estimasi mempunyai korelasi baik untuk masing-masing sub das. Penggunaan model HBV ini masih perlu ditindaklanjuti mengingat masih banyak DAS lain yang memiliki keragaman pola hujan dan debit yang berbeda-beda. Dengan pengembangan modul HBV yaitu keterkaitan hubungan antara parameter iklim dengan parameter hidrologi berbasis satelit kiranya dapat diaplikasikan sebagai sistem informasi dampak perubahan iklim terhadap sumber daya Air di Sumatera selatan.

DAFTAR PUSTAKA 1. IPCC. “Impacts, Adaptation and Vulnerability”.Working Group II Contribution to the Fourth Assessment

Report of the IPCC. Cambridge University Press: Cambridge, Climate Change 2007. 2. Hay. J.E.; Salinger,M.J.; Fitzharris, B.; Basher, R. (1993). Climatological seesaws in the Southwest Pacific. Weather and Climate 13: 9–21. 3. Bergström, S., 1976. Development and application of a conceptual runoff model for Scandinavian catchments, SMHI RHO Norrköping, Sweden, 134 pp. 4. Bergstrom, S. 1992. `The HBV model its structure and applications', SMHI Report Swedish Meteorological and Hydrological Institute, NorrkoÈ ping, Sweden.

Hydrol., RH No. 4.

5. Bathia P. K., Bergstrom, S., and Persson, M. 1984. Application of the distributed HBV-6 model to the upper Narmada Basin in India, Report RHO 35. Swedish


41

Sinta B & Nani C


Meteorological and Hydrological Institute NorrkoÈ ping, Sweden. 40 pp. 6. Haggstrom, M, Lindstrom.G.,Gobs,C.,Martnez,J.R., Merlos, L.,Alonzo,R.D., Castillo, G., SIrios. I., Alforo, R.I., Robles, E.,Rodrigues, M., and Moscote,R. 1990. Application of the HBV Model for Flood Forcasting in Six Central American Rivers, SHMI, Norrkoping Sweden. 73pp. 7. Bergstrom, S., Carlsson, B., Grahn, G., Johansson, B., 1997. A More Consistent Approach to Watershed Response in the HBV Model. Vanneti Norden, No. 4. 8. Lindström, G., A 1997. Simple automatic calibration routine for the HBV model. Nordic Hydrology 28 (3), 153-168. 9. Sipayung. B., S dan Nani Cholianawati (2010). Analisis Hubungan Curah Hujan dan Limpasan di Das Citarum Hulu Dengan Menggunakan Model HBV. (Prosiding Seminar Penerbangan dan Antariksa 2010, Sub Seminar Sains Atmosfer dan Iklim. Graha Widya Bhakti, DRN-Puspitek Serpong 15 November 2010 : ISBN:978-979-1458-40-5).

42


IDENTIFIKASI MINERAL MAGNETIK PADA PERMUKAAN GUANO DARI GOA KELELAWAR SUMATERA BARAT Hamdi1), Muhammad Irvan1), Erni2) dan Christopher M. Wursters3) 1) Jurusan Fisika, Universitas Negeri Padang, Sumatera Barat, Indonesia 2) Jurusan Fisika, Universitas Sriwijaya, Sumatera Selatan, Indonesia 3) School of Earth and Environmental Sciences, James Cook University, PO Box 6811, Cairns, Queensland 4870, Australia email: [email protected]

Abstrak Keberadaan mineral magnetik pada Guano dari Goa Rantai dan Goa Solek yang ada di Kabupaten Limapuluh Kota, Sumatera Barat sudah diketahui dengan cara menyelidiki nilai suseptibilitas magnetik dari Guano menggunakan Bartington magnetic susceptibilitymeter. Goa ini dihuni oleh sebahagian besar kelelawar. Penyelidikan ini bertujuan untuk mengetahui mekanisme keberadaan mineral magnetik yang ada dalam goa tersebut. Untuk mengetahui keberadaan mineral magnetik khususnya mineral Magnetit (Fe3O4) dalam guano digunakan metode kemagnetan batuan yang didapatkan dari kurva saturasi isothermal remanent magnetism (IRM), sedangkan untuk mengkonfirmasi mineral magnetik yang ada dalam guano digunakan metode kimia. Penyelidikan terhadap keberadaan logam Fe dilakukan dengan Atomic Absorbtion Spectroscopy (AAS). Struktur mineral yang terkandung dalam Guano ditentukan dengan menggunakan X-ray Diffraction (XRD), sedangkan bentuk dari mineral magnetik ditentukan dengan Scanning electron Microscopy (SEM). Dari hasil pengukuran tersebut diketahui bahwa di permukaan Guano goa kelelawar di Sumatera Barat ditemukan jenis mineral Magnetit (Fe3O4). Hasil ini mengindikasikan bahwa pada saat sekarang, keberadaan mineral magnetik telah terjadi transportasi mineral magnetik dari lingkungan ke dalam Goa. Key-words: guano, suseptibilitas magnetik, magnetit (Fe3O4), transportasi, mineral magnetik.

1. PENDAHULUAN

K

eberadaan mineral magnetik dalam goa menjadi menarik perhatian karena seperti diketahui bahwa material pembentuk goa tidak bersifat magnetik sama sekali. Ketersediaan bahan organik yang ada dalam goa sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan disekitar goa, salah satunya adalah perubahan iklim. Kondisi lingkungan yang kering dan basah akan menentukan transportasi mineralmineral yang berada dilingkungan goa masuk ke dalam goa dan tersedimentasi sehingga kondisi lingkungan seperti perubahan iklim dapat terekam dengan baik pada sedimen goa atau guano. Di dalam gua, laju sedimentasi dari guano berkisar antara 2-10 cm/tahun (Hutchinson, 1950) atau sedimen gua bertambah beberapa meter setelah ribuan tahun (Bird, 2007). Berdasarkan kenyataan ini, guano dapat merekam perubahan lingkungan yang lebih panjang dan terus-menerus sehingga kandungan mineral magnetik guano memiliki resolusi lebih tinggi (Wurster, 2008). Yang menjadi pertanyaan adalah, bagaimanakah proses pembawaan mineral magnetik ke dalam goa, apakah melalui angin atau terbawa bersama kelelawar atau burung wallet yang setiap hari keluar masuk goa? Bila terdapat dua goa pada posisi yang berdekatan dan mempunyai karakteristik yang sama maka perubahan yang terjadi pada lingkungan akan tercatat dengan cara yang sama di dalam kedua goa tersebut. Seperti halnya Goa Solek dan Gua Rantai (Batu Payung) yang terletak di Kabupaten Lima Puluh Kota, diperkirakan dapat merekam peristiwa perubahan lingkungan melalui sifat magnetik di sekitar Kabupaten Lima Kota secara bersamaan. Namun, Rifai dkk. (2010) menyatakan bahwa tidak terdapat konsistensi sifat magnetik dalam hal ini nilai suseptibilitas magnetik dari kedua goa tersebut sehingga perlu dilakukan kajian tentang jenis mineral, intensitas serta ukuran bulir dari mineral magnetik tersebut untuk mengetahui bagaimana prosess keberadaan mineral magnetik dalam guano. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

43

Identifikasi Mineral Magnetik …

Hamdi, dkk..

Pada penelitian ini, metode kemagnetan yang biasa digunakan untuk menyelidiki sedimen dan batuan dikombinasikan dengan metode lain seperti XRD dan SEM. 2. METODE DAN BAHAN Untuk menyelidiki sifat magnetik dari guano dimasa sekarang (modern sample), sampel diambil pada permukaan tumpukan guano dari Goa Rantai dan Goa Solek yang terletak di Kecamatan Lareh Sago Halaban Kabupaten 50 Kota Sumatera Barat (Gambar 1). Sampel dimasukkan ke dalam 2 helai plastik sampel dimana sampel pada plastik pertama digunakan untuk analisa sifat magnetik, sedangkan sampel pada plastik kedua disimpan agar dapat digunakan untuk analisa lainnya. Untuk persiapan pengukuran sifat magnetik seperti suseptibilitas dan intensitas magnetik, guano dimasukkan ke dalam kontainer berbentuk silinder berdiameter 1 inchi. Kemudian, konsentrasi mineral magnetik ditentukan dengan mengukur suseptibilitas magnetik frekuensi rendah menggunakan Bartington Susceptibilty Meter tipe MS2. Jenis mineral magnetik ditentukan dengan metode metode kemagnetan batuan dan kimia. Penentuan jenis mineral magnetik dengan metode kemagnetan batuan dilakukan menggunakan analisa isothermal remanent magnetism (IRM), sedangkan melalui metode kimia ditentukan dengan scanning electron microscopy (SEM) dan X-ray diffraction (XRD). Analisa jenis minerl magnetik dengan IRM didapatkan melalui kurva sturasi dari IRM dimana apabila intensitas magnetik mulai tersaturasi pada medan antara 100 mT dan 300 mT, menunjukkan bahwa dalam sampel ini terkandung mineral magnetik dengan jenis magnetite. Bila medan yang diberikan tidak bisa menghasilkan intensitas tersaturasi, maka sampel ini mengandung meineral magnetik dengan jenis haematite. Selanjutnya, sebelum didapatkan morfologi dan komposisi magnetik, terlebih dahulu sampel di ekstrak dari guano dengan cara dicuci dengan ethanol dan ditarik menggunakan magnet neodymium kuat. Sampel yang sudah diekstrak dilapisi (caoating) dengan gold–palladium kemudian morfologinya dianalisis menggunakan SEM dimana instrumen ini juga dilengkapi dengan EDS untuk analisis komposisi semikuantitatif. Struktur dari mineral dalam guano dianalisis dengan XRD.

Gambar 1. Lokasi pengambilan sampel Guano di Goa Rantai dan Goa Solek, Kecamatan Lareh Sago Halaban

3. HASIL DAN DISKUSI Permukaan guano dari Goa Rantai (Batu Payung) memiliki nilai suseptibilitas magnetik berbasis massa adalah 825.901 x 10-5 m3/kg, sedangkan di permukaan Goa Solek nilai suseptibilitas magnetik rata-rata guano di Gua Solek bernilai 629.36 x 10-5 m3/kg. Nilai suseptibilitas ini 44


Hamdi, dkk…

Identifikasi Mineral Magnetik…

menggambarkan konsentrasi kandungan mineral magnetik dalam goa (Rifai dkk., 2010). Namun belum bisa diketahui jenis mineral magnetik dalam guano karena memerlukan analisa selanjutnya a. Jenis Mineral Jenis mineral magnetik ditentukan dengan tiga cara yaitu dengan metode IRM, SEM dan XRD dengan hasilnya sebagai berikut 1) Kurva saturasi IRM

Gambar 2. Kurva IRM setelah diberikan medan luar kepada sampel mulai dari 0 sampai dengan 1000 mT Setelah diberikan medan magnetik luar kepada sampel dengan tahapan 50 mT, didapat kurva mulai saturasi antara 100 mT dan 300 mT (Gambar 2.). Dengan didapatkannya kurva tersaturasi di atas nilai 300 mT, berarti sampel dengan mudah tersaturasi dan pada sampel ini terkandung mineral magnetik dengan jenis magnetite ( ). Untuk memastikan jenis mineral ini dilanjutkan dengan analisa morfologinya dengan SEM dan XRD. 2)

Morfologi dengan Scanning electron microscopy (SEM)

Gambar 3. Morfologi sampel dari permukaan Goa Rantai Batu Payung dengan perbesaran 400 kali.

Analisa morfologi yang dilakukan dengan SEM ini membrikan gambaran bahwa yang berwarna cerah atau terang pada Gambar 3 menunjukkan disana terkandung meineral dengan jenis logam. KEmudian analisa dilanjutkan dengan EDS dan didapatkan konsentrasi Fe sebanyak 44.82 % dan O adalah 31.45 %. Selebihnya mengandung Ti sebanyak 15.49 %, Si sebanyak1.51 %, Al sebanyak 2.70 dan Mg adalah 1.04 %. Dari hasil ini diduga, mineral magnetik yang dominan terkandung dalam sampel ini adalah Mangetite dan yang lainnya adalah Titanomagnetite atau Titanomaghemite. Bila diperhatikan, jenis sampel yang didapatkan dengan metode saturasi IRM adalah tunggal yaitu magnetite. Hal ini disebabkan karena pada pengukuran dengan IRM ini, karakteristik magnetik yang muncul pertama kali adalah Magnetite. Bukan tidak mungkin masih ada Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

45

Identifikasi Mineral Magnetik …

Hamdi, dkk..

mineral magnetik yang lain seperti Haematite dan Titanomaghemite/magnetite. Namun karena yang dominan adalah adalah Haematite, maka karakteristik yang kuat yang muncul adalah karakteristik Haematite. Hal inilah diperkuat oleh analisa dengan SEM-EDS. 3) Komposisi dengan X-ray diffraction (XRD) Pada Gambar 4 memperlihatkan profil difraktogram sampel guano di Gua Solek (Gambar 4.a) dan Goa Rantai (Gambar 4.b). Kedua sampel ini memiliki puncak-puncak yang sesuai dengan puncak-puncak standar dari mineral magnetite. Oleh sebab itu, dapat dikatakan bahwa pada kedua guano terkandung mineral magnetik dengan jenis Magnetite. Hasil XRD ini memperkuat hasil yang sudah didapatkan melalui analisa dengan metode IRM dan SEM. Cukup jelas bahwa pada permukaan Goa Solek dan Goa Rantai terdapat mineral magnetik oksida besi dengan jenis Mangetite.

(a)

(b)

Gambar 4. Difraktogram yang didapatkan dari pengukuran dengan instrumen X-ray diffraction dari sampel dipermukaan a) Goa Solek dan b) Goa Rantai

Selain jenis mineral magnetik yang terkandung pada permukaan goa, selama sampel dianalisa dengan metode IRM, intensitas magnetik juga dapat diketahui. Nilai intensitas guano dipermukaan Gua Solek dan Gua Rantai memperlihatkan nilai yang bebeda dimana nilai ini menunjukkan mudah atau sukarnya memagnetitasi spin-spin magnetik yang terkandung dalam guano. Dari hasil pengukuran dengan minispin magnetometer dapat diketahui bahwa intensitas magnetik untuk guano di permukaan Goa Solek adalah 136.5 mA/m, sedangkan intensitas magnetik Gua Rantai adalah 588.6 mA/m. Jadi, Goa Rantai memiliki nilai intensitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan Goa Solek. Kemudian intensitas magnetik diluruhkan sehingga dari kurva peluruhan intensitas magnetik dapat diketahui stabil atau tidaknya mineral magnetik yang ada pada sampel. Dari hasil peluruhan diketahui bahwa guano dari permukaan kedua Goa memiliki mineral magnetik dengan intensitas yang stabil. Yang menjadi pertanyaan adalah, apa yang menyebabkan terjadinya perbedaan sifat magnetik pada Guano ini? Rifai dkk. (2010) menyatakan bahwa bervariasinya jenis mineral magnetik yang terkandung dari kedua goa ini disebabkan oleh bervariasinya perubahan lingkungan yang memicu terjadinya mekanisme transportasi mineral magnetik dari lingkungan luar ke dalam gua seperti oleh air, angin dan atau binatang goa tersebut. Evans and Heller (2003) menyatakan bahwa perpindahan mineral magnetik jenis oksida besi dapat terjadi karena angin dan aliran air. Sebagaimana goa, mekanisme yang paling memungkinkan pindahnya mineral magnetik dari lingkungan ke dalam goa adalah melalui angin, air maupun binatang goa yang mencari makan dari luar. Transportasi mineral magnetik melalui angin dan binatang goa memberikan nilai intensitas yang kecil karena dia memiliki jumlah (konsentrasi) mineral magnetik yang sedikit dan ukuran bulir magnetik yang lebih kecil. Sebaliknya mineral magnetik yang mempunyai ukuran bulir magnetik yang besar diduga disebabkan oleh air (Evans and Heller, 2003) dan intensitas magnetiknya juga tinggi. Air yang meresap ke dalam goa akan membawa mineral magnetik dari luar gua (White, 2007). Dari data yang didapatkan, Goa Solek memiliki intensitas yang lebih rendah dari intensitas Goa Rantai. Hal ini diduga disebabkan karena pembawa mineral magnetiknya adalah udara, sebaliknya pembawa mineral magnetik ke dalam Goa Rantai adalah air. Hal ini dapat dilihat dari langit-langit Goa Rantai yang selalu basah dan masih banyak genangan airnya, sedangkan langit-langit Goa Solek 46


Hamdi, dkk…

Identifikasi Mineral Magnetik…

terlihat lebih kering dan tidak ada genangan air pada lantai goa. Sementara ini, masih belum bisa ditentukan ciri-ciri dari mineral magnetik yang terbawa ke dalam goa melalui binatang goa seperti walet dan kelelawar. 4. KESIMPULAN Setiap goa memiliki sifat magnetik yang berbeda, begitu juga dengan Goa Solek dan Goa Rantai. Perbedaan sifat magnetik dalam hal konsentrasi, jenis mineral, intensitas dan ukuran mineral magnetik dari Goa Solek dan Goa Rantai menggambarkan mekanisme transportasi mineral magnetik ke dalam kedua goa. Besarnya nilai goa Rantai yang terdapat di Desa Patu Payung diduga diakibatkan oleh pembawa mineral magnetik adalah air. Sebaliknya, Goa Rantai lebih didominasi oleh angin sebagai pembawa mineral magnetiknya. 5. UCAPAN TERIMAKASIH Terimakasih banyak penulis ucapkan kepada pak Edi (orang tua Mila Novrilita) dari Desa Patu Payung yang telah membantu mencarikan informasi tentang keberadaan goa yang mengandung guano sekaligus juga membantu proses pengambilan sampel sehingga kegiatan pengambilan sampel ini berajalan dengan lancar. DAFTAR PUSTAKA Bird, M, I. Hunt. C, Taylor. (2007). Paleoenvironments of Insular Southeast Asia during the Last Glacial Priod. A Savanna Corridor in Sundaland: Quarternary Science Reviews 24, 2228-42. Evans, M. E dan F Heller. (2003). Environment magnetism Prinsiples and Aplication of Environmagnetics. Academic Press: California Rifai, H. 2010. Konsistensi Sifat Magneti Guano Dari Dua Goa Kelelawar Di Kabupaten 50 Kota Sumatera Barat. Prossiding Seminar dan Rapat Tahunan BKS-PTN. Wurster, C, M. McFarlane, D,A and Bird, M,I. (2007). Spatial and Temporal Expression of Vegetation and Atmospheric Variability from Stable Carbon and Nitrogen Isotope Analysis of Bat Guano in The Southern United States : Geohimica et Cosmochimica Acta, v, 71, p. 3302-3310, doi : 10. 1016/j. gca. 2007.05.002.


47

INVESTIGASI NILAI BIAS DATA GLOBAL POSITIONING SATELLITE RADIO OCCULTATION TERHADAP DATA RADIOSONDE DI WILAYAH EKUATOR Tiin Sinatra1 dan Noersomadi2 1,2

Pusat Sains dan Teknologi Atmosfer Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional Jl. Dr. Junjunan 133 Bandung, 40173 Telp: 022-6037443 e-mail: [email protected]

Abstrak Parameter temperatur dan kelembapan campuran telah diperoleh dan dihitung berdasarkan pengamatan dengan teknik GPS Radio Occultation (GPSRO) dari satelit SACC, COSMIC, GRACE-A, Metop-A, dan TerraSAR-X. Data radiosonde (dari University of Wyoming) digunakan sebagai pembanding untuk mengevaluasi data GPSRO pada kejadian okultasi yang terdekat dari stasiun peluncuran radiosonde di daerah sekitar ekuator (Padang, Jakarta, Kupang, Manado, dan Changi – Singapura). Secara umum, hasil pengukuran GPSRO memiliki nilai bias yang cukup baik (mendekati nol) terhadap data radiosonde. Satelit SACC pada ketinggian 900-100hPa dalam radius ± 800 km memiliki nilai bias sebesar ~4,5% untuk temperatur, namun kelembapan campuran biasnya mencapai ~35%. Satelit COSMIC dengan radius yang bervariasi dari 157-450 km dan rentang waktu 3-8 jam memiliki nilai bias yang lebih baik, yaitu 4,2% dan 4,9% berturut-urut untuk temperatur dan kelembapan campuran pada ketinggian 1000-100 hPa. Persentase hasil pembandingan data temperatur dari ketiga satelit lainnya (GRACE, Metop-A, dan Terrasar-X) memiliki rata-rata bias sebesar 3,9%, dan 11% untuk data kelembapan campuran. Nilai bias yang besar pada kelembapan campuran dipengaruhi oleh perbedaan data GPSRO dan radiosonde di dekat permukaan. Perbedaan waktu (time lag) kejadian okultasi dengan waktu peluncuran radiosonde, dan kondisi atmosfer lokal merupakan penyebab hal tersebut. Dari penelitian ini terlihat bahwa satelit COSMIC memiliki akurasi yang lebih baik dibandingkan dengan 4 satelit lainnya dengan kemampuan okultasinya yang dapat mencapai mendekati permukaan. Kata kunci: SACC, COSMIC, GRACE-A, Metop-A, TerraSAR-X, radiosonde.

PENDAHULUAN

G

lobal Positioning System Radio Occultation (GPSRO) merupakan teknik observasi berbasis penginderaan jauh melalui penerimaan sinyal transmisi GPS oleh satelit orbit rendah yang bergerak lebih cepat, dimana pembelokan sinyal oleh medium yang dilalui (lapisan ionosfer dan atmosfer) menghasilkan penetrasi vertikal (Noersomadi, 2010). Banyak misi yang telah diluncurkan berbasis GPSRO, dan 5 diantaranya adalah COSMIC, GRACE-A, Metop-A, SAC-C, dan TerraSARX. Agar suatu data dapat digunakan, maka data tersebut haruslah akurat. Untuk mengetahui akurasi data berbasis GPSRO di sekitar wilayah ekuator, maka perlu dilakukan verifikasi data. Banyak faktor yang dapat mempengaruhi kedalaman penetrasi sinyal, misalnya sensitivitas instrument, algoritma pencarian lintasan, difraksi lingkungan, dan multipath (disebabkan uap air) (Ge, 2006). Untuk memperoleh data dekat permukaan dengan akurat, maka sinyal okultasi harus menembus hingga permukaan. Karena berlimpahnya uap air dan permasalahan pada lintasan sinyal di daerah Planetry Boundery Layer (PBL), sinyal terkadang tidak dapat menembus hingga permukaan. Di daerah tropis, uap air begitu melimpah dan beriklim lembap. Adanya hal tersebut tentu dapat mempengaruhi sinyal. Oleh karena itu, studi ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana akurasi dari GPSRO di daerah ekuator dengan mengetahui nilai biasnya terhadap data radiosonde (data obervasi).

48


Investigasi Nilai Bias Data..

Tiin Sinatra & Noersomadi

DATA DAN METODOLOGI Pembandingan data GPSRO dengan pengamatan radiosonde dilakukan melalui studi kasus pada lima stasiun peluncuran. Kelima stasiun tersebut adalah Changi (Singapura), Padang, Jakarta, Kupang, dan Manado (Indonesia). Komparasi lima satelit GPSRO yakni, SACC, COSMIC, GRACE, MetOp-A, dan TerraSAR-X terhadap radiosonde menggunakan profil temperatur dan kelembapan campuran. Data GPSRO dipilih berdasarkan lokasi kejadian okultasi yang terdekat dengan peluncuran radiosonde. Data dipilih pada tanggal 18 Agustus 2008 (Changi, Padang, dan Jakarta), 6 Agustus 2008 (Kupang), 8 September 2008 (Manado). Data GPSRO diunduh melalui situs http://cosmicio.cosmic.ucar.edu/, sedangkan data radiosonde dari University of Wyoming (http://weather.uwyo.edu). Verifikasi dilakukan dengan menghitung nilai bias data GPSRO terhadap data radiosonde pada ketinggian per 100 mbar (1000-100 mba) dengan menggunakan persamaan (1) dan (2). bias dataRS dataRO (1)

bias dataRS

Pbias

100 %

(2)

Ket: Pbias = persen bias; RS = radiosonde ; RO = data GPSRO

HASIL DAN PEMBAHASAN Tabel 1. Selisih jarak (Δd) dalam kilometer dan selisih waktu (Δt) dalam jam antara kejadian okultasi dengan peluncuran radiosonde Wyoming Changi

Jakarta

Padang

Kupang

Manado

Misi

Δd

Δt1

Δt2

Δd

Δt1

Δt2

Δd

Δt1

Δt2

Δd

Δt1

Δt2

Δd

Δt1

Δt2

SACC

358, 9

1.4 6

10.1 4

861, 9

1.4 6

10.1 4

832, 2

14.5

2.5

726, 5

2.2

9.58

379. 4

0.3 4

11.2 6

COSMIC

157, 3

8.3 8

3.22

450, 3

8.3 8

3.22

398, 1

8.38

3.22

221, 2

12.3 5

0.35

517. 4

1.1

10.5 9

GRACE

959

8.3 2

3.28

118

8.3 2

3.28

676, 1

11.4 5

0.15

1121

9.41

2.19

1279

7.8

4.52

METOPA

87,5 3

1.8

10.5 2

415, 4

1.8

10.5 2

560, 5

1.8

10.5 2

523, 7

1.27

10.3 3

110. 7

0.3 3

11.2 7

TerraSar X

0,41

0.4 1

11.1 9

1295

0.4 1

11.1 9

913

0.41

11.1 9

217, 6

11.5

0.55

1142

9.4 2

2.18

Tabel 1 menunjukkan selisih jarak (∆d) dan waktu (∆t) antara kejadian okultasi untuk kelima misi dengan peluncuran radiosonde di lima stasiun sekitar ekuator. Selisih jarak bervariasi dimana terdekat adalah 0,41 km dan terjauh adalah 1295 km. Adapun selisih waktu bervariasi dari tersingkat 41 menit hingga terlama 12 jam 35 menit. Penetrasi sinyal dari kelima satelit bervariasi di sekitar ekuator. Dari data yang diperoleh secara acak, tidak semua penetrasi hingga ke permukaan. Sinyal COSMIC lebih baik dibandingkan dengan keempat misi lainnya dengan kemampuan penetrasinya yang mendekati permukaan (hasil tidak ditampilkan). Gambar 1 memperlihatkan salah satu data profil dari radiosonde dan kelima satelit GPSRO di Jakarta pada tanggal 18 Agustus2008.


49

Investigasi Nilai Bias Data …

Tiin Sinatra&Noersomadi

(a)

(b)

GAMBAR 1. Profil temperatur dan kelembapan campuran di Jakarta pada tanggal 18 Agustus 2008 dengan pergeseran (jarak antar profil) masing-masing 10oC dan 2 g/kg.

Terlihat variasi dari kedalaman penetrasi tiap-tiap satelit pada Gambar 1. Tidak semua sinyal dapat mencapai permukaan. Sedangkan radiosonde dapat merekam data permukaan dengan baik namun kemampuannya hanya sampai pada ketinggian tertentu (tidak setinggi perekaman GPSRO). Verifikasi dilakukan dengan menghitung nilai bias data GPSRO terhadap data radiosonde pada ketinggian per 100 mb (1000-100 mb). Profil kelembapan campuran yang ditampilkan pada Gambar 1.(b) memperlihatkan pola yang berbeda di bawah ketinggian 6 km. Besarnya bias untuk masingmasing satelit dengan peluncuran radiosonde pertama dan kedua pada masing-masing kota ditampilkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.

(a)

(b)

(d)

(e) GAMBAR 2. Perbandingan nilai bias temperatur (TGPSRO – Tradiosonde).

50


(c)

Investigasi Nilai Bias Data..

Tiin Sinatra & Noersomadi

Gambar 2 memperlihatkan nilai bias temperatur GPSRO terhadap radiosonde. Secara umum, terlihat bahwa hasil pengukuran GPSRO memiliki bias maksimum 5oC di daerah dekat permukaan. Di Changi, SACC, COSMIC, GRACE. METOPA, dan TerrasarX masing-masing memiliki nilai bias sebesar -0,25%, -0,42%, 1,57%, 2,43%, dan 2,67% (gambar kiri). Bias COSMIC lebih kecil jika dibandingkan dengan TerrasarX dengan jarak-waktu yang lebih besar dibandingkan dengan okultasi TerrasarX (Tabel1). Nilai bias bervariatif terhadap ketinggian. Profil temperatur antar satelit dengan radiosonde cenderung memperlihatkan bias yang tidak signifikan, kecuali di daerah PBL. Di daerah Kupang (Gambar 2.(d)-kiri ) profil COSMIC dengan Terrasar-X berhimpit sesuai dengan selisih jarak dan waktu yang hampir sama, yaitu 221,2 km-12 jam 35 menit dan 217,6 km-11 jam 5 menit. Begitu pula dengan profil pada gambar sebelah kanan.

(a)

(b)

(d)

(e)

(c)

GAMBAR 3. Perbandingan nilai bias kelembapan campuran (rradiosonde – rGPSRO).

Bias kelembapan campuran terbesar terjadi pada daerah PBL. Semakin tinggi, nilai bias semakin kecil (mendekati nol). Hal ini terjadi karena semakin tinggi atau tekanan udara semakin rendah, jumlah kandungan uap air akan semakin berkurang. Profil kelembapan campuran di kota Jakarta (Gambar 3-kanan) memperlihatkan bahwa pemindaian COSMIC cukup baik dengan nilai bias rata-rata -6.17% (tekanan 1000-100 mb) dan 2.86% (tekanan 800-100 mb) dibandingkan dengan GRACE sebesar 3.17% (tekanan 800-100 mb) dengan rentang waktu-jarak masing-masing 3 jam 22 menit-450,3 km dan 3 jam 28 menit-118 km. KESIMPULAN DAN SARAN Secara umum pemindaian GPSRO memiliki hasil yang cukup baik, yaitu dalam rentang 0-6% pada jarak 0-500 km dalam rentang waktu 30 menit-9 jam. Semakin dekat waktu dan jarak kejadian okultasi dengan peluncuran radiosonde, biasnya semakin kecil. Begitu pula sebaliknya. Nilai bias yang besar pada kelembapan campuran dipengaruhi oleh perbedaan data GPSRO dan radiosonde di


51

Tiin Sinatra&Noersomadi

Investigasi Nilai Bias Data …

dekat permukaan. Perbedaan waktu (time lag) kejadian okultasi dengan waktu peluncuran radiosonde, dan kondisi atmosfer lokal merupakan penyebab hal tersebut. Dari hasil studi kasus secara acak, terlihat bahwa satelit COSMIC memiliki akurasi yang lebih baik dibandingkan dengan 4 satelit lainnya dengan kemampuan okultasinya yang dapat mencapai mendekati permukaan. Dan dari penelitian ini menunjukkan bahwa data berbasis GPSRO ini baik digunakan di daerah ekuator. UCAPAN TERIMA KASIH Kami menyampaikan terima kasih kepada Cosmic Data Archive Center (CDAAC) yang menyediakan data GPSRO. Data radiosonde diperoleh dari University of Wyoming melalui situs http://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html.

DAFTAR PUSTAKA 1.

Ge, Shengjie, “GPS Radio Occultation and The Role of Atmospheric Pressure on Spaceborne Gravity Estimation Over Antarctica”, Ph. D. Thesis, The Ohio State University, 2006.

2.

Noersomadi, “Aplikasi Data GPS Radio Occultation untuk Studi Dinamika Atmosfer”, prosiding seminar fisika HFI, 2010. ISBN : 978‐ 979‐ 98010‐ 6‐ 7.1.

3.

Tsuda, T., Hocke, K., “Application of GPS Radio Occultation Data for Studies of Atmospheric Waves in the Middle Atmosphere and Ionosphere”, 2004. J. Meteor. Soc. Japan., 82, 419-426.

4.

Ho, Shu-peng,et.al. “Global Evaluation of Radiosonde Water Vapor Systematic Biases using GPS Radio Occultation from COSMIC and ECMWF Analysis”, Jurnal Remote Sensing, 2010. ISSN:2072-4292.

5.

Wickert, J., Reigber, C., Beyerle, G., Konig, R., Marquardt, C., Schmidt, T., Grunwalt, L., Galas, R., Meehan, T.K., Melbourne, W.G., Hocke, K. “Atmospheric Sounding By GPS Radio Occulation: First results from CHAMP”, 2001. Geophys. Res. Lett. 28: 3263-3266.

6.

Wickert, J., Reigber, C., Beyerle, G., Konig, R., Marquardt, C., Schmidt, T., Grunwalt, L., Galas, R., Meehan, T.K., Melbourne, W.G., Hocke, K.,”Atmospheric Sounding by GPS Radio Occulation: First results from CHAMP”, 2001. Geophys. Res. Lett., 28, 3263-3266.

52


LUMINOSITAS BINTANG BEROTASI PADA KEADAAN KRITIS Iwan Setiawan Prodi Pendidikan Fisika Universitas Bengkulu Email: [email protected]

Abstrak Konfigurasi kesetimbangan mekanis pada bintang-bintang berotasi ditelaah melalui model Roche. Pada kajian ini bintang diperlakukan sebagai benda tegar, sedangkan geometrinya ditentukan berdasarkan persamaan equipotensial. Kedaan kritis suatu bintang ditentukan berdasarkan ketiadaan gaya gravitasi total yang mengimbangi tekanan termodinamis. Dalam hal ini terdapat dua kemungkinan, percepatan gravitasi efektifnya lenyap atau batas Eddington-nya terlampui. Batas Eddington yang terlampaui akan mempengaruhi luminositas bintang. Kata kunci: rotasi bintang, keadaan kritis, luminositas

PENDAHULUAN

B

Bintang mengalami rotasi seperti juga Bumi. Diketahui bahwa akibat rotasi, jejari equatorial Bumi 21,4 km lebih panjang dibanding jejari kutubnya [2]. Bintang yang memiliki rotasi tinggi, jejari katulistiwaanya bahkan dapat mencapai 1,5 jejari polar [1]. Ini menunjukkan bahwa rotasi cukup berpengaruh pada bintang. Mekanisme kesetimbangan pada bintang yang berotasi sudah dipelajari sejak lama, beberapa model telah dikembangkan. Contohnya adalah model Mclaurin, yang menganggap kerapatan bintang yang tetap dan model Roche, yang beranggapan sebaliknya (kerapatan yang tidak tetap). Tterdapat perbedaan yang cukup mencolok antara kedua model ini. Dalam model Mclaurin, perubahan mekanisme kesetimbangan terjadi pada rotasi yang tinggi. Nilai maksimum kecepatan sudut (dianggap rotasi benda tegar) adalah 2max = 0,4494G [2], kenyataannya akan terjadi ketidakstabilan sebelum mencapai batas kecepatan angular ini. Pada model Roche dengan seragam (bintang dianggap sebagai rotasi benda tegar), perubahan kesetimbangan juga akan terjadi, dan didapatkan bahwa perbandingan antara jejari kutub dan jejari equatorial akan mencapai 2/3 pada kecepatan sudut maksimum yaitu = 0,7215G , dengan adalah kerapatan rata-rata. Pendekatan dengan model Roche biasanya lebih banyak digunakan karena lebih dekat kepada fakta yang ada. Permukaan bintang adalah daerah ekipotensial, yakni tetapan . Andaikan kita tinjau sebuah bintang dengan massa total M dan R( ) jejari bintang itu pada kolatitud . Karena gaya sentrifugal di daerah kutub bernilai nol, maka potensial pada kutub bintang itu adalah

GM / R p ,

dengan R p jejari kutub bintang. Oleh karenanya, nilai potensial di berbagai tempat di permukaan bintang itu adalah

GM Rp

GM R( )

1 2

2

R ( ) 2 sin 2 .

(1)

Jika e r dan e merupakan vektor satuan dalam arah radial dan arah bujur, maka vektor percepatan gravitasi efektif pada permukaan bintang dapat dituliskan sebagai

gef

GM R( ) 2

2

R( )sin 2

er

2

R( )sin cos

e .


(2)

53

Luminositas Bintang …

Iwan Setiawan

Teorema von Zeipel menyatakan hubungan antara fluks radiasi pada kolatitud di permukaan bintang yang berotasi dengan percepatan gravitasi efektif lokal [3]. Jika kita tinjau bintang yang berotasi seperti rotasi benda tegar, fluks radiasi dapat dituliskan sebagai

F( , )

T( , ) ,

(3)

dengan

4acT 3 . 3

(4)

Karena bintang berada dalam keadaan barotropik, maka

dT P( , ) dP

F( , )

dT g ef .(5) dP

Dengan demikian, dari hubungan antara luminositas bintang dan fluks radiasi, didapatkan

L g ef ( , ) , 4 GM

F( , )

(6)

dengan 2

M dan

m

M 1

2 G

,

(7)

m

rapat massa rata-rata bahan pada permukaan bintang itu.

Pada bintang yang berotasi, percepatan gravitasi total bintang merupakan penjumlahan beberapa percepatan : percepatan gravitasi murni, percepatan sentrifugal, dan percepatan oleh tekanan radiasi [3]. Hal ini dinyatakan dalam persamaan berikut

g tot

g ef

g rad

g gr

g rot

g rad ,

(8)

dengan g rad diberikan oleh

1

g rad

Prad

( )F . c

(9)

Faktor ( ) adalah kekedapan bahan pada kolatitud (8) didapatkan persamaan berikut

gtot

g ef 1

. Dengan memanfaatkan persamaan (6) dan

( ) L( P ) . 4 cGM

(10)

Pada persamaan ini efek rotasi muncul pada g ef dan pada ungkapan di dalam kurung. Jika kita tinjau batas fluks secara lokal, yaitu keadaan dengan g tot

0 [3], maka g rad

g ef . Batas fluks, oleh

karena itu, diberikan oleh

c g ef ( ) . (11) ( ) ( ) didefinisikan sebagai nisbah (rasio) antara Dari persamaan ini, jika faktor Edington lokal Flim ( )

besarnya fluks sebenarnya dengan besarnya fluks batas lokal, maka didapatkan

54



Iwan Setiawan

( ) L( P )

( )

.

2

4 cGM (1

2 G

(12)

) m

( ) akan sama dengan faktor Jika bintang tidak mengalami rotasi (yakni jika bernilai 0), maka Edington Global . Persamaan (10), selanjutnya, dapat ditulis sebagai

gtot

gef 1

( ) .

(13)

Persamaan ini mengungkapkan bahwa pada bintang yang berotasi, percepatan gravitasi total dipengaruhi oleh percepatan gravitasi efektif g ef (yang melibatkan ungkapan tentang kecepatan rotasi bintang) dan oleh luminositas bintang. Melalui ungkapan persamaan (13), keadaan ambang (critical state) dapat diperkirakan. Pada keadaan kritis ini percepatan gravitasi total lenyap sehingga tidak ada lagi percepatan atau gaya yang mengimbangi tekanan termal dari dalam bintang. Akibatnya, bahan-bahan bintang akan lari (buyar). Hal ini tentu saja mengakibatkan persamaan (13) akan mempunyai dua akar, yaitu g ef 0 atau

( ) 1 . Keadaan ini mengakibatkan adanya batas (limit) tertentu pada kecepatan rotasi bintang, selain bergantung pada beberapa parameter lain seperti massa bintang dan jejari bintang. Keadaan g tot 0 juga akan memberikan adanya batas pada luminositas bintang sebagaimana dijelaskan di atas, yang disebut sebagai Batas Eddington [5]. Keadaan ambang g ef ambang pertama, sedangkan keadaan pada Kedaan ambang g tot (

0 akan dinamakan keadaan

( ) 1 , disebut keadaan ambang kedua.

0 menurut persamaan (2) diperoleh hanya pada wilayah katulistiwa

/ 2 ). Keadaan ini memberikan ungkapan GM , Re3,krit

2 krit

(14)

dengan Re ,krit jejari bintang di ekuator ketika keadaan kritis itu. KEADAAN AMBANG KEDUA Keadaan Ambang kedua didapatkan ketika nisbah Eddington local,

, pada persamaan (13)

bernilai 1. Sehingga persamaan (12) dapat dituliskan menjadi 2 ( ) L( P) 1 4 cGM 2 G

(15) m

Melalui persamaan ini, dapat ditunjukkan bahwa luminositas pada bintang yang berotasi bergantung pada suku kedua ruas kanan persamaan (19), sehingga kecepatan rotasi bintang memenuhi 2

2 G Dengan menggunakan ungkapan 2

m

1,

(16)

m

M / V , dapat ditunjukkan bahwa

2 GM . V

(17)


55


Iwan Setiawan

Persamaan (21) menunjukkan bahwa, untuk menjamin keberlangsungan luminositas pada bintang yang berotasi, maka kecepatan rotasi bintang tersebut harus lebih kecil dari hasil kali antara besaran 2 dengan tetapan gravitasi umum G dan kerapatan rata-rata permukaan bintang yang ditinjau. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa kecepatan rotasi bintang juga memengaruhi luminositas atau kecerlangan bintang, nilai kecepatan rotasi ini dibatasi oleh suku kedua ruas kanan persamaan (21). Inilah yang disebut sebagai keadaan kritis kedua. KESIMPULAN DAN SARAN Kecepatan sudut rotasi bintang berpengaruh besar pada bentuk tampang bujur bintang itu. Terdapat dua macam ambang bagi kecepatan sudut rotasi bintang. Tampang bujur bintang pada kecepatan ambang pertama sangat khas. Jika kecepatan sudut rotasi bintang melampaui kecepatan ambang pertama, maka kesetimbangan hidrostatis pada bintang akan dilanggar, yakni tidak ada lagi kesetimbangan hidrostatik. Keadaan ambang kedua dicapai pada saat kecepatan rotasi bintang sebanding dengan 2 GM/V. Jika kecepatan kritis pada keadaan kritis kedua dilampaui, maka bintang akan ”padam”, yakni luminositasnya nol.

DAFTAR PUSTAKA Ekstrom, S, Meynet G, Maeder, A, Barblan F. 2008. Evolution Towards the Critical Limit and the Origin of Be Stars. arXiv:0711.1735v1. Maeder, A. 2009. Physics, Formation and Evolution of Rotating Stars. Springer. Verlag Berlin Heidelberg, Germany. Pp. 22-80. Maeder, A, Meynet, G. 2000. The Eddington and Ω-Limits, the rotational mass loss for OB and LBV stars. Astronomy & Astrophysics, 361 159-166 (2000). Meynet, G, Maeder, A. 1996. The Computational Method and Inhibiting Effect of the µ-Gradient. Astronomy & Astrophysics. 321, 465-476 (1997). Meynet, G. 2008. Physics of Rotation in Stellar Models. arXiv:0801.2944v1.

56


MODEL PERHITUNGAN NILAI KAPASITANSI INDIVIDU SEL ASPERGILLUS NIGER BERBASIS HASIL PERCOBAAN Musaddiq Musbach1, Iman Santoso2, Wamid Antaboga1 dan Maulana1 1

2

Departemen Fisika FMIPA Universitas Indonesia,

Departemen Biologi FMIPA Universitas Indonesia,

Email address : [email protected], [email protected]

Abstrak Telah dikembangkan model perhitungan kapasitansi untuk memprediksi nilai kapasitansi individu sel Aspergillus niger. Model ini dikembangkan dengan mengasumsikan sel terdistribusi secara homogen di dalam mediumnya dan sel-sel tersebut tersusun secara parallel dan/atau seri dengan sel-sel lainnya. Data perhitungan mengacu pada data hasil percobaan yang dilakukan di laboratorium untuk menghitung nilai kapasitansi suspensi sel dan sel pada kertas saring. Nilai kapasitansi individu sel Aspergillus niger yang diprediksi sebesar 2,78 pF, sementara hasil pengukuran adalah 2,75 pF. Keduanya dapat dianggap mendekati. Kata kunci : Aspergillus niger, kapasitansi, model perhitungan, seri dan parallel

PENDAHULUAN

S

eperti diketahui, bahwa persoalan utama dalam pengukuran kapasitansi setiap sel hidup adalah karena ukurannya yang sangat kecil (10-6 m)[19]. Maka melalui pengukuran konvensional harga kapasitansi tiap sel in vivo hanya dapat diramalkan melalui perhitungan yang didasari pada hasil pengukuran kapasitansi sejumlah sel dengan menggunakan kapasitor cairan plat paralel. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan sebelumnya, yaitu menggunakan bakteri E. coli, Saccaromyces cerevisae, Strepto-coccus agalactiae, yang berukuran kurang lebih 10-6 m, harga kapasitansi tiap sel dapat diperoleh dari pengukuran kapasitansi dengan membu-buhinya pada kertas saring [2]. Untuk menguji ulang percobaan pengukuran nilai kapasitansi individu sel, digunakan sel berukuran lebih besar, yaitu jamur Aspergillus niger yang memiliki karakter seperti tumbuhan. Karena ukurannya yang besar (10-4 m) diha-rapkan distribusi sel di atas kertas saring akan lebih homogen sesuai dengan ukuran tebal kertas. Pertanyaan menarik yang timbul dari percobaan ini adalah bagaimana sel saling berinteraksi sesamanya? Apakah sel-sel tersebut, jika dianggap sebagai mikrokapasitor, dapat saling berhubungan paralel atau seri?

MODEL PERHITUNGAN Sel adalah jasad renik yang tidak terlihat oleh mata. Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan sebelumnya [1,2,3], bahwa ada relasi linier antara kapasitansi sel secara keseluruhan dengan kapasitansi tiap individu sel.

Gambar 1 : Spora Aspergillus niger. Sel individu Aspergillus niger (kiri) dan setelah diinkubasi selama 5-7 hari dalam larutan (pH 5,6 dan pada temperature 25-26oC). Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

57

Model Perhitungan Nilai Kapasitansi …

Musaddiq Musbach, dkk

Hal tersulit adalah menentukan kapasitansi sel secara individu. Dalam rangka memperhalus perhitungan kapasitansi individu sel telah dibuat model perhitungan. Model ini menganggap bahwa sel yang terdapat di dalam medium tidak saling bertindihan satu sama lain, sehingga pada saat dilakukan pengukuran dapat diasumsikan bahwa terdapat N sel yang berhubungan saling seri, dengan kapasitansi Cs dan M sel berhubungan saling parallel dengan kapasitansi adalah Cp. Maka nilai kapasitansi total hasil pengukuran CT kapasitansi sel total, adalah CT = Cs + Cp (1) Jika C adalah kapasitansi individu sel, maka relasi pada pers(1) dapat disederhanakan sbb: (2) Kemudian ramalan harga C dapat dicari dengan menggunakan prinsip kuadrat terkecil (least square) dengan konstanta a dan b adalah (4) dan

Standar deviasi dari a dan b dapat dicari sbb:

dan

dengan

MATERIAL DAN METODE PERHITUNGAN Untuk menumbuhkan Aspergillus niger, medium yang digunakan adalah Potatoes Dextrose Agar (PDA) yang terdiri dari 4,0 g ekstrak kentang, 20,0 g dextrose dan 15,0 g agar. Cara membuat PDA adalah mensuspensikan 39 g media dalam 1 liter air yang telah didistilasi, dicampur dan dipanaskan serta di aduk hingga merata. Lalu larutan dididihkan selama 1 menit untuk melarutkan semua senyawa secara sempurna. Sterilisasi dilakukan pada suhu 121°C selama 15 menit. Lalu didinginkan hingga suhu 40-45°C. Setelah selesai cairan dingin yang siap digunakan dituang ke cawan petri dengan pH akhir 5,6 ± 0,2. Sel khamir yang akan digunakan harus dipastikan tidak terkontaminasi oleh sel-sel asing, karenanya proses pembuatan dan inkubasi sel harus dilakukan dengan hati-hati dan tetap terjaga kebersihannya. Untuk mempersiapkan sampel oleskan sel pereparat ke dalam agar baru secara zig-zag dengan menggunakan jarum ose. Kemudian preparat dibiarkan di dalam inkubator selama 5-7 hari antara 25 – 26oC. Setelah itu sel dapat digunakan. Sebelum digunakan sel dilarutkan di dalam air dan dilakukan beberapa proses pengenceran. Perhitungan jumlah sel dilakukan dengan metode TPC (bilik hitung) [5].

HASIL DAN DISKUSI A. Uji Kapasitor Kapasitor yang digunakan adalah kapasitor plat parallel yang dirancang sendiri terbuat dari plastik transparan dengan elektroda tembaga [1]. Berdasarkan hasil uji kelayakan kapasitor dilaku-kan pengukuran kapasitansi udara, dengan ting-kat kesalahan relatif (antara kapasitansi udara menurut literature dan hasil pengukuran) adalah sebesar 6,6% [1,2] ditunjukkan dengan harga kapasitansi yang konstan. Harga deviasi relatif ini dapat dianggap memadai untuk pengukuran kapasitansi selanjutnya, yaitu sekitar 6,6% [1]. 58




B. Hasil Pehitungan Jumlah Sel Untuk membangun model perhitungan metode perhitungan jumlah sel dilakukan dari percobaan berdasarkan metode bilik hitung. Perhitungan jumlah sel dilakukan dengan cara sbb: Rumusan perhitungan jumlah sel (spora) Aspergillus niger diperoleh dari perhitungan:

Gambar 2: Pengambilan gambar perhitungan Aspergillus niger di bawah mikroskop optik dengan menggunakan bilik hitung.

Metode perhitungan dilakukan dengan menilik pola penyebaran sel di dalam bilik hitung bawah mikroskop optik (lihat gambar 1) dengan menggunakan kertas saring. Salah satu kotak pada bilik hitung tersebut (diarsir dengan warna kuning) adalah pola sebaran yang dihitung dengan pengenceran 10-1. 7

4

2

2

3

0

2

0

0

0

7

5

4

2

4

0

0

0

1

0

6

3

3

5

1

3

0

0

2

0

4

9

3

6

7

1

2

1

0

1

6

0

4

1

3

2

0

2

2

0

(a)

(b)

Gambar 3: Sebaran sel di dalam kotak berwarna kuning seperti diilustrasikan pada gambar(1), masing-masing pada pengenceran (a) 10-1 dan (b) pada pengenceran 10-2.

Maka diperoleh jumlah spora sebanyak 1,01x107 sel per milliliter untuk pengenceran 10-1 dan 19x106 sel per milimeter untuk pengenceran 10-2.

C. Model Perhitungan Konfigurasi Sel Aspergillus niger Untuk membangun model perhitungan dilakukan verifikasi perhitungan sel di dalam larutan dan sel di dalam kertas saring. Penggunaan kertas saring dilakukan dengan asumsi bahwa konfigurasi sel setelah pengen-ceran yang diletakkan di atas kertas saring tidak mengalami penumpukan. Data harga kapasitansi hasil pengukuran telah dikoreksi terhadap harga kapasitansi kertas saring. Hasil pengukuran ka-pasitansi sel dengan menggunakan kertas saring, setelah dikurangi dengan kapasitansi kertas di-gunakan sebagai input untuk mencari variasi konfigurasi sel di atas kertas.


59



Untuk Model perhitungan dengan me-nggunakan larutan dan kertas saring dilakukan dengan membuat simulasi perhitungan untuk jumlah sel pada pengenceran 10-1 dan 10-2. Kemudian dibandingkan pula hasil pengenceran 10-1 dan 10-2 dengan menggunakan kertas saring. Pada percobaan tanpa kertas saring, untuk pengenceran 10-1 telah diuji untuk sel paralel semua, seri semua dan kombinasi seri dan paralel. Sesuai dengan hasil percobaan hanya untuk kasus dominan paralel (92,4 % dari jumlah sel) dan hanya 7,6% seri yang memenuhi harga hasil pengukuran, yaitu 2,78 x 10-12 F(2,78 pF). Demikian pula untuk pengenceran 10-2, didapat kombinasi dominan seri yang memenuhi hasil percobaan, yaitu sebesar 2,77 x 10-12 F (2,77 pF) dengan 89,9% paralel dan 10,1% seri.

Gambar 4: Simulasi dari data pengukuran dengan menggunakan kertas saring. Dominasi hubungan seri untuk pengenceran 10-1 .

Simulasi dengan menggunakan kertas saring pada pengenceran 10-1 diperoleh hasil yang mirip untuk dominan seri dengan (2,78 pF), kombinasi 79,2% jumlah sel dan 20,8% paralel dengan harga kapasitansi sebesar 2,78 x10-12 F

Gambar 5: Simulasi dari data pengukuran dengan menggunakan kertas saring. Dominasi hubungan paralel untuk pengenceran 10-2.

sedangkan untuk pengenceran 10-2 didapat kombinasi paralel 99,1% dan 0,9% seri dengan harga kapasitansi per sel 2,78 x 10-12 F (2,78 pF). Dari model perhitungan ini, sebagai-mana diketahui, dengan mengambil acuan hasil pengukuran, dapat disimpulkan bahwa sel-sel Aspergillus niger di dalam larutan memiliki kecenderungan saling seri satu sama lain dari-pada paralel, jika diberi beda tegangan antara kedua plat kapasitor. Jika hasil model perhitungan dinyata-kan dalam persamaan regresi, koefisien korelasi antara besaran kapasitansi dapat dilihat pada gambar 4 dan 5.

60




KESIMPULAN Dari hasil model perhitungan ini dapat disimpulkan bahwa konfigurasi sel Aspergillus niger di dalam larutan, apabila diberi beda tegangan, cenderung membentuk kombinasi kapasitor paralel lebih banyak daripada seri pada konsentrasi sel rendah, sebaliknya untuk konsentrasi sel pekat kombinasi kapasitor sel cenderung seri lebih dominan dibandingkan paralel. Hasil pengukuran kapasitansi sel dengan menggunakan kapasitor plat paralel dapat dimodelkan dengan model perhitungan least square untuk mencari kapasitansi setiap individu sel hidup. Terkahir nilai kapasitansi per sel Aspergillus niger dari grafik hasil least square diperkirakan sebesar ( 2,78 0,01) pF dengan koefisien korelasi sebesar R= 0,99 1.

DAFTAR PUSTAKA [1] Musaddiq Musbanch, Imam Santoso Maulana, Wamid Antaboga. Capacitance Measurement of Aspergillus niger cells, South East Asia Conference on Medical Physics and Biophysics, 2010 [2] Musaddiq Musbach, Iman Santosa & Paul Christian. Measurement of Capacitance per Cell of Saccaromyces cerevisae. Seminar on Biophysics and Medical Physics Society, RMSB 2007, IPB [3] Musaddiq Musbach, Ariesty M, Lilis Kurniawati, IWT Wibawan, Siswati Setiasih. Capacitance measurement of E. Coli, S. Agalactiae and S. Aurens. Seminar on Biophysical and Medical Physics Society, IPB, 2005. [4] Musaddiq Musbach et al. Determination of life Eschericia Coli capacitance, 2002, Seminar on Biophysical and Medical Physics Society, IPB, 2002. [5] Richard A, Principles of Biomedical Instrumentation and Measurement, (Maxwell Macmillan Int.Pub.Comp.New York,1995) [6] HC Berg and L Turner, Torque Generated by the Flagellar Motor of E.coli (Biophysical Journal, Vol.65, Nov 1993) [7] Collquhoun,KO,S Timms and C.R.Fricker, Detection E.coli in Potable Water using direct Impedance Technology, (Journal Application Bacteriology, Vol.79:635-639,1995) [8] Wibawan,IWT and C Lammler, Relation between Serotype of Streptococci of Serological Group B and Growth Rate at Early Logarythmic Phase, (Paul Parey Scientific Publishers, Berlin dan Hamburg, 1993)

[9] K.H.Iwasa, Effect of Stress on the Membrane Capacitance of the Auditory Outer Hair Cell, (Biophysical Journal, Volume 65:492-498, 1993)

[10] H.H.Willard, L. L. Merritt Jr, JA Dean,FA Seattle Jr, Instrumental Methods of Analysis, (Wadsworth Publishing Comp.,Belmont, Seventh ed.1992)

[11] Gandjar et al, Pedoman Mikrobiologi Dasar, (Biologi FMIPA UI 1992) [12] Gandjar et al, Pedoman Mikrobiologi Dasar, (Biologi FMIPA UI 1992) [13] Butterfield, Christensen, Curtis dan Gunlazuardi, Water Desinfection using an Immobilised Titanium Dioxide Film in a Photochemical Reactor with Electrofield Enhancement, (Water Research, 1992)

[14] EDP De Robertis, EMP De Robertis,Jr., Cell and Molecular Biology, (International Copyright Union, Eight Ed.1987) [15] Fricke et al, Dielectric Properties of Nitrocellulose Water Gels, (Nature Journal, Vol 177:1106-1107, 1953)


61

ORBIT RELATIVISTIK PARTIKEL DI BAWAH PENGARUH GAYA SENTRAL TIPE YUKAWA Suhadi1, Supardi2 1

Mahasiswa S2 Fisika Teoretik FMIPA ITB Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya

2

Abstrak Telah dilakukan studi literatur untuk mengetahui bagaimana pola orbit sebuah partikel yang berada di bawah pengaruh gaya sentral tipe Yukawa. Dengan menggunakan gaya sentral gravitasi sebagai pembanding, maka diperoleh beberapa pola orbit partikel di bawah pengaruh gaya sentral tipe Yukawa yang bergerak secara klasik dan relativistik . Pola orbit yang dihasilkan bervariasi yang bergantung pada eksentrisitas Yukawa klasik eYk dan eksentrisitas Yukawa relativistik eYr. Kata kunci: eksentrisitas, Yukawa.

PENDAHULUAN

G

aya sentral gravitasi dan gaya Coulomb adalah dua jenis gaya yang besarnya bergantung pada jarak benda atau partikel terhadap benda atau partikel lain yang menyebabkan timbulnya gaya tersebut. Gaya Coulomb dan gravitasi secara matematis memiliki kesamaan, oleh karena itu kedua gaya ini juga memiliki kesamaan dalam orbit masing-masing massa dan muatannya. Di sisi lain, gaya sentral tipe Yukawa (juga merupakan gaya yang besarnya bergantung pada jarak partikel terhadap partikel lain yang menimbulkan gaya tersebut), secara matematis berbeda dengan kedua gaya tersebut yang diperlihatkan oleh adanya sebuah konstanta α. Jika α = 0 maka gaya sentral tipe Yukawa menjadi seperti gaya Coulomb dan gravitasi, sehingga akan memberikan persamaan dan bentuk orbit yang sama. Tetapi jika α ≠ 0 maka gaya sentral tipe Yukawa ini akan sangat berbeda dengan gaya Coulomb dan gravitasi. Perbedaan ini memungkinkan adanya perbedaan pula dalam hal persamaan dan bentuk orbit dari partikel yang dipengaruhinya. Selain itu kajian secara relativistik dari persamaan dan bentuk orbit partikel yang dipengaruhi oleh gaya sentral tipe Yukawa akan memberikan hasil yang berbeda dan merupakan hal yang cukup menarik.

PEMBAHASAN Gaya sentral Gravitasi Gaya gravitasi merupakan gaya interaksi tarik – menarik antara benda – benda bermassa pada suatu jarak tertentu. Dalam interaksi gravitasi, benda – benda yang berinteraksi tidak harus saling bersentuhan satu sama lain (karena setiap massa dapat menjadi sumber medan gravitasi). Interaksi gravitasi antar benda dapat dinyatakan dalam gaya gravitasi atau energi potensial gravitasi. Bentuk umum potensial gravitasi diberikan oleh V k r (1) dengan konstanta k GMm, dimana G adalah konstanta gravitasi umum, M adalah massa sumber gravitasi dan m adalah massa yang mengalami gaya gravitasi. Energi total sistem E adalah pr 2 L2 k . (2) E 2 2m 2mr r Pada Persamaan (2), pr adalah momentum dalam arah radial, dan L adalah momentum sudut yang merupakan suatu konstanta. Persamaan (2) dapat diungkapkan dalam bentuk

62


Orbit Relativistik Partikel …

Suhadi & Supardi

E

k r

L2 1 2mr 2

dr d

2

.

(3)

Bila dilakukan perubahan variabel dari r ke s yang hubungannya diberikan oleh (4) s 1 r, maka substitusi Persamaan (4) ke Persamaan (3) menghasilkan persamaan gerak (persamaan orbit) yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi, yaitu d 2s mk (5) s 0. 2 d L2 Solusi dari Persamaan (5) dengan mudah dapat diperoleh setelah dilakukan definisi variabel yang baru mk , (6) x s L2 kemudian disubstitusikan ke Persamaan (5) menghasilkan d2x (7) x 0, d 2 yang tak lain merupakan osilator harmonik sederhana, dengan solusi umum berbentuk (8) x B cos dengan B adalah suatu konstanta integrasi. Substitusi Persamaan (8) ke Persamaan (6) lalu ke Persamaan (4) dan setelah menerapkan syarat awal diperoleh solusi persamaan orbit (5) yang dapat ditulis sebagai 1 1 (9) 1 e cos , r dengan

L2 mk dan e

1

2 EL2 mk 2 . adalah eksentrisitas. Persamaan pola orbit partikel (9)

merupakan suatu irisan kerucut, sehingga bentuknya secara umum dapat dibedakan menjadi 1 ;E 0 1 ;E 0 e 1 ;E 0

0 ;E

mk 2 2 L2

bergantung pada nilai eksentrisitas e , yang

;hiperbola, ;parabola, ;ellips,

(10)

;lingkaran.

Gaya sentral Yukawa Dalam interaksi antara partikel-partikel penyusun inti atom, maka telah banyak dibahas tentang gaya pengikat partikel-partikel penyusun inti (gaya inti), salah satu di antaranya adalah gaya (sental) Yukawa. Gaya sentral Yukawa biasanya diberikan dalam bentuk potensial yang dapat ditulis sebagai A r (11) VYukawa e r dengan A adalah suatu konstanta (kopling), adalah konstanta lain yang bergantung pada massa partikel dan r adalah jarak antar partikel. Persamaan (11) memberi garansi bahwa jangkauan kerja gaya inti tipe ini adalah jarak dekat. Persamaan orbit partikel yang memenuhi potensial Yukawa (11) secara klasik diberikan oleh d 2s mA s 1 e s 0. (12) 2 2 s d L Untuk jangkauan yang sangat dekat (r  ) , maka Persamaan orbit partikel (12) mempunyai solusi umum yang dapat ditulis sebagai 1 1 (13) 1 eYk cos , r


63


dimana eYk

1

2 Ek

A

Suhadi & Supardi L2 mA2 adalah eksentrisitas Yukawa dalam pembahasan secara klasik

L2 mA. Orbit klasik dari partikel Yukawa yang diberikan oleh Persamaan (13), diplot untuk dan berbagai keadaan energi, hasilnya sebagaimana diberikan oleh Gambar 1.

a b c d e f Gambar 1. Pola Orbit Partikel Klasik Gaya Sentral Yukawa untuk berbagai nilai energi E: (a) E < 0, (b) E = 0, (c) E = 0,3, (d) E = 0,5, (e) E = 0,7, dan (f) E = 1,5.

Persamaan orbit partikel yang memenuhi potensial Yukawa (11) secara relativistik diberikan oleh d 2s d 2

1 L2 c 2

1

Er

s

s

A Ae

s

s

0,

(14)

dengan c adalah kecepatan cahaya. Sebagaiman pada kasus klasik, maka pembahasan dilakukan pada jangkauan yang sangat dekat (r  ) . Pembahasan orbit partikel Yukawa pada kasus relativistik, dapat dibedakan atas 3 kondisi, yaitu (a) kondisi L c , (b) kondisi L c , dan (c) kondisi L c. Pada kondisi L c , maka solusi umum dari persamaan orbit partikel Yukawa relativistik (14) dapat ditulis sebagai 1 1 , (15) 1 eYk1 sin r 1 dengan konstanta eYk1

1

1 {1 m02c4 ( Er

( L2 c 2

A2 ) A( Er

A ),

1 A2 L2c2 ,

dan eksentrisitas relativistik

A )2 }{ 1 L2c2 A2 }. Solusi orbit (15) ini telah diplot untuk keadaan energi

relativistik E 15 dan L 0,99 , hasilnya berbentuk spiral sebagaimana diberikan oleh Gambar 2.

Gambar 2. Pola Orbit Partikel Relativistik Gaya Sentral Yukawa untuk nilai energi E 15 dan L 0,99 .

Pada kondisi L (14) dapat ditulis sebagai

c , maka solusi umum dari persamaan orbit partikel Yukawa relativistik

m0 2 c 4 ( Er A ) 2 1 1 Er 2 . (16) r 2 A 2 A( Er A ) Solusi orbit (16) telah diplot untuk keadaan energi relativistik dan momentum sudut tertentu, yang mana hasilnya diberikan oleh Gambar 3.

Gambar 3. Pola orbit partikel relativistik gaya sentral Yukawa untuk nilai energi relativistik E 1,6 dan nilai momentum sudut L 1.

Pada kondisi L (14) dapat ditulis sebagai

c , maka solusi umum dari persamaan orbit partikel Yukawa relativistik

1 r

64

1

1 eYk 2 sin

2

2


(17)


Suhadi & Supardi

dengan konstanta eYk1

2

1 {1 m02c4 (Er

( A2

L2 c 2 ) A( Er

A ),

2

2 eksentrisitas relativistik 1 A2 L c2 , dan

A )2 }{1 L2c2 A2 }. Solusi orbit (17) ini telah diplot untuk keadaan untuk

berbagai nilai energi relativistik, momentum sudut dan eksentrisitas, yang mana hasilnya diberikan oleh Gambar 4.

a b c d e f g Gambar 4. Pola orbit partikel relativistik gaya sentral Yukawa untuk berbagai nilai energi relativistik E , nilai eksentrisitas e (kompleks), dan nilai momentum sudut L. (a) E 1,1 , e 0 4,4486i dan L 1,1 (b) E 1,5 , e 0,6o83 dan L 1,1 (c) E 2 , e 1,0371 dan L 1,1 (e) E 1,5 , e 1 dan L 1,1 (d) E 2 , e 0 1,6583i dan L 1,5 (f) E 1,5 , e 0 8,4281i dan L 5 dan (g) E 1,5 , e 0 428,9037i dan L 16 (a) E 1,6 , dan L 1.

KESIMPULAN DAN SARAN Beberapa orbit yang dihasilkan oleh gaya Yukawa pada umumnya sama dengan orbit yang dihasilkan oleh gaya gravitasi pada tinjauan secara klasik, akan tetapi pada tinjauan relativistik beberapa orbit yang dihasilkan berupa spiral yang menuju pusatnya, meskipun pada dasarnya bentuknya sama seperti tinjauan secara klasik baik pada gaya gravitasi maupun gaya Yukawa (ellips, parabola, hiperbola dan lingkaran). Perbedaan yang lain adalah bahwa energi minimum yang dimiliki partikel pada gaya Yukawa adalah lebih besar daripada gaya gravitasi, walaupun secara matematis telah terlihat perbedaan antara gaya gravitasi dan Yukawa oleh kuantitas α.

DAFTAR PUSTAKA Arya, Atam.P. Elementary Modern Physics. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. Canada.1974. Arya, Atam.P. Introduction to Classical Mechanics. Allyn & Bacon A Division of Simon & Schuster, Inc.1990. A Publishing of The American Association of Physics Teacher. American Journal of Physics. Volume 72, No.8, August 2004. Beiser,Arthur. Concepts of Modern Physics. McGraw-Hill,Inc. USA.1963. B.Gonul, K.Koksal & E.Bakir. An Alternative Treatment for Yukawa-type Potentials. Departement of Enginering Physics, Univesity of Gaziantep, 27310, Gaziantep-Turkey. Or see: http//www.arxiv.org Flugge,Seigfried. Practical Quantum Mechanics with figures. Springer-Verlag-New York-Heidelberg-Berlin. 1974. Gupta,Kiran.C. Classical Mechanics of Particle and Rigid Bodies. Wiley Eastern Lmited. New Delhi, India. 1988. Symon,Keith.R. Mechanics third edition. Addison- Wesley Publishing Company, Inc. Canada.1971. Thomas Ferbel & Ashok Das. Introdution to Nuclear and Particle Physics. John Wiley & sons,Inc. Canada, 1994. Vu B Ho. A Metric of Yukawa Potential as an Exact Solution to The Field Equations General Relativity. Departement of Physics Monash University Clayton Victoria, 3168, Australia. Or see: hhtp//www.arxiv:hep-th/9506154 v3, 1995. Aisyah, Nyimas. 2007. Pendekatan Pemecahan Masalah. Konsorsium PJJ S1 PGSD Anggraini, Lela. 2010. Penerapan Model Pembelajaran Investigasi Kelompok Dalam Rangka Meningkatkan Kemampuan Pemecahan Masalah Matematika Pokok Bahasan Bangun Ruang sisi Datar Siswa Kelas VII-4 Sekolah Menengah Pertama Negeri 27 Palembang. Tidak Diterbitkan Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

65


Suhadi & Supardi

Budiningsih,Asri.2005. Belajar dan Pembelajaran.Yogyakarta : Rineka Cipta BNSP.2006.Permendiknas no 22 tahun 2006 tentang SI. Jakarta Dalman.1994. Penuntun Belajar Matematika 1 untuk SMU Kelas 1. Bandung : Ganeca Hudiono, Bambang. 2007. Mengenal Pendekatan open-ended problem solving Matematika. Pontianak : STAIN Pontianak Press Kardi, Soeparman. 2000. Metode Pembelajaran. Surabaya : Unesa-University Press Mayer, Richard. 2008. Learning and Instruction. New Jersey : Pearson Polya, George.1973.How To Solve It.New Jersey : Princeton University Press Shadiq, Fadjar. 2009. Apa dan Mengapa Matematika Itu Penting ?.(Online). http://fadjarp3g.files.wordpress.com/2009/10/09-apamat_limas_.pdf. (diakses 1 Mei 2012) Shadiq,Fadjar.2004. Penalaran, Pemecahan, Masalah dalam Pembelajaran Matematika. PPPG Matematika Yogyakarta Smith, Patricia.1999. Instructional Design. Oklahama : John Wiley & sons,inc Sumardyono.2004. Karakteristik Matematika dan Implikasinya terhadap Pembelajaran Matematika. Ditjen Dikdasmes. PPPG. Yogyakarta Sumardyono.2004. Hambatan dan Kesulitan dalam Memecahkan Masalah Matematika. http://p4tkmatematika.org/file/problemsolving/HambatanProblemSolving_smd.pdf. (diakses 1 Mei 2012) Sunarto.2002. Perkembangan Peserta Didik. Jakarta : Rineka Cipta Suryosubroto.2002. Proses Belajar Mengajar di Sekolah. Jakarta : Rineka Cipta Uno, Hamzah. 2011. Menjadi Peneliti PTK yang Profesional. Jakarta : Bumi Aksara Uno, Hamzah. 2011. Belajar dengan PAILKEM. Jakarta : Bumi Aksara

66


PABRIKASI FILM PVDF DENGAN ROLL HOT PRESS DAN KARAKTERISASINYA Ambran Hartono1*, Mitra Djamal2, Suparno2, Ramli3, Edi Sanjaya1 1

Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta, Jl. Juanda 95 Ciputat Tangerang Selatan 2 Grup Riset Fisika Teoritik Energi Tinggi dan Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung (ITB), Jl. Ganesa 10 Bandung 40132 3 Jurusan Fisika Universitas Negeri Padang, Jl. Prof. Hamka Padang 25131 *[email protected]

Abstrak Perkembangan teknologi pembuatan dan pemanfaatan film polimer akhir-akhir ini semakin pesat, khususnya polimer Polyvinyldene Fluoride (PVDF). Polimer PVDF mempunyai tiga bentuk struktur molekul padat yaitu fasa , fasa dan fasa . Polimer PVDF yang ada umumnya dominan mempunyai fasa . Polimer merupakan salah satu material yang dapat menghasilkan sifat piezoelektrik dan polimer yang menghasilkan sifat piezoelektrik paling besar adalah poly vinylidene fluoride (PVDF). Beberapa metode pembuatan film PVDF telah dilakukan seperti annealing, spin coating dan evaporasi. Telah dilakukan pembuatan film PVDF dengan Roll Hot Press, selanjutnya sampel yang diperoleh dikarakterisasi menggunakan XRD, IR dan I-V meter. Fraksi maksimum diperoleh sebesar 71,60% untuk film dengan ketebalan 13 m pada temperatur 160 oC. Hasil dari penelitian yang dilakukan telah diperoleh film PVDF yang baik ditandai dengan semakin meningkatnya fraksi dari sampel. Meningkatnya fraksi ini disebablkan adanya peerlakuan mekanik pada proses pabrikasi. Dalam paper ini akan dipaparkan proses pabrikasi dan karakterisasi film PVDF serta analisis parameter-parameter fisis yang menyebabkan meningkatnya fraksi tersebut. Kata kunci: film PVDF, fraksi , piezoelektrik, roll hot press, struktur PVDF

PENDAHULUAN

P

erkembangan teknologi pembuatan dan pemanfaatan film polimer akhir-akhir ini semakin pesat, khususnya polimer Polyvinyldene Fluoride (PVDF). PVDF dapat disintesis dari gas monomer VDF melalui proses polimerisasi radikal bebas (Gambar 1).

Gambar 1. Proses polimerisasi Polimer PVDF mempunyai tiga bentuk struktur molekul padat yaitu fasa , fasa dan fasa (Lovinger, 1981). Akhir-akhir ini yang banyak dikembangkan adalah pembuatan PVDF dengan struktur (Gambar 2) karena molekul dengan struktur ini memberikan efek piezoelektrik yang paling besar dibandingkan dengan kedua phase lainnya (Wikipedia, 2012).

Gambar 2. Struktur rantai jenis fasa β pada PVDF


67

Pabrikasi Film PVDF…

Ambran Hartono, dkk

Sampai saat ini penelitian tentang sifat piezoelektrik PVDF ini masih terus dikembangkan baik dalam hal meningkatkan piezoelektrik bahan maupun analisis parameter fisis terkait dengan jumlah fraksi betha sampel maupun dalam aplikasinya untuk sensor. Beberapa metode yang telah dilakukan oleh para peneliti sebelumnya dalam pembuatan film PVDF antara lain yaitu: calendring (Vijayakumar dkk, 2010), annealing (V.Scandes, S. Lanceros, 2004), spreading (V. Sencadas, V.M. Moreira., 2006), Diana Sari (2004) dan evaporasi (Yuji Yoshida dkk, 1993; Kwang Man Kim dkk, 2003). Dalam penelitian dilakukan pembuatan lapisan tipis dari bahan oligomer PVDF dengan Roll Hot Press untuk beberapa beda temperatur. Lapisan yang didapat dilakukan pengukuran I-V meter dan karakterisasi dengan XRD untuk dianalisis pengaruh temperatur pembuatan terhadap jumlah fraksi dan resistivitas permukaannya. Dari eksperimen telah dilakukan telah diperoleh film PVDF dengan roll hot Press untuk beberapa ketebalan dengan variasi temperatur menunjukkan hasil karakterisasi yang baik terutama dalam hal ketebalan dan fraksi beta yang didapat.

METODE PENELITIAN Pada eksperimen ini dilakukan pembuatan lapisan dan karakterisasi lapisan PVDF menggunakan peralatan antara lain; mesin Roll Hot Press, micrometer skrup, I-V meter dan X-Ray Diffractometer. Pada awalnya, sampel PVDF dalam bentuk bubuk ditempatkan pada silinder mesin kemudian dipanaskan sampai meleleh lalu dirolling menjadi lapisan tipis. Ketebalan lapisan dikur dengan mikrometer skrup, selanjutnya lapisan yang diperoleh resistivitasnya diukur menggunakan I-V meter ELKAHFI 001 dan fase kristalnya ditentukan dengan XRD.

HASIL DAN DISUKUSI Telah diperoleh lapisan tipis PVDF transparan dengan beberapa ketebalan seperti dalam tabel 1. Tabel 1. Hasil film PVDF dari tiga beda temperature dengan tiga ketebalan berbeda. No

Temperatur ( o C)

1 140 2 150 3 160

Ketebalan ( m) 18 13 11 15 13 8 16 13 10

No Sampel 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Hasil karakterisasi yang dilakukan terhadap sampel yang dilakukan dengan menggunakan XRD, untuk ketebalan yang sama yaitu 13 m untuk variasi temperatur 1400C, 1500C dan 1600C diperlihatkan pada Gambar 3. 1000

Intensitas (a.u)

800

600 o

T=160 C 400

200

= 71.60% ;

o

T=150 C o

T=140 C

= 28.40%

= 66.35% ;

= 33.65%

= 63.64% ;

= 36.36%

0 30

35

40

45

50

55

60

2 Tetha

Gambar 3. Pola difraksi sampel dengan ketebalan 13 m untuk temperatur 140 oC, 150 oC dan 160 oC. 68


Ambran Hartono, dkk


Dari hasil eksperimen dan pengujian dilakukan perhitungan untuk menentukan jumlah fraksi betha dari masing-masing sampel menggunakan persamaan:

Dengan A : luas kurva , dan A merupakan luas kurva . Untuk menentukan luas kurva dan kurva digunakan software Origin 6.0. Terlihat bahwa fraksi untuk temperatur 1400C, 1500C dan 1600C secara berurutan 63,64%; 66,35% dan 71.60%. Hasil ini memperlihatkan adanya peningkatan fraksi dengan kenaikan temperatur. Grafik peningkatan fraksi dengan kenaikan temperatur ditampilkan dalam Gambar 4. Dengan kenaikan temperatur menyebabkan peningkatan polaritas karena terjadi orientasi dipol yang mengakibatkan transformasi struktur. Ini ditandai dengan penambahan fraksi .

Gambar 4. Grafik peningkatan fraksi

terhadap temperatur

Hasil pengujian arus-tegangan dilakukan degan menggunakan I-V meter ELKAHFI 100. Untuk ketebalan yang sama yaitu 13 m untuk variasi temperatur 1400C, 1500C dan 1600C diperlihatkan pada Gambar 5.

Gambar 5 . Kurva I-V untuk sampel dengan ketebalan 13 m pada temperature 160 oC

Pengukuran resistivitas ketiga lapisan dengan I-V meter menunjukkan bahwa pemberian tegangan sebanding dengan kenaikan arus, ini sesuai dengan hukum Ohm. (2) dengan R adalah resistansi ( ), V adalah tegangan (V), dan I adalah arus listrik (A). Nilai R diperoleh dari gradien grafik I-V. Perhitungan nilai resistivitas lapisan menggunakan persamaan (2). (3) dengan adalah resistivitas ( m) dan S adalah jarak antar elektroda (5mm). Nilai resistivitas untuk temperatur 1400C, 1500C dan 1600C secara berurutan 4.4. x 109 m, 2.5 x 109 m dan 1.55 x 109 m. Grafik resistivitas sebagai fungsi temperature diperlihatkan dalam Gambar 6.


69


Ambran Hartono, dkk

Gambar 6. Grafik resistivitas sebagai fungsi temperatur Dengan menaikkan temperatur sampel menyebabkan penurunan mengindikasikan bahwa terjadi peningkatan sifat piezoelektrik.

nilai

resistivitas,

yang

KESIMPULAN DAN SARAN Telah berhasil dibuat 3 lapisan PVDF dengan Roll Hot Press. Uji resistivitas menunjukkan penurunan resistivitas untuk setiap kenaikan temperatur. Karakterisasi XRD memperlihatkan kenaikan fraksi terhadap kenaikkan temperatur. Disarankan dalam penelitian lanjutan akan dilakukan untuk beberapa beda temperatur lagi dan ukuran ketebalan yang berbeda-beda. Juga akan dilakukan pembuatan lapisan dengan metode lain serta dilakukan polling untuk lapisan PVDF agar didapat fraksi yang lebih besar lagi. DAFTAR PUSTAKA Ambran, Ramli, Mitra Djamal dan Suparno. Pengaruh Temperatur Perlakuan Mekanik Terhadap Jumlah Fraksi dan Resistivitas Permukaan Lapisan PVDF, Prosiding BKS PTN-BMIPA, 2012, ISBN:978-6029115-21-5 Diana Sari, Pembuatan dan Karakterisasi Piezoelektrik PVDF dengan metode Spin Coating dalam pelarut N, N-Dimethyl cetamide dan N, N-Dimethyl formalide, Thesis ITB, 2004 en. Wikipedia. Org. polyvinylidene_fluoride, diunduh tanggal 5 mei 2012 Kwang Man Kim, Effect Evaporation Temperature on the Crystals, Korean J. Chem. 20(5), 2003, 934-941. Lovinger, A. J., Poyivinylidene fluoride, 1981, 202 Radiman, Kimia Polimer, Bandung : Penerbit ITB, 2004, pp.5-20. V. Sencadas, V.M. Moreira, S. Lanceros-Mendez, A. S. Pouzada and R. Gregorio Jr. - to- Transformation on PVDF Films Obtained by Uniaxial Stretch, Materials Science Forum Vols. 514-516 (2006) pp 872-876 Yuji Yoshihada, Katsunori, Ishizaki, Toshihisa Horiuci and Kazumi Matsushige, Molecular Orientation and Phase Transition in Vinylidene Fluoride Telomer Evaporated Thin Films, Polymer Physics in Japan, vol. 36, 1993

70


PEMODELAN DINAMIKA ARUS DAN GELOMBANG LAUT DI SEPANJANG PANTAI SELATAN KEPULAUAN INDONESIA DAN APLIKASINYA DI BIDANG PERIKANAN

Iskhaq Iskandar dan Pradanto Poerwono Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Sriwijaya E-mail: [email protected]

Abstrak Dinamika arus dan gelombang di perairan Selatan Jawa dan Barat Sumatra dianalisa dengan menggunakan data observasi dan hasil simulasi numerik. Dalam skala waktu intra-musim (20-90 hari), hasil analisa menunjukkan bahwa variasi arus dan gelombang di kawasan ini sangat dipengaruhi oleh angin baik di sepanjang ekuator Samudera Hindia maupun di sepanjang pantai Sumatra dan Jawa. Variasi angin dalam skala waktu yang lebih panjang (antar tahun) terkait dengan fenomenan Indian Ocean Dipole (IOD) dan ENSO, selain menyebabkan variasi yang sangat signifikan terhadap parameter fisis oseanografi juga menimbulkan efek yang sangat signifikan terhadap parameter biologi laut. Hasil pengolahan citra satelit Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) menunjukkan pada saat IOD positif dan/atau El Niño, terjadi bloom klorofil-a di sepanjang pantai Selatan Jawa dan Nusa Tenggara. Hasil pengolahan citra satelit ini juga menunjukkan adanya potensi keterkaitan antara bloom klorofil-a dengan Arus Lintas Indonesia (ARLINDO) yang melalui Selat Lombok dan Selat Ombai. Namun karena terbatasnya data observasi, fenomena ini belum dapat diungkapkan secara detail. Untuk itu dibutuhkan model numerik yang meng-kopel parameter fisis dan biologi laut untuk mengungkap fenomena ini.

PENDAHULUAN

D

alam skala global, arus laut berperan penting dalam mengatur iklim bumi dengan cara mengalirkan air hangat dari daerah tropis ke kutub dan sebaliknya. Sistem arus global ini dinamakan ”Great Ocean Conveyor Belt”. Dalam skala regional, pergerakan arus laut akan mempengaruhi sifat fisis and biologi kawasan yang dilalui oleh arus tersebut. Sistem arus dan gelombang laut di sepanjang pantai selatan Kepulau Indonesia yang merupakan batas pantai Timur Samudera Hindia memiliki karakteristik yang unik jika dibandingkan dengan sistem serupa di Samudera Pasifik atau Samudera Atlantik. Keunikan tersebut dipengaruhi oleh perbedaan pola pergerakan angin yang bertiup di sepanjang pantai. Jika di Samudera Pasifik dan Samudera Atlantik angin bertiup sepanjang tahun dari arah tenggara menuju barat laut, maka di Samudera Hindia arah angin berganti dalam kurun waktu 6 (enam) bulan atau disebut sebagai angin muson. Sepanjang bulan Oktober hingga Maret, angin muson berhembus dari daratan Asia menuju benua Australia (angin muson barat) dan berbalik arah pada bulan-bulan berikutnya (Webster dkk, 1998). Keunikan sistem arus dan gelombang laut di kawasan timur Samudera Hindia juga ditandai oleh pergerakan arus laut dari Samudera Pasifik menuju Samudera Hindia yang melalui perairan dalam Indonesia. Arus laut ini dikenal dengan sebutan Arus Lintas Indonesia (ARLINDO) atau Indonesian Throughflow (Gordon dan Fine, 1996). Jalur ARLINDO dimulai dari perairan Laut Sulawesi, mengalir masuk melaui Selat Makassar sebagai jalur utamanya. Sebelum meninggalkan Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

71

Pemodelan Dinamika Arus…

Iskhaq Iskandar & Pradanto Poerwono

pearairan Indonesia meluai selat Lombok, selat Ombai dan Laut Timor, arus ini berinteraksi dengan arus di perairan Laut Flores dan Laut Banda. Setiap tahun ARLINDO membawa rata-rata 10 juta meter kubik per detik (10 Sverdrup) volume massa air dari Samudera Pasifik ke Samudera Hindia dan mentransfer panas rata-rata 0,8 PW per tahun (1 Petta Watt = 1015 Watt) (Gordon dkk., 2003). Hasil perpaduan antara pola pergerakan angin dan ARLINDO yang membawa massa air yang relatif hangat menyebabkan variasi suhu permukaan laut (SPL) di sepanjang pantai selatan Kepulaun Indonesia relatif kecil jika dibandingkan dengan kawasan pantai timur Samudera Pasifik dan Samudera Atlantik. Lebih dari itu, ARLINDO yang membawa plankton, organisme penting dalam rantai makanan di laut, menyebabkan perairan di Selatan Kepulauan Indonesia menjadi daerah subur untuk perkembangan ikan. Berangkat dari uraian di atas, artikel ini merangkum hasil penelitian yang telah dan akan dilakukan untuk menjelaskan dinamika arus dan gelombang laut di kawasan ini. Untuk mengatasi terbatasnya data in situ di perairan ini, analisis dilakukan dengan menggabungkan data hasil observasi dan keluaran pemodelan numerik berbasis Modular Ocean Model (MOM) dan model analitik gelombang Kelvin. Tulisan ini disusun sebagai berikut. Deskripsi karakteristik arus permukaan (South Java Coastal Current) dan arus bawah permukaan (South Java Coastal Undercurrent) disajikan dalam subbab 2. Kajian fenomena arus ini sepenuhnya berdasarkan pada hasil pemodelan numerik. Pada subbab 3, fenomena perambatan gelombang Kelvin diulas dengan memadukan hasil observasi pasang surut sepanjang pantai Barat Sumatra dan Selatan Jawa dan hasil pemodelan analitik. Selanjutnya, sub-bab 4 membahas pengaruh fenomena ENSO dan Indian Ocean Dipole (IOD) terhadap distribusi klorofil-a di sepanjang pantai Selatan Jawa dan Kepulauan Nusa Tenggara. Citra satelit Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) digunakan untuk mengkaji fenomena ini. Pada bagian akhir, disajikan rangkuman hasil-hasil utama penelitian yang telah dilakukan sejauh ini. Sebagai penutup akan disampaikan studi yang sedang dan akan dilakukan untuk mengetahui dampak ARLINDO terhadap sifat fisis dan biologi laut di kawasan ini. 2. Dinamika Arus di Selatan Jawa Pada bagian ini dibahas karakteristik arus di Selatan Jawa, baik arus permukaan yang selanjutnya disebut South Java Coastal Current (SJCC) maupun arus bawah permukaan atau South Java Coastal Undercurrent (SJCU). Dalam penelitian ini, SJCC didefinisikan sebagai arus pada kedalaman 2,5-150 meter, sedangkan SJCU merupakan arus pada kedalaman antara 150-1000 meter. Pembahasan akan difokuskan pada variasi kedua arus ini dalam skala waktu intra-musim (20 – 90 hari). Seperti dijelaskan dalam sub-bab 1, kajian dinamika kedua arus ini didasarkan pada hasil pemodelan numerik berbasis MOM versi 3 (Masumoto dkk., 2004). Seperti yang telah dijelaskan dalam beberapa literatur (Wyrtki, 1961; Quadfasel dan Cresswell, 1992), SJCC dipengaruhi oleh angin muson. Arus ini akan bergerak ke arah timur sepanjang pantai Jawa selama bulan Oktober – Maret searah dengan hembusan angin muson barat, dan berbalik arah pada musim timur (April – September). Arus ini juga dipengaruhi oleh gelombang Kelvin yang merambat sepanjang ekuator dan diteruskan menjadi gelombang Kelvin pantai (Sprintall dkk., 1999). 2.1. Sifat umum arus di Selatan Jawa Gambar 1 menunjukkan vektor arus pada beberapa kedalaman yang merupakan hasil simulasi numerik. Hasil simulasi menunjukkan bahwa ARLINDO dapat dimodelkan dengan baik dalam pemodelan ini. Selanjutnya, pada kedalaman 2,5 dan 45 meter yang merepresentasikan arus permukaan atau SJCC, nampak bahwa SJCC bergerak sepanjang pantai Selatan Jawa. Kecepatan maksimum SJCC terlihat berada di bawah permukaan (Gambar 1b). Arah arus ini teregulasi oleh ARLINDO ketika mencapai Selat Lombok dimana arus berbelok ke barat dan bergabung dengan arus selatan ekuator (South Equatorial Current).

72




Gambar 1. Vektor rerata arus (cm/detik) pada kedalaman (a) 2,5 m, (b) 45 m, (c) 400 m dan (d) 600 m.

Sementara itu, arus bawah permukaan atau SJCU yang digambarkan oleh vektor arus pada kedalaman 400 dan 600 meter menunjukkan karakteristik yang berbeda dengan SJCC (Gambar 1c-d). Kecepatan arus ini meningkat ketika mencapai daerah di sekitar Selat Lombok. Ditunjukkan juga bahwa arus ini tidak teregulasi oleh ARLINDO, akan tetapi bergerak jauh ke timur. Sebagian arus ini masuk ke Laut Sawu melalui Selat Sumba, namun sebagian besar bergerak ke arah tenggara mengitari Pulau Sumba sebelum bergabung dengan arus selatan ekuator. 2.2. Variasi arus di Selatan Jawa Untuk mengetahui periode osilasi SJCC dan SJCU, dihitung spektrum rerata arus pada kedalaman dimana SJCC dan SJCU didefinisikan dengan menggunakan metode Fast Fourier Transform (FFT). Hasil perhitungan ini disajikan dalam Gambar 2.

Gambar 2. Spektrum SJCC (tipis) dan SJCU (tebal) yang dihitung pada satu lokasi pada titik 8,6° LS ; 110° BT

Dari perhitungan spektrum yang disajikan dalam Gambar 2 diketahui bahwa variasi maksimum kedua arus tersebut adalah pada periode 6 bulan (semiannual). Variasi arus pada frekuensi ini terjadi akibat pengaruh gelombang Kelvin ekuator yang memiliki frekuensi yang sama. SJCC juga Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

73



menunjukkan frekuensi osilasi yang signifikan pada periode satu tahun (annual). Hal ini sudah dapat diduga karena sistem arus di Selatan Jawa dipengaruhi oleh angin muson yang berosilasi pada periode yang sama. Dalam rentang frekuensi intra-musim, SJCC menunjukkan empat puncak osilasi yang signifikan, yaitu pada periode 25, 35, 50 dan 90 hari, dimana periode 90 hari yang paling dominan. Sedangkan SJCU menunjukkan frekuensi osilasi dominan pada periode 60 hari. Untuk mengetahui pemicu osilasi SJCC dan SJCU pada frekuensi intra-musim, maka dilakukan perhitungan korelasi waktu antara SJCC dan SJCU dengan angin sepanjang ekuator dan sepanjang pantai Jawa dan Sumatra. Hasil perhitungan tersebut menunjukkan bahwa osilasi SJCC dalam frekeunsi intra-musim sangat dipengaruhi oleh angin di sepanjang ekuator. Perhitungan kecepatan fase gelombang yang diinterpretasikan dalam korelasi waktu ini menunjukkan bahwa gelombang Kelvin mode satu mempengaruhi osilasi SJCC pada frekuensi intra-musim. Sementara itu, osilasi SJCU pada frekuensi 60-hari dipengaruhi oleh osilasi angin di sepanjang ekuator dan sepanjang pantai Barat Sumatra. Osilasi SJCU pada frekuensi ini menyertakan gelombang Kelvin mode kedua. 3. Dinamika gelombang Kelvin di sepanjang pantai Sumatra dan Jawa Wyrtki (1973) melaporkan bahwa hembusan angin barat yang bertiup sepanjang ekuator Samudera Hindia selama pergantian musim akan membangkitkan arus ekuator yang kemudian dinamai Wyrtki jet. Pada saat yang bersamaan, gelombang Kelvin ekuator akan dibangkitkan sebagai respon permukaan laut terhadap hembusan angin barat ini. Gelombang ini merambat sepanjang ekuator melintasi Samudera Hindia dari Barat ke Timur. Ketika sampai di pantai Barat Sumatra, gelombang Kelvin akan terbagi menjadi gelombang Kelvin pantai dan gelombang Rossby. Gelombang Kelvin pantai merambat sepanjang pantai ke arah kutub Utara dan kutub Selatan. Sedangkan gelombang Rossby akan berbalik arah dari Timur menuju Barat. Untuk mengetahui dinamika gelombang Kelvin pantai yang menjalar di sepanjang pantai Barat Sumatra dan Selatan Jawa, penelitian ini memanfaatkan data pasang surut yang terekam di stasiun-stasiun pengamatan sebagai berikut: Padang, Panjang, Cilacap, Benoa, Lembar dan Balikpapan. Keterbatasan data observasi diatasi dengan memanfaatkan citra satelit TOPEX/Poseidon dan hasil pemodelan analitik gelombang Kelvin. Fokus pengamatan akan dititikberatkan pada frekuensi intra-musim (20-90 hari). 3.1. Variasi tinggi permukaan laut sepanjang pantai dan hubungannya dengan gelombang Kelvin Spektum wavelet dari data pasang surut di stasiun Padang dan Benoa ditunjukkan dalam Gambar 3. Dalam kurun waktu Mei hingga Agustus 1996, data pada stasiun pengamatan Padang menunjukkan variasi signifikan dengan periode 20-40 hari. Sinyal ini juga terekam di stasiun pengamatan Benoa. Sementara itu, untuk periode Desember 1995 – Maret 2006, variasi tinggi permukaan laut di kedua stasiun pengamatan menunjukkan osilasi dengan periode dominan di atas 60 hari. Untuk mengetahui kaitan antara variasi tinggi muka laut dengan fenomena gelombang Kelvin pantai, maka dilakukan perhitungan korelasi waktu data pasang surut antar stasiun. Hasil perhitungan ini menunjukkan bahwa terdapat selisih waktu perekaman sinyal intra-musim di stasiun Padang dan di stasiun Benoa. Dengan mempertimbangkan jarak antara kedua stasiun pengamatan, maka dapat diestimasikan kecepatan fase perambatan sinyal tersebut adalah 2,78 meter/detik. Hasil perhitungan ini mendekati nilai teori kecepatan fase gelombang Kelvin mode satu yaitu 3 meter/detik. Jadi dapat disimpulkan bahwa variasi tinggi muka laut di sepanjang pantai Barat Sumatra dan Selatan Jawa dipengaruhi oleh penjalaran gelombang Kelvin pantai mode satu.

74




Gambar 3. Spektrum wavelet data pasang surut di stasiun pasang surut Padang dan stasiun pasang surut Benoa.

3.2. Pembangkit gelombang Kelvin di sepanjang pantai Sumatra dan Jawa Pertanyaan selanjutnya adalah apa yang membangkitkan gelombang Kelvin ini? Untuk menjawab pertanyaan di atas, dilakukan perhitungan korelasi waktu antara data pasang surut yang terekam di stasiun-stasiun sepanjang pantai dengan data angin di sepanjang ekuator dan sepanjang pantai. Hasil perhitungan ini menunjukkan adanya korelasi yang siginifikan antar keduanya. Pada bulan Juni hingga Agustus, variasi tinggi muka laut di sepanjang pantai berkorelasi secara signifikan dengan angin di sepanjang ekuator. Sementara itu, baik angin di sepanjang ekuator maupun angin di sepanjang pantai berkorelasi secara signifikan dengan tinggi muka laut yang terekam di sepanjang pantai pada bulan Desember hingga Februari. Hal ini menunjukkan bahwa pada bulan Juni hingga Agustus, angin di ekuator membangkitkan gelombang Kelvin ekuator dan sinyalnya diteruskan oleh gelombang Kelvin pantai ketika menjalar di sepanjang pantai Barat Sumatra dan Selatan Jawa. Sementara itu, pada bulan Desember hingga Februari angin di sepanjang pantai memperkuat sinyal gelombang Kelvin yang dibangkitkan di ekuator ketika sampai di pantai. Untuk memperkuat hipotesa ini, dilakukan pengujian dengan model analitik gelombang Kelvin. Hasil dari serangkaian percobaan menunjukkan bahwa model yang dibangkitkan hanya dengan menggunakan angin sepanjang pantai Sumatra dan Jawa hanya mampu menghasilkan variasi tinggi muka laut pada bulan Desember hingga Februari. Sementara itu, percobaan dengan menggunakan angin di sepanjang ekuator menghasilkan variasi tinggi muka laut baik di bulan Juni hingga Agustus maupun di bulan Desember hingga Februari. 4. Distribusi klorofil-a di perairan Selatan Kepulauan Indonesia Telah diketahui bahwa variasi angin di sepanjang pantai Sumatra dan Jawa serta angin di sepanjang ekuator memiliki efek yang sangat siginifikan terhadap dinamika arus dan gelombang pantai di kawasan ini. Timbul pertanyaan, bagaimana pengaruh angin ini terhadap penyebaran klorofil-a di perairan yang sangat dinamis ini? Untuk menjawab pertanyaan ini, dilakukan analisa terhadap citra satelit Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS). Hasil pengolahan citra satelit menunjukkan bahwa pada kondisi normal, angin muson timur (Juli – Oktober) yang bertiup dari arah Benua Australia menuju daratan Asia menyebabkan terjadinya proses upwelling (pengangkatan masa air di lapisan bawah menuju permukaan untuk mengisi ruang yang kosong karena massa air di permukaan bergerak meninggalkan pantai). Proses upwelling ini menyebabkan terangkatnya unsur-unsur hara dari bawah permukaan yang merupakan sumber makanan bagi klorofil-a. Oleh karena itu, perairan ini merupakan perairan yang subur untuk perikanan pada saat terjadinya angin muson timur. Citra satelit yang menyajikan distribusi klorofil-a yang terekam di permukaan menunjukkan bahwa puncak upwelling terjadi pada bulan Agustus/September. Sementara itu, analisa citra satelit untuk skala waktu antar tahun menunjukkan bahwa ditribusi klorofil-a juga dipengaruhi oleh fenomena Indian Ocean Dipole (IOD) (Saji dkk, 1999) dan Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

75



ENSO. Pada saat IOD positif dan/atau El Niño, terjadi bloom (anomali positif) distribusi klorofila di sepanjang pantai Selatan Kepulauan Indonesia. Hal ini terjadi karena kedua fenomena tersebut menimbulkan anomali angin muson timur

Gambar 4. Citra satelit SeaWiFS yang menunjukkan anomali distribusi klorofil-a pada saat terjadinya fenomena Indian Ocean Dipole di tahun 2006.

Yang bertiuap dengan kecepatan di atas rata-rata normal. Sebagai akibat, terjadi proses upwelling yang sangat kuat karena pengaruh anomali angin ini. Citra satelit selama periode 2006 menunjukkan bahwa IOD pada tahun ini mengakibatkan bloom klorofi-a di sepanjang pantai Selatan Kepulauan Indonesia khususnya di Selatan Jawa (Gambar 4). Sebaliknya, fenomena IOD negatif dan/atau La Niña menyebabkan kondisi yang bertolak belakang dengan fenomena IOD positif dan/ atau El Niño. 5. Penutup Perpaduan antara hasil observasi dan keluaran model numerik digunakan untuk menganalisa dinamika arus dan gelombang di perairan Selatan Jawa dan Barat Sumatra. Hasil analisa ini menunjukkan bahwa variasi arus dan gelombang di kawasan ini sangat dipengaruhi oleh angin, baik angin di sepanjang ekuator Samudera Hindia maupun angin di sepanjang pantai Sumatra dan Jawa. Pada musim muson Timur (Juni – September), angin di sepanjang ekuator membangkitkan gelombang Kelvin ekuator. Setelah mencapai pantai Barat Sumatra, sebagian energi gelombang ini diteruskan ke arah Selatan yang menjalar sepanjang Selatan Jawa. Akan tetapi angin di sepanjang pantai pada musim muson Timur memperlemah sinyal gelombang Kelvin yang datang dari ekuator. Sebaliknya, pada musim muson Barat (Desember – Maret) angin di sepanjang pantai yang bertiup ke arah Timur menguatkan sinyal gelombang Kelvin yang datang dari ekuator. Dalam skala waktu antar tahun, terkait dengan fenomena Indian Ocean Dipole (IOD) dan ENSO, variasi angin ini juga menimbulkan efek yang sangat signifikan terhadap kondisi biologi laut di Selatan Kepulauan Indonesia, khususnya Jawa dan Nusa Tenggara. Pada saat terjadinya IOD positif dan/atau El Niño, anomali angin muson Timur menyebabkan terjadinya bloom klorofil-a di sepanjang pantai Selatan Jawa dan Nusa Tenggara. Sementara itu, IOD negatif dan/atau La Niña, menyebabkan kondisi yang bertolak belakang dengan kondisi pada saat terjadinya IOD positif dan/atau El Niño. Lebih jauh lagi, hasil pengolahan citra satelit Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) juga menunjukkan adanya potensi keterkaitan antara bloom klorofil-a dengan Arus Lintas Indonesia (ARLINDO) yang melalui Selat Lombok dan Selat Ombai. Akan tetapi, keterbatasan data observasi di kawasan ini mengakibatkan fenomena ini belum dapat diungkapkan dengan maksimal.

76




Untuk mengatasi kendala keterbatasan data observasi, saat ini sedang dilakukan penelitian untuk mengembangkan model simulasi numerik yang meng-kopel parameter fisis dan biologi laut. Model fisis yang digunakan adalah Modular Ocean Model (MOM) versi 3. Sedangkan model biologi didasarkan pada model empat komponen ekosistem (Nitrate-Phytoplankton-Zooplankton-Detritus) atau disebut sebagai NPZD model. Serangkaian percobaan numerik akan dilakukan dalam penelitian ini. Percobaan pertama adalah dengan menjalankan simulasi dalam kondisi normal dimana ARLINDO dimasukkan dalam pemodelan fisis-nya. Sedangkan percobaan kedua dilakukan dengan menutup Selat Lombok, Selat Ombai dan Laut Timor sehingga tidak ada ARLINDO yang mengalir dari Samudera Pasifik ke Samudera Hindia. Hasil kedua percobaan ini akan dibandingkan untuk melihat pengaruh ARLINDO terhadap kondisi fisis dan biologi laut di perairan Selatan Jawa dan Nusa Tenggara. Hasil penelitian ini juga diharapkan dapat dimanfaatkan untuk aplikasi di bidang perikanan. Dengan diketahuinya pola sebaran phytoplankton baik di permukaan maupun di bawah permukaan, diharapkan dapat diketahui juga pola migrasi ikan-ikan di perairan ini. Selain uji dampak ARLINDO, penelitian juga akan dikembangkan untuk mengetahui dampak angin terhadap sebaran phytoplankton.

DAFTAR PUSTAKA Gordon, A., R. D. Susanto dan K. Vranes (2003), Cool Indonesian throughflow as a consequence of restricted surface layer flow, Nature, 425, 824-828. Gordon, A., dan R. Fine (1996), Pathways of water between the Pacific and Indian Oceans in the Indonesian seas, Nature, 379, 146-149. Masumoto, Y., dkk. (2004), A fifty-year eddy-resolving simulation of the world ocean – Preliminary outcomes of OFES (OGCM for the Earth Simulator), J. Earth Simulator, 1, 35-56. SajiI, N.H., B.N. GOSWAMI, P.N. Vinayachandran, and T. Yamagata, 1999, A dipole mode in the tropical Indian Ocean, Nature, 401, 360-363. Sprintall, J., J. Chong, F. Syamsuddin dkk. (1999), Dynamics of the South Java Current in the Indo-Australian Basin, Geophys. Res. Lett., 26, 2493-2496. Webster, P., V. Magana, T. Palmer, dkk (1998), Monsoons; Processes, predictibility and the prospects for prediction, J. Geophys. Res., 103, C7, 14451-14510. Wyrtki, K. (1973), An equatorial jet in the Indian Ocean, Science, 181, 262-264. Wyrtki, K. (1961), Physical oceanography of the Southeast Asian waters: Scientific results of marine investigations of the South China Sea and the Gulf of Thailand 1959 – 1960, NAGA Rep., 2, 195 pp., Scripps Ints. Oceanogr., La Jolla, California.


77

PENGARUH KONSENTRASI POLIMER MIP (MOLECULARLY IMPRINTED POLYMER) ATRAZIN TERHADAP JUMLAH IKATAN YANG TERBENTUK Idha Royani1, Widayani2, Mikrajuddin Abdullah2, Khairurrijal2,* 1

Mahasiswa S3 Prodi Fisika ITB,staf Dosen Fisika Unsri 2 Staf Dosen Prodi Fisika ITB * Email: [email protected]

Abstrak Suatu atrazin yang diimprint dalam polimer MIP (Molecularly Imprinted Polymer) telah dipersiapkan untuk dapat diaplikasikan menjadi suatu biosensor. Dalam pembuatan polimer MIP, pembuangan template dari polimer dilakukan untuk menghasilkan rongga yang berfungsi mengenal molekul dengan ukuran, struktur serta sifat-sifat fisika kimia yang serupa dengan sifat template yang digunakan. Dalam penelitian ini, konsentrasi polimer diubah-ubah untuk melihat pengaruh jumlah ikatan yang terbentuk jika target diberikan terhadapnya. Hasil menunjukkan bahwa ikatan yang terjadi antara atrazin terhadap polimer MIP ini akan semakin besar dengan semakin tingginya jumlah konsentrasi polimer yang dipersiapkan. Di sini juga akan disampaikan bagaimana ikatan yang terjadi pada polimer NIP (Non Imprinted Polymer) sebagai kontrol dari eksperimen ini. Kata kunci: MIP, atrazin

PENDAHULUAN

A

trazin merupakan racun berbahaya dalam bahan herbisida yang sering digunakan dalam bidang pertanian dan akan berdampak merusak lingkungan jika digunakan secara berlebihan. Telah dilaporkan bahwa sekitar 80 juta ton herbisida atrazin telah dipakai setiap tahun di Amerika pada tanaman jagung dan sorgum untuk mengontrol alang-alang dan meningkatkan hasil tanaman, tapi dengan penggunaannya yang pesat juga telah membuat atrazin menjadi pestisida yang paling banyak dapat mengkontaminasi tanah dan permukaan air [1]. Studi Hayes menunjukkan adanya efek hormonal dari atrazin yang telah mengganggu perkembangan seks pada hewan ampibi [2]. Sebagai negara agraris, Indonesia memiliki lahan pertanian dan perkebunan yang cukup luas. Tentu, jika dikaji bagaimana proses pengembangan penggunaan pestisida (herbisida, insektisida, maupun fungisida) sangat membantu dalam membasmi hal-hal yang tidak diinginkan yang mengganggu proses pertumbuhan tanaman. Tapi seiring dengan itu, dampak dari penggunaan herbisida yang mengandung atrazin akan sangat membahayakan karena dapat mengkontaminasi lingkungan di sekitarnya. Molecular imprinting Polymers (MIPs) adalah suatu teknik untuk menghasilkan suatu polimer yang memiliki rongga (cavities) akibat pembuangan template, di mana rongga tersebut berfungsi mengenal molekul dengan ukuran, struktur serta sifat-sifat fisika kimia yang sama dengannya. Selektivitas dan afinitas template sendiri akan meningkat dengan bertambahnya nilai konsentrasi [3]. Sampai saat ini, metoda MIP masih terus dikembangkan, karena selain kemudahan dalam pembuatan polimer, juga biayanya murah, dan pemakaian secara luas pada banyak molekul target, baik sebagai pengenal unsur kimiawi maupun biologi [4,5,6,7,8], seperti yang ada pada obatobatan, makanan [10,11]. Pada penelitian ini, telah dibuat polimer MIP atrazin. Atrazine yang digunakan sebagai template dicampur dengan methacrylic acid (MAA) sebagai monomer fungsionalnya, Ethyleneglycol dimethacrylate (EDMA) sebagai crosslinker dan chloroform sebagai pelarut. Hasil menunjukkan bahwa polimer yang dihasilkan berpotensial untuk diaplikasikan sebagai material sensor.

78


Pengaruh Konsentrasi Polimer MIP …

Idha Royani, dkk.

STUDI PUSTAKA Efisiensi yang tinggi dari polimer yang dibuat akan sangat ditentukan pada proses pembuatannya. Komposisi yang sesuai akan menghasilkan polimer yang seperti yang diharapkan. Rasio mole yang khas dari atrazin, methacrylic acid, dan ethylene glycol dimathacrylate dalam chloroform adalah 1:3-5:25-30 [11]. Disamping itu, untuk mendapatkan material sensor yang baik juga harus diperhatikan proses pembuangan template dari polimer yang telah diperoleh. Karena, jumlah rongga yang dihasilkan akan mempengaruhi berapa banyak analit yang dapat diikat pada polimer tersebut. Selanjutnya, keberhasilan suatu proses penumbuhan dari material MIP dapat dilakukan dengan cara menguji apakah MIP yang dibuat dapat mengenal target yang mempunyai sifat dan struktur yang sama dengan template yang digunakan. Salah satu teknik pengujian ini adalah menggunakan high-performance liquid chromatography (HPLC). Berikut gambaran molecular imprinting dari atrazin menggunakan methacrylic acid (MAA) sebagai monomer fungsional.

Gambar 1. Molecular Imprinting Dari Atrazin Menggunakan Methacrylic Acid [Maa] Sebagai Monomer Fungsional[11].

METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini dilakukan dalam tahapan berikut : Pembuatan Polimer: Di sini campuran bahan reaksi (atrazin sebagai template, MAA sebagai monomer fungsional, EDMA sebagai cross-linker, initiator BPO, dan pelarut chloroform) distirrer selama 15 menit. Kemudian, larutan bening yang dihasilkan dimasukkan ke dalam botol-botol kecil. Botol-botol kecil itu kemudian ditutup, diletakkan dalam water bath 0⁰C dan di UV selama 4 jam. Polimer yang dihasilkan selanjutnya dikarakterisasi menggunakan FTIR untuk melihat apakah polimer yang dihasilkan sudah sesuai yang diharapkan. Proses Pembuangan Template: Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

79


Idha Royani, dkk.

Ini dilakukan dengan cara: polimer padatan yang dihasilkan dijadikan serbuk halus, lalu diayak. Disedimentasi dalam acetonitrile, lalu dicuci dengan methanol/acetid acid, methanol/ aquabides dan dievaporasi dalam larutan methanol. Di sini dihasilkan serbuk kering. Partikel polimer yang dihasilkan diuji dengan menggunakan HPLC

HASIL YANG DIPEROLEH Methacrylic Acid yang digunakan sebagai monomer merupakan group carboxilic acid, di mana memiliki absorbsi C=O yang khas dan dominan pada panjang gelombang: 1870 – 1540 cm-1. Pada gambar spektra FTIR ditunjukkan bahwa ikatan C=O terdapat pada panjang gelombang 1721,50 cm-1. Selanjutnya ada overlap antara ikatan O-H, C-H pada panjang gelombang 2941,49 cm-1 serta terdapat dua puncak yang merupakan ikatan O-C pada panjang gelombang 1261,74 cm-1 dan 1296,19 cm-1 yang mengidentifikasikan bahwa polimer di atas termasuk dalam group carboxylic acid. Selanjutnya, adanya atrazin sebagai template yang merupakan khas group amina yaitu terjadinya N-H stretching pada panjang gelombang 3500 – 3220 cm-1 yang berikatan dengan MAA yang diindikasikan dengan adanya ikatan N-H, O-H pada panjang gelombang 3600 – 3200 cm-1. Pada gambar 2 dapat dilihat bahwa terdapat puncak pada panjang gelombang 3428,53 cm-1 dan 3528,83 cm-1 yang berarti dalam polimer benar terkandung atrazin sesuai yang diharapkan. 100 %T

7 4 9 .3 6

1000

750

7 0 4 .0 3

1 0 3 9 .6 5 9 9 6 .2 5

1 0 7 1 .4 8

1 3 2 0 .3 0

1 3 8 9 .7 4

C-O

1 2 9 6 .1 9

1 6 3 9 .5 2

N-H,O-H

1 2 6 1 .4 7 1 2 2 4 .8 2

70

1 5 8 0 .6 9

C-H, O-H

2 9 4 1 .4 9

3 4 2 8 .5 3

3 5 2 8 .8 3

80

1 4 5 0 .4 9

2 8 5 7 .5 9

90

1 1 5 9 .2 4

60

C=O 1 7 2 1 .5 0

50

C=O

40

30 4500 4000 Idha30209080

3500

3000

2500

2000

1750

1500

1250

500 1/cm

Gambar 2. Spektra Ftir Polimer Mip Atrazin [Atas] Dan Nip [Bawah] Sebagai data pendukung untuk mengetahui keberadaan atrazin dalam polimer digunakan HPLC(Royani I, seminar Material ITB 2012). Gambar 3a memberikan informasi adanya kandungan atrazin dalam polimer dengan luas area 657659 µV*sec. Selanjutnya pada gambar 3b tampak bahwa setelah proses pembuangan template dari polimer, maka jumlah atrazin dalam polimer berkurang sangat signifikan (hanya tersisa ~3 % dari jumlah atrazin semula, yaitu 19755 µV*sec ). Ini mengindikasikan bahwa proses pembuangan template cukup berhasil.

80



Idha Royani, dkk.

a

b

Gambar 3. (A). Grafik Polimer Sebelum Dibuang Template (B.) Grafik Polimer Setelah Dibuang Template

Pengaruh Konsentrasi Terhadap Jumlah Ikatan Target terhadap Polimer MIP Ketika ditambahkan konsentrasi sampel MIP dengan cara menambahkan sejumlah atrazin standar yang dilarutkan ke dalam acetonitrile, chloroform, dan methanol, yang kemudian distirrer untuk mendapatkan larutan yang homogen, disentrifugal, serta disaring menggunakan saringan berukuran 45 µm pada sampel MIP pada konsentrasi tertentu maka hasil menunjukkan bahwa konsentrasi atrazin yang terikat pada polimer MIP akan semakin besar dengan semakin besarnya tempat berikatan ”rongga” yang diberikan. Ini mengindikasikan jika kekosongan template menyediakan tempat untuk berikatan kembali target yang dipilih terhadap polimer yang dihasilkan. Berikut adalah gambar grafik pengaruh penambahan konsentrasi terhadap jumlah target yang terikat :

Gambar 4. Pengaruh konsentrasi [atrazin] pada polimer terhadap konsentrasi bebas Ikatan polimer terhadap target sangat bergantung pada polimer MIP yang merupakan tempat berikatan yang mengandung rongga-rongga. Jika dibandingkan ikatan yang terjadi pada polimer MIP terhadap polimer NIP, maka nilai Bbound yang menyatakan jumlah atrazin yang terikat pada polimer MIP lebih besar dibanding dengan nilai Bbound pada polimer NIP. Hal ini disebabkan karena semakin besar konsentrasi polimer, maka jumlah rongga-rongga yang tersedia untuk menangkap target semakin banyak, namun tidak demikian halnya untuk polimer NIP. Dengan kata lain semakin besar konsentrasi polimer maka kemampuan untuk menangkap atrazin ke dalam rongga yang tersedia semakin tinggi. Sedangkan pada polimer NIP, tidak ada rongga yang tersedia, sehingga ikatan kecil yang terjadi dimungkinkan hanya karena adanya proses pengadukan antara atrazin dan polimer. Grafik pengaruh konsentrasi terhadap kemampuan mengikat pada polimer MIP dan NIP dapat dilihat pada gambar 5. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

81


Idha Royani, dkk.

Gambar 5. Grafik pengaruh konsentrasi polimer terhadap ikatan atrazin pada MIP Sedangkan pada perhitungan Bbound/C terhadap Bbound dihasilkan seperti grafik 6. Bbound/C akan semakin menurun dengan semakin besarnya jumlah atrazin yang terikat pada polimer MIP, seperti halnya dilaporkan untuk ikatan vancomycin yang diimprint pada polimer CyD. [12]

Gambar 6. Grafik hubungan antara Bbound/C terhadap Bbound[atrazin].

PENUTUP Telah berhasil dibuat polimer MIP atrazin dan NIP sebagai kontrol. Hasil menunjukkan bahwa ikatan polimer terhadap target sangat bergantung pada polimer MIP yang merupakan tempat berikatan yang mengandung rongga-rongga akibat pembuangan template. Semakin banyak rongga yang tersedia, semakin banyak pula target akan terikat padanya. Sedangkan pada polimer NIP, konsentrasi atrazin yang timbul lebih sebagai konsentrasi bebas. DAFTAR PUSTAKA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Wikipedia, Atrazin (online, diakses Maret 2011) Hayes, et al, Journal of experimental Biology, 2010; 213(6), 921 (2010) Lavignac N, et al, Biosensors and Bioelectronics, 22, 138-144(2006) Y.C. Chen, et al, Sens. Actuators B: Chem. 102, 107–116 (2004) Kueseng P, et al, Journal of environmental Science and health, 44(8), 772-780 (2009) E. Mazzotta, et al, Biosens. Bioelectron. 23, 1152–1156 ( 2008) Agostino GD, et al, Biosensors and Bioelectronics 22, 145–152 (2006) Kubo I, et al, Journal Electrochemistry V. 76(8) P.541-544 (2008) Kitade T, et al, Anal. Chem. 76, 6802–6807 (2004) Liang R, et al, Sensors and Actuators B 141, 544–550, (2009) Komiyana M, et al, Molecular Imprinting, from fundamentals to applications, German: Wiley VCH verlag GmbH & co, 2003, pp.65-73. 12. H. Asanuma et al., Anal. Chim. Acta., 2001,435, 25 - 33

82


PENGARUH NANOPARTIKEL TITANIUM DIOKSIDA (TIO2) YANG DISINTESIS MENGGUNAKAN METODA SIMPLE HEATING TERHADAP KANDUNGAN BESI (FE) DAN TEMBAGA (CU) DI DALAM AIR RAWA Fitri Suryani Arsyad1*, Tuty Emilia Agustina2, Novi Yulianti1, Firmansyah1, Devi Anggraeni1, Retno Susanti1 dan Mikrajuddin Abdullah3 1

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Universitas Sriwijaya Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya 3 Laboratorium Fisika Material Elektronik, ITB * Email: [email protected]

2

Abstrak Titanium dioksida (TiO2) ukuran bulk telah berhasil diaplikasikan sebagai fotokatalisis untuk mendekomposisi polutan organik air rawa. Terjadi penurunan kandungan Fe dan Cu dalam air rawa ketika diberi TiO2 bulk dengan konsentrasi 0,1 g dan dijemur selama 3 jam. Kandungan Fe menurun dari 2,67 mg/l menjadi 0,21 mg/l, sedangkan kandungan Cu menurun menjadi 0,1 mg/l dari 0,24 mg/l. Dari hasil ini terlihat bahwa TiO2 sangat potensial untuk menurunkan kandungan logam-logam berbahaya dalam air rawa. Keunggulan ini akan bertambah jika TiO2 bulk dibuat dalam ukuran nano. Permukaan nanopartikel TiO2 yang lebih luas dibandingkan dengan TiO2 bulk akan menyebabkan partikel TiO2 menjadi sangat transparan sehingga meningkatkan sifat fotokatalisisnya. Oleh karena itu dalam penelitian ini kami mensintesis nanopartikel TiO2 menggunakan metode simple heating. Sintesis nanopartikel TiO2 dilakukan dengan mengoptimasi jumlah polietilen glikol (PEG 200) dan temperatur annealing. Optimasi PEG 200 dilakukan dengan memvariasikan jumlah PEG 200 masing-masing sebesar 6 ml, 12 ml, dan 18 ml. Sedangkan optimasi temperatur annealing dilakukan pada temperatur 600oC, 650oC, dan 700oC. Dari pola XRD dan foto SEM diperoleh ukuran butir terkecil nanopartikel TiO2 adalah sebesar 29 nm yang disintesa dengan jumlah PEG sebanyak 12 ml dan temperatur annealing sebesar 600oC. Nanopartikel TiO2 yang telah disintesis kemudian digunakan untuk mendekomposisi logam-logam Fe dan Cu di dalam air rawa. Dari hasil aplikasi nanopartikel TiO2 pada air rawa ini diperoleh kandungan Fe menurun dari 0,21 mg/l menjadi 0,15 mg/l, dan kandungan Cu menurun dari 0,1 mg/l menjadi 0,013 mg/l. Kata kunci : air rawa, Cu, Fe, fotokatalisis, nanopartikel TiO2, simple heating

PENDAHULUAN

I

ndonesia memiliki lahan rawa yang cukup luas yaitu sekitar 33,4 juta ha. Sekitar 60% atau 20 juta ha diantaranya merupakan lahan rawa pasang surut dan 40% selebihnya atau sekitar 13,4 juta ha merupakan lahan rawa non pasang surut. Sampai saat ini sekitar 3,9 juta ha dari lahan rawa dengan lokasi yang sebagian besar tersebar di Sumatera, Kalimantan, Sulawesi, dan Papua, telah direklamasi, utamanya untuk pengembangan lahan pertanian. Sumatera Selatan misalnya, sebagian besar wilayahnya di kelilingi oleh daerah rawa yang luasnya lebih dari 1,3 juta hektar (Pusdatarawa, 2012). Masyarakat Sumatera Selatan yang tinggal di daerah pinggiran rawa pada umumnya memanfaatkan air rawa tersebut untuk kebutuhan sehari-hari mereka seperti mencuci pakaian, mencuci piring, mandi, dan lain sebagainya, padahal air rawa tersebut belum layak dikonsumsi. Air yang baik adalah air yang tidak mengandung bau, rasa, warna, logam-logam berat, dan konduktivitas listrik dalam batas standar. Masyarakat yang tinggal di daerah rawa menggunakan cara konvensional untuk mengolah air rawa yaitu dengan menggunakan pasir sebagai saringan. Cara tersebut kurang efektif karena hanya dapat menghilangkan bau, rasa dan warna tetapi tidak dapat mengurangi jumlah padatan terlarut seperti besi (Fe) dan tembaga (Cu) yang terdapat di dalam air rawa. Standar batas jumlah maksimum padatan terlarut Fe dan Cu dalam air yang ditetapkan dapartemen kesehatan Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

83

Pengaruh Nanopartikel Titanium Oksida …

Fitri Suryani A, dkk.

masing-masing adalah 0,1-1,0 mg/l dan 0,05-1,5 mg/l. Sedangkan jumlah padatan terlarut Fe dan Cu dalam air rawa masing-masing berkisar antara 2,67 mg/l dan 0,24 mg/l (Retno dkk, 2011). Oleh karena itu, jika air rawa tersebut dikosumsi langsung, akan sangat berbahaya bagi kesehatan manusia. Dalam penelitian ini, kami mengembangkan metode pengolahan air rawa menggunakan nanopartikel TiO2. Metode ini sangat mudah dan murah karena tidak membutuhkan energi yang mahal kecuali energi matahari. Tujuan penelitian ini adalah menurunkan jumlah logam-logam berbahaya yang terlarut di dalam air seperti Fe dan Cu. Studi yang dilakukan adalah sintesis nanopartikel TiO2 menggunakan metode simple heating dengan mengoptimasi parameter sintesis guna mendapatkan nanopartikel TiO2 yang berkualitas baik, dan studi pengaruh nanopartikel TiO2 terhadap kandungan Fe dan Cu dalam air rawa. Melalui penelitian ini diperoleh bahwa nanopartikel TiO2 sangat efektif dan efisien dalam menurunkan kandungan Fe dan Cu dalam air rawa. METODE PENELITIAN Dalam penelitian ini, kami mensintesis nanopartikel TiO2 menggunakan metode simple heating. Sintesis dilakukan dengan mengoptimasi jumlah PEG200 sebesar 6 ml – 18 ml dan temperatur annealing dari 600oC sampai 700oC. Titanium (IV) cloride tetrahidrofuran (Ti(ClH)4) dengan jumlah molaritas yang sesuai, dilarutkan kedalam deionized water. Polyethylene glycol (PEG 200) dalam jumlah sebesar 6 ml, 12 ml, dan 18 ml ditambahkan kedalam larutan disertai pengadukan hingga diperoleh larutan jernih. Larutan kemudian dipanaskan pada suhu di atas 100oC hingga menjadi kental yang kemudian dilanjutkan dengan pemanasan pada suhu diatas suhu dekomposisi PEG beberapa puluh menit di dalam oven dengan temperatur berkisar 600-7000C sehingga dihasilkan partikel dengan ukuran beberapa puluh nanometer hingga beberapa ratus nanometer. Ukuran partikel dikontrol dengan mengatur jumlah PEG 200, mengatur suhu pemanasan, dan mengatur berapa lama waktu pemanasan dalam oven. Nanopartikel TiO2 yang sudah terbentuk kemudian dikarakterisasi menggunakan SEM untuk mengamati morfologinya, dan XRD untuk mengetahui stuktur kristal dan ukuran butirnya. Nanopartikel TiO2 yang telah disintesis kemudian diaplikasikan pada air rawa untuk melihat pengaruhnya terhadap jumlah kandungan Fe dan Cu yang terkandung dalam air. Dalam penelitian ini, selain menggunakan nanopartikel TiO2, proses dekomposisi air rawa juga dilakukan dengan menggunakan TiO2 bulk. Tujuannya adalah untuk membandingkan dan melihat pengaruh ukuran butir TiO2 terhadap penurunan kadar Fe dan Cu di dalam air rawa. Proses dekomposisi air rawa dilakukan dengan variasi konsentrasi sebanyak 0,1 gr, 0,3 gr, dan 0,5 gr baik untuk TiO2 bulk maupun TiO2 nano. Air rawa yang sudah dicampur dengan partikel TiO2 kemudian dijemur selama 3 jam penyinaran dibawah sinar matahari. Untuk melihat pengaruh ukuran butir TiO 2 terhadap perubahan kadar Fe dan Cu, air rawa yang telah didekomposisi kemudian dikarakterisasi menggunakanspektronik thermoelektrik 3D+. HASIL DAN PEMBAHASAN 1.

SINTESIS DAN KARAKTERISASI NANOPARTIKEL TiO2 MENGGUNAKAN METODE SIMPLE HEATING

Gambar 1 adalah gambar pola XRD dan foto SEM sampel nanopartikel TiO 2 yang disintesa dengan optimasi jumlah PEG 200 masing-masing sebanyak 6 ml (04A), 12 ml (04B), dan 18 ml (05A).

84




Sampel 005 A Sampel 004 B Sampel 004 A

10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70 74 78 82 86

2θ

a

b

c

GAMBAR 1. XRD dan Foto SEM nanopartikel TiO2 dengan jumlah PEG200 a) 6 ml (sampel 4A), b) 12 ml (sampel 04B), dan c) 18 ml (sampel 05A).

Dari hasil XRD Gambar 1 terlihat bahwa dengan bertambahnya jumlah PEG200 yang diberikan, intesitas puncak difraksi yang dihasilkan semakin tinggi dan FWHM-nya semakin lebar. Hal ini disebabkan karena semakin banyak rantai PEG, maka semakin merata distribusinya melapisi butiran-butiran atom TiO2. Distribusi PEG yang merata menutupi permukaan atom-atom TiO2 akan menghalangi terjadinya aglomerasi atom-atom TiO2, sehingga memperkecil ukuran butirnya (SEM 1a dan 1b). Ukuran butir yang mengecil akan memperlebar FWHM pada pola difraksi sinar-X yang dihasilkan (Linerlinah, 2009). Dari hasil perhitungan ukuran butir dengan metoda Scherrer diperoleh nanopartikel yang disintesa dengan jumlah PEG200 sebanyak 6 ml, 12 ml, dan 18 ml, masing-masing memiliki ukuran butir rata-rata sebesar 31 nm, 29 nm, dan 26 nm. Meskipun ukuran butir nanopartikel TiO2 yang disintesa dengan jumlah PEG200 sebanyak 18 ml memiliki ukuran butir paling kecil, namun berdasarkan hasil foto SEM (1c) teramati adanya penggumpalan partikel. Hal ini menunjukan bahwa ada batas optimum jumlah PEG200 yang dibutuhkan untuk melapisi atom-atom TiO2 secara sempurna. Karena jika terlalu banyak, maka PEG akan menutupi seluruh permukaan atom dan menghalangi terbentuknya butiran-butiran nano TiO2, seperti terlihat pada Gambar 1c. Oleh karena itu dalam penelitian ini, optimasi temperatur annealing dilakukan pada jumlah PEG200 sebanyak 12 ml.

a

b

c

GAMBAR 2. XRD dan Foto SEM dari nanopartikel TiO2 yang disintesa dengan temperatur annealing masing-masing sebesar 600oC, 650oC, dan 700oC

Gambar 2 adalah Pola difraksi sinar-X dan foto SEM nanopartikel TiO2 yang disintesa dengan temperatur annealing masing-masing sebesar 600oC, 650oC, dan 700oC. Dari hasil XRD terlihat bahwa, semakin besar temperatur annealing, semakin menurun intensitasnya puncak-puncak Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

85



difraksi yang dihasilkan. Dari perhitungan metode Scherrer berdasarkan data XRD tersebut diperoleh ukuran butir nanopartikel untuk temperatur annealing 600oC, 650oC, dan 700oC masing-masing diperoleh sebesar 29 nm, 42 nm, dan 47 nm. Dari foto SEM terlihat bahwa semakin tinggi temperatur annealing semakin besar ukuran butir nanopartikel TiO2. Hal ini disebabkan karena temperatur annealing yang tinggi dapat meningkatkan distribusi ion-ion PEG. Ion-ion PEG akan bermigrasi ke kisi-kisi struktur kristal sehingga menyebabkan terjadinya penggumpalan atom-atom titania , seperti terlihat pada Gambar 2b dan 2c. Dari hasil optimasi jumlah PEG dan temperatur annealing tersebut di atas terlihat bahwa kondisi optimum diperoleh untuk nanopartikel TiO2 yang disintesa dengan jumlah PEG sebesar 12 ml pada temperatur annealing 600oC. 2.

APLIKASI NANOPARTIKEL TiO2 UNTUK MENURUNKAN KANDUNGAN Fe DAN Cu DI DALAM AIR RAWA.

GAMBAR 3. Kadar Fe di dalam air rawa yang dicampur dengan TiO2 bulk dan TiO2 nano dengan lama penyinaran selam 3 jam di bawah sinar matahari.

GAMBAR 4. Kadar Cu di dalam air rawa yang dicampur dengan TiO2 bulk dan TiO2 nano dengan lama penyinaran selam 3 jam di bawah sinar matahari.

Hasil pengukuran mengunakan metode spektronik thermoelektrik 3D+, kadar besi (Fe) dan tembaga (Cu) di dalam air rawa sebelum ditambah dengan TiO2 diperoleh sebesar 2,67 mg/L untuk Fe dan 0,24 mg/L untuk Cu. Akan tetapi terjadi penurunan kadar Fe dan Cu yang cukup signifikan ketika air rawa dicampur dengan serbuk TiO2. Gambar 4 dan 5 adalah perubahan kandungan Fe dan Cu di dalam air rawa yang dicampur dengan TiO2 bulk dan TiO2 nano dan dijemur selama 3 jam penyinaran di bawah sinar matahari. Dari terlihat bahwa, semakin besar konsentrasi titania (TiO2) bulk yang diberikan semakin kecil kandungan Fe dan Cu di dalam air rawa. Penurunan yang drastis terjadi ketika TiO2 nano digunakan sebagai katalis. Persentasi penurunan kadar besi dan tembaga ini sangat baik yaitu berkisar antara 58 - 99%. Penurunan kadar besi dan tembaga yang terkandung di dalam air rawa itu disebabkan karena adanya aktivitas TiO2 yang mengalami reaksi fotodegradasi dengan adanya bantuan sinar UV yang berasal dari cahaya matahari. Permukaan TiO2 mempunyai sifat yang unik (amphifilik, superhidrofilisitas), dimana pada awalnya (tanpa terkena cahaya UV) bersifat hidrofob. Sementara itu, permukaannya akan berubah menjadi bersifat hidrofil apabila dikenai cahaya UV, dan sifat ini bertahan beberapa saat meskipun sudah tidak terkena sinar UV dan sebelum akhirnya akan kembali bersifat hidrofob (Gunlazuardi, 2000). Sifat amphifilik superhidrofilisitas partikel TiO2 akibat dari 86




aktivitas fotodegradasi tersebut akan semakin kuat jika luas permukaannya semakin besar. Oleh karena itu TiO2 nano akan lebih efisien menurunkan kadar Fe dan Cu dibandingkan dengan TiO2 bulk. Pada permukaan TiO2 terdapat h+ merupakan spesi oksidator kuat, yang akan mengoksidasi spesi kimia lainnya yang mempunyai potensial redoks lebih kecil, termasuk dalam hal ini molekul air dan/atau gugus hidroksil yang menghasilkan radikal hidroksil (Gunlazuardi, 2000). Radikal hidroksil (OH-) maupun superoksida (O2-) akan mengoksidasi polutan organik maupun anorganik dalam air dan terdegradasi menjadi zat yang tidak berbahaya. Radikal-radikal ini akan terus menerus terbentuk selama TiO2 yang terdapat dalam air disinari oleh sinar UV. Dengan bertambahnya luas permukaan TiO2 dan radiasi sinar UV yang diberikan, maka foton yang mengenai TiO2 akan semakin banyak sehingga zat polutan yang terdegradasi akan semakin banyak pula (Wijaya, 2006). KESIMPULAN Penelitian ini menghasilkan beberapa kesimpulan: 1. Nanopartikel TiO2 dengan ukuran butir 29 nm berhasil disintesis menggunakan metode simple heating dengan jumlah PEG 200 sebesar 12 ml dan temperatur annealing 600oC. 2. Nanopartikel TiO2 yang disintesis dengan metode simple heating tersebut berhasil menurunkan kadar Fe air rawa dari 2,67 mg/l menjadi 0,15 mg/l dan kadar Cu dari 0,24 mg/l menjadi 0,013 mg/l. 3. Kandungan Fe menurun dari 0,15 mg/l menjadi 0,036 mg/l jika konsentrasi nanopartikel TiO2 meningkat dari 0,1 g menjadi 0,5 g. 4. Kandungan Cu menurun dari 0,013 mg/l menjadi 0,005 mg/l jika konsentrasi nanopartikel TiO 2 meningkat dari 0,1 g menjadi 0,5 g. UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini didukung oleh Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, melalui penelitian Hibah Bersaing 2011-2012.

DAFTAR PUSTAKA 1.

Abdullah, M., (2008), “Pengantar Nanosains”, Fakultas Matematika and Ilmu Pengetahuan Alam, InstitutTeknologi Bandung.

2.

Arutanti, O. M., Abdullah. Khairurrijal. H., Mahfudz, Agustus (2009), J. Nano Saintek. Edisi Khusus

3.

Gunzuluardi, J. (2001). Fotokatalisis pada Permukaan TiO2: Aspek Fundamental dan Aplikasinya, Seminar Nasional Kimia Fisika II, Kimia FMIPA UI, UI.

4.

Retno Susanti, Devi Desu, (2012), “ Pengaruh Konsentrasi TiO2 Bulk Terhadap kandungan Fe, Cu, dan konduktivitas listrik Air Rawa”, Laporan Kerja Praktek Mahasiswa.

5.

T., E., Agustina, F., S., Arsyad, M., Abdullah, 2012, “Pengaruh Jumlah Polyetilen Glycol (PEG) 200 dan Temperatur Annealing Terhadap Struktur dan Morfologi Nanopartikel TiO2 yang Disintesis dengan Menggunakan Metode Simple Heating. Jurnal Purifikasi Teknik Lingkungan FTSP-ITS., (sedang proses)

6.

Wijaya, Karna. (2006), Sintesis TiO2/Zeolit sebagai fotokatalisis pada pengolahan limbah cair Industri Tapioka secara Adsorbsi Fotodegradasi, ITB, bandung


87

PENGUKURAN KELUARAN PESAWAT SINAR-X UNTUK ESTIMASI DOSIS RADIASI PASIEN PADA PEMERIKSAAN THORAX, ABDOMEN DAN SKULL Dian Milvita1, Vivi Edriani2, Heru Prasetio3, Nunung Nuraini4, Helfi Yuliati5, Dyah Dwi Kusumawati6 dan Suyati7 1,2

Jurusan Fisika FMIPA Universitas Andalas, Padang 3,4,5,6,7 PTKMR BATAN, Jakarta Email: [email protected]

Abstrak Telah dilakukan pengukuran keluaran pesawat sinar-X untuk estimasi dosis radiasi pasien pada pemeriksaan thorax, abdomen dan skull. Parameter yang diukur (1) Pengukuran akurasi tegangan tabung, (2) Pengukuran akurasi waktu eksposi, (3) Linieritas keluaran atau laju dosis radiasi, (4) Stabilitas tegangan tabung, waktu eksposi dan keluaran radiasi, (5) kualitas berkas sinar-X. Penelitian menggunakan pesawat sinar-X konvensional merek Toshiba unit model DRX-1824B, dan detektor xi unfors set. Hasil penelitian menunjukan (1) pesawat sinar-X konvensional merek Toshiba unit model DRX-1824B berada dalam kondisi yang baik, (2) nilai rata-rata estimasi dosis pasien pada pemeriksaan thorax, abdomen dan skull tidak melebihi nilai batas dosis yang diperbolehkan oleh BAPETEN. Kata kunci: abdomen, dosis radiasi, pesawat sinar-X konvensional, skull, thorax

PENDAHULUAN

P

emanfaatan sinar-X dalam radiodiagnostik di dunia kedokteran sangat menunjang dalam penegakkan diagnosis. Secara tidak langsung hal ini akan memberikan kontribusi radiasi yang berasal dari sumber radiasi buatan terhadap pasien. Kontribusi radiasi buatan akan menimbulkan efek biologis yang secara langsung atau tidak langsung akan diderita oleh pasien. Oleh karena itu, pemanfaatan sinar-X sebagai radiodiagnostik di bidang kesehatan telah diatur oleh pemerintah dalam Peraturan Pemerintah Nomor 33 Tahun 2007 tentang Keselamatan Radiasi Pengion dan Keamanan Sumber Radioaktif dan Surat Keputusan Kepala BAPETEN Nomor 01/Ka-BAPETEN/V-99 tentang Ketentuan Keselamatan Kerja dengan Radiasi 1 2. Salah satu upaya yang bisa dilakukan untuk menerapkan peraturan tersebut adalah dengan mengukur keluaran pesawat sinar-X serta mengestimasi dosis radiasi yang diterima pasien berdasarkan pengukuran keluaran sinar-X. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran keluaran pesawat sinar-X merek Toshiba Unit DRX-1824B agar diketahui karakteristik dan kemampuan atau performa pesawat sinar-X dalam pembentukan citra dan dosis radiasi yang diterima pasien. Berdasarkan pengukuran keluaran pesawat sinar-X, dapat diestimasi dosis radiasi yang diterima pasien tidak melebihi nilai batas dosis yang diperbolehkan.

METODE PENELITIAN Penelitian dilakukan pada pesawat sinar-X konvensional merek Toshiba pada salah satu rumah sakit di kota Padang. Pesawat sinar X merek Toshiba Unit DRX-1824B ditunjukkan pada Gambar 1. 88 Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

Dian Milvita

Pengukuran Keluaran Pesawat Sinar-X…

Keluaran pesawat sinar-X diukur menggunakan Xi UNFORS set. Xi UNFORS set yang digunakan terdiri dari 8202060-A Xi Survey Detector S/N : 150034 yang digunakan untuk mengukur kebocoran pada tabung sinar-X, ditunjukkan pada Gambar 2. Xi R/F & MAM Detector Platinum sebagai detektor, ditunjukkan pada Gambar 3 dan Xi Base Unit Platinum sebagai pembaca hasil pengukuran dari Xi R/F & MAM Detector Platinum, ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar. 1 Gambar. 2 Gambar 1. Pesawat sinar-X merek Toshiba Unit DRX-1824B. Gambar 2. Xi Survey Detector

Gambar. 3

Gambar. 4

Gambar 3. Xi R/F & MAM Detector Platinum Gambar 4. Xi Base Unit Platinum

Pada penelitian ini metoda yang digunakan adalah menguji karakteristik sinar-X [3], dengan parameter uji : a. Akurasi tegangan tabung b. Akurasi waktu eksposi c. Linieritas keluaran/laju dosis radiasi d. Stabilitas tegangan tabung,waktu eksposi dan keluaran radiasi e. Kualitas berkas sinar-X (HVL) Skema peralatan parameter uji ditunjukkan pada Gambar 5. Pada penelitian ini estimasi dosis pasien dilakukan pada tiga pemeriksaan yaitu thorax (dada), abdomen (perut) dan skull (kepala), dikarenakan pada pasien thorax, abdomen, skull memiliki dosis radiasi yang cukup tinggi. Disamping tingginya dosis yang diterima pasien, tiga pemeriksaan ini juga sering dilakukan karena banyaknya pasien yang menjalani pemeriksaan ini. Pengukuran estimasi dosis radiasi pada pasien meliputi dua pengukuran yaitu (1) pengukuran keluaran pesawat terhadap sinar-X, (2) koreksi bacaan kalibrasi ke jarak dan koreksi beban tabung sesuai dengan kondisi pasien.


89


Dian Milvita

Gambar 5. Skema Peralatan Parameter Uji

Koreksi bacaan kalibrasi ke jarak diperoleh menggunakan persamaan (1) dan koreksi beban tabung diperoleh mengunakan persamaan (2) dan (3). 1. Koreksi Bacaan Kalibrasi ke Jarak. 2

(1)

dimana : = Jarak detektor ke fokus tabung sinar-X(100cm) = Jarak TLD-100 ke fokus tabung/FSD (cm) = keluaran dosis radiasi pesawat sinar-X pada tegangan panel tanpa pasien (mGy/mAs) = Keluaran dosis radiasi pesawat sinar-X sesuai kondisi pasien (mGy/mAs)

2. Koreksi Beban Tabung dengan Kondisi Pasien (2) dimana : = Incident air kerma (mGy) = Keluaran dosis radiasi pesawat sinar-X sesuai kondisi pasien (mGy/mAs) mAs = Arus pada panel dikalikan dengan waktu pada panel (mAs) (3) dimana : = Entrance surface air kerma (mGy) = Incident air kerma (mGy) B = faktor hamburan balik (Backscatter Factor)

90


Dian Milvita


HASIL DAN DISKUSI 1. Akurasi Tegangan Tabung

Gambar 6. Grafik hubungan tegangan panel terhadap tegangan terukur.

Gambar 6 menunjukan hubungan linier antara tegangan panel terhadap tegangan terukur dengan persamaan garis lurus y = 1,085 x – 4,377 dan koefisien korelasi R = 0,999. Nilai tegangan yang akan dikeluarkan pesawat sinar-X dapat diperkirakan dengan mengatur tegangan pada panel, untuk setiap perubahan tegangan panel 1 kV terjadi perubahan tegangan terukur sebesar 1,085 kV dan dengan nilai konstanta adalah -4,377. Koefisien korelasi sebesar 0,999 menunjukkan adanya hubungan linier yang sangat kuat antara tegangan panel dengan tegangan terukur. 2. Akurasi Waktu Eksposi

Gambar 7. Grafik hubungan waktu panel (s) terhadap waktu terukur (s).

Gambar 7 menunjukkan hubungan yang linier antara waktu panel dengan waktu terukur. Persamaan garis pada pesawat sinar-X yaitu y = 1,002x + 0,00008 dengan nilai koefisien korelasi R = 0,999. Artinya, untuk setiap perubahan waktu panel sebesar 1 s maka terjadi perubahan waktu terukur sebesar 1,002 s dengan nilai konstanta sebesar 0,00008. Koefisien relasi R = 0,999 menunjukkan adanya hubungan yang sangat kuat antara waktu panel dengan waktu terukur. 3.Linieritas Keluaran Radiasi pada Berbagai Arus

Gambar 8 menunjukkan hubungan arus dan waktu terhadap dosis radiasi, setiap kenaikan arus dan waktu akan meningkatkan dosis radiasi. Persamaan garis pada pesawat sinar-X yaitu y = 0,021x – 0,006 dengan koefisien relasi R = 0,997. Artinya, untuk setiap perubahan arus dan waktu pada tabung sebesar 1 mAs maka terjadi perubahan dosis radiasi sebesar 0,021 mGy dengan nilai konstanta


91


Dian Milvita

sebesar -0,006. Koefisien relasi sebesar 0,0997 menunjukkan adanya hubungan yang sangat kuat antara arus dan waktu pada tabung dengan dosis radiasi.

Gambar 8. Grafik hubungan arus.waktu (mAs) terhadap dosis (mGy)

Gambar 8 menunjukkan hubungan arus dan waktu terhadap dosis radiasi, setiap kenaikan arus dan waktu akan meningkatkan dosis radiasi. Persamaan garis pada pesawat sinar-X yaitu y = 0,021x – 0,006 dengan koefisien relasi R = 0,997. Artinya, untuk setiap perubahan arus dan waktu pada tabung sebesar 1 mAs maka terjadi perubahan dosis radiasi sebesar 0,021 mGy dengan nilai konstanta sebesar -0,006. Koefisien relasi sebesar 0,0997 menunjukkan adanya hubungan yang sangat kuat antara arusdan waktu pada tabung dengan dosis radiasi. 4. Stabilitas Tegangan, Waktu dan Keluaran Radiasi Hasil pengukuran terhadap stabilitas tegangan, waktu dan keluaran radiasi pada pesawat Toshiba Unit DRX-1824B ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1 menunjukkan nilai koefisien variasi (C) pada pesawat Pesawat Toshiba Unit DRX-1824B adalah 0,2504 % untuk stabilitas tegangan, 0 % untuk stabilitas waktu dan 0,1179 % untuk stabilitas dosis radiasi. Nilai tersebut berada di bawah batas toleransi 5 %. Hasil pengukuran ini menunjukkan bahwa kondisi pesawat dalam keadaan stabil untuk melakukan penyinaran pada kondisi yang sama. Tabel 1. Stabilitas tegangan, waktu dan keluaran radiasi pesawat Toshiba Unit DRX-1824B Kondisi Panel No.

Tegangan (kV) 60 60 60 60 60

1 2 3 4 5 Rata-rata Standar Deviasi Koefisien Variasi (C)(%) Batas Toleransi

Arus (mA) 250 250 250 250 250

Pengukuran Alat Waktu (s) 50 50 50 50 50

Tegangan (kV) 60,34 60,77 60,64 60,68 60,5 60,59 0,1517 0,2504

Waktu (ms) 50,11 50,11 50,11 50,11 50,11 50,11 0,00 0,00 ≤5%

Dosis Radiasi (mGy) 0,2539 0,2546 0,2543 0,2546 0,2543 0,2543 0,0003 0,1179

5.Estimasi Dosis radiasi pada pasien Pengukuran estimasi dosis radiasi pada pasien meliputi dua pengukuran yaitu : (1) pengukuran keluaran pesawat terhadap sinar-X, (2) koreksi bacaan kalibrasi ke jarak dan koreksi beban tabung sesuai dengan kondisi pasien.

92


Dian Milvita


5.1.Pengukuran Keluaran Pesawat Terhadap Sinar-X Hasil pengukuran keluaran pesawat sinar-X terhadap tegangan pesawat sinar-X Toshiba Unit DRX1824B ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 9. Grafik keluaran radiasi tabung sinar-X pada tegangan yang berbeda

Gambar 9 menunjukan hubungan yang linier antara tegangan dengan keluaran radiasi pada pesawat sinar-X. Pada pesawat sinar-X ini didapatkan persamaan garis y = 0,0009x–0,0333 dengan koefisien relasi R = 0,9963. Artinya untuk setiap perubahan tegangan maka didapatkan hasil keluaran radiasi 0,0009 mGy/mAs dengan nilai konstanta sebesar -0,0333. Koefisien korelasi sebesar 0,9963 menunjukkan adanya hubungan linier yang sangat kuat antara tegangan dengan keluaran radiasi. Keluaran radiasi tabung sinar-X dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti tegangan, jenis generator pesawat sinar-X, dan usia tabung sinar-X. Tegangan digunakan untuk mengontrol keluaran radiasi dari tabung sinar-X, keluaran radiasi akan semakin meningkat seiring dengan peningkatan tegangan 4. 5.2. Koreksi Bacaan Kalibrasi ke Jarak dan Koreksi Beban Tabung Sesuai dengan Kondisi Pasien

Pemeriksaan data pasien abdomen, thorax dan skull dapat dilihat pada Tabel 2, 3, dan 4. Tabel 2. Koreksi bacaan kalibrasi ke jarak dan koreksi beban tabung seseuai dengan kondisi pasien abdomen Tegangan (kV)

FSD (cm)

(mGy/mAs)

(mGy/mAs)

(mGy)

(mGy)

(cm) Rata-rata Maximum

71,58 80

134,5 138

0,552 0,591

0,0311 0,0387

0,0172 0,0103

0,5375 0,681

0,764 0,994

Minimum

59

130

0.525

0,0198

0,0218

0,321

0,430

Tabel 3. Koreksi bacaan kalibrasi ke jarak dan koreksi beban tabung seseuai dengan kondisi pasien thorax Tegangan FSD (kV) (cm) (mGy/mAs) (mGy/mAs) (mGy) Rata-rata Maximum Minimum

54,93 63 51

133,9 140 130

(cm) 0,491 0,591 0,540

0,02205 0,0234 0,0126

0,00897 0,0138 0,0069

0,1794 0,276 0,138

Tabel 4. Koreksi bacaan kalibrasi ke jarak dan koreksi beban tabung seseuai dengan kondisi pasien Skull Tegangan FSD (kV) (cm) (mGy/mAs) (mGy/mAs) (mGy) (cm) Rata-rata 74,86 133,7 0,521 0,0340 0,0189 0,759 Maximum 80 135 0,582 0,0387 0,0215 0,86 minimum 70 131 0.548 0,0297 0,0165 0,66

(mGy) 0,2378 0,376 0,180

(mGy)


1,089 1,238 0,943

93


Dian Milvita

Dari Tabel 2, 3, dan 4 dapat disimpulkan bahwa dosis yang diterima pasien abdomen tidak melebihi nilai batas dosis radiasi pasien yaitu 10 mGy. Pada pemeriksaan pasien thorax dosis yang diterima pasien masih di bawah nilai batas toleransi yaitu 0,4 mGy untuk proyeksi PA dan 1,5 mGy untuk proyeksi lateral. Dan pada pemeriksaan pasien skull dosis yang diterima pasien masih di bawah nilai batas toleransi yaitu 5 mGy untuk proyeksi AP dan 3 mGy untuk proyeksi lateral.

KESIMPULAN 1. Pesawat sinar-X konvensional merek Toshiba Unit DRX-1824B secara umum masih berada di bawah batas toleransi yang diperbolehkan. 2. Estimasi dosis pasien thorax yang diperoleh dari perhitungan adalah 0,2378 mGy. Sedangkan untuk pasien abdomen adalah 0,764 mGy, dan untuk pasien skull adalah 1,089 mGy. Nilai estimasi yang diperoleh tidak melebihi nilai batas dosis untuk setiap pemeriksaan. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih diberikan kepada radiografer yang telah membantu terlaksananya penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA 1. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia No.33 Tahun 2007 tentang Keselamatan Radiasi Pengion dan Keamanan Sumber Radiasi. 2. Surat Keputusan Kepala BAPETEN Nomor 01/Ka-BAPETEN/V-99 tentang Ketentuan Keselamatan Kerja dengan Radiasi. 3. Radiological Council, Diagnostic X-Ray Equipment Compliance Testing, Radiation Safety Act 1975, Workbook 3, Major Radiographic Equipment, Australia, Health Department of Western Australia , 2006, pp. 18-28. 4. E. Hiswara, H. Prasetio dan H. Sofyan, “Dosis Pasien pada Pemeriksaan Sinar-X Medik Radiografi” di dalam Prosiding SNKKL VI, PTKMR BATAN, diedit oleh Bunawas dkk,, Jakarta, 2010, hal 21-34.

94


PREDIKSI LAJU EVAPORASI/PRESIPITASI GLOBAL BERDASARKAN MODEL KIEHL-TRENBERTH Nyoman Yasa1 dan Arsali2* 1

Mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA UNSRI Inderalaya, NIM 08071002021 2 Dosen Jurusan Fisika FMIPA UNSRI Inderalaya * Email: [email protected]

Abstrak Model Kiehl-Trenberth (Model KT) merupakan satu dari sekian banyak contoh Model Kesetimbangan Energi (Energy Balance Model = EBM), yang membahas tentang fenomena pemanasan global (global warming) melalui mekanisme transfer energi termal antara atmosfer dan permukaan bumi berdasarkan pada pengaruh perubahan kosentatrasi gas CO2 di udara. Dengan menguraikan lebih lanjut parameter terkait dengan fluks panas konvektifnya, model ini dikembangkan guna mengungkap hubungan antara suhu permukaan dengan laju presipitasi pada lingkup global. Perhitungan simulasi dengan menggunakan data kosentatrasi gas CO2 di atmosfer antara tahun 19892010 dari NOAA, menghasilkan kesimpulan tentang terjadinya kenaikan laju evaporasi/presipitasi global yang nilainya dapat dibandingkan dengan hasil perhitungan dari persamaan ClausiusClapeyron dan hasil kajian yang sama dari berbagai literatur. Kata kunci: Model Kesetimbangan Energi, Suhu Permukaan Global, Laju Evaporasi/Presipitasi Global.

PENDAHULUAN

D

engan alasan guna memudahkan pemahaman, upaya-upaya untuk mendapatkan suatu model dinamika iklim global yang relatif sederhana, tanpa melibatkan mekanisme yang terlalu spesifik dan rinci, masih perlu dilakukan 1). Model Kiehl-Trenberth (Model KT) diperkenalkan oleh Barker dan Ross 2), berdasarkan pada Diagram Kiehl-Trenberth (Diagram KT)3,4) (Gambar 1), yang memandang sistem iklim global atas dua bagian (lapisan) utama: atmosfer dan permukaan bumi, dan mengkaji interaksi termal di antara keduanya sebagai „mekanisme penggerak utama‟ terjadinya perubahan iklim global, berdasarkan pada perubahan beberapa diantara variabel/parameter dinamiknya. Implementasi Model KT direpresentasikan melalui simulasi dengan program aplikasi komputer yang dikenal sebagai “Toy Climate Model” (TCM-KT) 4). Program ini secara garis besar mengaitkan hubungan antara konsentrasi CO2 di udara, sebagai variabel input, dengan fluks panas konvektif, suhu atmosfer, dan suhu dipermukaan bumi sebagai variabel output melalui berbagai parameter dasar sistem dan parameter model yang ditetapkan nilainya terlebih dahulu.

METODE PENELITIAN Variabel kunci yang digunakan guna mendapatkan informasi tentang evaporasi/presipitasi global pada Model KT adalah fluks panas konvektif (convective heat flux), Cq, yang dinyatakan sebagai 2), 6)  TS Cq  Cq 0  T  S0

   

t

(1)


95

Prediksi Laju Evaporasi/Presipitasi …

Nyoman Yasa

dengan t adalah salah satu dari pasangan parameter model (t,s), TS suhu permukaan serta TS0 dan Cq0 masing-masing menyatakan nilai-nilai referensi untuk suhu permukaan dan fluks panas konvektif sebagaimana dinyatakan pembahasan tentang Kalibrasi dan Validasi Model KT di bawah ini. Sebagaimana telah diketahui melalui Diagram KT bahwa fluks panas konvektif dapat dipisahkan menjadi dua bagian, yaitu panas sensibel (sensible heat), LH, dan panas laten (latent heating), SH , dan dinyatakan dalam bentuk: (2) Cq  S H  LH SH berhubungan dengan kandungan panas akibat dari perubahan suhu sedangkan LH, berhubungan dengan perubahan presipitasi.

Gambar 1. Diagram Kiehl-Trenberth (Diagram KT ‟09) (Sumber: Kiehl &Trenberth3)).

Jika evaporasi dianggap hanya terkait dengan kondisi dan sifat air (H2O dalam fase cair) dan hanya dipengaruhi oleh suhu permukaan TS, maka perubahan fluks panas konvektif, ∆Cq, terkait dengan perubahan suhu permukaan, ∆TS, dan perubahan laju presipitasi, ∆P, dapat dinyatakan sebagai (3) Cq  C p TS  LP dengan Cp (panas jenis) Air = 4185 Jkg-1K-1 ρ (rapat massa) Air = 1000 kgm-3 L (panas penguapan) Air = 2500 kJkg-1 Perlu diperhatikan bahwa, pada persamaan (3), informasi tentang perubahan laju presipitasi ∆P digunakan sebagai pengganti dari informasi tentang perubahan laju evaporasi, sesuai dengan asumsi kesamaan jumlah kumulatif keduanya dalam lingkup global dan waktu yang cukup lama 3). Dari persamaan (3) rumusan untuk laju presipitasi dalam bentuk persamaan rekursif, yang diperlukan guna perhitungan komputasional, dapat dinyatakan dalam bentuk berikut Cp 1 (4) Pi 1  Pi (1  TSi )  C qi L L dengan indeks i menyatakan tahun ke-i. Dengan demikian i = 0 menyatakan tahun dalam kondisi awal untuk penetapan nilai fco2 dan P0 terlebih dahulu guna perhitungan selanjutnya. Prediksi perubahan laju presipitasi dengan Model KT, melalui TCM-KT, dilakukan dengan mengambil data hasil observasi fco2 dari NOAA-Maunaloa Obs, mulai dari tahun 1989 (tahun ke i=1) hingga 2010. Nilai presipitasi untuk tahun ke i=0 (1988) dipilih P0 = 2.61 (mm/day) 7) sebagai patokan untuk nilai awal simulasi numerik.

KALIBRASI DAN VALIDASI MODEL KT Sebelum perhitungan presipitasi, sebagaimana di atas, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi dan validasi terhadap Model KT, melalui uji langsung program TCM-KT. Proses ini, sebagaimana dinyatakan pada Tabel 1, nilai-nilai referensi suhu permukaan TS0 dan konsentrasi CO2 di udara, fCO2, ditetapkan sebagai nilai rerata kuantitas terkait pada interval antara tahun 2000-2004 3) (saat observasi 96



Nyomana Yasa

untuk penetapan Diagram KT, untuk yang kedua kalinya - Diagram KT‟09, dilakukan), dan nilai referensi fluks panas (heat flux) Cq0 ditetapkan sebesar 97 Wm-2. Data konsentrasi CO2 di udara diperoleh dari NOAA-Mauna Loa Obs5). Terkait kalibrasi, parameter yang sangat sensitif dan menentukan hasil akhir adalah fraksi emisi (balik) ke bumi fd yang di “set/adjust” bernilai 0,6891. Sementara itu proses validasi sangat ditentukan oleh pasangan parameter model s dan t, yang dalam hal ini perlu di “set” (adjust) agar hasilnya berkesesuaian dengan data hasil observasi, sekaligus konsisten selama perioda yang cukup panjang2). Perhitungan Barker dan Ross, dengan menetapkan s=0.92 dan t=1 menghasilkan nilai-nilai prediksi TS yang sesuai dengan hasil observasi untuk Diagram KT hasil kajian Kiehl dan Trenberth sebelumnya (Diagram KT‟97) tetapi tidak cukup tepat untuk Diagram KT ‟09 dan prediksi perubahan laju evaporasi/presipitasi. Tabel 1. Nilai Parameter Dasar dan Variabel referensi untuk perhitungan Model KT (Sumber: Barker & Ross2); Trenberth el al. 3); dan adaptasi oleh penulis). Parameter/Variabel

Simbol

Nilai

Sumber/rujukan

Albedo udara jernih

αa0

0.05

Estimasi

Albedo awan

αc

0.40

Estimasi

Albedo es/salju

αi

0.70

Estimasi

Albedo tanah

αr

0.10

Estimasi

Kelembaban relatif

RH

0.8

Asumsi

Tinggi skala H2O

HH2O

„adjust‟ Kalibrasi

Fraksi emisi ke bumi

fd

2 km 0.6891

Asumsi

Intensitas matahari

S

341.3 Wm-2

Trenberth et.al, 2009

Fluks panas pada Ts0

Cq0

97 Wm-2

Trenberth et.al, 2009

Suhu permukaan (ref)

TS0

287.63 K

Suhu atmosfer (ref) Konsentrasi CO2 (ref)

TA0 fCO2-ref

252.87 K 373.40 ppmv

Estimasi Kalibrasi

HASIL DAN PEMBAHASAN Secara garis besar prediksi perubahan laju evaporasi/presipitasi dari hasil perhitungan Model KT diperlihakan pada Tabel 2. Sebagaimana pada banyak literatur, indikator untuk hal dimaksud lazimnya digunakan parameter perubahan presipitasi terhadap perubahan suhu permukaan (P/P.TS [%/K]) dan perubahan presipitasi terhadap waktu (P/P [%/decade]). Untuk ukuran yang lebih sederhana dapat digunakan parameter [Cq] yang menyatakan interval nilai(max-min) parameter dimaksud untuk perhitungan data sesuai dengan perioda waktu terkait. Sebagaimana diperlihatkan pada Tabel 2, nilai pasangan parameter model (s,t) sangat menentukan hasil perhitungan Model KT. Secara umum (pola) data yang diperoleh adalah sebagai berikut:  Kecuali untuk s=1.20, nilai-nilai [Cq] berkorelasi positip dengan nilai-nilai ∆P/P.∆Ts dan ∆P/P.  Untuk s yang membesar, pada t tetap (atau t yang membesar, pada s<1.20 dan bernilai tetap) menghasilkan nilai [Cq] membesar, yang berarti juga nilai ∆P/P.∆Ts dan ∆P/P, membesar.  Seluruh nilai ∆P/P.∆Ts dan ∆P/P hasil TCM-KT lebih rendah dibandingkan dengan nilai-nilai terkait hasil hasil perhitungan persamaan Claysius-Clapeyron, model, maupun observasi.  Data pada baris no 7, dengan nilai s=0.92 dan t=1 (yang sesuai dengan setting Barker dan Ross 5) ), adalah pilihan nilai (s,t) yang paling sesuai untuk menyatakan pola perubahan Ts namun hasil perhitungannya untuk ∆P/P.∆Ts dan ∆P/P masih jauh di bawah nilai yang direkomendasikan oleh literatur/observasi.  Pasangan nilai parameter s=1.20 & t=4 (baris no 13) sesungguhnya menghasilkan nilai-nilai ∆P/P.∆Ts dan ∆P/P yang paling mendekati nilai literatur/observasi, namun perilaku inkonsisten dan ketakstabilan perhitungan numerik pada kondisi ini memunculkan keraguan akan validitas nilai yang dihasilkannya. Dengan demikian secara umum tidak ada pilihan pasangan paramater (s,t) yang betul-betul sesuai untuk seluruh indikator perubahan laju evaporasi/presipitasi dimaksud. Dalam hal ini maka pilihan Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

97


Nyoman Yasa

pasangan parameter terbaik harus ditentukan terlebih dahulu berdasarkan pilihan kriteria yang dapat ditetapkan secara terpisah.

Tabel 2. Indikator perubahan laju evaporasi/presipitasi global hasil perhitungan Model KT, sesuai pilihan setting pasangan parameter model (s,t), dan nilai-nilai parameter sistem sebagaimana pada Tabel 1. N o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Parameter Model s

t

0.60

1 2 4 1 2 4 1 1 2 4 1 2 4

0.75

0.92 1.00

1.20

Literatur/Observa si

Hasil Perhitungan(Indikator) Perubahan laju E/P [Cq] ΔP/ΔTs ΔP/P (Wm ²̄ (%/K) (%/dec) ) 0.050 0.773 0.022 0.091 3.820 0.099 0.153 5.478 0.122 0.065 0.773 0.029 0.114 2.029 0.066 0.184 4.540 0.120 0.097 0.272 0.038 0.127 0.773 0.056 0.200 2.029 0.116 0.282 4.543 0.184 1.420 0.751 0.700 0.539 2.021 0.311 0.493 1.599 0.291 1-3 0.4 (model) (model) NA 1.4 7(CC) (SSM/I)

Catat: NA data belum diperoleh

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada para staf Jurusan Fisika FMIPA UNSRI, terutama kepada Drs. Octavianus CS, M.T., Dr. Iskhaq Iskandar, Muhammad Irfan, M.T., Netty Kurniawati, S.Si, M. Si., yang telah memberikan banyak saran perbaikan terhadap tulisan ini. DAFTAR PUSTAKA 1)

Arsali & Fiber Monado, 2007, Pengembangan dan Uji Model Sederhana Transfer Energi Termal Atmosfer – Permukaan Bumi Untuk Memahami Dinamika Iklim Global, Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, Inderalaya. 2) Barker J. R & Ross MH, 1999, An Introduction to Global Warming, Am.J. Phys. 67:1216-1226. 3) Kiehl, J.T & Trenberth, K.E. 1997. Earth’s Annual Global Mean Energy Budget, Bull. Am. Meteorol Soc, 78: 197-208. 4) Trenberth K.E., Fasullo J.T., & Kiehl J., 2009, Earth’s Global Energy Budget, Bull. Am. Meteorol Soc, March, 2009. 4) Barker JR, 1999, http://www.physics.lsa.umich.edu/phys419 5) ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/ccg/co2/trends/co2_mm_ml o.txt 6) Arsali, dkk, 2011, Prediksi Laju Presipitasi Global Berdasarkan Model Kiehl-Trenberth, Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, Inderalaya. 7) GPCP, 2007, http://precip.gsfc.nasa.gov/gpcp_v2.1 _comb_new.html

98


PRINSIP KERJA REM DISC BRAKE DAN PERAWATANNYA Subhan Diki Setyo Bakti1) dan Melya D. Sebayang2) 1)

Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Tama Jagakarsa 2) Dosen Teknik Mesin Universitas Tama Jagakarsa Email : [email protected]; HP: 08159223026

Abstrak Memasuki era globalisasi inovasi di bidang otomotif saat ini semakin memanjakan pemakai, dan terobosan teknologi terbaru harus memenuhi tuntunan konsumen yang lebih mudah, aman dan nyaman. Kepuasan konsumen akan tercapai dari segi artistic kendaraan baik eksteterior maupun interior yang bagus dan beberapa peralatan tambahan yang memudahkan pemakai. Selain itu juga mesin memiliki performance yang tinggi, serta perangkat keamananan dan kenyamanan lengkap yang berfungsi optimal. Suatu kendaraan dapat dikatakan baik apabila bisa memberikan rasa aman dan nyaman bagi pengendara. Semua jenis kendaraan baik roda dua maupun roda empat dilengkapi dengan berbagai sistem, salah satu dari sistem itu adalah sistem pengereman. Rem berfungsi untuk mengurangi kecepatan dan menghentikan laju kendaraan. Kendaraan tidak dapat berhenti apabila pengereman hanya dilakukan dengan pengereman mesin, kelemahan ini harus dikurangi agar dapat menurunkan kecepatan gerak kendaraan hingga berhenti. Kerja rem disebabkan adanya gaya gesek pad rem melawan sistem gerak putar piringan (disc).

PENDAHULUAN

I

Inovasi di bidang otomotif saat ini semakin memanjakan pemakai, dan terobosan teknologi terbaru harus memenuhi tuntunan konsumen yang lebih mudah, aman dan nyaman. Kepuasan konsumen akan tercapai dari segi artistik kendaraan baik eksterior maupun interior yang bagus dan beberapa peralatan tambahan yang memudahkan pemakai. Selain itu juga mesin memiliki kestabilan yang tinggi, serta perangkat keamananan dan kenyamanan lengkap yang berfungsi optimal. Suatu kendaraan dapat dikatakan baik apabila bisa memberikan rasa aman dan nyaman bagi pengendara. Semua jenis kendaraan baik roda dua maupun roda empat dilengkapi dengan berbagai sistem. Salah satu dari sistem itu adalah sistem pengereman. Rem berfungsi untuk mengurangi kecepatan dan menghentikan laju kendaraan. Sistem ini sangat penting karena memiliki fungsi sebagai alat keselamatan dan menjamin untuk pengendara yang aman. Sistem pengereman merupakan salah satu sistem yang terpenting dalam berkendaraan, tidak adanya sistem pengereman kendaraan tidak dapat memberikan rasa aman dan nyaman bagi pengendara. Maka pengendara wajib mengetahui lebih banyak tentang komponen dan cara kerja dari sistem pengereman.

DATA DAN PEMBAHASAN Prinsip Kerja Disc Brake Sistem rem piringan bekerja dengan adanya suatu gerak gaya gesek antara pad rem yang diam dengan piringan yang berputar. Pada kendaraan berjalan mesin berfungsi mengubah energi panas menjadi energi kinetik, sedangkan prinsip kerja rem yaitu mengubah energi kinetik menjadi energi panas. Pada saat pengereman akan terjadi gesekan antar pad rem dengan piringan yang akan menghasilkan panas dan selanjutnya panas dilepas ke udara bebas. Penggunaan rem selanjutnya berulang-ulang sesuai dengan kebutuhan, maka akan timbul panas karena adanya gesekan antara pad Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

99

Prinsip Kerja Rem Disc …

Subhan Diki S.B. dan Melya D.S.

rem dan cakram. Selama proses pengereman berlangsung, temperatur pad dan cakram akan naik sehingga akan menyebabkan cakram memuai. Cakram yang panas akan mengurangi daya pengereman. Rem cakram mempunyai batas pembuatan pada bentuk dan ukurannya karena berkaitan dengan aksi self enegizing limited. Perlu tambahan tekanan hidrolik yang lebih besar untuk mendapatkan daya pengereman yang efisien. Komponen tersebut dinamakan boster rem. Boster rem mampu melipat gandakan daya penekanan pedal. Waktu penekanan pedal lemah mampu diteruskan menjadi daya pengereman yang besar. Piston seal (rubber) deforms as Piston moves

Gambar 1. Cara Kerja Disc Brake saat piston ditekan Gambar 1 menunjukan cara kerja Disc Brake saat piston ditekan yang mengakibatkan piston menekan pad rem, sehingga terjadi perubahan energi panas menjadi energi kinetik. Perawatan Disk Brake Perawatan disc brake meliputi: 1. Pemeriksaan komponen disc brake Lining pad diukur ketebalannya dengan menggunakan penggaris ukur Lining Pad, dengan ketebalannya 20 mm, tebal minimum 10 mm. Bila pad terlalu tebal atau kurang maka harus diganti, atau bila pad rem sudah mengeras atau ausnya tidak rata perlu di perbaiki sebaik mungkin. 2. Ukur tebal disc Gunakan mikrometer, ukur lining disc dengan hasil ketebalanya adalah 22 mm dan tebal minimum : 20,4 mm. Ganti disc bila tebal minimum atau kurang, bila piringan tidak rata atau aus, dan harus diratakan dengan mesin bubut atau ganti micrometer Bagian yang di ukur 3. Ukur run out disc Gunakan dial indikator, ukur run out disc pada posisi 10 mm dari ujung luar. Run out disc maksimal 0,06 mm Bila run out lebih besar dari maksimum, ganti disc atau bubut disc. Perlu diperhatikan sebelum mengukur run out, konfirmasikan bahwa gerak bebas bearing depan dalam spesifikasi. 4. Penggantian minyak rem Pada perawatan berkala pada kilo meter tertentu minyak rem dapat diganti, minyak rem memiliki masa pakai tertentu yang harus diganti dengan yang baru, penggantian minyak rem kurang lebih untuk pemakaian 20.000 km. apabila masih cukup bagus tetapi dalam reservoir (pada master silinder) menunjukkan batas minimal atau kurang dari tanda F maka perlu untuk ditambah. Minyak rem yang digunakan tipe DOT 3. Minyak rem ada dua macam netral dan biasa. Saat ini minyak rem yang digunakan biasanya menggunakan jenis netral karena dapat menghasilkan daya pengereman yang bagus. 5. Pemeriksaan pipa dan saluran minyak rem Pemeriksa sistem rem dari kebocoran dan masuknya udara. Jika sistem rem diperbaiki atau ada udara di sistem rem, maka udara dalam sistem rem. Jika saluran rem kemasukan udara, keluarkan udara dengan jalan tekan pedal rem berulangkali kemudian kendorkan nepel buang udara dengan cara pedal rem masih ditekan. Ulangi sampai tidak ada lagi gelembung udara.

100



Prinsip Kerja Rem Disc…

6. Pembersihan pada rem Setiap kelipatan 10. 000 km pada kendaraan perlu ada clean and adjusting (pembersihan dan penyetelan) rem perlakuan pada disc brake adalah dengan membersihkan pad rem dan disc dengan jalan mengendorkan baut kaliper kemudian melepas pad rem dan diamplas, pada disc juga dilakukan pengamplasan apabila perlu dibersihkan dengan menggunakan tekanan udara kompresor. Pada pemasangan pad rem supaya diberi gemuk (fat) di bagian yang bergesekan dengan dudukan pad rem pada kaliper agar gerakan pad rem lancar. Kencangkan baut kaliper sesuai torsinya. Gangguan pada Disc brake Pada sistem rem cakram meskipun memiliki keuntungan-keuntungan yang cukup banyak dibandingkan dengan rem tromol, rem cakram masih sering mengalami gangguan-gangguan yang bersifat sementara atau bahkan mengalami kerusakan. 1. Gangguan-gangguan yang sering terjadi pada Disc brake a. Rem macet pada saat terjadi pengereman ( rem tidak bekerja ). b. Pengereman tidak stabil disebabkan disc brake yang digunakan sudah cukup lama dan kondisi yang sudah tidak rata. c. Rem berbunyi pada saat melakukan pengereman ataupun pada saat kendaraan berjalan ( terdapat gesekan ) 2. Gejala yang sering imbul Beberapa gangguan yang terjadi dapat diketahui dari gejala-gejala yang ditimbulkan adalah sebagai berikut: a. Gejala yang timbul akibat kemacetan pada rem cakram adalah pengereman menjadi kurang maksimal atau bahkan rem menjadi tidak bekerja. Selain itu apabila kemacetan hanya pada salah satu roda depan pada waktu melakukan pengereman, kemudi akan berbelok pada sisi roda yang macet. b. Gejala lain yang sering timbul akibat piringan atau cakram rem mengalami keausan atau tidak rata, saat mobil kecepatan tinggi dan melakukan pengereman maka kemudi akan terasa bergetar. c. Bunyi rem saat kendaraan berjalan ataupun saat melakukan pengereman. Gejala suara yang lamakelamaan akan mengakibat-kan panas pada piringan karena gesekan. 3. Analisis gangguan Setelah mengetahui gejala yang timbul akibat gangguan pada Disc brake selanjutnya dilakukan analisis atas gangguan-gangguan tersebut. Analisis dilakukan untuk mengetahui kemungkinankemungkinan yang mengkibatkan gangguan pada disc brake. Hasil analisis pada permasalahan pada rem cakram diatas adalah sebagai berikut: 1. Rem macet Kemacetan rem diakibatkan beberapa hal.: 1) Piston di dalam silinder tidak dapat meluncur ketika pedal rem ditekan, hal ini kemungkinan disebabkan karena Piston mengalami korosi sehingga piston rem menjadi lengket dengan silindernya. Korosi juga disebabkan karena rusakanya karet pelindung sehingga memungkinkan air masuk kedalam silinder. 2) Kemacetan rem juga disebabkan macetnya piston pada master silinder karena karat 2. Rem terasa bergetar saat terjadi pengereman atau saat pedal rem diinjak. Hal di atas disebabkan beberapa hal, yaitu : 1) Kondisi permukaan piringan yang sudah aus dan tidak rata dikerenakan pemakaian yang sudah terlalu lama dan perawatan yang kurang baik. 2) Rem bergetar juga dapat disebabkan karena pad rem yang sudah mulai mengeras dan kualitas pad rem yang tidak bagus. 3. Keluarnya bunyi pada saat kendaraan berjalan atau pada saat melakukan pengereman. Hal tersebut diakibatkan oleh : Pad rem telah habis sehingga terjadi gesekan antara pad dengan piringan. 4. Pad rem mengeras. Hal ini disebabkan kualitas pad yang tidak sesuai. 5. Piringan rem telah aus. Hal ini disebabkan karena piringan telah cacat dan berkarat ( telah berumur ) 6. Melemahnya shim anti bunyi yang terdapat pada pad. Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

101



7. Bantalan nap roda yang tidak tepat. Disebabkan penyetelan awal yang kurang tepat. Penanganan gangguan 1. Rem macet Dari analisis gangguan yang dilakukan menunjukkan adanya kemungkinan bahwa penyebab kemacetan rem adalah tidak berfungsinya kaliper dengan baik. Kerusakan pada komponen-komponen kaliper yang terdapat pada silinder yang kotor atau piston silinder sudah mulai berkarat sehingga perlu dibersihkan. Pekerjaan atau langkah-langkah untuk memperbaiki rem yang macet perlu dilakukan antara lain: 1. Membongkar kaliper 1). Menguras minyak rem hingga habis dan siapkan bak air serta air bersih, dalam pengurasan minyak rem jangan sampai mengenai cat body karena akan melunturkan cat, namun apabila mengenai cat body segera disiram dengan air agar menjadi netral. 2). Melepas roda pada bagian rem yang macet atau kedua roda. 3). Melepas baut nepel agar minyak rem dalam silinder keluar. 4) Melepas selang dari master silinder dan lepaskan kaliper dari dudukannya dengan sebelumnya melepas pad rem. 5) Pembongkaran piston rem dilakukan sebaiknya dalam bak air yang dicuci detergen. 6) Melepas karet penutup dan klip ring (ring pengunci karet tersebut) 7) Membongkar piston rem dengan menggunakan tekanan udara kompresor apabila sulit gunakan minyak rem untuk mempermudah proses pelepas-an atau menggunakan minyak anti karat sebagai pelicin. Memeriksa kaliper dan Piston 1 Setelah piston rem terlepas bersihkan dengan menggunakan amplas halus hingga bersih dan juga bersihkan silinder, pada saat pengamplasan dilakukan dengan menggunakan amplas halus (no : 1) dan dengan air agar tidak terjadi kecacatan atau goresan pada piston maupun silinder, setelah bersih keringkan dengan kompresor. Proses selanjutnya setelah kaliper dan piston kering adalah melakukan pemeriksaan seluruh komponen-komponen kaliper. Hal ini dimaksudkan agar dapat diketahui komponen-komponen mana yang masih baik sehingga bisa digunakan kembali. Hal hal penting yang perlu dilakukan pada waktu melakukan pemeriksaan adalah sebagai berikut: 1.1 Memeriksa komponen-komponen silinder apabila piston telah mengalami korosi maka harus diganti. 1.2 Memeriksa keadaan karet seal apabila telah mengeras atau rusak maka perlu diganti. 1.3 Memeriksa keadaan karet penutup, apabila sobek atau rusak maka harus diganti agar kotoran dan air dari luar tidak masuk ke dalam silinder sehingga tidak menyebabkan korosi dan rem macet. 3) Memasang Piston dan Kaliper a) Memasang piston pada kaliper setelah diketahui bahwa komponen - komponennya dalam keadaan kondisi baik. b) Memasang seal pada piston, kemudian lumasi piston dan silinder dengan minyak rem. c) Memasang piston pada silinder dengan hati-hati dan pastikan pemasangannya rata sehingga piston dapat masuk dengan mudah, apabila dapat terpasang dengan lancar dapat dipastikan rem tidak macet. d) Memasang karet penutup dan klip ring, kemudian pasang kaliper dan kelengkapannya seperti semula. 4) Memeriksa dan membersihkan master silinder Membongkar master silinder dilakukan jika kaliper telah diperbaiki. Jika rem masih mengalami kemacetan, dengan terlebih dahulu minyak remnya, lepaskan saluran minyak, kemudian lakukan pembongkaran piston master silinder dan bersihkan dengan air bersih. Jika tidak ada cacat maka master silinder dapat dipasang kembali dan jika ada yang cacat atau rusak maka master silinder harus diganti. 2. Rem yang bergetar Rem yang bergetar pada disc brake dimungkinkan terjadi karena permukaan disc atau piringan yang tidak rata. Penanganan yang harus dilakukan sama dengan penanganan kondisi rem 102



Prinsip Kerja Rem Disc…

yang terlalu mengkilap yaitu dengan cara pembubutan, sedangkan untuk kondisi pad rem yang mengeras atau telah habis bentuk penanganannya harus mengganti. Langkah-langkah yang harus dilakukan adalah: 2. 1. Melepaskan piringan (disc) dari poros roda depan. 1) Melepas roda bagian depan 2) Mengendorkan baut pengunci disc dengan cara menginjak rem sehingga pada saat baut dikendorkan, disc tidak ikut berputar. 3) Melepas baut pengunci, selang rem, dan kemudian angkat kaliper untuk kemudian dibersihkan. 4) Lepaskan disc dengan terlebih dahulu melepas baut penguncinya. 2.2. Meratakan permukaan piringan (disc). Kondisi permukaan piringan akan sangat mempengaruhi proses pengereman. Proses pembongkaran dilakukan untuk mengetahui bahwa kondisi permukaan piringan sudah tidak rata. Untuk itu maka permukaan piringan harus diratakan. Proses perataan piringan biasanya dilakukan di bengkel bubut. Kondisi permukaan yang tidak rata disebabkan oleh kondisi pad yang sudah habis sehingga piringan akan bergesekan terus dengan besi pad. Gesekan tersebut akan mengakibatkan panas pada piringan dan besi pad sehingga menurunkan kualitas dari piringan. Selain menjadikan permukaan piringan tidak rata, gesekan pada piringan akan menjadikan piringan menjadi tipis. 2.3. Memasang piringan atau disc a) Memasang disc pada poros roda kemudian mengencang-kan baut penguncinya. b) Memasang kembali kaliper dan pad rem kemudian mengencangkan bautbaut penguncinya. c) Pastikan seluruh baut sudah terkunci dengan kuat dan tidak ada komponen yang tidak terpasang. d) Memasang kembali rodanya dan kencangkan keempat baut penguncinya. 3. Rem berbunyi Munculnya suara atau bunyi dari rem dimungkinkan terjadi karena banyak hal. Proses penanganan yang sesuai dengan analisa yang dilakukan akan mampu untuk menghilangkan suara atau bunyi pada rem. Penanganan rem berbunyi dapat dilakukan sebagai berikut: 3.1 Munculnya suara atau bunyi pada rem diakibatkan oleh pad yang sudah aus atau mengeras. Langkah yang harus dilakukan adalah dengan cara mengganti pad tersebut. 3.2 Munculnya suara yang diakibatkan penyetelan kedudukan bantalan nap roda yang tidak atau terlalu longgar. Langkah penangan-annya adalah dengan melaku-kan pembongkaran dan kemudian melakukan penye-telan yang sesuai. 3.3 Munculnya suara yang diakibatkan oleh rusak atau ausnya shim anti bunyi. Langkah penanganan yang harus dilakukan adalah dengan melakukan pembong-karan kaliper kemudian mengganti shim anti bunyi dengan yang baru.

PENUTUP Kesimpulan Dari Penelitian tentang perawatan rem motor dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Pada rangkaian rem depan Disc Brake terdapat 4 komponen utama, diantaranya adalah : Boster, Master Silinder, Kaliper, dan Disc Brake (piringan) 2. Kerusakan yang sering terjadi pada sistem rem Disc Brake dengan penggerak hidrolik tidak akan terjadi jika dilakukan perawatan secara teratur dan berkala, perawatan dan pemeriksaan secara rutin akan mampu mendeteksi gangguan pada disc brake. 3. Konsrtuksi sederhana karena menggunakan rem disc brake (piringan) tipe rem cakram atau piringan. Pada jenis rem ini menggunakan satu buah piston sebagai penggerak pada rem.


103



Saran Dari laporan di atas maka saran yang dapat diambil dan perlu diperhatikan diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Rem hendaknya dilakukan pemeriksaan secara berkala mengingat fungsi rem yang sangat penting. 2. Perlunya mengetahui cara pemakaian rem yang baik dan benar. DAFTAR PUSTAKA 1 2 3 4 5

104

Daryanto, 2002.Teori dan Perbaikan Rem Mobil. Bandung : Yrama Widya Daryanto, 2002. Teknik Merawat Mobil Lengkap. Bandung :Yrama Widya Moch, Kasim, Husni. 1997. Teori Chasis dan Body. Jakarta : Depdikbud Toyota, 1995. “New Step 1 Training Manual” Jakarta : PT. Toyota Astra Motor Toyota, 1995. “New Step 2 Training Manual” Jakarta : PT. Toyota Astra Motor


SIFAT MAGNETIK LAPISAN TIPIS MATERIAL SENSOR GIANT MAGNETORESISTANCE BERSTRUKTUR SPIN VALVE

Ramli1*, Yenni Darvina1, Yulkifli1, Widyaningrum Indrasari2, Ambran Hartono3, Edi Sanjaya3, Rahadi Wirawan4, Khairurrijal5, dan Mitra Djamal4 1

Jurusan Fisika, Universitas Negeri Padang, Indonesia Jurusan Fisika, Universitas Negeri Jakarta, Indonesia 3 Prodi Fisika, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah, Jakarta Indonesia 4 Prodi Fisika, Universitas Mataram, Indonesia 5 Departemen Fisika, Institut Teknologi Bandung, Indonesia * Email: [email protected] 2

Abstrak Meningkatnya kebutuhan akan otomatisasi, keamanan dan kenyamanan di masa depan, menuntut pengembangan sensor semakin intensif dilakukan. Salah satu sensor yang potensial dikembangkan saat ini adalah sensor magnetik berbasis material giant magnetoresistance (GMR). Penelitian mengenai sensor magnetik berbasis GMR ini didasarkan pada prinsip hamburan elektron yang mengakibatkan adanya perubahan resistansi pada suatu konduktor bila diberi medan magnet luar. Efek GMR adalah efek perubahan resistansi logam atau divais yang sangat besar ketika berada dalam medan magnet yang diamati dalam struktur nano magnetik. Material GMR menjanjikan untuk diterapkan dalam bidang teknologi penting, seperti perekam magnetik, memori dan sensor medan magnet lemah. Salah satu struktur GMR yang banyak digunakan dalam aplikasi ini adalah spin valve GMR. Telah ditumbuhkan lapisan tipis spin valve GMR FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe dengan metode opposed target magnetron sputtering (OTMS) di atas substrat silikon. Lapisan tipis spin valve tersebut dikarakterisasi sifat magnetiknya dengan vibrating sample magnetometer (VSM) dan pengukuran rasio magnetoresistansi. Lapisan tipis GMR spin valve yang telah ditumbuhkan ini memiliki sifat magnetik lunak dengan medan koersif yang rendah dan medan saturasi yang besar. Paper ini memaparkan sifat magnetik dari lapisan tipis spin valve GMR FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe. Kata kunci: feromagnetik, giant magnetoresistance (GMR), sensor magnetik, spin valve, sputtering.

PENDAHULUAN

M

agnetoresistansi didefinisikan sebagai perubahan resistansi logam atau divais ketika berada dalam medan magnet. Dengan kata lain, resistansi dari material bergantung pada keadaan magnetisasinya. Keadaan magnetisasi ini dapat diubah dengan memberikan medan magnet luar kepada material tersebut. Dengan demikian, efek magnetoresistansi dapat digunakan untuk membuat sensor medan magnet. Dalam beberapa dekade terakhir, sensor magnetik baru berbasis efek magnetoresistansi ini sangat intensif diteliti dan dikembangkan [1,2,3,4,5]. Efek magnetoresistansi yang sangat besar dinamakan dengan giant magnetoresistance (GMR). Fenomena GMR pertama kali ditemukan tahun 1988 [6] dalam lapisan tipis multilayer Fe/Cr yang ditumbuhkan dengan MBE (Molecular Beam Epitaxy). GMR merupakan salah satu penemuan yang mengagumkan dalam lapisan tipis magnetik, yang menggabungkan kajian fisika fundamental dengan potensi aplikasi teknologi. Tidak seperti beberapa penemuan penting lainnya, penemuan GMR berdampak besar pada kehidupan manusia, khususnya dalam teknologi informasi. Penemuan GMR telah membuka peluang untuk penerapannya dalam banyak bidang aplikasi. Sensor GMR juga memperlihatkan keunggulan dibanding dengan sensor medan magnet lainnya yakni; lebih sensitif, biaya murah, daya operasi rendah dan ukuran kecil. Selain itu, pemasangan


105

Sifat Magnetik Lapisan Tipis …

Ramli, dkk.

sensor GMR tidak bersentuhan dengan rangkaian yang diukur, sehingga mengurangi kesalahan pengukuran. Saat ini, para peneliti terus mengembangkan lapisan tipis GMR, baik dalam metode penumbuhan maupun dalam struktur GMR yang dibuat dengan tujuan memperoleh karakteristik material GMR yang baik seperti memiliki rasio GMR yang tinggi dan medan koersif yang rendah. Sebuah metode untuk meningkatkan sensitivitas sensor GMR diperkenalkan oleh Dieny dkk [7] dengan mengusulkan tipe spin valve GMR. Sebuah struktur standar dari spin valve adalah terdiri dari dua lapisan feromagnetik dipisahkan oleh lapisan pemisah non magnetik, dimana sebuah lapisan pengunci dari material antiferomagnetik ditambahkan pada bagian atas ataupun bagian bawah dari salah satu lapisan feromagnetik. Munculnya divais-divais nano GMR tentunya memerlukan peningkatan metode untuk memanipulasi struktur skala-atomik dari permukaan dan antarmuka selama proses deposisi material GMR. Kemampuan meningkatkan karakteristik GMR dapat dikontrol melalui komposisi material, pemilihan geometri dan struktur, khususnya struktur dari antarmuka film. Oleh karena itu sebuah metodelogi penumbuhan film tipis yang mampu mengontrol parameter-parameter proses deposisi dan komposisi lapisan terhadap mikrostruktur dan sifat-sifatnya sangat diperlukan. Dalam paper ini, dipilih metode dc Opposed Target Magnetron Sputtering (OTMS) untuk menumbuhkan lapisan tipis spin valve GMR. Metode OTMS memilki beberapa kelebihan yaitu biaya operasinal lebih rendah, film yang dihasilkan lebih homogen dalam luasan yang besar, dapat mengurangi proses re-sputtering, dan ionisasi lebih tinggi dibandingkan dari metode lain seperti MBE.

EKSPERIMEN Lapisan tipis spin valve GMR FeMn/NiCoFe/Fu/NiCoFe ditumbuhkan dari bahan target sputtering yaitu NiCoFe, Cu dan FeMn. Pembuatan target NiCoFe dengan reaksi padatan, dengan perbandingan molar Ni:Co:Fe = 60:30:10. Bahan daar target terdiri dari serbuk logam Nikel (Ni=99,9%) serbuk logam Cobalt (Co=99,99%) dan logam Besi (Fe=99,99%). Pembuatan target Cu juga menggunakan reaksi padatan dari logam Cu dengan kemurnian 99,5%. Bahan dasar target FeMn terdiri serbuk logam Besi (Fe=99,99%) dan logam Mangan (Mn=99,99%). Komposisi molar FeMn adalah 50:50. Target yang dihasilkan selanjutnya di-sintering dalam kapsul pirex untuk menghindari oksidasi selama proses sintering. Substrat yang digunakan adalah silikon, Si (100). Parameterparameter penumbuhan yakni; lama penumbuhan (divariasikan), laju aliran gas Argon, tekanan, tegangan dc dan temperatur penumbuhan. Lama penumbuhan akan berpengaruh terhadap ketebalan masing-masing lapisan penyusun GMR, seperti yang telah dilaporkan sebelumnya [8]. Parameterparameter penumbuhan hasil optimasi didaftarkan dalam Tabel 1.

No 1. 2. 3. 4.

TABEL 1. Parameter-parameter penumbuhan hasil optimasi Parameter Nilai Suhu 100o C Tekanan 0,52 Torr Laju aliran gas 100 sccm Argon 600 V Tegangan dc

Penumbuhan lapisan tipis GMR spin valve dilakukan dengan urutan seperti diperlihatkan dalam Gambar 1. Sifat magnetik sampel lapisan tipis spin valve FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe diketahui dari karakterisasi vibrating sample magnetometer (VSM) dan rasio magnetoresistansi dengan metoda linier four-point probe dengan arus tegak lurus bidang.

106



Ramli, dkk.

Gambar 1. Proses penumbuhan lapisan tipis spin valve FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe di atas substrat Si.

HASIL DAN DISKUSI Perubahan resistansi terhadap medan magnet diperlihatkan dalam Gambar 2. Terlihat bahwa resistansi dari sampel berubah terhadap pemberian medan magnet. Hal ini menandakan bahwa efek GMR telah muncul dalam lapisan tipis spin valve FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe yang ditumbuhkan dengan metode opposed target magnetron sputtering.

Gambar 2. Kurva resistansi terhadap medan magnet dari lapisan tipis GMR spin valve FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe.

Kurva hysteresis dalam lapisan tipis spin valve FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe diperlihatkan dalam Gambar 3. Masing kurva memperlihatkan bahwa lapisan tipis spin valve yang telah ditumbuhkan memiliki sifat feromagnetik lunak dengan medan koersif yang sangat rendah. Namun magnetisasi saturasi terjadi pada medan magnet yang besar. Hal ini berhubungan dengan arah medan magnet yang diberikan sejajar dengan bidang sampel.


107


Ramli, dkk.

Gambar 3. Kurva hysteresis dari lapisan tipis GMR spin valve FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe untuk lama penumbuhan (a) 10 menit, (b). 15 menit dan (c). 20 menit.

Rasio GMR ditentukan dengan persamaan; GMR(%) ={(RH – R0)/(R0} x 100% dengan RH adalah resistansi ketika dalam medan magnet dan R0 adalah resistansi tanpa medan magnet. Nilai rasio GMR lapisan tipis spin valve FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe yang diukur pada suhu ruang, diperlihatkan dalam Gambar 4. Dari Gambar 4 terlihat rasio GMR maksimum diperoleh sebesar 32,5% pada sampel dengan lama penumbuhan 15 menit. Ketika medan magnet dibalik arahnya, maka dalam sampel tidak terjadi efek magnetoresistansi, hal ini disebabkan oleh adalah lapisan pengunci antiferomagnetik FeMn yang hanya melewat satu arah magnetisasi saja. FeMn memiliki lapisan resistif tinggi dengan resistivitas 95 µΩ.cm [8] yang digunakan untuk mengunci magnetisasi pada satu lapisan feromagnetik (FM) melalui pertukaran anisotropi. Munculnya

108



Ramli, dkk.

efek GMR dalam spin valve juga disebabkan oleh adanya pertukaran kopling diantara lapisan-lapisan FM.

Gambar 4. Kurva rasio GMR terhadap medan magnet dari lapisan tipis GMR spin valve FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe.

KESIMPULAN Telah ditumbuhkan lapisan tipis GMR spin valve FeMn/NiCoFe/Cu/NiCoFe dengan metode opposed target magnetron sputtering di atas substrat Si (100) dengan variasi lama waktu penumbuhan. Rasio GMR maksimum diperoleh sebesar 32,5 % saat lama penumbuhan 15 menit. Kurva hysteresis menunjukkan bahwa lapisan tipis GMR spin valve yang telah ditumbuhkan memiliki sifat magnetik lunak dengan medan koersif yang rendah dan medan saturasi yang besar.

UCAPAN TERIMA KASIH Terimakasih disampaikan kepada DP2M Dikti Depdiknas Republik Indonesia yang telah membiayai penelitian ini melalui dana Hibah Bersaing tahun 2012, No: 098/UN35.2/PG/2012 DAFTAR PUSTAKA 1. S. Tumanski, Thin Film Magnetoresistive Sensors, Bristol, Institute of Physics Publishing, 2001, pp. 165168. 2. A.G. Ravlik, “AMR and GMR Layers and Multilayers for Magnetic Field Sensors”, in Nanostructured Magnetic Materials and Their Applications, edited by D. Shi, B. Aktas, L. Pust. and F. Mikailov, Berlin, Spinger-Verlag, 2002, pp. 22-42. 3. G.W. Fernando, Metallic Multilayers and their Applications, Amsterdam, Elsevier B.V, 2008, pp. 1-8. 4. A. Fert, Rev. Mod. Phys, 80(4), 1517-1530. (2008). 5. M. Djamal and Ramli, Procedia Engineering. 32, 60-68. (2012). 6. M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert, Nguyen van Dau, F. Petro, P. Eitenne, G. Creuzet, A. Friederich, and J. Chazelas, Phys. Rev. Lett, 61, 2472-2475. (1988). 7. B. Dieny, J. Magn. Magn. Mater, 136, 335-359. (1994). 8. M. Djamal, Ramli, Yulkifli, K.J. Parwanta, dan I. Andriana, “Deposition of Ferromagnetic (FM) and NonMagnetic (NM) Thin Film Using Sputtering Method for GMR Material”, Proceedings of 2nd International Conference on Mathematics and Natural Sciences (ICMNS), edited by R. Simanjuntak, Bandung, 2008, pp. 800-804


109

SISTEM MONITORING PENGUKURAN KETINGGIAN AIR SUNGAI DENGAN SENSOR ULTRASONIC SRF04 DAN LAYANAN PESAN SINGKAT (SMS) Gunawan Abdillah1 dan Jazi Eko Istiyanto2 1

Universitas Jenderal Achmad Yani, Bandung; 2Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta Email: [email protected]

Abstrak Pemantauan ketinggian air sungai selama ini dilakukan secara manual oleh petugas pemantau di lapangan. Cara ini memiliki kelemahan-kelemahan seperti kesalahan pencatatan, pengambilan data tidak secara realtime, kurangnya kedisiplinan petugas atau operator di lapangan, sarana penyimpanan data, dan lambatnya penyampaian informasi. Penelitian ini mengaplikasikan sistem monitoring pengukuran ketinggian air sungai yang memanfaatkan teknologi informasi SMS sebagai media pengiriman informasi yang berisi data ketinggian air, debit, dan status ketinggian. Sistem yang dibuat terdiri dari sensor ultrasonic, mikrokontroler, memori eksternal, real-time clock, dan perangkat komunikasi. Data ketinggian air beserta waktu nyata disimpan dalam memori eksternal untuk keperluan pelaporan. Kata Kunci: SMS, Mikrokontroler, Sensor Ultrasonic, Ketinggian air.

1. PENDAHULUAN emantauan aliran sungai umumnya dilakukan dengan cara pemantauan elevasi muka air secara manual dengan menggunakan papan duga atau secara otomatis menggunakan perangkat Automatic Water Level Recorder (AWLR). Nilai elevasi permukaan air diketahui dari hasil penggambaran grafik berdasarkan perubahan permukaan air atau oleh operator yang melihat langsung level air di lokasi pengukuran dengan membaca papan duga. Setelah itu operator akan mencatat dan menentukan apakah level air tersebut berada pada batas aman, batas pengawasan, atau batas bahaya. Jika pada batas tidak aman maka operator akan menghubungi instansi terkait melalui media komunikasi seperti kentongan, telepon, atau radio HT secara manual.

P

Dari kondisi di atas terdapat kekurangan dalam hal kecepatan dan ketepatan dalam pengolahan data serta system penyampaian pesan atau berita terutama jika tinggi permukaan air diatas ketinggian normal. Untuk itu diperlukan suatu sistem yang dapat mengukur ketinggian air sungai serta menyampaikan informasi tersebut secara cepat dan tepat. Tujuan penelitian ini adalah merancang sistem monitoring pengukur ketinggian air yang murah dan aplikatif serta merancang sistem penyampaian informasi ketinggian air dalam bentuk layanan pesan singkat (SMS). 2. LANDASAN TEORI 2.1 Sensor Ultrasonik Pengukuran jarak menggunakan sensor ultrasonic dimana digunakan metoda waktu tempuh (Time of Flight), yaitu selang waktu yang dimulai saat gelombang ditransmisikan oleh transducer pemancar hingga gelombang pantulan dari benda diterima oleh transducer penerima.

110 Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

Sistem Monitoring Pengukuran …

Gunawan A &Jazi Eko

Gambar 1. Metoda pengukuran jarak dengan gelombang ultrasonic

Gambar 1 menunjukkan pengukuran jarak menggunakan transducer pemancar dan transducer penerima dengan posisi sejajar. Transducer pemancar memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 Khz selama beberapa mikro detik (burst). Gelombang tersebut dipantulkan oleh benda pemantul yang berada pada jarak s hingga gelombang pantulan (echo) dideteksi oleh penerima. Selang waktu sejak gelombang dipancarkan oleh transducer pemancar hingga gelombang pantulan dideteksi oleh transducer penerima dapat diukur. 2.2 Mikrokontroler AT89S52 Mikrokontroler AT89S52 adalah sebuah mikrokontroler buatan Atmel yang kompatibel dengan Intel 8051. Banyak mikrokontroler yang kompatibel dengan 8051 sehingga mikrokontroler– mikrokontroler tersebut sering disebut keluarga MCS51.

Gambar 2. Konfigurasi Pin AT89S52

Gambar 3. Konfigurasi DB-9

2.3 Antarmuka RS232 (DB-9) Antarmuka yang digunakan untuk menghubungkan modul akusisi data dengan PC yaitu RS232. Standar antarmuka RS232 menggunakan terminal DB-9. Konfigurasi DB-9 dapat dilihat pada gambar 3. 2.4 Perintah AT (AT COMMAND) Tabel 1. Perintah AT AT Command

Fungsi

AT+CMGS

Mengirim pesan

AT+CMGR

Membaca pesan

AT+CMGF

Format pesan

AT+CMGD

Menghapus pesan

AT+CNMI

Prosedur indikasi pesan baru

AT+CPMS

Pemilihan target memori

AT+CSMS

Pemilihan layanan pesan


111

Sistem MonitoringPengukuran …

Gunawan A & Jazi Eko

Perintah AT digunakan untuk berkomunikasi dengan terminal (modem) melalui gerbang serial pada komputer. Dengan penggunaan perintah AT, dapat diketahui atau dibaca kondisi dari terminal, seperti mengetahui kondisi sinyal, mengirim pesan, membaca pesan, menambah item pada daftar telepon, dan sebagainya. Pada tabel 1 diperlihatkan beberapa jenis perintah AT yang berhubungan dengan penanganan pesan-pesan SMS. 3. DESAIN SISTEM Agar lebih mudah dalam penjelasan sistem yang akan direalisasikan, penulis terlebih dahulu menggambarkan sistem secara umum yang telah disederhanakan dalam bentuk blok diagram seperti yang terlihat pada gambar 4.

Gambar 4. Diagram blok system

Dari diagram blok sistem dapat diuraikan kerja sistem secara global sebagai berikut : 1. Sensor, berfungsi sebagai modul yang melakukan pengukuran terhadap ketinggian permukaan air dengan menggunakan gelombang ultrasonics. Sensor akan melakukan pengukuran dengan mengirimkan sinyal dengan frekuensi 40 Khz melalui sensor pengirim ultrasonics dan menerima sinyal pantulan dari frekuensi tersebut pada sensor penerima ultrasonics. Waktu antara sinyal dikirimkan dan sinyal pantulan diterima dan kecepatan rambat gelombang di udara dikonversi menjadi jarak ukur. Hasil pengukuran tersebut dikirimkan ke mikrokontroler untuk diolah. 2. Mikrokontroler, merupakan perangkat keras yang terdiri dari sebuah mikrokontroler yang dilengkapi dengan perangkat lunak dan beberapa komponen tambahan yang berfungsi untuk melakukan pembacaan dan pengolahan data yang berasal dari sensor. 3. Terminal Utama, merupakan peralatan mobile station yang berupa telepon seluler yang mampu melakukan fungsi pengiriman layanan pesan pendek dengan menggunakan mode PDU (Protocol Data Unit). 4. GSM Network, merupakan operator penyedia jaringan GSM yang mendukung layanan pengiriman pesan pendek (Short Message Service). 5. Terminal Pengguna, yang merupakan peralatan mobile station yang berupa telepon selular yang berfungsi untuk melakukan penerimaan pesan pendek (Short Message Service). Gambar 5 adalah diagram alir program secara umum dari seluruh sistem.

Gambar 5. Diagram alir program

112


Sistem Monitoring Pengukuran …

Gunawan A &Jazi Eko

4. HASIL DAN PEMBAHASAN Sistem monitoring pengukur ketinggian air dibangun sesuai dengan rancangan yang telah dibuat sebelumnya. Gambar sistem yang telah dibuat dapat dilihat pada gambar 6. Gambar 7 menunjukan tampilan pesan singkat yang diterima mobile station pengguna.

Gambar 6. Implementasi alat

Gambar 7. Tampilan SMS yang diterima station

, Selain dalam bentuk layanan pesan singkat, sistem yang telah dibangun memungkinkan dihubungkan dengan personal computer untuk melihat data ketinggian air, nomor telpon yang dituju, dan waktu nyata pada saat data ketinggian air diambil serta untuk mengambil data-data ketinggian air sebelumnya yang tersimpan dalam memori eksternal.

Gambar 8. Komunikasi Sistem dan PC

Gambar 9. Tampilan hasil pengambilan data

Data hasil pengukuran ketinggian air beserta waktu nyata (real time) yang berasal dari RealTime Clock disimpan dalam memori eksternal, dapat diambil untuk digunakan pada laporan harian, mingguan atau bulanan. Gambar 9 adalah tampilan hasil pengambilan data dari memori eksternal. Dari gambar 9 diperoleh informasi berupa ketinggian air beserta waktu nyata pada saat ketinggian tersebut terjadi. Sebagai contoh data terakhir 1234390901260709. Data ini dapat diuraikan sebagai berikut :

Gambar 10. Satu paket data dalam memori eksternal

Keterangan dari gambar 10 adalah sebagai berikut : a. Data ke-1 dan 2 menunjukan ketinggian air, yaitu 12 x 10 cm b. Data ke-3 dan 4 menunjukan detik, yaitu detik ke-34 c. Data ke-5 dan 6 menunjukan menit, yaitu menit ke-39 d. Data ke-7 dan 8 menunjukan jam, yaitu jam 09 Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

113

Sistem MonitoringPengukuran …

e. f. g. h.

Gunawan A & Jazi Eko

Data ke-9 dan 10 menunjukan hari, yaitu hari ke-1 atau minggu Data ke-11 dan 12 menunjukan tanggal, yaitu tanggal 26 Data ke-13 dan 14 menunjukan bulan, yaitu bulan 07 atau juli Data ke-15 dan 16 menunjukan tahun, yaitu tahun 09 atau 2009

5. KESIMPULAN Dari hasil keseluruhan perancangan, implementasi dan pengujian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Integrasi setiap bagian sistem berhasil membangun suatu sistem yang mampu melakukan pengukuran ketinggian air yang telah ditentukan, mengirimkan hasil pengukuran dalam bentuk layanan pesan singkat (SMS), dan menampilkan pada PC, serta menyimpannya dalam memori. 2. Data yang tersimpan dalam memori eksternal berupa data ketinggian air beserta waktu nyata untuk keperluan pelaporan. DAFTAR PUSTAKA Atmel Corp, Atmel 8051 Microcontrollers Hardware Manual, http://www.atmel.com, Basha, E. A., Ravela, S., dan Rus, D., 2008, Model-Based Monitoring for Early Warning Flood Detection dari Massachusetts Institute of Technology. www.groups.csail.mit.edu/drl/wiki/images/a/a1/BashaSenSys08.pdf Budioko, T., 2005. Belajar Dengan Mudah dan Cepat Pemrograman Bahasa C Dengan SDCC (Small Device C Compiler) Pada Mikrokontroler AT89X051/AT89C51/52 Teori, Simulasi dan Aplikasi, Gava Media, Yogyakarta. Doebelin, E. O., 1983, Measurement Systems, Application and Design, McGraw-Hill. Gayl, I. E., 2008, A New Real Time Wether Monitoring and Flood Warning Approch, Tesis S2 University of Colorado.www.onerain.com/includes/pdf/whitepaper/GaylThesis.pdf Giancoli, D. C., 1998, Physics Fifth Edition, Prentice-Hall, Inc.

114


STUDI AWAL PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP DAYA KELUARAN TURBIN ANGIN TIPE HORIZONTAL BERDIAMETER 1,6 METER SEBAGAI SUMBER PENYEDIA LISTRIK PADA PROYEK RUMAH DC DI FMIPA UNJ Puji S1., Satwiko S., Hadi N. Universitas Negeri Jakarta, Jalan Pemuda 10 Rawamangun, Jakarta Timur 13220 *) Email: [email protected]; [email protected]

Abstrak Dengan bantuan turbin angin, energi angin dikonversikan menjadi energi listrik. Pada umumnya turbin angin menggunakan 3 sudu, merupakan salah satu sumber penyedia arus listrik. Pengaruh jumlah sudu terhadap daya keluaran yang dihasilkan oleh turbin angin tipe horizontal berdiameter 1,6 meter pada proyek rumah DC. Perbandingan nilai efisiensi energi listrik yang dihasilkan dari dua turbin angin identik dengan variasi jumlah sudu yang berbeda. Kata Kunci: Turbin angin, Rumah DC, Efisiensi

PENDAHULUAN

I

ndonesia, sebagai negara kepulauan yang 2/3 wilayahnya meliputi lautan sehingga memiliki garis pantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 km merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga angin (bayu). Angin merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang dapat diperbarui (renewable energy) dan dapat dimanfaatkan menjadi energi mekanik atau energi listrik melalui Sistem Konversi Energi Angin (SKEA). Pemanfaatan angin menjadi sumber energi telah dilakukan sejak abad ke-17 oleh para petani di beberapa negara Eropa seperti Belanda, Denmark dan negara-negara Eropa lainnya untuk memenuhi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi dan irigasi, kemudian istilah pemanfaatan ini dikenal dengan windmill. Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan paling berkembang sekarang. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association) sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts (GW), mampu menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Amerika Serikat, Spanyol dan China merupakan negara-negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin baik secara teknologi maupun ilmu pengetahuan. Saat ini pemanfaatan akan potensi energi angin tersebut belum optimal. Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, Indonesia hanya baru memiliki total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kiloWatt (kW). Di seluruh Indonesia, baru terdapat lima unit kincir angin pembangkit listrik berkapasitas masing-masing 80 kiloWatt yang sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Merujuk pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 MegaWatt (MW) pada tahun 2025. Turbin angin ini dapat ditingkatkan efisiensinya untuk mendapat daya keluaran yang maksimal. Salah satunya mungkin dengan pengunaan sudu berjumlah banyak. Sudu yang dipakai adalah tiga sudu dan empat sudu. Tulisan ini bertujuan sebagai kajian awal mengenai cara meningkatkan efisensi turbin angin melalui variasi jumlah sudunya dan penggunaan turbin angin sebagai sumber penyedia listrik pada rumah DC. Kemudian tentunya pengukuran dilakukan pada turbin angin identik. 2. Energi kinetik angin sebagai fungsi dari kecepatan angin Atmosfer yang menyelimuti bumi mengandung berbagai macam molekul gas yang tersusun atas beberapa lapisan. Lapisan atmosfer yang paling rendah adalah troposfer yang sangat tipis Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

115

Studi Awal Pengaruh Jumlah …

Puji S., dkk.

dibandingkan dengan diameter bumi. Bumi memiliki diameter 12.000 km sedangkan troposfer memiliki tebal sekitar 11 km. Semua peristiwa cuaca terjadi pada lapisan troposfer, termasuk angin. Energi angin adalah energi yang terkandung dalam massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari, pemanasan bumi oleh sinar matahari menghasilkan angin. Hampir semua energi terbarukan (kecuali energi pasang surut dan panas bumi) bahkan energi fosil berasal dari energi matahari. Matahari meradiasikan 1,74 x 1017 Joule energi ke permukaan bumi pada setiap detiknya. Sekitar 1% hingga 2% dari energi yang datang dari matahari diubah menjadi bentuk energi angin. Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatu benda akibat gerakannya. Energi kinetik = Kerja (W) = ½ . m . (v)2 Dimana:

(1)

m = massa yang bergerak; v = kecepatan benda yang bergerak

Angin yang menggerakkan sudu merupakan udara yang bergerak dan mempunyai massa, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut : m = berat jenis (ρ) x volume (Luas area x distance) = ρ x A x d = (kg/m3).(m2).(m) = kg

(2)

Energi kinetik angin yang dapat masuk ke dalam area efektif turbin angin dapat dihitung berdasarkan persamaan (1) berikut : (3) dimana pada persamaan tersebut dapat kita lihat bahwa energi angin (P ; Watt) bergantung terhadap faktor-faktor seperti aliran massa angin (m ; kg/s), kecepatan angin (v ; m/s), densitas udara (ρ ; kg/m3), luas permukaan area efektif turbin (A ; m3 ). Di akhir persamaan, secara jelas dapat disimpulkan bahwa energi angin akan meningkat 8 kali lipat apabila kecepatan angin meningkat 2 kali lipatnya, atau dengan kata lain apabila kecepatan angin yang masuk ke dalam daerah efektif turbin memiliki perbedaan sebesar 10% maka energi kinetik angin akan meningkat sebesar 30%. Gambar 1 merupakan kurva intensitas energi kinetik angin berdasarkan fungsi dari kecepatan angin.

Gbr 1. Intensitas Energi Angin

3. Hubungan daya (power) dengan energi listrik yang dihasilkan Energi adalah ukuran kesanggupan benda melakukan usaha. Force = F (dalam Pounds, Newtons) = massa (m) x percepatan (a)

(4)

Energi = kerja (W) = gaya (F) x jarak (d)

(5)

Daya adalah usaha yang dilakukan per satuan waktu. Power = P (dalam kilowatts, Watts, Horsepower) = W / time (t) 116


(6)


Puji S., dkk.

Power = Torque (Q) x Rotational Speed (Ω)

(7)

4. Potensi energi angin di Indonesia Berikut ini adalah peta potensi energi angin di Indonesia yang dapat digunakan sebagai referensi dalam mengembangkan pembangkit listrik tenaga angin di Indonesia. Perbedaan kecepatan udara terlihat dari perbedaan warnanya. Biru menyatakan kecepatan udara rendah, sedangkan hijau, kuning, merah dan sekitarnya menyatakan semakin besarnya kecepatan angin.

Gbr 2. Peta persebaran kecepatan angin di Indonesia

Sebagian besar wilayah Sumatera dan Kalimantan memiliki potensi kecepatan angin yang cukup rendah yaitu antara 1,3 m/s – 2,7 m/s. Pulau Jawa dan Sulawesi memiliki potensi kecepatan angin antara 2,7 m/s – 5 m/s. Sebagian besar wilayah Maluku dan Nusa Tenggara memiliki potensi kecepatan angin 4,5 m/s -5,5 m/s. 5. Sistem pembangkit listrik tenaga angin/bayu (PLTB) Secara umum kincir angin dapat di bagi menjadi dua, yaitu kincir angin yang berputar dengan sumbu horizontal, dan yang berputar dengan sumbu vertikal. Gambar 3 menunjukan jenis-jenis kincir angin berdasarkan bentuknya. Sedangkan gambar 4 menunjunkan karakteristik setiap kincir angin sebagai fungsi dari kemampuannya untuk mengubah energi kinetik angin menjadi energi putar turbin untuk setiap kondisi kecepatan angin. Dari gambar 4 dapat disimpulkan bahwa kincir angin jenis multi-blade dan Savonius cocok digunakan untuk aplikasi turbin angin kecepatan rendah. Sedangkan kincir angin tipe Propeller, paling umum digunakan karena dapat bekerja dengan lingkup kecepatan angin yang luas.

Gbr 3. Jenis-jenis kincir angin

Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir, selanjutnya putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Berikut adalah komponen-komponen turbin angin tipe horizontal pada umumnya, yaitu: 

Gearbox : Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.


117


Puji S., dkk.

Gbr 4. Karakteristik kincir angin

Gbr 5. Turbin angin tipe horizontal secara umum



Generator Ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal.  

Rotor blade(sudu): bagian rotor dari turbin angin. Rotor ini menerima energi kinetik dari angin dan dirubah ke dalam energi gerak putar. Tower (tiang penyangga): bagian struktur dari turbin angin horizontal yang memiliki fungsi sebagai struktur utama penopang dari komponen sistem terangkai sudu, poros, dan generator.

6. Prinsip – prinsip sudu Turbin angin menggunakan prinsip prinsip aerodinamika seperti halnya pesawat.

Gbr 6.Penamaan bagian-bagian sudu Keterangan : α = sudut kontak = sudut antara garis tengah – cord line dan arah dari angin, VR VR = kecepatan angin yang terdeteksi oleh sudu vektor jumlah dari V (aliran angin) dan Ω R (kecepatanujung– ujung sudu).

7. Rumah DC (DC House) Rumah DC secara garis besar adalah suatu sistem pengaliran listrik ke rumah-rumah atau dalam suatu rumah menggunakan metode DC (direct current). Atau listrik dalam suatu rumah memakai daya dari DC. Listrik bisa dibangkitkan dari banyak sumber dan disimpan, misal dalam sebuah baterai, untuk selanjutnya dipakai untuk mengoperasikan peralatan elektronik. Dengan demikian, kebutuhan listrik tidak lagi tergantung pada sistem transmisi jarak jauh dari sumber yang dibangkitkan pembangkit raksasa.

118



Puji S., dkk.

Selama ini, pengaliran listrik dilakukan dengan AC (alternating current) untuk mengalirkan listrik tegangan tinggi dari PLTA, PLTU, atau pembangkit sejenis. Namun, ketika listrik hendak masuk ke peralatan elektronik, AC diubah menjadi DC oleh adaptor. Konversi ini tidak efisien sehingga banyak energi terbuang. Menurut riset, sekitar 1 triliun Kwh terbuang akibat inefisiensi itu. Dengan rumah DC (DC house), konversi AC ke DC tidak diperlukan karena listrik dari DC House bisa langsung digunakan. Dengan demikian, DC House menawarkan efisiensi dalam pengaliran listrik. Dengan DC House, efisiensi pengaliran listrik bisa ditingkatkan hingga sebesar 510 persen. Satu keuntungan utama DC House lain adalah fleksibilitas. Dalam rancangan dasarnya, DC House didesain mampu menerima listrik dari sumber apapun, seperti angin, air, surya bahkan orang yang mengayuh sepeda. Jadi, suatu daerah bisa memanfaatkan potensi sumber listrik yang paling melimpah.Turbin angin merupakan salah satu sumber penyedia energi listrik pada DC house. DC house kesempatan untuk berpartisipasi untuk kepentingan kemanusiaan, terutama pemenuhan listrik di wilayah pedalaman. DC House bisa menjadi solusi bagi 1,6 miliar penduduk di pedalaman yang masih hidup tanpa listrik. 8. Alat dan bahan Alat-alat pada penelitian ini terdiri dari : a. Turbin angin tipe horizontal tiga sudu b. Turbin angin tipe horizontal empat sudu c. Kabel penghubung 20 meter d. Seperangkat komputer e. Control unit

f. Mikrokontroler g. Anemometer h. Multimeter i. Rangkaian pembagi tegangan j. Sensor arus

9. Desain alat penelitian Pada penelitian ini digunakan turbin angin tipe horizontal tiga sudu, dimana setiap sudu berukuran delapan puluh sentimeter (80 cm), turbin angin diletakan pada sebuah pipa berukuran tiga meter diatas atap gedung FMIPA UNJ. Rangkaian pengukuran arus dan tegangan dapat digambarkan sebagai berikut :

V

Gbr 7. Desain rancangan alat pengukur turbin angin

10. Prosedur penelitian a. Mendirikan tower turbin angin, setelah sebelumnya merangkai turbin angin sesuai susunannya. b. Membuat rangkaian pengukuran seperti gambar 7. Mengukur tegangan dan arus keluaran turbin angin dengan menggunakan multimeter untuk mengukur arus dan tegangannya, dan mengukur kecepatan angin dengan anemometer. c. Mengukur tegangan, arus, daya keluaran dari masing masing turbin angin identik berbeda sudu, dan kecepatan angin. d. Membuat grafik hubungan antara daya keluaran pada turbin angin 3 sudu dan 4 sudu. e. Melakukan pengolahan data, menganalisa dan membahas penelitian, serta mengambil kesimpulan. 11. Pembahasan Penggunaan turbin angin sebagai salah satu cara utama untuk dapat mengonversi energi angin menjadi energi mekanik kemudian menjadi energi listrik. Berdasarkan sumber referensi yang ada bahwa layaknya seperti mesin pada umumnya, setiap turbin angin memiliki nilai efisiensi yang Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

119


Puji S., dkk.

berbeda-beda dan hal ini ditentukan oleh bentuk sudu, sudut sudu, bentuk ekor, material bahan pembuat turbin angin, bentuk puli, dan jumlah sudu. Dalam penelitian ini, penulis akan melakukan penelitian mengenai pengaruh jumlah sudu terhadap daya keluaran pada turbin angin tipe horizontal berdiameter 1,6 meter. Variasi jumlah sudu yang digunakan pada penelitian ini adalah tiga sudu dan empat sudu, kemudian tentunya digunakan dua turbin angin identik bersistem 24 Volt dan berkapasitas 300 watt. Yang nantinya akan dicari perbandingan nilai efisiensi turbin angin yang berbentuk data daya keluaran dari masing-masing turbin angin tiga sudu dan empat sudu, kemudian dari data daya keluaran tersebut akan didapat nilai energi yang dihasilkan tiap-tiap turbin angin tiga sudu dan empat sudu dengan menggunakan hubungan rumus seperti yang telah dipaparkan di atas. Bersumber dari data energi yang dihasilkan oleh turbin angin 3 sudu dan 4 sudu maka dapat dianalisis turbin angin manakah yang memiliki nilai penghasil energi yang terbesar dalam rentang waktu pengukuran yang sama. Dari analisis tersebut maka didapat perbandingan nilai efisiensi dari kedua turbin angin tersebut. Besarnya nilai energi yang dihasilkan berbanding lurus dengan nilai efisiensi dari sebuah turbin angin. Turbin angin ini merupakan salah satu sumber penyedia energi listrik pada rumah DC (DC House). Turbin angin ini akan menghasilkan arus DC bersama sumber penyedia listrik lainnya seperti panel surya, mikro hidro, dan sumber lainnya, kemudian bisa langsung disambungkan pada penyimpan energi listrik (baterai) dan jika baterai sudah terisi penuh maka lisrik akan langsung masuk pada alat-alat elektronik.

Gbr 8. Alat-alat yang telah siap digunakan

12. Hal yang sudah dilakukan

120



Puji S., dkk.

Hal yang sudah dilakukan adalah membuat modifikasi variasi untuk jumlah sudu 4, beserta puli sudu, dan kemudian mempersiapkan segala kebutuhan teknis instalasi alat beserta kajian pustaka. Gambar 8. alat-alat yang sudah jadi. 13. Hal yang akan dilakukan Hal yang akan dilakukan selanjutnya adalah instalasi desain alat penelitian, kemudian instalasi 2 turbin angin identik tersebut pada 2 lokasi yang berdekatan dan tinggi yang sama agar mendapat angin yang sama pada saat yang sama. Namun harus diatur agar tidak sampai saling merusak diantara keduanya. Setelah itu mulai dilakukan penelitian sesuai dengan prosedur penelitian yang telah dipaparkan di atas. 14. Rangkuman Melalui turbin angin, energi angin dapat dimanfaatkan dan dikonversikan menjadi energi mekanik kemudian menjadi energi listrik. Pengembangan energi angin sebagai sumber energi listrik di Indonesia merupakan salah satu hal yang tepat menginggat Indonesia yang memiliki garis pantai terpanjang di dunia berarti memiliki potensi energi angin yang cukup baik. Turbin angin dapat ditingkatkan efisiensinya dalam menghasilkan energi listrik. Pada tulisan ini dibahas mengenai studi awal pengaruh jumlah sudu terhadap daya keluaran dari dua turbin angin identik namun diberi variasi sudu yang berbeda dikeduanya. Kemudian mencari perbandingan nilai efisiensi yang didapat dari nilai daya keluaran turbin yang telah diolah menjadi nilai energi yang dihasilkan oleh masing-masing turbin. Turbin angin merupakan salah satu sumber penyedia energi listrik pada rumah DC yaitu rumah dengan menggunakan sistem listrik arus searah. Melalui penelitian ini akan didapatkan data empiris apakah jumlah sudu berpengaruh pada nilai efisiensi dari suatu turbin angin identik. UCAPAN TERIMA KASIH Kepada seluruh jajaran Laboratorium Energi Baru Terbarukan Departemen Fisika Universitas Negeri Jakarta. DAFTAR ACUAN [1]

Nanda Andika, Markus.2008.Kincir Angin Sumbu Horisontal Bersudu Banyak. Skripsi, Program Studi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma.

[2]

Resmi, Citra, dkk. 2010. Studi Eksperimental Sistem Pembangkit Listrik Pada Vertical Axis Wind Turbine Skala Kecil. Teknik Fisika-FTI-ITS : Surabaya.

[3]

Fatmawati, Iis.2012.Studi Karakteristik Turbin Angin Tipe Horizontal Tiga Sudu Berdiameter 1,6 Meter di FMIPA UNJ. Skripsi, Program Studi Fisika, Universitas Negeri Jakarta.

[4]

Arismunandar, W. Penggerak Mula Turbin. Bandung: ITB PRESS

[5]

Andriyanto, Adi.2008.Perancangan dan Pembuatan Turbin Angin Sumbu Horizontal Tiga Sudu Berdiameter 3,5 Meter. Skripsi, Program Studi Teknik Mesin, Institut Teknologi Bandung.

[6]

Burton, Tony, dkk. 2001. Wind Energy Handbook. Chichester : John Wiley & Sons.

[7]

Hau, Erich.2005.Wind Turbines Fundamentals, Technologies, Application, Economics, 2nd Edition, Horst von Renouard, Springer, Germany.

[8]

J.F.Manwell, J.G.Mc Gowan, 2002. Wind Energy Explained, Theory, Design and Aplication, A.L. Rogers, Jhon Wiley and Sons, Ltd.

[9]

MS, Soeripno, Malik Ibrochim. Analisa Potensi Energi Angin dan Estimasi Output Turbin Angin di Lebak Banten. Jurnal Teknologi Dirgantara Vol.7 No.1 Juni 2009. 51:59.

[10]

Mukund R. Patel, Phd. 1999. Wind and Solar Power Systems P.E. U.S Merchant Marine Academy Kings Point, New York, CRC Press.


121

UJI KELAYAKAN MODEL KIEHL – TRENBERTH TERHADAP DATA SUHU PERMUKAAN GLOBAL 1980 - 2000

Beni Saputra1 dan Arsali2,* 1

Mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA UNSRI Inderalaya NIM 08071002002 2 Dosen Jurusan Fisika FMIPA UNSRI Inderalaya * Email: [email protected]

Abstrak Model Kiehl–Trenberth (Model KT) adalah satu dari banyak model kesetimbangan energi (Energy Balance Model = EBM) guna memahami dinamika iklim global berdasarkan atas interaksi energi termal dari dua komponen sistem atmosfer dan permukaan bumi. Uji kelayakan Model KT terhadap data suhu permukaan dari NASA dan NOAA tahun 1980-2000 ini menghasilkan hubungan yang kuat jika dilihat dari korelasi Pearson, masing-masing dengan dengan rI = 0,627 [hubungan KT dengan NASA] dan rII = 0,749 [hubungan KT dengan NOAA], artinya nilai r hitung lebih besar dibandingkan dengan nilai r tabel = 0,549 pada tingkat signifikansi 0,01 atau 99% untuk jumlah data [n] 21 buah dan Degree of Freedom dengan Two-Tailed Test dengan df = n-2 di df = 19. Uji validitas yang diperkuat dengan uji tabel nilai kritis (critical values) sudah cukup membuktikan bahwa Model KT layak digunakan dalam telaah iklim, terutama terkait dengan perubahan data suhu permukaan global. Kata kunci: model kesetimbangan energi, suhu permukaan global, korelasi pearson.

PENDAHULUAN

P

erubahan kondisi lingkungan maupun perilaku sosial sangat dipengaruhi oleh perubahan iklim yang melingkupinya. Sama seperti pada berbagai sistem pada umumnya model iklim global diperlukan guna lebih memudahkan mempelajari perilaku iklim global, sekaligus perubahan yang terjadi padanya [1]. Salah satu model yang digunakan guna memahami perilaku iklim global adalah Model Kiehl-Trenberth (Model KT), yang meninjau bumi atas dua komponen utama, yaitu atmosfer dan permukaan bumi, yang saling berinteraksi melalui transfer energi termal di antara mereka [2].

Gambar 1. Diagram KT ( Trenberth dkk,2009 )

122


Uji Kelayakan Model Kiehl …

Beni Saputra dan Arsali

Model KT dibangun dari Diagram Kiehl-Trenberth (Diagram KT) [3], sebagaimana pada Gambar 1, yang menyatakan tentang pola pertukaran/transfer energi termal antara lapisan atmosfer (EA) dan permukaan (ES), secara timbal balik, yang dapat dirumuskan melalui persamaan (1a) dan (1b) sebagai dE A   (1  A) S  Cq  TS 4  2TA 4 dt dEs  (1   )(1  A)(1  S ) S  Cq  TS 4  2 fdTA 4 dt

(1a) (1b)

dengan S: radiasi matahari, Cq: convective heat flux (sensible + latent heat). Indeks A dan S masingmasing merujuk pada atmosfer dan permukaan bumi, sementara α menyatakan albedo serta β dan γ masing-masing menyatakan koefisien absorbsi gelombang pendek dan gelombang panjang dari atmosfer, fd adalah fraksi emisi radiasi atmosfer kembali ke permukaan, dan σ adalah konstanta Stefan-Boltzmann (5.67x108Wm-2K-4). Persamaan (1a) dan (1b) bertujuan untuk mendapatkan suhu atmosfer (T A) dan suhu permukaan bumi (TS). Syarat ini berlaku pada kondisi setimbang yang dapat dinyatakan melalui hubungan,

dEa dEs = =0 dt dt

(2)

Tidak hanya persamaan (1) dan (2), beserta parameter dan variabel di dalamnya, Model KT juga melibatkan parameter dan variabel yang lebih mendasar serta berbagai formula empirik yang menghubungkan antar parameter dan antar variabel tersebut di atas secara rinci, utuh, dan komprehensif [2, 4]. Salah satu variabel tersebut adalah konsentrasi CO2 di udara, fCO2, yang dalam hal ini dinyatakan sebagai variabel utama yang ingin dilihat pengaruhnya terhadap suhu atmosfer maupun suhu permukaan global (TA dan TS). Tabel 1 menyatakan daftar parameter/variabel yang lebih mendasar tersebut di atas, lengkap dengan nilai dan penjelasan tentangnya. Perhatikan bahwa sementara parameter-parameter ditetapkan nilainya sebagai konstanta, maka nilai variabel-variabel dimaksud (Cq0, TS0, TA0, dan fCO2) harus dimaknai sebagai nilai pada kondisi reference, sebagaimana ditetapkan pada proses Kalibrasi dan Validasi Model KT [5,6]. Kalibrasi dan validasi Model KT dilakukan dengan mengambil nilai pasangan parameter masing-masing s = 0,92 dan t = 1 serta nilai-nilai variabel referensi Cq0, TS0, TA0, dan fCO2 dari Diagram KT terbaru [7], seperti tercantum pada Tabel 1. Perhitungan untuk kalibrasi dan validasi serta perhitungan suhu permukaan T S dengan Model KT dilakukan dengan bantuan program aplikasi numerik yang diberi nama “Toy Climate Model” (TCM-KT), sebuah program komputer berbasis Excel yang dirancang oleh Barker [8]. Dengan memasukkan nilai fCO2 sebagai input maka akan diperoleh nilai TS yang berkaitan.

METODOLOGI: UJI MODEL KT Uji Kelayakan terhadap Model KT dilakukan melalui penentuan nilai korelasi Product Moment, rxy berdasarkan persamaan (3),

rxy 

 xy

 x  y  2

2

(3)

dengan x dan y masing-masing menyatakan data suhu permukaan global hasil perhitungan TCM-KT dan data suhu permukaan global hasil observasi dari sumber yang berbeda sebagai data pembanding. Untuk perhitungan dengan Model KT sebagai input digunakan data konsentrasi CO2 dari NOAA-Mauna Loa Observatory antara tahun 1980-2000 [8], sementara sebagai pembanding digunakan data suhu permukaan global, masing-masing dari NASA-GISS dan NOAA, dalam interval tahun yang sama dengan data konsentrasi CO2 di atas. Uji Validitas dilakukan dengan membandingkan antara nilai rxy hasil perhitungan di atas dengan nilai korelasi tabel (rtabel) yaitu dengan prasyarat rxy ≥ r tabel. Untuk populasi dengan jumlah data n = 21 dan Degree of Freedom dengan Two-Tailed Test, df = n –2 = 19 maka akan diperoleh rtabel = 0,549 dengan tingkat kepercayaan 99%. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

123



HASIL DAN PEMBAHASAN Perbandingan data tahunan suhu permukaan global, TS, hasil perhitungan TCM-KT, data dari NASA-GISS, dan data dari NOAA, antara tahun 1980-2000, diperlihatkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Suhu Permukaan Global hasil perhitungan TCM-KT, data NASA-GISS, dan data NOAA, tahun 1980-2010 Suhu Permukaan Global (K) No Tahun TCMNASANOAA KT GISS 1 1980 287.34 287.34 287.20 2 1981 287.36 287.41 287.24 3 1982 287.36 287.19 287.13 4 1983 287.38 287.40 287.29 5 1884 287.39 287.24 287.10 6 1985 287.40 287.19 287.08 7 1986 287.41 287.27 287.17 8 1987 287.43 287.42 287.31 9 1988 287.45 287.46 287.31 10 1989 287.46 287.34 287.23 11 1990 287.47 287.51 287.40 12 1991 287.48 287.50 287.35 13 1992 287.49 287.28 287.21 14 1993 287.49 287.28 287.24 15 1994 287.51 287.38 287.30 16 1995 287.52 287.52 287.42 17 1996 287.54 287.44 287.29 18 1997 287.55 287.54 287.49 19 1998 287.57 287.71 287.61 20 1999 287.59 287.46 287.43 21 2010 287.60 287.48 287.40 Melalui data pada Tabel 2 maka dapat dihasilkan grafik seperti diperlihatkan pada Gambar 2. Gambar 2 memperlihatkan bahwa grafik TS (TCM-KT), sesuai dengan karakter dan latar belakangnya sebagai hasil simulasi Model KT, memiliki pola yang „smooth‟, sementara grafik TS (NASA-GISS) maupun grafik TS (NOAA) memiliki pola dengan fluktuasi yang cukup besar. Namun demikian grafik TS (TCM-KT) dan TS (NASA-GISS) memiliki kemiringan yang sama, sementara grafik TS (NOAA) memiliki kemiringan yang sedikit lebih besar dibandingkan dengan dua grafik sebelumnya tadi. Sementara itu, dengan bantuan persamaan (3) diperoleh nilai rxy, = 0,627 dan rxy, = 0,749, masingmasing untuk korelasi silang antara TS (TCM-KT) dengan TS (NASA-GISS) dan antara TS (TCM-KT) dengan TS (NOAA). Kedua nilai ini masih lebih besar daripada nilai r tabel sebagaimana telah disebutkan di atas, sehingga dapat disimpulkan bahwa data T S hasil perhitungan TCM-KT secara sah (valid) dapat merepresentasi perubahan suhu permukaan global selama tahun 1980-2000, baik dibandingkan dengan data observasi dari NASA-GISS maupun NOAA. Dari uraian grafik dan analisis korelasi silang di atas dapat pula ditarik kesimpulan bahwa data TS hasil perhitungan TCM-KT memiliki kesesuaian yang lebih baik dengan data TS hasil perhitungan NASA-GISS dalam hal tren perubahan dibandingkan dengan data TS hasil perhitungan NOAA, namun demikian dilihat dari nilai rxy data TS hasil perhitungan TCM-KT memiliki kesesuaian yang lebih baik dengan data TS hasil perhitungan NOAA dibandingkan dengan data TS hasil perhitungan NASA-GISS. Kesimpulan yang terakhir ini sesungguhnya terlihat dari fluktuasi grafik T S 124




hasil perhitungan NOAA yang lebih „smooth‟ dibandingkan dengan grafik TS hasil perhitungan NASA-GISS, sebagaimana terlihat pula dari perbedaan nilai R2 di antara keduanya. Berbicara tentang fluktuasi nilai TS , terutama yang perbedaanya cukup besar, baik pada data NASA-GISS maupun NOAA, sesungguhnya kaitan fisisnya tak dapat dilepaskan dari beberapa kejadian besar, seperti peristiwa erupsi gunung berapi (St Helens, 1980 dan Pinatubo, 1991) dan ENSO (1982/1983, 1997/1998). Oleh karena Model KT hanya memperhitungkan pengaruh konsentrasi CO2 terhadap TS maka analisis kesesuaiannya mengharuskan koreksi dari pengaruh kejadian dimaksud, terlebih dahulu, terhadap data observasi TS yang akan dibandingkan. TABEL 1. Parameter/variabel dasar “ Toy Climate Model. ” Parameter/Variabel Albedo Udara Jernih Albedo Awan Albedo Es/Salju Albedo Tanah Kelembaban Relatif Tinggi Skala H2O Fraksi Emisi ke Bumi Intensitas Matahari Fluks Panas pada TSO Suhu Permukaan (ref) Suhu Atmosfer (ref) Konsentrasi CO2 (ref)

Simbol αao αc αi αr RH H H2O fd S Cqo TSO TAO fCO2

Nilai 0,05 0,40 0,70 0,10 0,8 2 km 0,6891 341,3 Wm-2 97 Wm-2 287,63 K 252,87 K 373,40 ppmv

Sumber/rujukan Estimasi Estimasi Estimasi Estimasi Asumsi Asumsi ‘Adjust’ Kalibrasi Trenberth dkk,2009 Trenberth dkk,2009 Estimasi Kalibrasi Estimasi Kalibrasi Estimasi Kalibrasi

Gambar 2. Grafik Hubungan Ts Kt Dengan Nasa

Gambar 3. Grafik Hubungan Ts Kt Dengan Noaa


125



UCAPAN TERIMA KASIH Tulisan ini merupakan bagian dari Skripsi penulis utama (BS). Sehubungan dengan itu ucapan terima kasih penulis disampaikan kepada Drs. M.Irfan, M.T., selaku dosen pembimbing skripsi serta Dr.Iskhaq Iskandar, Netty Kurniati, M.Si dan Drs. Octavianus C.S,M.T sebagai dosen penguji yang banyak sekali memberikan masukan yang berharga dalam menyelesaikan skripsi maupun tulisan ini. DAFTAR PUSTAKA 1. E.Aldrian,Beng dan Nur Batri, Pertanyaan yang Sering Diajukan Mengenai Perubahan Iklim Global Disarikan dari IPCC Report 2007,Jakarta:BMKG,2011,hlm 12-16. 2. John R.Barker and Marc.H.Ros, An Introduction to Global Warming, 67,1216-1226 (1999). 3. J.T. Kiehl and Kevin E. Trenberth, “Earth‟s Annual Global Mean Energy Budget,” in Bulletin of the American Meteorological Society, edited by J.T Kiehl, Amerika: American Meteorological Society, 1997, pp.197-208. 4. Sugesti A. 2004. Model Kesetimbangan Radiatif 2-lapis untuk Prediksi Suhu Global Permukaan Bumi. Skripsi, Jurusan Fisika FMIPA-Univ. Sriwijaya, Inderalaya, OI, Sumatra Selatan. 5. Arsali, dkk, 2011, Estimasi Suhu Permukaan Global Berdasarkan Model Kiehl-Trenberth, Makalah hasil Riset Fundamental 2011, Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, Inderalaya. 6. Nyoman Yasa & Arsali, 2012, Prediksi Laju Evaporasi/Presipitasi Global Berdasarkan Model KiehlTrenberth, Makalah pada Seminar Nasional Fisika 2012, Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sriwijaya, Inderalaya. 7. Trenberth K.E., Fasullo J.T., & Kiehl J., 2009, Earth’s Global Energy Budget, Bull. Am. Meteorol Soc, March, 2009. 8. Barker JR, 1999, http://www.physics.lsa.umich.edu/phys419

126


MIXING HEIGHT DETERMINATION USING NEUTRAL NETWORK Octavianus C. Satya*, Iain Reid and Robert Vincent 1

Physics Department, Sriwijaya University, Indonesia Physics Department, University of Adelaide, Australia 3 Physics Department, University of Adelaide, Australia * Email: [email protected] 2

Abstrak The heights of the atmospheric boundary layer (ABL) at the day time over Darwin during Winter 2006 were observed routinely by VHF radar. The data were selected to the cases with the strong temperature inversion. Neural network approaches using back propagation algorithms and Radial Basis Function Networks were proposed to determine the height of ABL from radar data. The results were compared to Angevine and Coulter techniques Keyword : mixing height, atmospheric boundary layer, neural network, back propagation, radial basis function network

INTRODUCTION

T

he boundary layer is the lowest part of atmosphere in which source of heat, water vapor, momentum and pollutant superimpose and give greatest impact to the living things in the earth. Understanding the boundary layer is very important due to its great impact in earth weather system. Atmospheric radars can be dedicated to probe the boundary layer properties such as wind profiles. Accompanying with Radio Acoustic Sounding System (RASS), they can measure the temperature profiles of the atmosphere. Besides those, atmospheric radar can also be used to derive the mixing height (MH) of the boundary layer. Mixing height is an important parameter because it is usually used as a scaling factor in some atmospheric calculations. Especially in air pollution studies, MH is used to calculate the dispersion and volume of pollutant. Determining the MH is a long story in the atmospheric science and meteorology. It evolves from time to time and relies on the development of background theories and probing equipment. Some models based on theoretical approaches were established for MH determination. Techniques based on different sounding equipment were also proposed. Most of the atmospheric radars in the world used ultra-high frequency (UHF) as the operating frequency for radar signal transmission. This frequency is used due to smaller antenna is needed compared to very high frequency (VHF) radars. Therefore, most the paper regarding to MH determination using radar sounding were addressed to UHF radars. However, during the precipitation UHF radars cannot differentiate between the precipitation echo to the clear air echo, while VHF radars can. In this paper, we present the ability of VHF radars in determining the MH during the day time over Darwin. EQUIPMENT AND DATA A VHF radar was established at Darwin atmospheric observation site in Darwin under cooperation between Atmospheric Research group of The University of Adelaide and Bureau of Meteorology Australia. The radar was designed to study the upper atmosphere from 300 m till 12 km. The electromagnetic waves are transmitted and received through a radar antenna array which is consisted of three subgroups, each composed of nine three-element Yagi antennas arranged in a 3 x 3 matrix. The orientation of each antenna is 45 o in order to get basic spacing of 0.5 wave length. All antennas are phased vertically, with transmission on all 27 antennas to get sharp beam. The half powerful beam width of each group is 18º, while for transmit antenna is 18º. Space antenna method is used to measure horizontal winds, Doppler shift technique for vertical winds. Vincent et.al. [2004]. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

127

Mixing Height Determination …

Octavianus C. Satya, dkk.

Detailed operating parameters of the radar are summarized in table 1. The radar operates in two modes, namely high-level and low-level mode. A low-level mode is designed to observe the boundary layer. It uses a 750 ns pulse to obtain 100 m height resolution with height coverage from 300 m to 3.7 km. A high-level mode gives higher height coverage (up to 12 km) but lower height resolution (300 m). Sonde data were obtained from Atmospheric Radiation Measurement Organization (ARM) website which were based on regular sonde launchings over Darwin Meteorology station at 00 and 12 UTC. Data from ceilometer and millimeter cloud radar (MMCR) were also be used to know the existence of cloud within the boundary layer. CBL MIXING HEIGHT DETERMINATION USING RADAR DATA Some schemes were proposed from many researchers to estimate CBL mixing height (MH) from radar data. Using hourly average of SNR, Coulter and Holdridge (1979) determined CBL heights based on their four proposed methods, as follow: 1. the height of the second maximum in SNR (or the first if no second exists), 2. the height of maximum SNR, 3. the height at which the difference between average SNR below and average SNR above is at a maximum, 4. the height of the second SNR maximum below that found with the third method , if it is exists, otherwise use the first SNR maximum below found with method 3. They analyzed the capabilities of each method in avoiding misjudgments of mixed heights due to ground clutter and ambiguity of temperature and humidity profiles. They came to the conclusion that method 2 and 4 gave better results compared to others. Instead of using maximum SNR, Angevine et al 1994 used the strategy to find the peak SNR of each sample and the compute the median of the heights at which the peaks occur over some period of time (eg.: hourly) or vice versa. The use of median instead is in order to give less weight to outliers since no other data quality control is used. The methods proposed by Coulter and Holdridge(1979) especially using maximum SNR and by Angevine et al. (1994) were adopted by some researchers in the research involving MH measurement using radar data (Marsik et al., 1995; Cohn and Angevine, 2000). In general, the methods gave good performance only in certain circumstances due to the nonlinear nature of the atmospheric conditions. ARTIFICIAL NEURAL NETWORK APPROACH Artificial Neural network (ANN) is one of non- conventional approaches which is usually used to solve the problems especially dealing with non-linearity. In signal processing the non-linearity can be produced by the presence of noise. For the case of finding the peak of SNR above, the existence of noise can shift the real peak of the signal. Therefore Angevine proposed using the median of individual peaks instead of the maximum SNR peak. ANN can be used to adjust the noise within the SNR, so the real peak of SNR can be better estimated. Backpropagation neural networks and radial basis function networks were used to approximate the SNR functions. The height at which the peak of the ANN approximated functions occurred was taken as the mixing height (MH). In this research, we used multi-layer feed forward neural network (MLFF) with back propagation learning strategy. For weight adjustment during training stage, we used LevenbergMarquardt Approximation instead of gradient descent technique. The network architecture consists of three layers namely input, hidden and output layers. One hidden layer is sufficient for the network to approximate every non-linear function. Network parameters such as error goal were set carefully in order to avoid under-fitting or over-fitting to the functions being approximated. Radial basis function networks (RBFN) were also used to approx the SNR functions for MH determinations. Compared to back-propagation network, RBFN runs faster. The RBFN parameter such as spread constant (sc) and error goal (eg) were set to get better performance for SNR function approximation. PROFILER DATA PROCESSING In this paper we only focus to observe the mixing height with well-defined convective boundary layer. Therefore only radar data with strong inversion will be considered in analysis. The data with heavy cloud and rain presence were discarded. Boundary layer heights (MH) during the day time were determined using the proposed methods based on ANN approaches as described above. Angevine method and Coulter method were also used to extract the MH from radar data. Due to high 128




ground clutter especially near the lowest range gate, the process was restricted from 500 meter AGL (not from the lowest radar range gate). RESULTS

Figure 1 : Radar SNR data over Darwin on 1 July 2006

The proposed technique can recognize inversion temperature occurrences within the atmospheric boundary layer. The heights of the bases of inversions including the mixing height can also be estimated. However, some drawback still exist which led to incorrect inversion determinations especially in the early morning period where the technique sometimes capture the residual layer from the previous day.

Figure 2 : Contour Plot of radar SNR data

Counter plot of radar SNR data was depicted in figure 2 which suited the possibility of temperature inversion occurrences. Determining the mixing height of CBL using ANN gave slightly different values compared those of Angevine and Coulter techniques. But unlike Angevine and Coulter techniques, ANN methods can reconstructs the empty data within the SNR profiles while determining the MH.

Figure 3 : ANN-LM and Angevine technique

Figure 4 : ANN-LM and Coulter technique


129


Figure 5 : Fig ANN-RB and Angevine technique


Figure 6 : ANN-RB and Coulter technique

It was shown from figure 3-6 that the correlations between mixing heights obtained from ANN schemes with RBFN and Angevine/Coulter techniques were better than those of with LM. Therefore ANN-RB can be used to determine mixing height from radar SNR data. CONCLUSIONS Besides probing the wind profiles within the boundary layer, VHF radars can also be used to learn the evolution of the mixing height especially in the day time. Due to the limitation of the lowest height observation, VHF radars cannot be observed the existence of SBL during the night time. Determining the mixing height of CBL using ANN gave slightly different values compared those of Angevine and Coulter techniques. Due to its nature of determining the height at which the maximum signal occurs, ANN methods gives values nearer to Coulter method. MH determination are based on the assumption that only one temperature inversion occurs in the atmosphere, however in the reality many inversions can occurs. Analysis radar data for multi inversion occurrence is a challenge for the future research. Pattern recognition scheme may be the answer to differentiate whether the change of SNR are really produce by temperature inversion or not. ACKNOWLEDGMENTS We would like to express our sincere gratitude to Peter May and John Nairn from BOM Australia for valuable input and advice to this research. This research was conducted with financial support from TPSDP Project of Government of Indonesia.

REFERENCES Angevine, W. M., White,A.B., (1994). Boundary Layer Depth and Entrainment Zone Characterization with a Boundary Layer Profiler, Boundary-Layer, 68 (4): 375-385. Cohn, S. A. and W. M. Angevine (2000), Boundary layer height and entrainment zone thickness measured by lidars and windprofiling radars, J. Appl. Meteorol., 39 (8): 1233-1247. Marsik, Frank J., Kennet W. Fisser, Tracey D. Mc Donnal, and Perry J. Samson (1995), Comparison of Methods for Estimating Mixing Height Used during the 1992 Atlanta Field Intensive, J. Appl. Meteorology, 34 : 18021814 Vincent, R.A., A. MacKinnon, and I. M. Reid (2004), VHF profiler observations of winds and waves in the troposphere during the Darwin Area Wave Experiment (DAWEX), J. Geophysical Research, Vol. 109, D20S02, doi: 10.1029/2004JD004714,

130


EFEKTIVITAS PEMBELAJARAN AKTIF DENGAN TEKNIK KUIS TIM PADA MATA PELAJARAN FISIKA DI SMKN 1 BUKITTINGGI Usmeldi Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang, Jln. Hamka Air Tawar Padang [email protected]

Abstrak Hasil survei awal menunjukkan bahwa guru fisika di SMK Negeri 1 Bukittinggi masih dominan menggunakan metode pembelajaran berpusat pada guru (konvensional), sehingga siswa kurang aktif dalam pembelajaran. Hasil belajar fisika siswa rendah. Oleh karena itu dilakukan penelitian dengan menerapkan pembelajaran yang dapat mengaktifkan siswa dalam pembelajaran. Penelitian ini bertujuan untuk mengungkapkan perbedaan hasil belajar fisika siswa dengan metode pembelajaran aktif dengan teknik kuis tim dan metode pembelajaran konvensional. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode eksperimen kuasi. Subyek penelitian adalah siswa kelas X Program Keahlian Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik SMKN 1 Bukittinggi. Instrumen pengumpulan data berupa tes hasil belajar dan angket tanggapan siswa terhadap pelaksanaan pembelajaran. Instrumen telah diuji coba untuk mengetahui validitas, reliabilitas, indeks kesukaran, dan daya pembeda setiap item tes. Data dianalisis dengan menggunakan ujia gain dan uji t, setelah dilakukan uji normalitas dan uji homogenitas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan hasil belajar siswa kelas eksperimen termasuk kategori sedang. Terdapat perbedaan hasil belajar fisika siswa yang menerapkan pembelajaran aktif teknik kuis tim dengan pembelajaran konvensional. Hasil belajar fisika siswa yang menerapkan pembelajaran aktif teknik kuis tim lebih tinggi daripada pembelajaran konvensional. Tanggapan siswa terhadap pelaksanaan pembelajaran termasuk kategori baik. Diharapkan pada guru fisika di SMK untuk dapat menerapkan pembelajaran aktif dengan teknik kuis tim untuk meningkatkan aktivitas dan hasil belajar siswa. Kata kunci: pembelajaran aktif, teknik kuis tim, hasil belajar siswa

PENDAHULUAN

P

emerintah telah melakukan berbagai upaya untuk peningkatan mutu pendidikan, diantaranya peningkatan mutu kurikulum, guru, sarana dan prasarana. Guru merupakan fasilitator dalam proses pembelajaran. Oleh karena itu dalam proses pembelajaran guru harus dapat menggunakan metode dan media yang tepat agar tujuan pembelajaran dapat dicapai. Guru harus berusaha melaksanakan proses pembelajaran yang dapat 1 merangsang kegiatan belajar siswa semaksimal mungkin. Salah satu upaya yang dilakukan guru agar diperoleh hasil belajar yang optimal adalah dengan menciptakan suasana belajar yang dapat melibatkan siswa secara aktif. Keterlibatan siswa secara aktif dalam kegiatan belajar akan memungkinkan siswa tersebut dapat mengembangkan potensi yang ia miliki dengan baik Salah satu mata pelajaran kelompok adaptif pada Jurusan Teknik Listrik di Sekolah Menengah Kejuruan Negeri (SMKN) 1 Bukittinggi adalah mata pelajaran Fisika. Mata pelajaran ini bertujuan agar siswa mampu menguasai konsep fisika dan mampu menerapkannya dalam mata pelajaran kelompok produktif. Dari hasil wawancara dengan guru fisika di SMKN 1 Bukittinggi diperoleh informasi bahwa siswa kurang bergairah mengikuti pelajaran, sering keluar masuk kelas saat belajar, dan malas membuat tugas. Siswa kurang aktif dan bila diajukan pertanyaan sedikit yang dapat menjawabnya. Siswa kurang termotivasi untuk bertanya atau mengemukakan pendapat. Dalam proses pembelajaran siswa cenderung mencatat daripada memahami materi yang diajarkan, sehingga berakibat pada rendahnya hasil belajar siswa (54% siswa belum tuntas belajar fisika).


131

Efektivitas Pembelajaran Aktif …

Usmeldi

Dengan demikian guru harus mencari cara yang tepat untuk perbaikan dalam proses pembelajaran. Langkah yang dapat ditempuh oleh guru sebagai upaya untuk melibatkan siswa secara aktif untuk meningkatkan hasil belajar siswa antara lain dengan memberikan berbagai macam strategi pembelajaran dan pemberian motivasi agar siswa dapat belajar lebih baik lagi. Untuk mengatasi kurangnya keaktifan siswa tersebut, maka perlu dilakukan usaha yang dapat meningkatkan keaktifan siswa dan menimbulkan semangat dalam diri siswa untuk belajar. Salah satunya adalah metode pembelajaran aktif dengan teknik kuis tim. Pembelajaran aktif dengan teknik kuis tim menuntut siswa untuk bekerja sama dan dapat meningkatkan rasa tanggung jawab siswa atas materi yang dipelajari dengan cara yang menyenangkan, siswa bekerja sama dan saling membantu dalam kelompok untuk menyiapkan pertanyaan-pertanyaan yang akan diajukan pada kelompok lain. Menurut Rosyada (2004) pembelajaran aktif adalah pembelajaran yang memperbanyak aktivitas siswa dalam mengakses berbagai informasi dan berbagai sumber dalam proses pembelajaran. Menurut Silberman (2006) pembelajaran aktif tipe kuis tim bertujuan untuk meningkatkan tanggung jawab siswa dan pemahaman siswa terhadap materi pelajaran yang diberikan dengan cara menugasi kelompok siswa untuk menyiapkan pertanyaan. Tiap pertanyaan diajukan kepada kelompok lain. Guru sebagai fasililtator dan mediator jika ada pertanyaan dan jawaban yang rancu. Kegiatan ini memicu siswa untuk menggali informasi yang lebih banyak agar dapat menyiapkan pertanyaan-pertanyaan yang baik. Dalam tipe ini siswa dibentuk dalam kelompok-kelompok kecil dengan masing-masing anggota kelompok mempunyai tanggung jawab yang sama atas keberhasilan kelompoknya dalam memahami materi dan menjawab soal. Dalam tipe kuis tim ini, diawali dengan guru menerangkan materi secara klasikal, lalu siswa dibagi kedalam tiga kelompok besar. Semua anggota kelompok bersama-sama mempelajari materi tersebut, saling memberi arahan, saling memberikan pertanyaan dan jawaban untuk memahami mata pelajaran tersebut.Setelah selesai materi maka diadakan suatu pertandingan akademis. Dengan adanya pertandingan akademis ini maka terciptalah kompetisi antar kelompok, para siswa akan senantiasa berusaha belajar dengan motivasi yang tinggi agar dapat memperoleh nilai yang tinggi dalam pertandingan. (Telaumbanua, 2011). Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan maka dirumuskan masalah dalam penelitian ini, yaitu: Bagaimana hasil belajar siswa dalam mata pelajaran Fisika setelah pembelajaran aktif dengan teknik kuis tim? Tujuan penelitian adalah untuk mengungkapkan hasil belajar siswa dalam mata pelajaran Fisika dengan menggunakan metode pembelajaran aktif teknik kuis tim.

METODE PENELITIAN Penelitian ini menggunakan metode eksperimen kuasi dengan desain pretest-posttest grup kontrol (Creswell, 1994). Pre-test dan post-test diberikan pada siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol dengan menggunakan soal yang sama. Penelitian dilaksanakan pada siswa kelas X Program Keahlian Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik SMK Negeri 1 Bukittinggi yang berjumlah 58 orang. Materi fisika yang disajikan dalam penelitian adalah suhu dan kalor. Langkah-langkah pelaksanaan penelitian adalah: (1) melakukan survei pendahuluan, (2) menyusun rencana pelaksanaan pembelajaran, lembaran kerja siswa, dan instrumen penelitian, (3) melakukan ujicoba instrumen penelitian, (4) menganalisis data ujicoba, (5) memberikan pre-test pada siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol, (6) memberikan perlakuan dengan melaksanakan pembelajaran aktif dengan teknik kuis tim pada siswa kelas eksperimen, sedangkan siswa kelas kontrol melaksanakan pembelajaran konvensional, (7) memberikan post-test pada siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol, (8) menganalisis data dan menginterpretasi hasil yang diperoleh. Instrumen yang digunakan dalam penelitian berupa: format observasi, tes hasil belajar fisika, dan angket tanggapan siswa terhadap pelaksanaan pembelajaran. Format observasi digunakan sebagai pedoman dalam melakukan survei pendahuluan. Tes hasil belajar fisika berbentuk tes obyektif. Naskah soal ini disusun oleh peneliti dengan bantuan penimbang ahli (expert judgement) untuk mengetahui validitas isi tes. Validitas konstruksi, reliabilitas, tingkat kesukaran, dan daya beda soal 132


Usmeldi

Efektivitas Pembelajaran Aktif…

tes diperoleh melalui ujicoba instrumen penelitian. Setelah melalui proses ujicoba, diperoleh soal tes hasil belajar fisika sebanyak 22 item dan angket tanggapan siswa terhadap pelaksanaan pembelajaran sebanyak 27 item. Data tes dianalisis secara desktriptif untuk mengetahui hasil belajar fisika siswa. Perbedaan rata-rata skor hasil belajar siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol dianalisis dengan menggunakan uji-t. Peningkatan hasil belajar siswa dianalisis dengan menghitung rata-rata skor gain dinormalisasi (NG) dari skor pre-test dan post-test. Perbedaan rata-rata skor hasil belajar siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol dianalisis dengan menggunakan uji-t. Data tanggapan siswa terhadap pelaksanaan pembelajaran dianalisis dengan membandingkan rata-rata skor dengan kategori skor.

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Efektivitas pembelajaaran dalam meningkatkan hasil belajar siswa ditinjau dari: (1) peningkatan hasil belajar siswa kelas eksperimen, (2) perbedaan rata-rata skor hasil belajar siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol, (3) tanggapan siswa terhadap pelaksanaan pembelajaran. Peningkatan Hasil Belajar Siswa Rata-rata pre-test fisika siswa kelas eksperimen diperoleh 64,71 dengan standar deviasi 13,29. Rata-rata hasil belajar siswa kelas kontrol diperoleh 63,50 dengan standar deviasi 6,53. Rata-rata posttest fisika siswa kelas eksperimen diperoleh 79,29 dengan standar deviasi 7,55. Rata-rata hasil belajar siswa kelas kontrol diperoleh 71,43 dengan standar deviasi 5,41. Peningkatan hasil belajar siswa dapat diketahui dengan menghitung rata-rata skor gain dinormalisasi (NG) dari skor pre-test dan post-test. Setelah melalui proses analisis data skor pre-test dan post-test, diperoleh rata-rata skor NG untuk hasil belajar siswa kelas eksperimen sebesar 0,41 dan standar deviasi sebesar 0,13. Berdasarkan kategori skor gain dinormalisasi, peningkatan hasil belajar siswa kelas eksperimen dalam pelajaran fisika termasuk kategori sedang. Untuk siswa kelas kontrol diperoleh rata-rata skor NG sebesar 0,21 dan standar deviasi sebesar 0,09. Peningkatan hasil belajar siswa kelas kontrol termasuk kategori rendah. Perbedaan Rata-rata Skor Hasil Belajar Siswa Kelas Eksperimen dan Kelas Kontrol Sebelum menganalisis data untuk mengetahui perbedaan rata-rata skor hasil belajar siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol, dengan menggunakan uji-t, terlebih dahulu dilakukan uji normalitas distribusi data dan uji homogenitas data. Uji normalitas distribusi data dan uji homogenitas data merupakan uji persyaratan analisis data untuk menentukan rumus uji-t yang digunakan. Hasil uji normalitas distribusi data menunjukkan bahwa data pre-test dan post-test fisika siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol berdistribusi normal pada taraf signifikansi α = 0,05 (Tabel 1). Tabel 1. Hasil Uji Normalitas Distribusi Data Pre-test dan Post-test Fisika Kelompok Uji Pre-test eksp

2 X hitung

2 dk X tabel

2,933

37,65

25

Post-test eksp

1,733

40,11

27

Pre-test kontrol Post-test kontrol

0,929

38,88

26

0,929

38,88

26

Simpulan Data normal Data normal Data normal Data normal

Hasil uji homogenitas data menunjukkan bahwa data pre-test fisika siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol adalah homogen (α = 0,05), demikian juga data post-test fisika (Tabel 2).


133


Usmeldi

Tabel 2. Hasil Uji Homogenitas Data Pre-test Kelompok Fhitung Ftabel dk Uji Pre-test 27,060 1,88 29,27 Post-test 10,541 1,88 29,27

dan Post-test Fisika Simpulan Homogen Homogen

Berdasarkan hasil uji normalitas distribusi data dan uji homogenitas data hasil belajar siswa kelas eksperimen dan kontrol maka dapat ditetapkan bahwa uji beda rata-rata skor hasil belajar siswa dapat menggunakan uji-t (dengan rumus untuk data normal dan homogen). Setelah dilakukan uji beda rata-rata terhadap data hasil belajar siswa diperoleh hasil bahwa rata-rata skor pre-test fisika bagi siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol tidak berbeda secara signifikan (α = 0,05). Dengan demikian dapat dikatakan bahwa hasil belajar fisika siswa sebelum belajaar fisika dimulai adalah sama dalam kedua kelas tersebut. Uji beda rata-rata skor post-test fisika menunjukkan bahwa rata-rata skor posttest fisika bagi siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol berbeda secara signifikan (α = 0,05). Dengan demikian dapat dikatakan bahwa hasil belajar siswa sesudah belajar fisika menjadi berbeda dalam kedua kelas tersebut. Rata-rata skor hasil belajar fisika bagi siswa kelas eksperimen lebih tinggi daripada kelas kontrol. Uji beda rata-rata skor peningkatan hasil belajar fisika (NG) menunjukkan bahwa rata-rata skor NG bagi siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol berbeda secara signifikan (α = 0,05). Dengan demikian dapat dikatakan bahwa terdapat perbedaan peningkatan hasil belajar fisika siswa sesudah mengikuti pelajaran fisika. Rata-rata skor peningkatan hasil belajar fisika bagi siswa di kelas eksperimen lebih tinggi daripada kelas kontrol. Hasil uji beda rata-rata skor hasil belajar fisika bagi siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol untuk kelompok uji pre-test, post-test, dan NG dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil Uji Beda Rata-rata Skor Hasil Belajar Fisika bagi Siswa Kelas Eksperimen dan Kelas Kontrol Klp Uji Pretest Posttest NG

Klp Perlakuan Eksp Kontrol Eksp Kontrol Eksp Kontrol

Ratarata 64,71 63,50 79,29 71,43 0,41 0,21

Stand Dev 13,29 6,53 7,55 5,41 0,13 0,09

Nilai Nilai t hitung t tabel

Ket

1,311 2,000 TS 34,481 2,000 Sign 51,114 2,000 Sign

Visualisasi dari perbedaan rata-rata skor pre-test dan post-test fisika siswa dalam Tabel 3 dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Perbedaan Hasil Belajar Fisika Siswa

Tanggapan Siswa terhadap Pelaksanaan Pembelajaran Hasil analisis data tanggapan siswa terhadap pelaksanaan pembelajaran menunjukkan bahwa rata-rata skor tanggapan sebesar 78,73 dengan standar deviasi sebesar 8,97 dan termasuk kategori 134


Usmeldi

Efektivitas Pembelajaran Aktif…

baik. Kategori skor tanggapan siswa diperoleh berdasarkan rata-rata skor ideal dan standar deviasi ideal. Berdasarkan hasil analisis data yang telah diuraikan di atas ditemukan bahwa: (1) terdapat peningkatan yang signifikan pada hasil belajar siswa kelas eksperimen dalam mata pelajaran fisika, (2) terdapat perbedaan yang signifikan antara rata-rata skor hasil belajar siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol, (3) rata-rata skor hasil belajar siswa kelas eksperimen lebih tinggi daripada rata-rata skor hasil belajar siswa kelas kontrol, (4) siswa kelas eksperimen menyatakan bahwa pelaksanaan pembelajaran fisika dengan teknik kuis tim termasuk kategori baik. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pembelajaran aktif dengan teknik kuis tim efektif untuk meningkatkan hasil belajar siswa dalam pelajaran fisika. Temuan penelitian ini sejalan dengan penelitian Purbowati (2006) menyimpulkan bahwa penggunaan model pembelajaran aktif kuis tim dapat meningkatkan tanggung jawab individu dalam kelompok belajar, sehingga hasil belajar siswa meningkat. Peningkatan tanggung jawab tersebut dapat diamati melalui partisipasi siswa dalam kelompok, keaktifan siswa dalam diskusi, keberanian mempertahankan pendapat, keberanian dalam presentasi, motivasi penyelesaian tugas yang tinggi, kemampuan bersaing, dan peningkatan rasa percaya diri siswa. Rosida (2011) dalam penelitiannya menemukan bahwa model pembelajaran active learning dapat meningkatkan prestasi belajar fisika pada siswa. Pembelajaran aktif dimaksudkan untuk mengopti-malkan semua potensi yang dimiliki oleh siswa, sehingga mereka dapat mencapai hasil belajar yang memuaskan sesuai dengan karakteristik pribadi yang dimilikinya (Hartono, 2008). Belajar aktif pada dasarnya berusaha untuk memperkuat stimulus dan respon siswa dalam pembelajaran, sehingga proses pembelajaran menyenangkan. Metode pembelajaran aktif dapat membantu ingatan siswa, sehingga mereka dapat mencapai tujuan pembelajaran. Hal ini kurang diperhatikan pada pembelajaran konvensional. Penerapan metode belajar aktif kuis tim memberikan peningkatan keaktifan siswa dalam belajar. Keaktifan ini merupakan keinginan siswa untuk bertanya ataupun menjawab materi pelajaran kepada sesama anggota kelompok atau dengan kelompok lain. Pada saat diskusi kelompok, setiap kelompok mempelajari materi dan menjawab pertanyaan yang diberikan oleh guru. Siswa lebih termotivasi untuk berusaha secara bersama-sama dalam mengumpulkan informasi, berdiskusi, berlatih, berkonsulasi, presentasi dalam kelompok belajar.

SIMPULAN DAN SARAN SIMPULAN Hasil penelitian menunjukkan bahwa pembelajaran aktif dengan teknik kuis tim efektif dalam meningkatkan hasil belajar fisika, yang ditinjau dari: (1) peningkatan hasil belajar fisika siswa kelas eksperimen, (2) perbedaan rata-rata skor hasil belajar fisika siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol, (3) tanggapan siswa terhadap pelaksanaan pembelajaran. Dalam penelitian ini ditemukan bahwa peningkatan hasil belajar fisika siswa kelas eksperimen termasuk kategori sedang. Peningkatan hasil belajar fisika siswa kelas kontrol termasuk kategori rendah. Terdapat perbedaan yang signifikan antara rata-rata skor hasil belajar fisika siswa kelas eksperimen dan kelas kontrol. Rata-rata skor hasil belajar fisika siswa kelas eksperimen lebih tinggi daripada kelas kontrol. Hasil belajar siswa kelas eksperimen dalam pelajaran fisika termasuk kategori baik. SARAN Pembelajaran fisika dengan kuis tim efektif dalam meningkatkan hasil belajar siswa dalam pelajaran fisika. Oleh karena itu guru fisika diharapkan dapat menggunakan metode ini dalam pembelajaran. Guru fisika diharapkan dapat melatih kemampuan siswa dalam berdiskusi dan menganalisis masalah sehingga pelaksanaan pembelajaran aktif dengan teknik kuis tim menjadi lebih optimal.


135


Usmeldi

DAFTAR PUSTAKA Creswell,J.W.(1994). Research Design:Qualitative and Quantitative Approaches. New Delhi: SAGE Publ. Hartono (2008). Strategi Pembelajaran Active Learning. Diakses 15 April 2012. www.wordpress.com Purbowati, TE. (2006). “Penggunaan Pendekatan Kuis Tim untuk Meningkatkan Tanggung Jawab Individu dalam Kelompok Belajar”. Laporan Penelitian. Malang: Universitas Negeri Malang Rosida,P. dan Titin Suprihatin (2011). “Pengaruh Pembelajaran Aktif Dalam Meingkatkan Prestasi Belajar Fisika Pada Siswa Kelas 2 SMU”. Jurnal Proyeksi. Vol. 6 (2), p.89-102. Rosyada, D. (2004). Paradigma Pendidikan Demokratis. Jakarta: Kencana. Silberman, M. (2006). Active Learning: 101 Strategies to Teach Any Subject. Bandung: Nusamedia. Telaumbanua, S. (2011). Penerapan Metode Belajar Aktif Tipe Tim. Diakses 15 April 2012. www.psbpsma.org/content/blog/3479.com.

136


IMPLEMENTASI MODEL PEMBELAJARAN KOOPERATIF TIPE STAD BERBANTUAN SIMULASI PHET PADA MATAKULIAH FISIKA DASAR II Desy Hanisa Putri * Dosen JPMIPA Prodi P. Fisika FKIP UNIB * Email:[email protected]

Abstrak Penelitian ini merupakan Penelitian Tindakan Kelas yang dilaksanakan dalam tiga siklus yang bertujuan untuk mengetahui peningkatan Aktivitas belajar dan Hasil belajar mahamahasiswa pada matakuliah Fisika Dasar II konsep listrik dinamis. Subjek penelitian ini adalah mahamahasiswa P.Fisika FKIP UNIB semester 2 TA Genap 2010/2011 yang berjumlah 31 orang. Data yang diperoleh dari tes dan lembar observasi dianalisis dengan menggunakan statistik deskriptif. Penelitian ini dilakukan dalam empat tahap yaitu perencanaan, pelaksanaan tindakan, observasi, dan refleksi. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa Aktivitas belajar mahamahasiswa pada siklus I memperoleh skor 26 dengan kriteria aktif, siklus II memperoleh skor 29 dengan kriteria aktif, dan siklus III memperoleh skor 30 dengan kriteria aktif. Hasil belajar pemahaman konsep pada siklus I diperoleh ketuntasan belajar sebesar 74,19% (Belum Tuntas); siklus II diperoleh ketuntasan belajar 77,42% (Belum tuntas); siklus III diperoleh ketuntasan belajar 100% (Tuntas). Jadi, Implementsi Model Pembelajaran Kooperatif Tipe STAD Berbantuan Simulasi PhET dapat Meningkatkan Aktifitas dan Hasil Belajar mahamahasiswa pada matakuliah fisika dasar II konsep listrik dinamis. Kata kunci: kooperatif tipe STAD, simulasi PhET, hasil belajar , aktivitas belajar.

PENDAHULUAN

T

eknologi komputer saat ini memungkinkan dibuatnya visualisasi di sekolah untuk segala sesuatu yang sebelumnya hanya bisa dibayangkan. Fenomena-fenomena seperti rangkaian listrik yang rumit menjadi mudah dipahami dengan melihat visualisasi maupun simulasinya. Simulasi sangat bermanfaat ketika eksperimen riil tidak mungkin dilakukan atau terlalu mahal atau berbahaya untuk dilakukan [1]. Menurut Surjono, H.D [2] Salah satu bentuk pemanfaatan komputer sabagai alat bantu pembelajaran adalah program Computer-Assisted Instruction (CAI) atau Pembelajaran Berbantuan Komputer (PBK). Program CAI merupakan alat bantu pembelajaran yang interaktif dimana peserta didik secara aktif terlibat dalam proses belajar seperti mengerjakan soal-soal, membuat keputusan, dan lain sebagainya. Program CAI ini juga mampu memberikan berbagai alternatif percabangan jawaban terhadap respon tertentu. Mengacu pada rendahnya hasil ujian dan rendahnya aktivitas belajar mahasiswa pada matakuliah fisika dasar II, maka dipandang perlu untuk meningkatkan aktivitas belajar mahasiswa dalam matakuliah fisika dasar 2. Usaha-usaha yang dilakukan hendaknya dapat memberikan kesan kepada mahasiswa bahwa fisika itu menyenangkan. Salah satu usaha yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan model pembelajaran kooperatif tipe STAD yang merupakan tipe pembelajaran dengan menggunakan kelompok-kelompok kecil dengan jumlah anggota tiap kelompok 4-5 orang mahasiswa secara heterogen (dikelompokkan antara mahasiswa yang pandai dengan mahasiswa yang tidak pandai dilihat dari nilai akhir semester I), sehingga mahasiswa dapat mengajari mahasiswa yang tidak pandai tanpa merasa dirugikan dan mahasiswa yang tidak pandai dapat termotivasi untuk belajar dengan menyenangkan. Sementara komputer sebagai suatu sistem terdiri atas perangkat keras yang didukung oleh berbagai perangkat lunak yang dapat digunakan untuk mendukung pelaksanaan pembelajaran. Salah satu alternatif belajar yang menyenangkan dengan menggunakan komputer adalah simulasi interaktif PhET (Physics Education Technology) yang merupakan gambar bergerak Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

137

Implementasi Model Pembelajaran …

Desy Hanisa P

(animasi) yang interktif dan dibuat seperti layaknya permainan dimana mahasiswa dapat belajar dengan melakukan eksplorasi dan dapat membantu dosen dalam proses penyampaian materi pelajaran dengan memberikan variasi-variasi baru dalam pembelajaran yang dapat membantu mahasiswa untuk menyenangi matakuliah fisika dasar II. Implementasi Model Pembelajaran Kooperatif Tipe STAD Berbantuan Simulasi PhET Pada Matakuliah Fisika Dasar II bertujuan Untuk mendeskripsikan peningkatan aktivitas belajaran dan hasil belajar mahasiswa melalui penerapan model pembelajaran kooperatif tipe STAD berbantuan simulasi PhET pada konsep listrik dinamis matakuliah Fisika dasar 2 HASIL DAN DISKUSI Subjek penelitian ini adalah mahasiswa Pend. Fisika FKIP UNIB semester 2 TA Genap 2010/2011 yang mengambil matakuliah fisika dasar 2 berjumlah 31 orang. Data yang diperoleh dari tes dan lembar observasi dianalisis dengan menggunakan statistik deskriptif. Penelitian tindakan kelas ini dilakukan dalam empat tahap yaitu perencanaan, pelaksanaan tindakan, observasi, dan refleksi. Aktivitas Belajar Pada proses pembelajaran melalui model pembelajaran kooperatif tipe STAD berbantuan simulasi PhET dari tiga siklus yang telah dilaksanakan terdapat peningkatan aktivitas belajar mahasiswa yang dinilai oleh pengamat I dan II yang diperlihatkan pada tabel berikut: TABEL 1. Nilai hasil observasi aktivitas mahasiswa No

Siklus

Pengamat I

1

I

26

2

II

3

III

Pengamat II

Nilai rata-rata

Kriteria

26

26

BAIK

29

29

29

BAIK

30

30

30

BAIK

Penjelasan untuk setiap fasenya adalah sebagai berikut : Fase 1 (Menyampaikan Tujuan dan memberikan motivasi mahasiswa ). Pada fase ini aktifitas mahasiswa meningkat pada setiap siklus .Pada fase ini mahasiswa yang awalnya hanya sebagian yang menjawab pertanyaan prasyarat dan mencatat tujuan pembelajaran karena kurang percaya diri dan taku salah, tetapi setelah dilakukan refleksi pada setiap siklus mereka makin bersemangat dalam menjawab pertanyaan prasyarat, hal ini menunjukkan pada fase ini dapat meningkatkan dan menumbuhkan motivasi mahasiswa dalam belajar. Fase 2 (Menyajikan Informasi materi yang berhubungan dengan subkonsep. Pada fase ini aktifitas mahasiswa pada setiap siklus selalu digolongkan kategori baik, hal ini karena mereka lebih akan lebih ingat jika informasi yang disampaikan dosen dicatat oleh mahasiswa . Fase 3 (mengorganisasikan mahasiswa ke dalam kelompok belajar). Pada fase ini aktifitas mahasiswa pada aspek mahasiswa membentuk kelompok yang ditetapkan oleh dosen semakin meningkat, pada awalnya mereka ada yang tidak segera membentuk kelompok yang telah ditetapkan dosen karena merasa tidak nyaman dengan kelompoknya, tetapi setelah itu mereka terlihat bekerjasama semakin baik. Karena mahasiswa yang pandai bisa mengajari mahasiswa yang kurang pandai tanpa merasa dirugikan dan mahasiswa yang kurang pandai bisa belajar lebih menyenangkan karena banyak teman yang membantunya. Hal ini sesuai dengan teori [3] pembelajaran kooperatif adalah sistem pembelajaran yang berusaha memanfaatkan teman sejawat sebagai sumber belajar, di samping dosen dan sumber belajar lainnya. Sedangkan [4] mengatakan bahwa pembelajaran kooperatif muncul dari konsep bahwa mahasiswa akan lebih mudah menemukan dan memahami konsep yang sulit jika mereka saling berdiskusi dengan temannya. 138



Desy Hanisa P

Fase 4 ( Membimbing kelompok bekerja dan belajar). Pada fase ini kelompok melakukan eksperimen berdasarkan Lembar kegiatan mahasiswa (LKM) yang telah dibagikan oleh dosen berbantuan simulasi PhET, terlihat pada setiap siklusnya mahasiswa selalu melaksanakan eksperimen dengan baik, karena dengan menggunakan simulasi PhET ini mahasiswa menjadi lebih antusias untuk belajar dan belajar lebih menyenangkan. Hal ini sesuai dengan teori [3] yang menyatakan pembelajaran berbasis komputer adalah media pembelajaran yang menggunakan komputer sebagai alat bantu. Melalui pembelajaran ini bahan ajar disajikan melalui media komputer sehingga kegiatan proses belajar mengajar menjadi lebih menarik dan menantang bagi mahasiswa . Dengan rancangan pembelajaran komputer yang bersifat interaktif, akan mampu meningkatkan motivasi mahasiswa . Fase 5 (Evaluasi). Pada fase ini kelompok mempresentasikan hasil kegiatannya. Masingmasing kelompok diberikan kesempatan untuk mempresentasikan hasil kegiatannya dan kelompok lain menanggapi. Fase ini setiap siklusnya terlihat semakin baik karena setiap kelompok bisa memprentasikan hasil kegiatannya dengan baik. Setelah semua kelompok mempresentasikan hasil kegiatannya, dosen memberikan kesimpulan yang benar kepada mahasiswa . Kemudian mahasiswa diberikan tes siklus yaitu berupa 5 soal essay yang dikerjakan secara individu dan mereka tidak boleh bekerjasama, hal ini menunjukkan kategori baik setiap siklusnya kerena mahasiswa mengerjakan soal dengan baik. Sesuai dengan teori [4] seluruh mahasiswa dikenai kuis tentang materi itu dengan catatan, saat kuis mereka tidak boleh saling membantu. Fase 6 (memberikan penghargaan) pada fase ini diberikan penghargaan berupa aplaus kepada kelompok terbaik. Fase ini mengalami peningkatan setiap siklus. Pada awalnya mahasiswa kurang peduli terhadap penghargaan yang diberikan, tetapi kemudian mereka semakin peduli saat memberikan aplaus kepada kelompok terbaik. Hasil Belajar (Kognitif) Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilaksanakan sebanyak 3 siklus, maka dapat diketahui peningkatan hasil belajar dari siklus I, siklus II dan siklus III dalam penelitian. Peningkatan hasil belajar ini dilihat dari persentasi ketuntasan belajar, daya serap dan nilai rata-rata seperti pada tabel dibawah ini Tabel 2. Nilai rata-rata, Daya serap, Ketuntasan belajar, Standar deviasi Tindakan

Jumlah mahasiswa yang nilainya tuntas

Nilai Ratarata

Daya serap

Ketuntasan belajar

Standar Deviasi

Siklus I

23

71,84

71,34%

74,19%

10,02

Siklus II

24

74,38

74,38%

77,42%

10,59

Siklus III

31

85,34

85,34%

100%

3,05

Berdasarkan pada tabel 2, diketahui bahwa peningkatan hasil belajar mahasiswa dimana nilai rata-rata yaitu 71,84 dengan standar deviasinya 10,02 pada siklus I meningkat menjadi 74,38 dengan standar deviasinya 10,59 pada siklus II dan meningkat menjadi 85,34 dengan standar deviasinya 3,05 pada siklus III. Daya serap mahasiswa sebesar 71,84% pada siklus I meningkat menjadi 74,38% pada siklus II dan meningkat menjadi 85,34% pada siklus III. Untuk ketuntasan belajar sebesar 74,19% pada siklus I meningkat menjadi 77,42% pada siklus II dan meningkat menjadi 100% pada siklus III. Pada siklus III hasil belajar mahasiswa lebih baik dari dua siklus sebelumnya, hal ini menunjukan bahwa hasil belajar mahasiswa sudah baik. Pada tiap siklus peningkatan hasil belajar disebabkan karena dosen telah berusaha maksimal untuk menerapkan pembelajaran kooperatif tipe STAD yang terdiri dari fase I dimana dosen mengawali proses pembelajaran dengan menyampaikan tujuan pembelajaran dan memotivasi mahasiswa , fase II dosen menyampaikan informasi kepada mahasiswa , fase III dosen Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012, Palembang 4 Juli 2012

139


Desy Hanisa P

mengorganisasikan mahasiswa ke dalam kelompok belajar dibagi menjadi 7 (tujuh) kelompok yang terdiri dari 4-5 orang dalam satu kelompok, fase IV dosen membimbing kelompok bekerja dan belajar menggunakan simulasi PhET, fase V dimana dosen memberikan evaluasi berbantuan simulasi PhET berupa tes siklus, fase VI dosen memberikan penghargaan kelompok kepada kelompok yang nilainya terbaik. Pada siklus I, II, dan III peningkatan hasil belajar mahasiswa juga diimbangi karena adanya bimbingan langsung yang diberikan oleh dosen dalam melaksanakan pembelajaran berbantuan simulasi PhET dengan menerapkan model pembelajaran kooperatif tipe STAD, sehingga mahasiswa bisa bertanya mengenai materi yang belum dipahami dan perbaikkan tindakan yang dilakukan dosen pada tiap siklusnya terlihat pada lembar observasi dosen dan mahasiswa yang diamati oleh dua orang pengamat yaitu dosen team teaching dan teman sejawat menunjukan bahwa kegiatan belajar mengajar pada konsep listrik dinamis dengan kategori baik. KESIMPULAN 1. Implementasi model kooperatif learning tipe STAD berbantuan simulasi PhET dapat meningkatkan aktivitas belajar mahasiswa pada konsep listrik dinamis matakuliah fisika dasar 2. Pada siklus I rata-rata skor sebesar 26 dengan kriteria baik, pada siklus II sebesar 29 dengan kriteria baik, dan siklus III sebesar 30 dengan kriteria baik. Aktivitas belajar mahasiswa meningkat terutama pada saat melakukan eksperimen berbantuan simulasi PhET 2. Implementasi model kooperatif learning tipe STAD berbantuan simulasi PhET dapat meningkatkan hasil belajar mahasiswa pada konsep Listrik Dinamis matakuliah fisika dasar 2 dengan daya serap mahasiswa siklus I sebesar 71,84 %, siklus II sebesar 74,38%, dan siklus III sebesar 85,34 %, dan ketuntasan belajar siklus I sebesar 74,19% (23 mahasiswa tuntas), siklus II sebesar 77,42% (24 mahasiswa tuntas) dan siklus III sebesar 100% (31 mahasiswa tuntas)

DAFTAR PUSTAKA 1.

Ariani, Niken., Haryanto. Pembelajaran multimedia di sekolah pedoman pembelajaran inspiratif, konstruktif, dan porspektif. Jakarta: prestasi pustakarya (2010)

2.

Susilo, Boko. Pengembangan pembelajaran berbantuan komputer pada matakuliah kalkulus. Jurnal exacta, vol.VII nomor 1 juni 2004 : 43-48(2009)

3.

Wena, Made. Strategi Pembelajaran Inovatif Kontemporer. Jakarta: Bumi Aksara (2009)

4.

Trianto. Model-model Pembelajaran Inovatif Berorientasi Konstruktivistik. Jakarta: Prestasi Pustaka Publisher (2007)

140


PEMBELAJARAN KONSEP PEMANTULAN CAHAYA DENGAN MENGGUNAKAN MODEL PEMBELAJARAN BERBASIS MASALAH TERHADAP KETERAMPILAN BERPIKIR KRITIS SISWA Lukman Hakim Dosen Pendidikan Fisika Universitas PGRI Palembang

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk menguji coba penerapan model pembelajaran berbasis masalah untuk mendapatkan gambaran ketercapaian kriteria ketuntasan minimum keterampilan berpikir siswa dan memperoleh gambaran tentang tanggapan siswa dan guru terhadap model pembelajaran berbasis masalah yang diterapkan. Metode penelitian yang digunakan adalah eksperimen kuasi dan deskriptif yang dilakukan di salah satu SMP Negeri di Kec. Padamaran Kab. OKI Propinsi Sumatera Selatan dengan subjek penelitian berjumlah 33 siswa. Kajian difokuskan pada ketercapaian kriteria ketuntasan minimum keterampilan berpikir kritis, keterlaksanaan model pembelajaran, serta tanggapan siswa dan guru terhadap model pembelajaran yang diterapkan. Pengumpulan data dilakukan dengan posttest. Untuk melihat keterlaksanaan model pembelajaran digunakan lembar observasi aktivitas guru dan siswa selama pembelajaran serta angket siswa dan guru untuk menjaring tanggapan siswa dan guru terhadap pembelajaran yang digunakan. Berdasarkan hasil posttest dengan rata-rata 7,1 dapat diketahui bahwa hasil belajar siswa dengan menerapkan model pembelajaran berbasis masalah lebih besar jika dibandingkan dengan kriteria ketuntasan minimum. Tanggapan siswa dan guru setelah pnerapan model pembelajaran berbasis masalah pada pokok bahasan pemantulan cahaya adalah positif. Kata kunci:

PENDAHULUAN

M

enurut National Research Council, (1996) tujuan utama pendidikan sains adalah mengembangkan kompetensi intelektual siswa, seperti kebebasan belajar, pemecahan masalah, pengambilan keputusan dan berpikir kritis sedangkan menurut Sumaji (1998), tujuan pembelajaran sains munurut adalah agar siswa mampu memahami dan menguasai konsep-konsep sains serta keterkaitan dengan kehidupan nyata. Siswa juga mampu menggunakan metode ilmiah untuk memecahkan masalah yang dihadapinya, sehingga lebih menyadari dan mencintai kebesaran serta kekuasaan Penciptanya. Depdikbud (1993/1994:98-99) tujuan pembelajaran sains adalah agar siswa: (1) Memahami konsep-konsep IPA dan kaitannya dengan kehidupan sehari-sehari. (2) Memiliki keterampilan proses untuk mengembangkan pengetahuan, dan ide tentang alam di sekitarnya. (3) Mempunyai minat untuk mengenal dan mempelajari benda-benda serta peristiwa di lingkungan sekitar. (4) Bersikap ingin tahu, tekun, terbuka, kritis, mawas diri, bertanggungjawab, bekerjasama dan mandiri. (5) Mampu menerapkan berbagai macam konsep IPA untuk menjelaskan gejala-gejala alam dan memecahkan masalah dalam kehidupan sehari-hari. (6) Mampu menggunakan teknologi sederhana yang berguna untuk memecahkan suatu masalah yang ditemukan dalam kehidupan seharihari. (7) Mengenal dan memupuk rasa cinta terhadap alam sekitar, sehingga menyadari kebesaran dan keagungan Tuhan Yang Maha Esa. Untuk mencapai tujuan pembelajaran tersebut maka pengajaran sains harus berubah dari pengajaran tradisional menjadi pengajaran yang berorientasi pada konstruktivistik. Menurut pandangan konstuktivisme, keberhasilan belajar bergantung bukan hanya pada lingkungan atau kondisi belajar, tetapi juga pada pengetahuan awal siswa. Belajar melibatkan pembentukan makna oleh siswa dari apa yang mereka lakukan, lihat dan dengar. Menurut Dahar (1989) belajar akan lebih bermakna dan informasi yang dipelajari akan bertahan lama dengan cara mengaitkan konsepsi awal siswa dengan konsep baru yang sedang dipelajari.


141

Pembelajaran Konsep Pemantulan Cahaya

Lukman Hakim

Pemantulan cahaya merupakan konsep yang cukup penting dalam kurikulum pembelajaran fisika. Konsep ini diperkenalkan kepada siswa sejak duduk di bangku sekolah dasar. Namun demikian, pada kenyataannya tidak sedikit siswa mengalami kesulitan dalam menyelesaikan permasalahan yang dihadapi. Hal ini dikarenakan siswa menerima materi dengan mendengarkan atau mencatat tanpa terlibat langsung dalam menemukan hukum-hukum, konsep atau prinsip yang berkaitan dengan materi tersebut. Konsep-konsep cahaya sering dijumpai oleh siswa dalam kehidupan sehari-hari, seperti pembentukan bayangan oleh cermin, pembelokan tongkat yang dicelup pada air, pelangi dan lain-lain. Namun pada kenyataannya siswa tidak dapat menjelasakan konsep-konsep tersebut. Hal ini didasarkan pada hasil observas yang dilakukan pada saat kegiatan pembelajaran fisika dasar 2, siswa diminta menjawab pertanyaan seperti “berapa panjang cermin yang diperlukan agar kalian dapat melihat seluruh bayangan pada cermin?”. Berbagai tanggapan yang diberikan oleh siswa misalnya panjang cermin sama dengan tinggi badan, tergantung jarak orang dengan cermin. Jika jaraknya jauh maka dengan cermin yang pendek pun bayangan seluruh tubuh bisa dilihat sedangkan yang lainnya tidak memberikan tanggapan. Berdasarkan hasil observasi tersebut maka pembelajaran konsep cahaya siswa tidak mengaitkan dengan fenomena kehidupan nyata siswa sehingga siswa tidak dapat memberikan respon terhadap fenomena yang terjadi di sekitarnya. PBL merupakan pembelajaran yang dapat memotivasi, menantang dan menyenangkan yang dihasilkan dari proses pembelajaran untuk mencapai pemahaman konsep siswa atau penyelesaian masalah. Problem Based Learning (PBL) adalah suatu model pembelajaran yang melibatkan siswa untuk memecahkan masalah melalui tahap-tahap metode ilmiah sehingga siswa dapat mempelajari pengetahuan yang berhubungan dengan masalah tersebut dan sekaligus memiliki ketrampilan untuk memecahkan masalah (Kamdi, 2007: 77). PBL atau pembelajaran berbasis masalah sebagai suatu pendekatan pembelajaran yang menggunakan masalah dunia nyata sebagai suatu konteks bagi siswa untuk belajar tentang cara berpikir kritis dan keterampilan pemecahan masalah, serta untuk memperoleh pengetahuan dan konsep yang esensial dari materi pelajaran. Pembelajaran Berbasis Masalah akan terjadi jika siswa dihadapkan pada masalah-masalah yang nyata. Masalah disajikan pada siswa dapat menggunakan pertanyaan sekitar materi yang akan diberikan, mendemontrasikan fenomena yang berbeda jika salah satu variabel diubah dengan menggunakan peralatan yang akan digunakan dalam penyelidikan, atau simulasi komputer. Dengan demikian masalah yang dijadikan sebagai fokus pembelajaran merupakan masalah-masalah yang dapat diselesaikan oleh siswa melalui kerjakelompok sehingga dapat memberi pengalamanpengalaman belajar yang beragam pada siswa seperti kerjasama dan interaksi dalam kelompok, di samping pengalaman belajar yang berhubungan dengan pemecahan masalah seperti membuat hipotesis, merancang percobaan, melakukan penyelidikan, mengumpulkan data, menginterpretasikan data, membuat kesimpulan, mempresentasikan, berdiskusi, dan membuat laporan. Keadaan tersebut menunjukkan bahwa model PBL dapat memberikan pengalaman yang kaya pada siswa. Dengan kata lain, penggunaan PBL dapat meningkatkan pemahaman siswa tentang apa yang mereka pelajari sehingga diharapkan mereka dapat menerapkannya dalam kondisi nyata pada kehidupan sehari-hari. Di negara maju, misalnya Amerika Serikat, proses pembelajaran berbasis masalah merupakan salah satu model pembelajaran yang efektif untuk para siswa, karena model ini mendorong siswa untuk memiliki kepekaan terhadap lingkungan dan kemudian akan mendorong usaha untuk memecahkan masalahnya. Dengan membiasakan siswa untuk mengajukan pertanyaan problematik akan memacu siswa peka terhadap lingkungan sekitarnya. Poedjiadi (2001) menyatakan bahwa pertanyaan ” apa?”, ” mengapa?”, dan bagaimana?”, merupakan permulaan yang baik untuk mengembangkan daya pikir siswa dan secara sederhana guru perlu melatih siswanya agar dapat menyadari adanya masalah, merumuskan masalah tersebut dan berupaya untuk menyelesaikannya. Dengan demikian pembelajaran konsep cahaya dirancang agar dapat menjembatani siswa dalam menyelesaikan permasalahan yang dihadapi di kelas dengan permasalaha dalam kehidupan sehari-hari sehingga siswa dapat mentransfer pengetahuan yang diperoleh dalam pembelajaran di sekolah dalam menghadapi situsi yang baru dalam kehidupan sehari-hari. Kemampuan transfer pengetahuan pada situasi yang baru merupakan kemampuan penyelesaian masalah. Menurut Angelo (dalam Filsaime, 2008), pemecahan masalah adalah salah satu dari karakteristik berpikir kritis. Dengan demikian keterampilan berpikir kritis harus diajarkan kepada siswa dalam kegiatan pembelajaran karena siswa yang dapat berpikir kritis akan mampu menyelesaikan setiap 142


Pembelajaran Konsep Pemantulan Cahaya …

Lukman Hakim

permasalahannya bahkan siswa dapat menggunakan ide yang abstrak untuk bisa membuat model problem solving secara efektif. Menurut Ennis (1985: 54), berpikir kritis adalah cara berpikir reflektif yang masuk akal atau berdasarkan nalar yang difokuskan untuk menentukan apa yang harus diyakini dan dilakukan. Menurut Whitehead (dalam Arifin, 2003) berpikir kritis merupakan aspek yang perlu mendapat penekanan dalam pembelajaran. Berpikir kritis memungkinkan siswa untuk menemukan kebenaran ditengah ramainya kejadian dan informasi yang mengelilingi mereka setiap hari. Agar siswa dapat memahami konsep dan teori fisika yang lebih baik, maka siswa harus dilibatkan dalam kegiatan pembelajaran dan dapat mengembangkan keterampilan berpikir kritisnya. Pada proses pembelajaran berbasis masalah siswa dilatih untuk mengidentifikasi masalah, memprediksi penyelesaian suatu masalah yang dihadapi, menyusun langkah-langkah penyelesaian masalah, dan melakukan analisis untuk menguji penyelesaian yang diperoleh. Berdasarkan uaraian diatas maka dapat dibuat hubungan fase-fase dalam pembelajaran berbasis masalah dengan pengembangan keterampilan berpikir siswa sebagai berikut: Fase pembelajaran Orientasi siswa pada masalah Membimbing penyelidikan individual maupun kelompok Mengembangkan dan menyajikan hasil karya Menganalisis dan mengevaluasi proses pemecahan masalah

KBK yang dapat dikembangkan Memberikan contoh dan bukan contoh Membuat hipotesis Menerapkan prinsip Menggunakan prosedur Mengidentifikasi alasan Mengidentifikasi kriteria untuk mempertimbangkan jawaban yang mungkin Membuat kesimpulan

Berdasarkan uraian di atas maka dirumuskan pertanyaan penelitian sebagai berikut: 1. Bagaimana hasil tes keterampilan berpikir siswa setelah implementasi pembelajaran berbasis masalah. 2. Bagaimana implementasi pembelajaran berbasis masalah pada pokok bahasan cahaya? 3. Bagaimana tanggapan siswa dan guru terhadap pembelajaran berbasis masalah pada pokok bahasan cahaya? METODOLOGI Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode kuasi eksperimen dengan one shot case stuy. Subjek penelitian adalah siswa kelas VIII salah satu SMP Negeri di Sumatera Selatan yang berjumlah 33 orang. Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah tes keterampilan berpikir kritis, lembar observasi dan angket tanggapan siswa dan guru terhadap pembelajaran berbasis masalah. Soal tes KBK terdiri dari 18 soal berbentuk pilhn ganda dengan empat pilihan jawaban. Hasil uji coba instrumen diperoleh validitas dan reliablitas instrumen 0,73 dan 0,84 HASIL DAN PEMBAHASAN Deskripsi data posttest keterampilan berpikir kritis siswa Data hasil posttest keterampilan berpiki kritis siswa dapat dilihat pada disajikan dalam diagram pada Gambar 4.1. Berdasarkan Gambar 4.1. terlihat bahwa hasil belajar siswa yang paling banyak adalah pada 66-70 sebanyak 12 siswa, dengan skor tertinggi 85 sedangkan skor terendah 61 siswa. Rerata hasil posttest keterampilan berpikir kritis siswa adalah 71 dengan standar deviasi 7,18. Jika rata-rata skor posttest yang diperoleh siswa dibandingkan dengan KKM siswa yaitu 60 maka skor rata-rata posttest siswa diatas KKM, bahkan semua siswa dikagorikan mendapat skor lebih besar daripada KKM. Berdasarkan skor data hasil posttest terhadap kemampuan berpikir kritis siswa, dapat diketahui bahwa pembelajaran berbasis masalah dapat membantu siswa mencapai KKM dengan standar deviasi 7,18. Hal ini disebabkan karena dalam pembelajaran berbasis masalah memberi peluang bagi siswa untuk lebih leluasa dalam belajar secara mandiri, saling bertukar pikiran dengan sesamanya, dan saling membantu dalam menyelesaikan setiap tugas yang diberikan oleh guru. Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

143


Lukman Hakim

Melalui pembelajaran berbasis masalah siswa juga dilatih untuk analisis, menarik kesimpulan, memberikan contoh dan bukan contoh dari suatu konsep pengetahuan yang diberikan. Contoh yang diberikan oleh siswa berdasarkan pengalaman atau pengamatannya dalam kehidupan sehari-hari. Siswa secara aktif menghubungkan antara konsep yang diberikan dengan kehidupan nyata. Dalam pokok bahasan cahaya siswa mengingat atau membayangkan bagaimana keadaan mereka pada saat berdiri didepan cermin. Dengan mengingat atau membayangkan keadaan mereka pada saat berdiri di depan cermin siswa menganalisis kemudian mengambil keputusan untuk memberikan jawaban atas pertanyaan yang diberikan. Keterampilan seperti ini penting dimiliki oleh siswa agar siswa dapat melakukan transfer pengetahuan ketika menemukan masalah yang baru. Dengan mengaitkan pengetahuan yang telah dimiliki siswa terhadap masalah baru akan membantu siswa dalama menyelesaikan masalah yang sedang dihadapinya. Dengan demikian melalui pembelajaran berbasis masalah siswa dilatih untuk menjadi problem solver sepanjang masa sehingga setelah menempuh pendidikan dan terjun kemasyarakat siswa akan menjadi peserta didik sejati yang akan terus belajar dengan menggunakan pengalaman yang dimilikinya untuk menyelesaikan permasalahan setiap permasalahan yang ditemukan.

Gambar 4.1. Diagram Distribusi hasil belajar konsep cahaya siswa Dalam proses pembelajaran berbasis masalah, siswa dilatih untuk menggali pengetahuan seluas-luasnya melalui kegiatan penyelidikan, diskusi dan presentasi hasil penyelidikan. Dengan melakukan penyelidikan siswa dibimbing untuk mendapatkan data-data yang akan menuntun siswa mencapai konsep dan keterampilan yang diharapkan. Data-data tersebut dirancang agar mengikuti pola-pola tertentu agar siswa mudah menganalisisnya. Oleh karena itu, beberapa variabel yang dibuat konstan mengikuti pola tertentu. Hal ini dilakukan untuk membantu siswa membuat tabel data atau grafik sesuai dengan konsep cahaya yang diberikan. Pencapaian konsep merupakan proses mencari dan mendaftarkan sifat-sifat yang dapat digunkan untuk membedakan contoh-contoh yang tepat dengan contoh-contoh yang tidak tepat dari berbagai kategori. Pada kegiatan awal pembelajaran guru memberikan permasalahan “bagaimana bentuk kaca spion pada sepeda motor anda?”. Jawaban siswa yang diharapkan adalah cembung, kemudian dilanjutkan lagi dengan pertanyaan “mengapa kaca spion menggunakan cermin cembung bukan cermin datar atau cermin cekung?”. Jaban atas pertanyaan ini akan diperoleh siswa melalui penyelidikan. Selanjutnya, guru membimbing siswa menentukan jarak bayangan dari cermin sehingga bayangan diperoleh adalah diperkecil. Hal ini perlu menjadi perhatian guru agar siswa memiliki kepercayaan dan kematangan dalam membangun pengetahuannya sendiri. Hal tersebut sejalan dengan pandangan yang dikemukakan oleh Ibrahim dan Nur (2005) bahwa belajar berbasis masalah adalah salah satu pendekatan pembelajaran yang digunakan untuk merangsang berpikir tingkat tinggi siswa dalam situasi yang berorientasi pada masalah dunia nyata, termasuk di dalamnya belajar bagaimana belajar.

Keterlaksanaan Model Pembelajaran Berbasis Masalah (Problem Based Learning) Dari Aktivitas Siswa dan Guru Selama Proses Pembelajaran PBL adalah proses pembelajaran yang dimulai dengan “problem” dan bukannya paparan/penjelasan mengenai knowledge (D.Boud, G. Feletti, 1987 dalam Pengantar PBL, Djauhari Widjajakusumah). Dalam PBL, problem disajikan terlebih dahulu sebelum knowlegde diberikan. Problem yang disajikan harus menanyakan suatu masalah secara komprehensif, aplikasi, analisa dan

144


Lukman Hakim

Pembelajaran Konsep Pemantulan Cahaya …

sintesa. Peserta didik harus memilih knowledge yang dibutuhkan, mempelajari hal tersebut, dan menghubungkannya dengan problem yang diberikan. Bonwell dan Eison (1991) mendefinisikan belajar aktif sebagai aktifitas pengajaran yang melibatkan peserta didik dalam melakukan sesuatu dan berfikir tentang apa yang sedang mereka lakukan. Silberman (1996) mengatakan jika proses belajar terjadi secara aktif, maka peserta didik melakukan banyak hal. Mereka menggunakan otak mereka, mempelajari ide-ide, memecahkan masalah dan mengaplikasikan apa yang telah mereka pelajari. Selain itu Campbell dan Piccinin (1996) berpendapat bahwa belajar aktif menekankan keterlibatan peserta didik secara aktif dalam proses belajarnya. Berdasarkan hasil observasi terhadap aktivitas siswa dan guru yang sudah mencerminkan kegiatan pembelajaran berbasis masalah, diperoleh bahwa penggunaan model pembelajaran berbasis masalah sangat berperan dalam menumbuhkan suasana belajar yang interaktif dan komunikatif. Hal ini terlihat dari aktivitas siswa selama pembelajaran berlangsung, dimana siswa sangat antusias dan memiliki semangat yang tinggi dalam memecahkan masalah yang diberikan. Selama kegiatan berlangsung dalam kelompok, guru hanya berperan sebagai mediator dan fasilitator. Hal ini sesuai dengan pendapat yang dikemukakan oleh Suparno (1996) yang menyatakan bahwa prinsip pembelajaran yang dilandasi oleh faham konstruktivis, guru sebaiknya berperan sebagai mediator dan fasilitator. Pembelajaran yang demikian membantu proses belajar mengajar berjalan dengan baik serta siswa secara aktif membangun sendiri pengetahuan mereka. Selain itu guru dituntut menciptakan serta membimbing siswa belajar aktif mengungkapkan gagasan dan konsepnya, sehingga menyebabkan konsep yang dipelajari akan lebih lama diingat dan dapat meningkatkan prestasi belajar siswa. Hasil penelitian yang senada juga ditunjukkan oleh Cooke and Moyle (2002). Dari analisa atas respon peserta didik terhadap penerapan metode PBL, ditemukan bahwa peserta didik menilai pendekatan PBL akan meningkatkan kemampuan untuk berpikir kritis dan memecahkan masalah. Selain itu, peserta didik juga menilai bahwa metode pembelajaran ini realistis, menyenangkan dan menarik. Pengetahuan bisa secara aktif dibangun oleh pemikiran dari peserta didik dan tidak secara pasif menerima dari guru. Hal ini juga menempatkan seluruh gagasan pembelajar berpusat dimana peserta didik diyakini membangun kepercayaan diri, menciptakan suasana kecemasan gratis untuk belajar (Pulist, 2005). Penerapan model pembelajaran yang diterapkan mampu mengembangkan beberapa aspek kemampuan mengelola pembelajaran yang dilakukan guru maupun menumbuhkan ketertarikan siswa terhadap pembelajaran. Siswa yang melakukan praktikum mandiri dan terlibat langsung dalam proses pembelajaran dapat mendorong berkembangnya keterampilan berpikir tingkat tinggi. Model pembelajaran berbasis masalah yang diterapkan dalam penelitian dapat mengaktifkan siswa, mendukung teori dan praktikum, membangkitkan motivasi, serta meningkatkan penguasaan konsep dan keterampilan proses sains siswa.

Tanggapan Siswa dan guru terhadap Pembelajaran Berbasis Masalah Secara umum siswa merespon positif pembelajaran konsep cahaya berbasis masalah. Hal ini tidak terlepas dari teknik dan cara guru dalam menyajikan serta mengemas materi pelajaran kepada siswa. Hal ini ditunjukkan dari ketertarikan siswa terhadap pembelajaran berbasis masalah serta meningkatnya motivasi siswa dalam belajar karena siswa merasa pembelajaran berhubungan langsung dengan kehidupan siswa. Berdasarkan hasil jawaban siswa melalui angket, terlihat bahwa siswa memiliki antusias dan semangat yang tinggi terhadap pembelajaran yang dikembangkan. Sehingga para siswa lebih rajin dalam belajar dan mau bekerja keras terhadap soal-soal yang diberikan oleh guru, walaupun masih ada siswa belum mencapai hasil yang diharapkan. Sama seperti halnya dari hasil observasi ternyata para siswa menyatakan sikapnya bahwa dengan model pembelajaran berbasis masalah memungkinkan mereka lebih berani berpendapat dan bertanya untuk memperoleh atau menemukan konsep. Hal ini sesuai dengan apa yang diungkapkan oleh Akinoglu & Tandagon (2007) bahwa kelebihan-kelebihan pembelajaran berbasis masalah yaitu : (1) mengubah dari guru sebagai pusat pembelajaran menjadi siswa sebagai pusat pembelajaran, (2) mengembangkan pengendalian diri siswa, (3) mengembangkan kemampuan siswa untuk melihat sesuatu secara multidimensi dan pemahaman yang lebih dalam, (4) mengembangkan keahlian siswa dalam memecahkan masalah (5) mendorong siswa untuk Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

145


Lukman Hakim

mempelajari materi dan konsep baru ketika memecahkan masalah (6) mengembangkan sikap sosial dan keahlian berkomunikasi siswa dalam belajar dan bekerja dalam kelompok, (7) mengembangkan berpikir tingkat tinggi atau berpikir kritis dan keterampilan berpikir sains, (8) perpaduan antara teori dan praktek, (9) memotivasi guru dan siswa, (10) meningkatkan kemampuan siswa memanajemen waktu, lebih terfokus, mengumpulkan data, menyiapkan laporan dan mengevaluasi, (11) PBL merupakan pembelajaran yang sesuai dengan kehidupan nyata. Berdasarkan angket yang diberikan pada guru maka diperoleh hasil bahwa guru setuju dengan pembelajaran masalah. Untuk tercapainya hasil maksimum seorang guru memerlukan persiapan diri untuk membuat suatu kondisi yang mampu memotivasi siswa untuk aktif dalam diskusi dan menemukan langsung konsep secara kelompok. Menurut Winkell (1996) salah satu cara mengajar yang efektif adalah memberikan kesempatan siswa berinisiatif, ajakan siswa untuk memberikan tanggapan-tanggapannya dan menekankan pembelajaran secara bekerjasama dalam kelompok.

KESIMPULAN DAN SARAN SIMPULAN 1. Keterampilan berpikir kritis siswa pada pokok bahasan cahaya dengan implementasi pembelajaran berbasis masalah dengan kategori baik. 2. Implementasi pembelajaran berbasis masalah pada pokok bahasan cahaya dapat diimplementasikan dengan baik 3. Siswa dan guru memberikan tanggapa positif terhadap implementasi pembelajaran berbasis masalah pada pokok bahasan cahaya SARAN Berdasarkan hasil yang diperoleh pada penelitan ini maka berbagai kelemahan yang ditemukan pada fase-fase pembelajaran terutama pada fase penyajian hasil penyelidikan dan evaluasi belum maksimal. Kelemahan-kelemahan ini muncul karena siswa belum terbiasa melakukan penyelidikan, siswa belum terbiasa mengeluarkan pendapat sendiri, siswa kurang aktif dan interaksi siswa dengan guru juga kurang. Berdasarkan temuan ini maka guru sebelum melakukan pembelajaran sebaik mempersiapkan metode sehingga interaksi siswa dengan siswa, ataupun siswa dengan guru lebih sering. Jika interaksi siswa dengan siswa, siswa dengan guru sering dilakukan maka aktifitas siswa akan meningkat dan implementasi PBL akan semakin maksimal.

DAFTAR PUSTAKA Akinoglu, O. & Tandagon, R. O. (2006). The Effects of Problem-Based Active Learning in Science Education on Students` Academic Achievement, Attitude and Concept Learning. Eurasia Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 2007, 3(1),71-81. Tersedia [On line] : http: www.ejmdte.com. [31 Oktober 2008] Boud. D. & Felleti. G.I, 1997, The Chellenge of Problem Base Learning, London, Kegan Ltd Campbell, B. and Lubben, F. (2000). Learning Science Through Contexts: Helping Pupils Make Sense Of Everyday Situations. International Journal of Science Education, 22(3), 239-252.

146


PENERAPAN KELOMPOK KOOPERATIF BERBANTUAN MULTIMEDIA INTERAKTIF UNTUK MENINGKATKAN PENALARAN SAINS DAN PENGUASAAN KONSEP MAHASISWA M. Sutarno dan Desy Hanisa Puteri Program Studi Pendidikan Fisika Jurusan Pendidikan MIPA Fakultas KIP Universitas Bengkulu, HP:085267897088, Email : [email protected]

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk melihat perbedaan hasil belajar matakuliah gelombang dan optik antara mahasiswa yang diajar menggunakan pembelajaran berciri kelompok belajar kooperatif berbantuan multimedia interaktif dan mahasiswa yang diajar menggunaan pembelajaran konvensional. Sampel penelitian adalah mahasiswa semester lima Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Bengkulu Tahun Akademik 2011/2012 yang dipilih melalui teknik convenience sampling. Metode eksperimen kuasi yang digunakan berdesain nonequivalent control group design. Pengumpulan data dilakukan mealui pretes dan postes kemampuan penalaran sains dan penguasaan konsep mahasiswa. Soal tes penalaran sains diadobsi dari instrumen Lawson’s Classroom Test of Scientific Reasoning versi pilihan ganda beralasan. Soal penguasaan konsep dikembangkan berdasarkan indikator pembelajaran gelombang dan optik pada konsep gerak harmonis, difraksi, dan interferensi. Berdasarkan hasil analisis data diperoleh rata-rata N-gain kemampuan penalaran sains 0,55 untuk kelas eksperimen dan 0,40 untuk kelas kontrol. Penguasaan konsep 0,71 untuk kelas eksperimen dan 0,53 untuk kelas control. Hasil uji hipotesis menggunakan uji t dua sampel independen menunjukkan bahwa peningkatan kemampuan penalaran sains dan penguasaan konsep mahasiswa yang mengikuti pembelajaran menggunakan kelompok kooperatif berbantuan multimedia interaktif secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan mahasiswa yang mengikuti pembelajaran konvensional. Kata kunci : penalaran sains, penguasaan konsep, multimedia interaktif

PENDAHULUAN

F

Fisika merupakan salah satu bagian sains yang memiliki tingkat abstraksi tinggi. Karakteristik ini dapat digunakan untuk melatih keterampilan penalaran sains siswa. Untuk mencapai kemampuan penalaran tingkat tinggi siswa perlu dibiasakan dengan cara belajar yang menuntut penggunaan penalaran. Agar mahasiswa terbiasa menggunakan kemampuan bernalarnya, dibutuhkan suatu model, metode, strategi dan media pembelajaran yang dapat digunakan untuk mempermudah memahami dan menguasai konsep fisika melalui proses penalaran. Model pembelajaran fisika dengan memanfaatkan teknologi informasi berbasis komputer sangat sesuai dengan hakikat standar proses pembelajaran. Pendidikan harus diselenggarakan secara interaktif, inspiratif, menyenangkan, menantang, dan memotivasi peserta didik untuk berpartisipasi aktif, serta memberikan ruang yang cukup bagi prakarsa, kreativitas, dan kemandirian peserta didik [1]. Namun demikian, kenyataan dilapangan menunjukkan bahwa metode dan media pembelajaran yang diaplikasikan oleh kebanyakan guru sains umumnya kurang menyiapkan siswa untuk terlibat dalam upaya penggunaan dan pengembangan pola penalaran sains. Pembelajaran umumnya lebih berpusat pada guru. Siswa kurang dilibatkan dalam mendiskusikan dan menanyakan berbagai informasi yang berkaitan dengan materi pembelajaran, melainkan tidak lebih dari sekedar mendengarkan secara pasif, menghafalkan rumus, dan mengulangi jawaban-jawaban yang diharapkan sehingga tuntutan hakikat standar proses pembelajaran tidak terpenuhi. Hal ini menyebabkan penguasaan siswa terhadap konsep-konsep fisika secara umum masih belum memuaskan.


147

Penerapan Kelompok …

M Sutarno & Desy Hanisa

Pendidikan hari ini harus memungkinkan siswa memiliki bekal untuk tantangan di masa depan yaitu terhadap kebutuhan lingkungan kerja dan hidup sehari-hari. Dengan demikian, siswa tidak hanya memerlukan pengetahuan tapi juga kemampuan komunikasi, kemampuan memecahkan masalah, kreatifitas dan keterampilan berpikir kritis. American Associaton for advancement of sciences memberikan pandangan bahwa prinsip kolaborasi harus benar-benar diintegrasikan dalam kegiatan pembelajaran sains [2]. Salah satu faktor pendukung keberhasilan para ilmuwan adalah karena mereka mengutamakan bekerja kelompok dalam melakukan penyelidikan. Demikian juga siswa, mereka harus mendapatkan pengalaman berbagi tanggung jawab untuk saling belajar satu sama lain dalam kelompok belajar. Secara esensi hal ini berarti bahwa siswa diberi kesempatan untuk merefleksikan ide yang dimiliki dengan menyediakan suatu lingkungan belajar yang memberikan kesempatan kepada siswa untuk melakukan diskusi dengan siswa lain atau dengan guru [3]. Lebih jauh lagi Vygotsky menyatakan bahwa siswa akan memiliki tingkat kemampuan intelektual yang lebih tinggi ketika bekerja dalam suatu kelompok kerjasama dibandingkan dari pada bekerja secara individu. Vygotsky berhipotesis bahwa interaksi sosial antar siswa merupakan zona perkembangan proksimal yang melatih pola bernalar formal [4]. Proses pembelajaran yang menekankan pada penanaman keterampilan penalaran sains perlu dikembangkan. Perlu adanya usaha untuk membiasakan dan mengembangkan kemampuan berpikir logis, kritis, berinisiatif dan kreatif siswa melalui suatu iklim belajar yang berlangsung dalam suasana keterbukaan, demokratis dan menyenangkan. Iklim belajar demikian akan memberikan kesempatan yang optimal bagi siswa untuk memperoleh dan menalar informasi yang lebih banyak mengenai materi yang dipelajari dan sekaligus melatih sikap dan keterampilan sosialnya sebagai bekal dalam kehidupannya di masyarakat [6]. Salah satu solusi yang dapat membantu siswa dalam upaya mengembangkan keterampilan berpikir/bernalar dasar menuju keterampilan berpikir kompleks adalah melalui visualisasi konsepkonsep fisika yang dikemas dalam bentuk multimedia interaktif. Secara umum manfaat yang dapat diperoleh adalah proses pembelajaran dapat berjalan lebih menarik, lebih interaktif, jumlah waktu mengajar dapat dikurangi, proses belajar mengajar dapat dilakukan di mana dan kapan saja, serta dapat melatihkemampuan penalaran siswa [6]. Abdullah [7] menemukan bahwa pengintegrasian simulasi komputer pada pembelajaran berciri kooperatif dapat meningkatkan kemampuan penalaran sains (scientific reasoning skill) dan penguasaan konsep fisika pada materi Hukum Gas. Soetopo [8] menunjukkan bahwa terdapat hubungan yang signifikan antara kesanggupan berpikir formal dengan prestasi belajar pengetahuan dasar MIPA. Syamsudin [9] dan Faizin [10] menemukan bahwa model pembelajaran berbantuan multimedia interaktif dapat meningkatkan sikap belajar, penguasaan konsep dan keterampilan berpikir kritis siswa pada materi listrik dinamis. Budiman [11] menemukan bahwa konsep-konsep yang bersifat abstrak dapat dipahami lebih mudah oleh siswa dengan bantuan pembelajaran multimedia interaktif. Gunawan dkk [12] dan Yahya [13], Sutarno [14] menunjukkan bahwa model pembelajaran berbantuan multimedia interaktif dapat meningkatkan keterampilan berpikir kritis dan melatih keterampilan generik sains mahasiswa. Berdasarkan latar belakang dan beberapa hasil penelitian seperti yang telah diuraikan di atas, penting dilakukan pengkonstruksian pembelajaran dengan menerapkan kelompok belajar berciri kooperatif berbantuan multimedia interaktif. Selanjutnya diselidiki bagaimana peningkatan keterampilan penalaran sains dan penguasaan konsep mahasiswa setelah mengikuti pembelajaran tersebut pada matakuliah gelombang dan optik. METODE PENELITIAN Penelitian kuasi eksperimen ini dilakukan menggunakan desain nonequivalent control group design. Penelitian ini dilaksanakan di Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Bengkulu. Sampel dalam penelitian ini adalah mahasiswa calon guru semester 5 yang berjumlah 39 orang untuk kelas eksperimen dan 35 orang untuk kelas kontrol. Data dikumpulkan menggunakan instrumen tes berupa 148




soal tes keterampilan penalaran sains dan penguasaan konsep matakuliah gelombang dan optik yang telah diuji tingkat validitas dan reliabilitasnya. Hasil tes awal dan tes akhir dianalisis untuk mengetahui peningkatan keterampilan penalaran sains dan penguasaan konsep mahasiswa (N-gain). Perbandingan rerata N-gain antara kelas eksperimen dan kelas kontrol di uji menggunakan uji t pada taraf signifikasi acuan α = 0,05 setelah melalui uji normalitas dan homogenitas varian data. HASIL DAN DISKUSI a. Keterampilan Penalaran Sains Instrumen tes penalaran sains yang digunakan dalam penelitian ini diadobsi dari soal tes Classroom Test of Reasoning Skills (LCTSR) yang dikembangkan oleh Lawson [15]. Sebelum digunakan, soal tes dikonversi ke dalam Bahasa Indonesia kemudian diujicobakan untuk memperoleh syarat validitas dan reliabilitas. Peningkatan keterampilan penalaran sains mahasiswa dieksplorasi berdasarkan jawaban tes awal dan tes akhir setelah mengikuti pembelajaran. Perbandingan persentase pencapaian skor rata-rata tes awal, tes akhir dan N-gain keterampilan penalaran sains antara kelas eksperimen dan kelas kontrol ditunjukkan pada Grafik 1.

GRAFIK 1. Perbandingan persentase skor rata-rata tes awal, tes akhir dan N-gain keterampilan penalaran sains kelas eksperimen dan kelas kontrol

Berdasarkan Grafik 1 terlihat bahwa skor rata-rata kelas eksperimen mengalami peningkatan sebesar 32,7%, sedangkan pada kelas kontrol mengalami peningkatan sebesar 26,1%. Rata-rata N-gain kelas eksperimen dan kelas kontrol termasuk dalam kategori sedang. Berdasarkan data tersebut terlihat bahwa rata-rata N-gain keterampilan penalaran sains kelas eksperimen lebih tinggi dibandingkan kelas kontrol. Berdasarkan hasil uji hipotesis terhadap N-gain keterampilan penalaran sains kelas eksperimen dan kelas kontrol diperoleh nilai Sig.hitung = 0,000. Diperoleh bahwa nilai Sig.hitung = 0,000 < Sig.acuan = 0,050. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Ho yang menyatakan bahwa tidak terdapat perbedaan peningkatan keterampilan penalaran sains antara mahasiswa kelas eksperimen dan kelas kontrol tidak dapat diterima. Dengan kata lain diketahui bahwa keterampilan penalaran sains mahasiswa kelas eskperimen secara signifikan lebih tinggi dibandingkan mahasiswa kelas kontrol. Meskipun peningkatan keterampilan penalaran sains mahasiswa kelas eksperimen secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan kelas kontrol, namun demikian dapat diamati bahwa peningkatan keterampilan penalaran sains secara umum masih belum memuaskan. Kelompok belajar berciri kooperatif berbantuan multimedia interaktif hanya mampu meningkatkan skor N-gain sebesar 0,55 (kategori sedang) dari skor ideal 1. Hasil ini sesuai dengan tingkat penalaran sains mahasiswa yang mayoritas masih berada pada tahap transisi dari level penalaran operasional kongkrit menuju level penalaran operasional formal. Hasil ini sesuai dengan pendapat Piaget yang menyatakan bahwa secara normal struktur kognitif pada usia perkuliahan umumnya berada pada kemampuan penalaran tahap transisi dan operasional formal [84]. Berdasarkan data penelitian, ditemukan bahwa peningkatan keterampilan penalaran sains yang dihasilkan cenderung lebih rendah dibandingkan dengan peningkatan penguasaan konsep. Hal ini mengindikasikan bahwa untuk memilih metode pembelajaran dan untuk membuat suatu satu


149



kesatuan modul pembelajaran dalam multimedia interaktif yang dapat mengarahkan pada peningkatan keterampilan penalaran sains mahasiswa tidaklah mudah. Rendahnya kemampuan multimedia interaktif yang digunakan dalam meningkatkan keterampilan penalaran sains mahasiswa diduga disebabkan karena sebelum pembuatan multimedia interaktif kurang dilakukannya analisis yang tepat dan cermat terhadap kesesuaian antara setiap indikator keterampilan penalaran sains yang dikembangkan dengan: karakteristik materi yang akan dipelajari, sistem penyajian materi pembelajaran, simulasi interaktif yang digunakan, aktivitas pembelajaran yang dilakukan, serta instrumen tes penalaran sains setelah dialih bahasa. Keterampilan penalaran sains termasuk salah satu komponen dari keterampilan berpikir tingkat tinggi. Keterampilan penalaran sains secara esensial menguji keterampilan menyelesaikan masalah (problem solving). Menurut Ennis, keterampilan berpikir tingkat tinggi adalah kemampuan bernalar dan berpikir reflektif yang diarahkan untuk memutuskan hal-hal yang meyakinkan untuk dilakukan [17]. Keterampilan penalaran sains perlu dikembangkan dalam diri mahasiswa karena melalui keterampilan penalaran sains mahasiswa dapat lebih mudah memahami konsep fisika, peka pada masalah yang terjadi sehingga dapat memahami dan menyelesaikan masalah dan mampu mengaplikasikan konsep-konsep tersebut dalam situasi yang berbeda. b. Peningkatan Penguasaan Konsep Topik materi gelombang dan optik yang dibahas dalam penelitian ini terdiri dari tiga label konsep yaitu Gerak Harmonis, Difraksi, dan Interferensi. Perbandingan persentase pencapaian skor rata-rata tes awal, tes akhir dan N-gain penguasaan konsep materi gelombang dan optik antara kelas eksperimen dan kelas kontrol ditunjukkan pada Grafik 2.

GRAFIK 2. Perbandingan persentase skor rata-rata tes awal, tes akhir dan N-gain penguasaan konsep kelas eksperimen dan kelas kontrol

Berdasarkan data tes awal dan tes akhir pada Grafik 2 terlihat bahwa skor rata-rata kelas eksperimen mengalami peningkatan sebesar 34,2%, sedangkan pada kelas kontrol mengalami kenaikan sebesar 23,2%. Rata-rata N-gain untuk kelas eksperimen termasuk dalam kategori tinggi sedangkan rata-rata N-gain untuk kelas kontrol termasuk dalam kategori sedang. Berdasarkan data tersebut terlihat bahwa rata-rata N-gain penguasaan konsep kelas eksperimen lebih tinggi dibandingkan kelas kontrol. Berdasarkan hasil uji hipotesis terhadap N-gain penguasaan konsep kelas eksperimen dan kelas kontrol diperoleh nilai Sig.hitung = 0,000. Diperoleh bahwa nilai Sig.hitung = 0,000 < Sig.acuan = 0,050. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Ho yang menyatakan bahwa tidak terdapat perbedaan peningkatan penguasaan konsep antara mahasiswa kelas eksperimen dan kelas kontrol tidak dapat diterima. Dengan kata lain diketahui bahwa penguasaan konsep mahasiswa kelas eskperimen secara signifikan lebih tinggi dibandingkan mahasiswa kelas kontrol. Hal yang menarik baik pada kelas eksperimen maupun pada kelas kontrol adalah terdapat kecenderungan bahwa rata-rata N-gain terbesar diperoleh pada materi gerak harmonis dan difraksi sedangkan N-gain terkecil kedua kelas tersebut diperoleh pada materi interferensi. Hal ini diduga berkaitan dengan karakteristik materi pada tiap label konsep yang akhirnya berpengaruh terhadap paparan materi dalam multimedia yang digunakan. Materi interferensi merupakan materi yang 150




memiliki kompleksitas yang tinggi dibandingkan dengan materi lainnya. Selain berisi penurunan matematis yang rumit materi interferensi memiliki tingkat abstaraksi yang jauh lebih tinggi. Sebagian besar konsep pada materi interferensi yang disajikan pada pertemuan ke tiga membutuhkan prasyarat pemahaman dari materi-materi gerak harmonis dan difraksi. Tingkat abstaksi konsep-konsep materi interferensi yang kompleks juga berpengaruh terhadap sulitnya untuk membuat/menampilkan visualisasi dinamis seperti animasi dan simulasi interaktif. Akibatnya, simulasi interaktif yang berhasil digunakan dalam multimedia pada materi interferensi merupakan simulasi sederhana yang secara signifikan kurang memberikan gain yang baik terhadap pemahaman/penguasaan konsepkonsep inti pada materi tersebut. Hal inilah yang diduga menjadi penyebab rendahnya N-gain yang diperoleh mahasiswa pada materi interferensi. Meskipun demikian berdasarkan analisis data diperoleh bahwa N-gain materi interferensi mahasiswa kelas eksperimen lebih tinggi dibandingkan dengan kelas kontrol. Berdasarkan data persentase skor rata-rata penguasaan konsep tes awal dan tes akhir untuk kelas eksperimen, diketahui bahwa persentase skor rata-rata mahasiswa mengalami peningkatan sebesar 32,2% dari persentase skor rata-rata mahasiswa sebelum pembelajaran, sedangkan pada kelas kontrol hanya mengalami peningkatan sebesar 21,2%. Peningkatan skor rata-rata penguasaan konsep mahasiswa kelas eksperimen 11,0% lebih tinggi dibandingkan dengan peningkatan rata-rata penguasaan konsep kelas kontrol setelah kedua kelas diberikan perlakukan pembelajaran yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan kelompok kooperatif berbantuan multimedia interaktif yang diterapkan pada kelas eksperimen dapat lebih meningkatkan penguasaan konsep dibandingkan dengan pembelajaran konvensional. Peningkatan penguasaan konsep materi gelombang dan optik merupakan implikasi dari pembelajaran melalui pembelajaran bercirikan kelompok kooperatif berbantuan multimedia interaktif. Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan bahwa peningkatan penguasaan konsep mahasiswa yang mengikuti pembelajaran gelombang dan optik menggunakan kelompok kooperatif berbantuan multimedia interaktif secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan mahasiswa yang memperoleh pembelajaran konvensional. Penelitian terdahulu yang dilakukan oleh Yahya [13], Gunawan [12], dan Faizin [10] juga menunjukkan bahwa pemanfaatan multimedia interaktif dalam pembelajaran fisika secara signifikan dapat lebih meningkatkan penguasaan konsep siswa dibandingkan dengan siswa yang mengikuti pembelajaran dengan metode ceramah (konvensional). Abdullah [7] menemukan bahwa pembelajaran kooperatif berbantuan simulasi interaktif fisika dapat meningkatkan kemampuan bernalar formal dan penguasaan konsep siswa. KESIMPULAN Kesimpulan yang diperoleh: (1) Peningkatan keterampilan penalaran sains mahasiswa yang mengikuti pembelajaran menggunakan kelompok belajar berciri kooperatif berbantuan multimedia interaktif secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan mahasiswa yang mengikuti pembelajaran konvensional. (2) Peningkatan penguasaan konsep mahasiswa yang mengikuti pembelajaran menggunakan kelompok belajar berciri kooperatif berbantuan multimedia interaktif secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan mahasiswa yang mengikuti pembelajaran konvensional. DAFTAR PUSTAKA 1. 2. 3. 4. 5.

Depdiknas. Kurikulum 2004, Standar Kompetensi Mata Pelajaran Fisika SMA dan MA. Departemen Pendidikan Nasional. Jakarta. 2003 Association for the Advancement of Science.. Science for all Americans: Project 2061. New York: Oxford University Press, 1989 Slavin, R.E. Cooperative Learning. Teory, Research and Practice. Boston : Allyn and Bacon.1995 Vyotsky, L. Mind in Society : The Development of Higher Psychological Processes. Cambridge mass : Harvard University Press. Wadsworth Publishing Company, 1978. Dahar, R. Teori-teori Belajar. Jakarta: Erlangga, 1996.


151

Penerapan Kelompok … 6. 7.

8. 9. 10.

11.

12.

13.

14.

15. 16.

152


Heinich, R. Instructional Media and Technologies for Learning. New Jersey : Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1996. Abdullah, S & Adilah Syarif. The Effect of Inguiry-Based Computer Simulation with Cooperative Learning on Scientific Thinking and Conceptual Understanding of Gas Laws. Eurasia Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 2008. Soetopo. Hubungan kesanggupan berpikir formal dan prestasi belajar pengetahuan dasar MIPA. Jurnal Ilmu Pendidikan, No.2 hal 203-209. Malang : UNM, 2008. Syamsudin, A. Penggunaan Model Pembelajaran Multimedia Interaktif Optik Geometrik Untuk Meningkatkan Penguasaan Konsep dan Sikap Belajar Siswa, Tesis, Bandung: SPS UPI, 2008. Faizin, M.N. Penggunaan model pembelajaran Multimedia Interaktif pada Konsep Listrik Dinamis untuk meningkatkan penguasaan konsep dan memperbaiki sikap belajar siswa. Laporan Penelitian. Kudus : SMP 2 Kudus, 2009. Budiman, I; Suhandi, A; Setiawan, A. Model Pembelajaran Multimedia Interaktif Dualisme Gelombang Partikel untuk Meningkatkan Pemahaman Konsep dan Keterampilan Berpikir Kritis. Jurnal Penelitian Pendidikan IPA. Vol 2 (1), 48-55 (2008). Gunawan; Setiawan A; Rusdiana D. Model Pembelajaran Berbasis Multimedia Interaktif untuk Meningkatkan Penguasaan Konsep Calon Guru pada Materi Elastisitas. Jurnal Penelitian Pendidikan IPA. Vol 2 (1), 11-22 (2008). Yahya, S; Setiawan, A; Suhandi, A. Model Pembelajaran Multimedia Interaktif Optika Fisis untuk Meningkatkan Penguasaan Konsep, Keterampilan Generik Sains dan Keterampilan Berpikir Kritis Guru Fisika. Jurnal Penelitian Pendidikan IPA. Vol 2 (1), 56-63 (2008). Sutarno. Pembelajaran Medan Magnet Menggunakan Online Interactive Multimedia untuk Meningkatkan Penguasaan Konsep dan Keterampilan Berpikir Kritis Mahasiswa. Prosiding Semirata BKS PTN Wilayah Barat, Banjarmasi,. 2010. Lawson, A.E. Development and validation of the classroom test of formal reasoning. Journal of Research in Science Teaching, 15(1): 11-24, (1978). Piaget. J. Cognitive Development in hildren: Development and Learning. Journal of Research in Science Teaching, 2,176-186, (1964).


PENERAPAN LESSON STUDY (LS) PADA MATA KULIAH GELOMBANG MELALUI TUTOR SEBAYA DAN LATIHAN SOAL DI PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA FKIP UNSRI Sudirman Dosen Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Univesitas Sriwijaya

Abstrak Telah dilaksanakan pembelajaran dengan lesson study (LS) di Program Pendidikan Fisika pada mata kuliah Gelombang. Tahap-tahapan dari LS ini adalah plan (menyiapkan), do (melaksanakan), dan see (refleksi) dari pembelajaran Gelombang. Dari pembelajaran ini diperoleh aktivitas dosen model dalam melaksanakan pembelajaran 88,54% dan aktivitas mahasiswa sebesar 72%. Tujuan LS ini adalah memperbaiki KBM sehingga diharapkan mendapatkan metode, model, media, evaluasi yang sesuai dengan mata kuliah Gelombang. Kata kunci: lesson study, aktivitas, gelombang.

PENDAHULUAN

S

eorang pendidik tentunya selalu berusaha untuk meningkatkan proses pembelajaran tujuannya agar siswa mendapat hasil belajar yang baik. Berbagai usaha dilakukan untuk memenuhi tujuan tersebut seperti mengikuti pelatihan-pelatihan, MGMP, dan KKG. Dan di sini juga pemerintah melalui LPMP dan diknas kabupaten, provinsi dan nasional melakukan gebrakan-gebrakan untuk meningkatkan guru melalui guru berprestasi yang disertai iming-imingan naik haji gratis, atau mendapat imbalan berupa uang. Yang sekarang sedang digalakkan adalah kenaikkan gaji guru sebesar satu kali gaji pokok melalui portofolio atau pelatihan dan pendidikan profisionalesme guru (PLPG). Namun disadari selama pendidikan masih ada, maka selama itu pula masalah-masalah tentang pendidikan akan selalu muncul dan orang pun tak akan henti-hentinya untuk terus membicarakan dan memperdebatkan tentang keberadaannya, mulai dari hal-hal yang bersifat fundamental-filsafiah sampai dengan hal–hal yang sifatnya teknis-operasional. Sebagian besar pembicaraan tentang pendidikan terutama tertuju pada bagaimana upaya untuk menemukan cara yang terbaik guna mencapai pendidikan yang bermutu dalam rangka menciptakan sumber daya manusia yang handal, baik dalam bidang akademis, sosiopersonal, maupun vokasional. Sekarang ini sedang gencarnya dibicarakan orang adalah Lesson Study (LS), yang muncul sebagai salah satu alternatif guna mengatasi masalah praktik pembelajaran yang selama ini dipandang kurang efektif. LS ini lebih mengutamakan pembelajaran yang berpusat pada siswa (student-centered) dari pada pembelajaran pada guru (teacher-centered). Untuk merubah kebiasaan praktik pembelajaran dari pembelajaran konvensional ke pembelajaran yang berpusat kepada siswa memang tidak mudah, disebabkan guru belum menerima inovasi yang baru dan menganggap pembelajaran yang lama itu lebih baik dari yang sekarang. Menurut Sukirman dosen UNY (22 Februari 2011) mengatakan LS bukan model atau strategi pembelajaran melainkan suatu pembinaan profesi pendidikan melalui pengkajian pembelajaran secara kolaboratif dan berkelanjutan berdasarkan prinsip-prinsip kolegalitas dan saling membantu untuk membangun masyarakat belajar. Dalam LS dapat menerapkan beberapa metode atau strategi yang disesuaikan dengan situasi dan kondisi ( konsep yang dipelajari, media/alat/bahan yang tersedia). Dari tulisan ini, dibahas tentang penerapan pembelajaran LS pada mata kuliah Gelombang di Program Pendidikan Fisika FKIP Unsri. Gelombang adalah mata kuliah bidang studi dengan bobot 3 Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

153

Penerapan Lesson Study (LS) …

Sudirman

sks yang dikeluarkan pada semester ganjil. Mata kuliah ini merupakan mata kuliah wajib yang mempunyai persyaratan mata kuliah fisika matematika, fisika dasar dan kalkulus telah lulus atau diambil. Tahapan-tahapan lesson study (Santyasa, 2009) 1. Perencanaan (Plan) Tahap ini bertujuan untuk memperoleh rancagan pembelajaran Gelombang yang diyakini mampu membelajarkan mahasiswa secara pembelajaran aktif, inovatif, kreatif, dan menyenangkan (PAIKEM). Dalam perencanaan, dosen berkolaboratif berbagi gagasan menyusun rancangan pembelajaran untuk menghasilkan cara-cara pengorganisasian bahan ajar, proses pembelajaran, yang meliputi RPP, tata ruang, tata kelompok belajar, media pembelajaran, dan lembar pengamatan. 2. Pelaksanaan (Do) Pada tahap ini pelaksanaan pembelajaran bertujuan untuk mengimplementasikan satuan acara perkuliahan/pembelajaran Gelombang yang disusun bersama-sama. Dalam proses pelaksanaan tersebut, dosen model berperan sebagai pelaksana pembelajaran dan dosen yang lain sebagai pengamat. Tujuan pengamatan bukan pada penampilan dosen dalam melaksanakan pembelajaran, tetapi lebih difokuskan pada kegiatan belajar mahasiswa dengan berpedoman pada prosedur dan insturumen yang telah disepakati pada tahap perencanaan. Dan yang tak kalah pentingnya pada kegiatan ini seorang kamerawan yang merekam dari proses pembelajaran yang berguna untuk perbaikan pembelajaran selanjutnya. 3. Refleksi (See) Tujuan refleksi adalah untuk menemukan kelebihan dan kekurangan pelaksanaan pembelajaran Gelombang. Seperti biasanya kegiatan diawali dengan penyampaian kesan dari dosen dan selanjutnya diberikan kepada pengamat. Kritik dan saran dalam rangka peningkatan kualitas pembelajaran dan disampaikan secara bijak melalui diskusi. Masukan yang positif dapat digunakan untuk merancang kembali pembelajaran Gelombang yang datang agar lebih baik. Pembelajaran Tutor Sebaya dan Latihan Tutur sebaya dan latihan dalam pembelajaran gelombang ini mahasiswa dibagi 7 kelompok. Tiap kelompok diberi tugas berupa membuat makalah konsep-konsep yang akan dipelajari selama 1 semester, setiap kelompok mendapatkan 1 konsep yang diundi dengan gulungan kertas. Tutor sebaya/mentor adalah mahasiswa yang mempunyai kecapakan unggul terhadap mahasiswa lain yang relatif lambat dalam belajarnya (Aqib dan Rohmanto, 2008). Setiap kelompok yang tampil memberikan makalahnya kepada kelompok lain secara bergantian yang akhirnya semua mahasiswa mendapatkan makalah yang lengkap dan sebagai catatan yang komplit. Pada saat presentasi dan diskusi mahasiswa dibimbing untuk mendapatkan konsep yang benar, dengan cara dosen memberikan ulasan-ulasan singkat tentang konsep yang baru dipresentasikan. Pembelajaran selanjutnya latihan beberapa soal yang telah disiapkan oleh dosen, mahasiswa mengerjakan ke papan tulis dan yang lain mengomentarinya. Secara singkat alur pembelajaran gelombang adalah sebagai berikut : presentasi kelompok makalah, diskusi, ulasan dosen, latihan soal kelompok dan diskusi, dan tugas rumah.

METODE PENELITIAN Dalam penelitian ini digunakan metode deskripsi, maksudnya penelitian yang menggambarkan dan menjelaskan secara singkat penerapan LS pembelajaran Gelombang yang terdiri dari siklus-siklus. Setiap siklus terdiri dari plan, do, dan see. Subyek penelitian ini adalah mahsiswa Pendidikan Fisika yang mengambil mata kuliah Gelombang pada semester ganjil 2010 / 2011.

HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN Penerapan pembelajaran LS agak berbeda dengan Penelitian Tindak Kelas (PTK), yaitu LS ditekankan pada plan, do, dan see yang semuanya harus berkolaborasi/melibatkan dosen. Lesson Study merupakan suatu cara peningkatan pendidikan yang tak pernah berakhir (continous improvement) ( Churiyah,2011). Sedangkan kemiripannya sama-sama terdiri dari siklus. Penelitian ini dilakukan sebanyak 4 kali pertemuan atau 4 siklus. Pada siklus I plan pembelajaran hanya disusun

154



Sudirman

oleh dosen model saja, namun untuk siklus II, III dan IV disusun berdasarkan masukkan dari observasi dosen pengamat yang diambil pada saat do dan disampaikan pada saat see. Tabel 1.Prosentase Aktivitas Dosen No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Uraian

Prosentase (%)

Dosen membuka pelajaran dengan menarik perhatian dan memotivasi mahasiswa. Dosen mengajukan pertanyaan awal sebelum memulai proses pembelajaran Selama proses pembelajaran dosen memiliki suara yang jelas dan terdengar oleh seluruh mahasiswa. Dosen tidak melakukan gerakan yang mengganggu perhatian mahasiswa Dosen menguasai materi pembelajaaran yang disampaikan dalam kegiata pembelajaran Dosen memberikan contoh yang relevan dengan pokok bahasan yang sedang diajarkan Dosen memberi kesempatan pada mahasiswa untuk bertanya tentang materi yang kurang atau belum dimengerti Dosen mendorong mahasiswa untuk berperan aktif dalam belajar. Dosen memberi kesempatan pada mahasiswa untuk menanggapi pertanyaan yang diajukan Dosen berbicara lancar dan tidak tersendat-sendat pada saat mengajar di depan kelas. Dosen berpenampilan baik/rapi dalam pembelajaran Waktu pembelajaran lebih efektif. Diskusi dalam pembelajaran berjalan dengan baik

Keterangan Rata-rata 88,54%

86 90 87 88 91 84 90 89 90 90 85 90 91

Tabel 2. Aktivitas positif mahasiswa selama perkuliahan berlangsung No 1 2 3 4 5

Aktivitas Memberikan pendapat dalam kelompok Bertanya di dalam kelompok Mengajukan pertanyaan/memberikan pendapat pada kelompok lain Mengajukan pertanyaan pada dosen Menjawab pertanyaan dosen

Prosentase (%) 80

Keterangan Rata-rata 72%

72 80 68 60

Tabel 3. Aktivitas negative mahasiswa selama perkuliahan berlangsung No 1 2 3

Aktivitas Mengobrol sesama anggota kelompok Bersikap acuh terhadap jalannya perkuliahan Meminta izin keluar

Prosentase (%) 32 24 3

Keterangan Rata-rata 29,5%

Dari tabel 1 dengan indikator 13 di atas terlihat dengan jelas aktivitas dosen dalam melaksanakan pembelajaran Gelombang rata-rata selama 4 pertemuan adalah 88,54%. Dari pertemuan pertama hingga pertemuan terakhir rata-rata terjadi peningkatan perbaikan. Pada tabel 2 dan 3 terlihat jelas aktivitas mahasiswa baik dalam mengikuti proses pembelajaran, mereka rata-rata sangat antusias. Dari ke 4 pertemuan tersebut tidak ada satu mahasiswa yang izin keluar. Secara jujur walaupun sudah lama mengajar masih merasa gugup terutama pada pertemuan pertama, namum pada pertemuan kedua dan seterusnya dalam melaksanakan pembelajaran sudah lancar. Mahasiswapun kelihatan gugup dan gelisah pada waktu diamati oleh pengamat, tapi pada pertemuan ketiga mereka kelihatan tidak gugup dan gelisah lagi. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

155


Sudirman

Mahasiswa sangat senang sekali dalam mengerjakan soal-soal latihan dan didiskusikan, dibahas secara berkelompok. Salah satu kelompok maju membahas soal kelompok lain menanggapinya baik dengan kata-kata bahkan harus maju ke depan kelas. Dosen membantu dalam memotivasi sehingga mahasiswa pendiam agar belajar ikut berbicara dan maju ke depan untuk mengerjakan soal. Jika ada soal yang susah dan tidak ada mahasiswa yang dapat menyelesaikan, dosen memberikan solusi dengan cara menjelaskan yang penting-penting saja dan mahasiswa untuk melengkapinya. Dosen model selalu berdikusi dengan dosen satu program (sesama dosen prodi Fisika) pada waktu plan dan see. Disinilah dosen model mendapat masukan baik itu berupa konsep, metode/model, pemetaan waktu, media, bahan ajar (diktat Gelombang). Dosen melalui LS, bukan saja dapat mengkaji dan mengembangkan pembelajaran yang terbaik saja. Tetapi mampu menghasilkan bahan ajar, meningkatkan keaktifan mahasiswa, membiasakan melakukan observasi (mengumpulkan data), meningkatkan hubungan antara kolega dan menemukan metode dan model pembelajaran yang sesuai. Hal ini sependapat dari Rusman yang mengatakan LS bukan saja meningkatkan kualitas pembealajaran melalaui kolaboratif, implimentasi RPP dari seorang dosen, observasi prosess pembelajaran dan perbaikan pembelajaran melalui refleksi (Rusman, 2010). Selain itu juga buku-buku memuat tujuan jangka panjang yang ingin dicapai, filosofi pembelajaran yang dianut, rancangan pembelajaran dan rancangan seluruh unit, contoh hasil kerja mahasiswa, hasil refleksi mengenai kekuatan dan kesulitan dalam pembelajaran, serta petunjuk praktis bagi mahasiswa lain yang ingin mencoba pembelajaran tersebut. Dalam hal ini, dosen yang lain tidak hanya diharapkan mencoba membelajarkan, tetapi yang lebih penting mereka sedapat mungkin menambah, menguji, dan melaporkan perbaikan yang mereka lakukan. Dari pelaksanaan LS pada mata kuliah Gelombang di Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Unsri, ada hal-hal yang harus diperhatikan : a. Dosen, LS adalah pembelajaran berkolaboratif artinya dalam pelaksanaan pembelajaran direncanakan secara bersama dan diobservasi. Dalam kenyataannya disini dosen pengamat susah hadir baik waktu plan, do dan see, hal ini karena dosen tidak ada wadah dan waktu yang ditentukan layaknya guru seperti KKG atau MGMP. Disamping itu ada beberapa hal antara lain; dosen pada jam yang sama mengajar, mendapat tugas di luar kampus (instruktur), dan jarak kampus dengan rumah dosen jauh. b. Ruangan, untuk melaksanakan pembelajaran secara optimal harus didukung ketersediaan ruang yang nyaman, misalnya ukuran ruangan yang luas dan suhu yang tidak panas. Disini bukan mahsiswa saja yang tebatas berinteraksi bahkan observerpun tidak nyaman, data yang diobservasi hasilnya kurang baik. c. Media, untuk mencapai tujuan yang ditentukan jelas media pembelajaran sangat penting misalnya kamera. Sebagai catatan kameran dalam merekam dalam proses pembelajaran terlalu banyak ditujukan kepada dosen model, sehingga pada see seolah-olah dosen model yang dibahas secara mendetil. Padahal dalam LS yang menjadi prioritas adalah proses pembelajaran antara lain bagaimana mahasiswa dalam mengikuti perkuliahan. Hal ini sesuai pendapat dari guru SMP N 1 Kadugede, 24 Pebruari 2010 , semua pengamat menyampaikan tanggapan atau saran secara bijak terhadap proses pembelajaran yang telah dilaksanakan ( bukan terhadap guru yang bersangkutan ). Dalam menyampaikan saran-saranya, pengamat harus didukung oleh bukti-bukti yang diperoleh dari hasil pengamatan, tidak berdasarkan opininya . Berbagai pembicaraan yang berkembang dalam diskusi dapat dijadikan umpan balik bagi seluruh peserta untuk kepentingan perbaikan atau peningkatan proses pembelajaran (diakses, 18 Februari 2011). Sedangkan menurut Sudrajat (28 Februari 2011). Diskusi dimulai dari penyampaian kesan-kesan guru yang telah mempraktikkan pembelajaran, dengan menyampaikan komentar atau kesan umum maupun kesan khusus atas proses pembelajaran yang dilakukannya, misalnya mengenai kesulitan dan permasalahan yang dirasakan dalam menjalankan RPP yang telah disusun. d. Kecocokan konsep dengan LS. Pembelajaran yang berbasis LS di Prodi Fisika, mata kuliah Gelombang adalah ke kali empatnya. Dari penerapannya terlihat jelas mahasiswa kurang dapat mengembangkan kemampuannya secara mandiri. Misalnya mahasiswa kelihatannya mengerjakan soal, menjawab/bertanya, mengangkat tangan dengan semangat yang tinggi. Sebenarnya mereka itu sebagian besar terpaksa karena diawasi oleh observer, dan yang lucu 156


Sudirman


lagi mahsiswa “action” karena disorot kamerawan yang telah ditentukan. Jadi pada pembelajaran Gelombang ini LS masih ada kelemahanannya. Fokus yang paling utama dari LS (salah ciri dari LS) adalah pengembangan dan pembelajaran yang dilakukan siswa, misalnya apakah siswa menunjukkan minat dan motivasinya dalam belajar, bagaimana siswa bekerja dalam kelompok kecil, dan sebagainya. Pada kalangan mahasiswa hal semacam ini telah berkurang karena sudah mempunyai sifat mandiri dan menentukan jadi dirinya. Dan yang terpenting bukan sekedar mengetahui bagaimana cara mahasiswa belajar. Tetapi lebih sangat ditekankan pada pemahaman konsep Gelombang, karena mahasiswa sudah banyak berpikir kritis, ilmiah, objektif, dan logis.

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari hasil pelaksanaan LS pada mata kuliah Gelombang sebanyak 4 kali pertemuan antara lain aktivitas dosen dan mahasiswa sangat baik (88,54% dan 59%), dan mahasiswa lebih siap mengikuti pembelajaran Saran Sebagai dosen LPTK, dapat membekali diri untuk menghadapi LS di sekolah berkolaborasi dengan guru baik di SMP atau di SMA. Dengan kata lain LS ini dapat diimbaskan kepada guru-guru terutama kepada sekolah mitra. DAFTAR PUSTAKA Aqib dan Rohmanto. 2008. Membangun Profesionalisme Guru dan Pengawas Sekolah. CV, Irama Widya. Bandung, Churiyah, Maziatul. 2011. Bahan ajar lesson Study. diakses 15 Maret 2011. http://www.google.co.id/search Saito dan Ibrohim. 2005. Penerapan Studi Pembelajaran (Lesson Study) di Indonesia: Studi Kasus dari Imstep. http://jurnal.upi.edu/mimbar-pendidikan Rusman. 2010. Model-model Pemelajaran Mengembangkan Profesionalisme Guru. Rajawali Pers. Bandung. Sukirman. Lesson Study Bukan Model Pembelajaran (Sosialisasi LS, Selasa 22/2/2011 di UNS) diakses 15 Maret 2011 jam 9.45 wib. http://www.google.co.id Sudrajat, Akhmad. 22 Februari 2008. Lesson Study untuk Meningkatkan Proses dan Hasil Pembelajaran, .Diakses 18 Februari 2011, jam 10 wib. http://www.google.co.id Santyasa. I Wayan .2009. Implimentasi Lesson Study Dalam Pembelajaran. Disajikan dalam ”Seminar Implementasi Lesson Study dalam Pembelajaran bagi Guru-Guru TK, Sekolah Dasar, dan Sekolah Menengah Pertama di Kecamatan Nusa Penida,Tanggal 24 Januari 2009, di Nusa Penida http://www.google.co.id


157

PENERAPAN MODEL BLENDED E-LEARNING PADA MATAKULIAH PENDAHULUAN FISIKA ZAT PADAT Ida Sriyanti*) *)

Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya Jalan Palembang-Prabumulih Km 32 Inderalaya Kab. Ogan Ilir (Sum-Sel)

Abstrak Salah satu tujuan penelitian ini adalah menerapkan model Blended e:learning pada matakuliah Pendahuluan Fisika Zat Padat di Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya. Metode penelitian yang digunakan adalah metode penelitian tindakan kelas (PTK). Penelitian Tindakan Kelas (PTK) ini dilakukan dua siklus. Setiap siklus meliputi: (1) perencanaan, (2) pelaksanaan tindakan, (3) observasi dan evaluasi dan (4) analisis dan refleksi. Berdasarkan hasil penelitian untuk siklus I bahwa mahasiswa yang mencapai nilai ketutantasan hanya 52,38%, sedangkan untuk siklus II mahasiswa yang mencapai ketuntas belajar 85,71 %, ini berarti secara klasikal hasil belajara mahasiswa sudah tuntas. Berdasarkan hasil penelitian tindakan kelas bahwa model blanded e:learning dapat meningkan hasil belajar Pendahuluan Fisika Zat Padat di Program Studi Pendidikan Fisika. Kata kunci : blanded e:learning, pendahuluan fisika zat padat

PENDAHULUAN

P

endidikan saat ini merupakan salah satu aspek yang paling penting dalam menyiapkan sumber daya manusia yang berkualitas untuk membangun peradaban bangsa. Oleh karena itu, menurut Jauhari (2009) saat ini perlu pembaharuan dalam bidang pendidikan. Sedangkan menurut Awwaliyah., I dan Saefudin, M (2011) salah satu cara pembaharuan atau perubahan yang bisa digunakan untuk mengatasi masalah ini adalah mengembangkan inovasi model pembelajaran. Pemilihan model pembelajaran sesuai dengan karakteristik mata pelajaran dan tujuan dari pembelajaran serta potensi mahasiswa merupakan kemampuan dan keterampilan dasar yang harus dimiliki oleh setiap pendidik (dosen). Ketepatan dalam pemilihan metode akan berpengaruh terhadap hasil belajar dan keberhasilan mahasiswa mengikuti pembelajaran perkuliahan tersebut (Sriyanti, I. 2009). Mata kuliah Pendahuluan Fisika Zat Padat merupakan matakuliah wajib di program studi pendidikan Fisika FKIP Unsri. Berdasarkan hasil pengalaman peneliti saat mengajar mata kuliah tersebut masih banyak mahasiswa kesulitan dalam memahami konsep yang berkaitan dengan mata kuliah Pendahuluan Fisika Zat Padat. Hal ini dapat dilihat dari rendahnya nilai hasil belajar mahasiswa. Untuk Tahun akademik 2010/2011, nilai rata-rata mata kuliah ini adalah 2,85 (dalam skala 0-4). Berdasarkan hasil observasi dan pengalaman saat mengajar di kelas, penyebab rendahnya hasil belajar Pendhuluan Fisika Zat Padat, salah satu dikarenakan kurangnya penggunaan model pembelajaran berbasis e:learnig. Teknologi komputer dapat digunakan untuk mengembangkan model pembelajaran, beberapa keuntungan yang dapat diperoleh melalui pemanfaatan komputer sebagai media dalam pembelajaran diantaranya adalah kelebihannaya dalam mempresentasikan grafik dan gambar sebagai bentuk visual yang dapat diamati dan dipelajari. Beberapa peneliti pendidikan menyatakan bahwa komputer sangat potensial untuk meningkatkan kualitas pembelajaran. (Liao, 1992; Jensen &Williams, 1993; dalam Herman 2003). Berdasarkan hasil penelitian Jauhari, J (2009) pembelajaran dengan bantuan komputer dapat membantu menjelaskan konsep-konsep yang bersifat abstrak sehingga dapat dipahami dan disajikan 158


Ida Sriyanti

Penerapan Model Blended E-Learning …

dalam bentuk yang lebih kongkret dan lebih mudah dimengerti serta dapat disajikan sesuai dengan tingkat-tingkat berpikir siswa atau mahasiswa. Salah satu bentuk model pembelajaran dengan memanfaatkan Teknolog komputer dan pembelajaran langsung adalah Blendad e:Learning. Berdasarkan latar belakang dibawah ini, maka peneliti tertarik untuk mengembagkan e:leaning serta menerapkan model bleaded e:learning pada mata kuliah pendahuluan fisika zat padat.

METODE PENELITIAN Metode penelitian yang digunakan oleh peneliti adalah penelitian tindakan kelas. Penelitian Tindakan Kelas (PTK) ini dilakukan beberapa siklus. Setiap siklus meliputi: (1) perencanaan, (2) pelaksanaan tindakan, (3) observasi dan evaluasi dan (4) analisis dan refleksi. Secara lengkap dapat dilihat dibawah ini : a. Perencanaan Penelitian akan dimulai pada awal perkuliahan semester ganjil Tahun akademik 2011/2012. Persiapan tindakan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: penyusunan rencana pembelajaran, lembar kegiatan mahasiswa, format penilaian, alat evaluasi dan lembar observasi. b. Rencana Implementasi dalam perkulihan Pelaksanaan tindakan yang akan dilakukan : 1. Dosen menyiapkan materi perkulihan yaitu bahan ajar, tugas dan alat evaluasi (latihan maupun quis). 2. Seminggu sebelum pelaksanaan pembelajaran, dosen memberi tugas kepada mahasiswa untuk mempelajari atau membaca materi (topik) yang tersedia di web site yang telah dibuat sebelumnya. 3. Mahasiswa melaksanakan tugas untuk mempelajari materi tersebut secara mandiri melalui web site yang telah dibuat, selanjutnya merangkum materi tersebut kemudian membuat pertanyaan yang berkaitan dengan materi yang bersangkutan. 4. Dosen mengoreksi hasil pekerjaan mahasiswa, baik ringkasan maupun soal-soal yang telah di kerjakan. Selanjutnya mencatat sejumlah mahasiswa yang mengerjakan secara benar dan meyakinkan. 5. Ketika di kelas Dosen menyuruh beberapa mahasiswa (mahasiswa yang pintar) untuk menjelaskan atau menyajikan hasil temuannya didepan kelas. 6. Dengan metode diskusi dan tanya jawab, dosen mengungkapkan kembali pengembangan materi dan soal-soal tersebut di atas untuk melatih pemahaman konsep pendahuluan fisika zat padat mahasiswa yang lain. 7. Bersama-sama mahasiswa dosen menyimpulkan materi perkulihan yang telah di pelajari. 8. Dengan memanfaatkan web site yang telah dibuat, dosen memberi tugas soal latihan secara individual, termasuk memberikan soal yang mengacu pada kemampuan mahasiswa dalam memprediksi kemungkinan pengembangan materi tersebut. 9. Dengan media web site juga dosen memberi tes untuk memantau pemahaman konsep dan hasil belajar mahasiswa. 10. Dosen melakukan evaluasi diri/ refleksi untuk mengamati keberhasilan penerapan model pembelajaran e:leaning yang telah dilakukan. c. Observasi dan Evaluasi Selama kegiatan belajar mengajar Tim peneliti (dosen) melakukan observasi terhadap proses pembelajaran terhadap hasil belajar mahasiswa untuk setiap siklusnya. Observasi terhadap proses pembelajaran dilakukan dengan menggunakan alat bantu catatan-catatan, tape recorder dan dibantu oleh observer (anggota peneliti). Hasil observasi digunakan untuk menentukan jenis tindakan perbaikan pada kegiatan belajar mengajar siklus berikutnya. Observasi terhadap peningkatan pemahaman konsep Pendahuluan Fisika Zat Padat mahasiswa dilakukan pada setiap siklus dan hasil belajar mahasiswa dilakukan pada akhir siklus dengan memberikan tes yang berbentuk tertulis (post tes) dalam bentuk obyektif, jawaban singkat dan essay. Bentuk-bentuk tes tersebut dirancang untuk mengukur pemahaman konsep mahasiswa melalui penerapan motode pembelajaran intraktif berbasis konsep..


159


Ida Sriyanti

Pemantauan terhadapa kemampuan mahasiswa dalam menerapkan pembelajaran interaktif berbasis konsep sebagai upaya untuk meningkatkan pemahaman konsep mahasiswa dilihat kepada ketentuan kurikulum yaitu 85% mahasiswa mendapat nilai 6,5 (Depdiknas, 1994). Untuk memperoleh hal tersebut peneliti menganalisis hasil tes untuk mengetahui skor yang diperoleh masing-masing mahasiswa, bagaimana tingkat ketuntasan belajar. Apabila tingkat ketuntasan belajar mahasiswa setelah diberi tindakan lebih tinggi dari keadaan awal, berarti ada peningkatan kemampuan siswa dalam memahami konsep materi yang diajarkan dosen. 3. Analisis dan Refleksi Data hasil tes setiap siklus dianalisis, apabila hasil pemantauan dan evaluasi tindakan terlihat ada tahap-tahap yang belum optimal baik dari hasil tes maupun pelaksanaan proses pembelajaran, maka perlu diagnostik ulang (refleksi) terhadap pelaksanaan tindakan pada siklus pertama. Hasil diagnostik ulang (refleksi) ini digunakan untuk merencanakan dan mengimplementasikan tindakan siklus kedua, siklus ketiga dan siklus berikutnya.

PEMBAHASAN Diskripsi Hasil Penelitian Siklus I Dari hasil pengembangan peneliti meneliti hasil media yang dikembang melalui penelitian tindakan kelas, Penelitian siklus I dilaksanakan pada tanggal 17 November 2011 dengan materi. Siklus I dilaksanakan sebanyak dua kali tatap muka. Subyek penelitian ini adalah mahasiswa Pendidikan Fisika FKIP Unsri. Adapun pelaksanaan tindakan yang akan dilakukan untuk siklus I dapat dilihat dibawah : 1. Dosen menyiapkan materi perkulihan yaitu bahan ajar, tugas dan alat evaluasi (latihan maupun quis). 2. Seminggu sebelum pelaksanaan pembelajaran, dosen memberi tugas kepada mahasiswa untuk mempelajari atau membaca materi (topik) yang tersedia di web site yang telah dibuat sebelumnya. 3. Mahasiswa melaksanakan tugas untuk mempelajari materi tersebut secara mandiri melalui web site yang telah dibuat, selanjutnya merangkum materi tersebut kemudian membuat pertanyaan yang berkaitan dengan materi yang bersangkutan. 4. Dosen mengoreksi hasil pekerjaan mahasiswa, baik ringkasan maupun soal-soal yang telah di kerjakan. Selanjutnya mencatat sejumlah mahasiswa yang mengerjakan secara benar dan meyakinkan. 5. Ketika di kelas Dosen menyuruh beberapa mahasiswa (mahasiswa yang pintar) untuk menjelaskan atau menyajikan hasil temuannya didepan kelas. 6. Dengan metode diskusi dan tanya jawab, dosen mengungkapkan kembali pengembangan materi dan soal-soal tersebut di atas untuk melatih pemahaman konsep pendahuluan fisika zat padat mahasiswa yang lain. 7. Bersama-sama mahasiswa dosen menyimpulkan materi perkulihan yang telah di pelajari. 8. Dengan memanfaatkan web site yang telah dibuat, dosen memberi tugas soal latihan secara individual, termasuk memberikan soal yang mengacu pada kemampuan mahasiswa dalam memprediksi kemungkinan pengembangan materi tersebut. 9. Dengan media web site juga dosen memberi tes untuk memantau pemahaman konsep dan hasil belajar mahasiswa. 10. Dosen melakukan evaluasi diri/ refleksi untuk mengamati keberhasilan penerapan model pembelajaran e:leaning yang telah dilakukan. Setelah melakukan tindakan pelaksaaan penelitian maka peneliti melakukan evaluasi diri/refleksi untuk mengamati keberhasilan dari penerapan blanded e:learning. Pemantauan terhadapa kemampuan mahasiswa dalam menerapkan pembelajaran interaktif berbasis konsep sebagai upaya untuk meningkatkan pemahaman konsep mahasiswa dilihat kepada ketentuan kurikulum yaitu 85% mahasiswa mendapat nilai 6,5 (Depdiknas, 1994) Berdasarkan Tabel 1 dibawah ini, dapat dilihat hasil belajar Fisika Zat Padat mahasiwa Pendidikan Fisika Fkip Unsri pada Siklus I: 160



Ida Sriyanti

No Nilai 1 ≥ 60 2 ≤ 60 Jumlah

Tabel 1. Distribusi Hasil Tes Mahasiswa Siklus I Frekuensi (f) 20 22 42

Presentasi (%) 47,62 52.38 100

Berdasarkan Tabel 1. Mahasiswa yang telah mencapai ketuntasan belajar berjumlah 22 orang atau 52,38 %, sedangkan mahasiswa yang belum mencapai ketuntasan belajar berjumlah 20 mahasiswa atau 47,62 %. Dari data diatas menunjukan bahwa mahasiswa yang mencapai nilai ketutantasan hanya 52,38%, ini berarti masih banyak mahasiswa yang nialanya dibawah nilai ketuntasan belajar ( dengan nilai 60). Dengan demikian secara klasikal hasil belajara mahasiswa belum tuntas. Oleh karena itu, penelitian ini dilanjutkan pada siklus II. Untuk melanjutkan ke siklus II, peneliti mereflesi kelemahan-kelemahan tindakan yang dilakukan pada siklus I. Adapun kelemahan yang akan diperbaiki oleh peneliti di siklus II adalah : 1. Materi baik bahan ajar maupun soal-soal latihan yang disediakan oleh dosen untuk di up-load oleh mahasiswa harus lebih awal tersedia di website yang ada. Minal dua minggu sebelum perkulihan berlangsung. 2. Tugas mandiri yang dibuat oleh mahasiswa hanya sebagian yang mengaitkan full materri yang dipelajarinya. 3. Hanya mahasiswa pintar saja yang selalu menyajikan hasil temuaanya. 4. Kegiatan diskusi dan tanya jawab, yang terlibat hanya sebagaian kecil mahasiswa. 5. Pada saat meng up-load materi atau soal latihan, ada sebagian mahasiswa yang belum bisa menggunakan media ini. Dosen melakukan evaluasi diri/ refleksi untuk mengamati keberhasilan penerapan dari kelemahan-kelemahan diatas peneliti akan memperbaiki pelaksaan pembelajaran yang telah dilakukan di siklus I. Adapun tindakan yang akan dilakukan dalam memperbaiki pelaksanaan tindakan di siklus II adalah melaksanakan semua tindakan di siklus I dengan tambahan tidakan dibawah ini: 1. Dua minggu sebelum proses pembelajaran, dosen mengupload bahan ajar dan latihan yag akan digunakan untuk proses pembelajaran minggu selanjutnya. 2. Memeriksa secara intensif apakah tugas yang diberikan oleh dosen sudah memuat semua materi yang akan dipelajari 3. Melibatkan semua tingkat mahasiswa untuk mepresentasikan hasil temuanya. Dengan cara mengelompokkan mahasiswa yang tingkat kognitif tinggi, sedang dan rendah secara merata 4. Ketika Kegiatan diskusi dan tanya jawab melibatkan semua mahasiswa yang ada dengan cara memanggil secara acak mahasiswa yang ada, diharapkan dengan kegiatan ini semua mahasiswa siap dalam proses pembelajaran. 5. Sebelum memberi tugas kepada siswa dosen menjelaskan sedikit bagimana cara mengupload materi dan latihan di web site yang telah disediakan.

Diskripsi Hasil Penelitian Siklus II Siklus ke II dilaksanakan pada tanggal (15 November 2011) 31 Oktober 2011 dan 7 Nomber 2011 dengan materi dinamika. Sebelum pelaksanaan Sikus II peneliti menyiapkan perangkat pembelajaran yaitu rencana pembelajaran (RPP), media pembelajaran basis macomedia plash 8 dan alat evaluasi. Adapun langkah-langkah kegiatan pembelajaran Siklus II seperti dibawah: 1. Dua minggu sebelum proses pembelajaran dosen telah mengupload materi perkulihan yag kan dielajari yaitu bahan ajar, tugas dan alat evaluasi (latihan maupun quis) ke wib site yang telah disediakan. 2. Mahasiswa melaksanakan tugas untuk mempelajari materi tersebut secara mandiri melalui web site yang telah dibuat, selanjutnya merangkum materi tersebut kemudian membuat pertanyaan yang berkaitan dengan materi yang bersangkutan. Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

161


Ida Sriyanti

3. Memeriksa secara intensif apakah tugas yang diberikan oleh dosen sudah memuat semua materi yang akan dipelajari 4. Ketika Kegiatan diskusi dan tanya jawab dosen melibatkan semua mahasiswa yang ada dengan cara memanggil secara acak mahasiswa yang ada, diharapkan dengan kegiatan ini semua mahasiswa siap dalam proses pembelajaran. 5. Bersama-sama mahasiswa dosen menyimpulkan materi perkulihan yang telah di pelajari. 6. Sebelum memberi tugas kepada siswa dosen menjelaskan sedikit bagimana cara mengupload materi dan latihan di web site yang telah disediakan. 7. Dengan memanfaatkan web site yang telah dibuat, dosen memberi tugas soal latihan secara individual, termasuk memberikan soal yang mengacu pada kemampuan mahasiswa dalam memprediksi kemungkinan pengembangan materi tersebut. 8. Dengan media web site juga dosen memberi tes untuk memantau pemahaman konsep dan hasil belajar mahasiswa. 9. Dosen melakukan evaluasi diri/ refleksi untuk mengamati keberhasilan penerapan model pembelajaran e:leaning yang telah dilakukan. Setelah melakukan tindakan pelaksaaan penelitian maka peneliti melakukan evaluasi diri/refleksi untuk mengamati keberhasilan penerapan pendekatan pembelajaran interaktif berbasis konsep yang telah dilakukan. Berdasarkan Tabel 2 dibawah ini, dapat dilihat hasil belajar Fisika Zat Padat mahasiswa pendidikan Fisika Fkip Unsri pada Siklus II :

No Nilai 1 ≥ 60 2 ≤ 60 Jumlah

Tabel 2. Distribusi Hasil Tes Mahasiswa Siklus II Frekuensi (f) 36 6 42

Presentasi (%) 85,71 14,29 100

Berdasarkan Tabel 1. Mahasiswa yang telah mencapai ketuntasan belajar berjumlah 36 orang atau 85,71 %, sedangkan mahasiswa yang belum mencapai ketuntasan belajar berjumlah 6 mahasiswa atau 14,29 %. Dari data diatas menunjukan bahwa mahasiswa yang mencapai nilai ketutantasan hanya 85,71 %, ini berarti secara klasikal hasil belajara mahasiswa sudah tuntas. Oleh karena itu, penelitian ini tidak perlu dilanjutkan lagi karena sudah memenuhi 85 % ketuntasan belajar.

KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian tindakan kelas bahwa model blanded e:learning dapat meningkan hasil belajar Pendahuluan Fisika Zat Padat di Program Studi Pendidikan Fisika. Ini dapat dilihat dari meningkatnya hasil belajar mahasiswa.

UCAPAN TERIMA KASIH Peneliti mengucapkan Terima Kasih atas bantuan dana “Hibah Pengajaran Pusbandik Universitas Sriwijaya Tahun 2011.

DAFTAR PUSTAKA Awwalaliyah, Irma dan Soefendi, Muhammad. 2011. Inovasi media pembelajaran berbasis permainan tradisional dalam rangka mengembangkan pendidikan budaya dan karakter anak bangsa. Laporan Program Kreatifitas Mahasiswa. Lembaga Penelitian IPB Bogor.

162


Ida Sriyanti


Jauhari, Jauhari. 20009. Studi Terhadap penggunan Mutimedia Interaktif dalam Pembelajaran MIPA di Indonesia.Prosiding Makalah Seminar Nasional PMIPA UNY. Jensen, R.J. & Williams, B.S.1993. Technology : Implications for Middle Grades Mathematics. New York : McMilllan and Reston Liao, Y.K. 1992. Effects of Computer-assisted Intruction on Cognitive Outcomes : A Meta Analysis. Journal of Research on Computing in Education, 24 Zulkardi. 2001. RME Suatu Inovasi dalam Pendidikan Matematika di Indonesia : Suatu Pemikiran Pasca Konferensi Matematika Nasional di ITB.[Online] Tersedia : www.pmri.or.id [diakses 25 Agustus 2005].


163

PENERAPAN MODEL PEMBELAJARAN BERBASIS MASALAH DENGAN METODE ESKPERIMEN UNTUK MENINGKATKAN HASIL BELAJAR SISWA Dedy Hamdani1, Zilvi Endrayani2 dan Connie1 1

Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan MIPA Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Bengkulu Jalan Raya Kandang Limun Bengkulu 2 Afiliasi Sekolah Menengah Kejuruan Negeri 2 (SMKN 2) kota bengkulu Email: dedyham @yahoo.com

Abstrak Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui peningkatan aktivitas belajar dan hasil belajar siswa melalui penerapan model pembelajaran berbasis masalah (Problem Based Intruction, PBI) dengan metode eksperimen. Subjek penelitian ini adalah siswa kelas VIII 2 Sekolah Menengah Pertama Negeri 3 (SMPN 3) kota Bengkulu pada tahun ajaran yang berjumlah 42 orang. Penelitian ini dilaksanakan pada semester genap tahun pelajaran 2010/2011. Materi yang diujicobakan adalah konsep bunyi. Penelitian ini merupakan penelitian tindakan kelas yang dilaksanakan dalam tiga siklus, dimana setiap siklus dilakukan dalam empat tahap yaitu perencanaan, pelaksanaan tindakan, observasi, dan refleksi. Aktivitas belajar siswa diamati dengan menggunakan lembar observasi, sedangkan hasil belajar siswa diperoleh melalui tes. Data yang diperoleh dari tes dan lembar observasi dianalisis dengan menggunakan statistik deskriptif. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa skor rata-rata aktivitas belajar siswa pada siklus I adalah 25,5 (dalam kategori cukup), pada siklus II adalah 32,5 (kategori baik), dan pada siklus III adalah (kategori baik). Hasil belajar siswa pada siklus I diperoleh daya serap siswa sebesar 64,67% dan ketuntasan belajar sebesar 76,19% (belum tuntas); pada siklus II diperoleh daya serap siswa sebesar 64,43% dan ketuntasan belajar sebesar 83,33% (belum tuntas), dan pada siklus III diperoleh daya serap siswa sebesar 72,63% dan ketuntasan belajar sebesar 92,86% (tuntas). Jadi penerapan model pembelajaran berbasis masalah dengan metode eksperimen dapat meningkatkan aktivitas belajar dan hasil belajar siswa. Kata kunci: aktivitas belajar siswa, hasil belajar siswa, metode eksperimen, pembelajaran berbasis masalah

PENDAHULUAN

B

erdasarkan hasil pengamatan di Sekolah Menengah Pertama Negeri 3 (SMPN 3) kota Bengkulu, diketahui beberapa fenomena, antara lain : (1) Siswa kesulitan dalam memahami pelajaran fisika, (2) Siswa cenderung tidak termotivasi saat belajar fisika di kelas dengan menunjukkan sikap acuh pada penjelasan guru, bermalas-malasan, dan tidak tertib, (3) Pembelajaran fisika yang dilakukan oleh guru masih menggunakan metode konvensional berupa ceramah dan tugas dengan hanya menggunakan media berupa papan tulis dan buku pelajaran sehingga proses belajar mengajar di kelas tidak bervariasi atau monoton. (4) Pembelajaran fisika yang dilakukan oleh guru tidak melibatkan siswa secara langsung dalam memperoleh pengetahuan seperti kegiatan praktikum atau eksperimen. Fenomena-fenomena di atas membawa dampak, antara lain : (1) Guru harus mengulang-ulang materi yang diajarkan, hal ini dikarenakan siswa tidak belajar mandiri di luar sekolah. (2) Persentase ketuntasan belajar klasikal siswa kelas VIII2 SMPN 3 kota Bengkulu adalah 59,5 %, masih dibawah standar ketuntasan belajar mengajar (SKBM) yang telah ditetapkan dalam kurikulum fisika SMPN 3 kota Bengkulu kelas VIII yaitu 85% siswa mendapat nilai lebih dari 65. Salah satu model pembelajaran yang dapat membantu peserta didik berlatih dalam memecahkan masalah serta dapat mendorong peserta didik untuk aktif dalam pembelajaran di kelas adalah model pembelajaran berdasarkan masalah (Problem Based Instruction, PBI). PBI merupakan pendekatan 164


Penerapan Model Pembelajaran …

Dedi Hamdani, dkk.

belajar yang menggunakan permasalahan autentik dengan maksud untuk menyusun pengetahuan siswa, mengembangkan inkuiri dan keterampilan berpikir tingkat lebih tinggi, mengembangkan kemandirian dan percaya diri [1]. Tahapan model pembelajaran berbasis masalah dapat dilihat pada tabel 1 [2]. TABEL 1. Langkah-langkah model pembelajran berbasis masalah. Fase Fase-1 Tujuan pembelajaran dan Penyajian masalah

Kegiatan Guru Guru menjelaskan standar kompetensi, kompetensi dasar dan indikator yang diharapkan dan memotivasi siswa terlibat dalam pembelajaran dengan memberikan masalah otentik kepada siswa untuk didiskusikan.

Fase-2 Mengorganisasikan siswa untuk belajar

Guru mengorganisasikan siswa dalam kelompok maksimal 6 orang tiap kelompok. Guru memfasilitasi untuk membantu siswa mengidentifikasikan konsep-konsep yang berhubungan dengan masalah tersebut.

Fase-3 Membimbing penyelidikan individual maupun kelompok

Guru mendorong siswa untuk mengumpulkan informasi yang sesuai, melaksanakan eksperimen, untuk mendapatkan penjelasan dan pemecahan masalah

Fase-4 Mengembangkan dan menyajikan hasil diskusi Fase-5 Menganalisis dan mengeva-luasi proses pemecahan masalah

Guru memberikan kesempatan kepada siswa untuk mempresentasikan hasil diskusi untuk setiap kelompok

Guru melakukan refleksi atau evaluasi terhadap penyelidikan yang siswa lakukan dan proses-proses yang digunakan.

Dalam proses belajar mengajar metode dan media mempunyai peranan sangat penting. Metode adalah cara, yang dalam fungsinya merupakan alat untuk mencapai tujuan. Makin tepat metodenya, diharapkan makin efektif pula pencapaian tujuan tersebut [3]. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eskperimen. Metode eksperimen adalah suatu proses belajar mengajar dengan melibatkan siswa dalam melakukan kegiatan dengan bantuan alat-alat untuk mengetahui perlakuan proses terhadap konsep atau materi tertentu. Metode eksperimen mempunyai beberapa kelebihan, antara lain : [4] 1. Metode ini membuat anak didik lebih percaya atas kebenaran atau kesimpulan berdasarkan percobaannya sendiri daripada hanya menerima kata guru atau buku. 2. Anak didik dapat mengembangkan sikap untuk mengadakan studi eksplorasi (menjelajahi) tentang ilmu dan teknologi, suatu sikap yang dituntut dari seorang ilmuwan, dan


165


3.

Dedi Hamdani, dkk.

Dengan metode ini akan terbina manusia yang dapat membawa terobosan-terobosan baru dengan penemuan sebagai hasil percobaannya yang diharapkan dapat bermanfaat bagi kesejahteraan hidup manusia.

METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini merupakan penelitian tindakan kelas (Classroom Action Research). Penelitian tindakan kelas adalah penelitian tindakan yang dilakukan di kelas dengan tujuan memperbaiki atau meningkatkan mutu praktik pembelajaran. Selain bertujuan untuk meningkatkan mutu pembelajaran di kelas penelitian tindakan kelas (PTK) juga bertujuan untuk mening-katkan kegiatan nyata guru dalam pengembangan profesionalnya [5]. Penelitian dilakukan di SMPN 3 kota Bengkulu pada semester ganjil tahun pelajaran 2010/2011. Subjek penelitian adalah siswa kelas VIII2 SMPN 3 kota Bengkulu yang berjumlah 42 orang, yang terdiri dari 24 orang perempuan dan 18 orang laki - laki. Penelitian ini akan dilakukan dalam tiga siklus dimana setiap siklus terdiri dari 4 tahap yaitu : (1) perencanaan (planning), (2) pelaksanaan tindakan (action), (3) observasi (observation), dan (4) refleksi (reflection). Kegiatan yang dilakukan dalam tahap perencanaan adalah mempersiapkan semua instrumen yang dibutuhkan dalam penelitian seperti : a) membuat rencana pelaksanaan pembelajaran, b) mempersiapkan lembar observasi, c) mempersiapkan Lembar Kerja Siswa (LKS), dan d) mempersiapkan instrumen tes siklus. Pada tahap tindakan, dilakukan proses pembelajaran model pembelajaran berbasis masalah dengan menggunakan metode eksperimen. Pada tahap observasi, dua orang pengamat mengamati proses pembelajaran yang dilaksanakan dengan mengisi lembar observasi aktivitas siswa. Pada tahap refleksi, hal-hal yang sudah dicapai dan belum tercapai diidentifikasi sebagai acuan untuk melakukan perbaikan pada siklus selanjutnya. Instrumen penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah 1) lembar observasi siswa, digunakan untuk mengetahui aktivitas belajar siswa dalam mengikuti proses belajar mengajar, 2) tes siklus, dilakukan untuk mengukur tingkat penguasaan konsep siswa terhadap materi pelajaran setiap siklus, 3) lembar kerja siswa (LKS), digunakan untuk mengukur keterampilan siswa dalam merencanakan dan mengkomunikasikan percobaan. Data aktivias siswa diperoleh dari skor hasil lembar observasi aktivitas siswa. Lembar observasi aktivitas siswa terdiri dari 13 item dimana skor yang digunakan adalah baik (skor 3), cukup (2) dan kurang (1). Dua orang pengamat masing-masing mengamati aktivias belajar siswa dan mengisi lembar observasi aktivitas siswa sesuai dengan hasil pengamatan yang mereka lakukan. Skor hasil pengamatan kedua pengamat kemudian dirata-ratakan untuk memperoleh skor aktivitas siswa. Nilai tes siklus (70%) dan nilai laporan LKS (30%) digunakan sebagai data hasil belajar siswa. Data ini kemudian diolah secara deskriptif dan dianalisis dengan menggunakan persamaan nilai rata-rata kelas, standar deviasi, daya serap siswa, persentase ketuntasan belajar dan nilai akhir tiap siklus. Nilai rata-rata kelas ( x ) dihitung dengan menggunakan persamaan [6]

x dimana

x

(1)

N

x adalah jumlah nilai seluruh siswa dan N adalah jumlah siswa. Standar deviasi (S)

dihitung dengan mengunakan persamaan [6]

S

xi

x

N 1

2

(2)

dimana N adalah jumlah siswa. Daya serap siswa (DS) dihitung dengan menggunakan persamaan [7]

DS

NS S Ni

(3)

dimana NS adalah jumlah nilai seluruh siswa, Ni adalah nilai ideal dan S adalah jumlah peserta tes. Persentase ketuntasan belajar (KB) dihitung dengan menggunakan persamaan [7]

KB

n 100% n

dimana n’ adalah jumlah siswa yang mendapat nilai ≥ 65 dan n adalah jumlah peserta tes. 166


(4)


Dedi Hamdani, dkk.

HASIL DAN PEMBAHASAN Skor aktivitas belajar siswa diperlihatkan pada tabel 2. Dari tabel terlihat bahwa aktivitas belajar siswa mengalami peningkatan, dimana aktivitas belajar siswa pada siklus III lebih besar daripada aktivitas belajar siswa pada siklus II dan aktivitas belajar siswa pada siklus II lebih besar daripada aktivitas belajar siswa pada siklus I. Skor aktivitas belajar siswa pada siklus I adalah 25,5 (berada dalam kategori cukup), pada siklus II adalah 32,5 (kategori baik), pada siklus III adalah 36 (kategori baik). TABEL 2. Skor aktivitas belajar siswa Tahap - tahap 1.

Tujuan pembelajaran dan Penyajian masalah.

2. Mengorganisasikan siswa untuk belajar

3. Membimbing penyelidikan individual maupun kelompok (melaksanakan eksperimen)

4. Mengembangkan dan menyajikan hasil diskusi 5. Menganalisis dan mengevaluasi proses pemecahan masalah yang dilakukan oleh siswa.

Aspek yang diamati 1. Mendengarkan dan memahami tujuan pembelajaran. 2. Mendengarkan masalah autentik (masalah dalam dunia nyata) 3. Mendefinisikan istilah dan konsep yang belum jelas berkaitan dengan masalah tersebut. 4. Membentuk kelompok maksimal 7 orang tiap kelompok. 5. Menyiapkan alat-alat yang difasilitasi oleh guru untuk mengidentifikasikan konsep-konsep yang berhubungan dengan masalah tersebut. 6. Mengumpulkan informasi yang sesuai dari berbagai sumber. 7. Melaksanakan eksperimen untuk memecahkan masalah tersebut. 8. Mengerjakan LKS. 9. Mendiskusikan hasil percobaan. 10. Mengemukakan hipotesis atau gagasannya. 11. Membuat hasil diskusinya. 12. Mempresentasikan hasil diskusinya. 13. Melakukan refleksi atau evaluasi terhadap penyelidikan yang telah dilakukan dan proses-proses yang digunakan. Total Skor Kriteria Penilaian

Skor pada Siklus I II III 2 3 3 2

2,5

3

1,5

2

2,5

2

3

3

2

2

3

2

2,5

2,5

2

2,5

3

2 2 1,5 2,5 2

2 3 2 2,5 3

2,5 3 2 3 3

2

2,5

2,5

25,5 C

32,5 B

36,0 B

Hasil belajar siswa dapat dilihat pada tabel 3. Dari tabel 3 terlihat bahwa nilai rata-rata siswa dan ketuntasan belajar mengalami peningkatan. Nilai rata-rata siswa pada siklus I adalah 64,7; pada siklus II adalah 64,4 dan pada siklus III adalah 72,6. Ketuntasan belajar siswa pada siklus I adalah 76,2%, pada siklus II adalah 83,3% dan pada siklus III adalah 93,9% pada siklus III. Berdasarkan hasil ini maka dapat dikatakan bahwa hasil belajar siswa meningkat setiap siklusnya. Pada siklus III, hasil belajar siswa lebih baik dari dua siklus sebelumnya, hal ini menunjukkan bahwa hasil belajar siswa di kelas VIII2 SMPN 3 kota Bengkulu sudah baik. TABLE 3. Hasil belajar siswa.

Hasil Belajar Nilai terendah Nilai tertinggi Nilai rata-rata Standar deviasi Daya serap (%) Ketuntasan belajar (%) Kategori

I 47,5 86,7 64,7 9,2 64,7 76,2 Belum Tuntas

Siklus II 39,0 74,5 64,4 7,2 64,4 83,3 Belum Tuntas

III 52,0 93,0 72,6 8,4 72,6 92,9 Tunta s


167


Dedi Hamdani, dkk.

KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan diperoleh kesimpulan sebagai berikut: 1. Penerapan model pembelajaran berbasis masalah dengan metode eksperimen dapat meningkatkan aktivitas belajar siswa kelas kelas VIII2 SMPN 3 kota Bengkulu. Hal ini dapat dilihat dari skor rata-rata aktivitas belajar siswa. Skor rata-rata aktivitas belajar siswa pada siklus I sebesar 25,5 dengan kategori cukup, pada siklus II sebesar 32,5 dengan kategori baik dan siklus III sebesar 36,0 dengan kategori baik. 2. Penerapan model pembelajaran berbasis masalah dengan metode eksperimen dapat meningkatkan hasil belajar siswa kelas VIII2 SMPN 3 kota Bengkulu. Hal ini terlihat dari peningkatan hasil belajar dan ketuntasan belajar siswa. Hasil belajar siswa pada siklus I adalah 64,7 dengan ketuntasan belajar 76,2% (belum tuntas). Hasil belajar siswa pada siklus II adalah 64,4 dengan ketuntasan belajar 83,3% (belum tuntas). Hasil belajar siswa pada siklus III adalah 72,6 dengan ketuntasan belajar 92,9% (tuntas). SARAN Hasil penelitian ini menunjukan bahwa penerapan model pembalajaraan berbasis masalah dengan metode eksperimen dapat meningkatkan aktivitas belajar dan hasil belajar dan aktivitas siswa. Namun demikian hasil penelitian ini akan baik masalah autentik yang diberikan kepada siswa lebih bervariasi lagi. Selain itu, siswa juga harus diingatkan untuk mempelajari materi yang akan dipelajari di rumah agas mereka dapat menjawab pertanyaan dengan lebih baik. Dengan demikian, penerapan model pembalajaraan berbasis masalah dengan metode eksperimen dapat dijadikan salah satu alternatif dalam pembelajaran fisika.

DAFTAR PUSTAKA 1. Trianto, Model-Model Pembelajaran Inovatif Berorien-tasi Konstruktivistik. Jakarta : Prestasi Pustaka, 2007, pp.68 2. Supriyati, Yetti dan Sri Anitah W, Strategi Pembela-jaran Fisika, Jakarta : Universitas Terbuka, 2007, pp. 10.8. 3. Suryosubroto, B., Proses Belajar Mengajar di Sekolah. Jakarta : Rineka Cipta, 2009, pp. 141. 4. Djamarah, Syaiful Bahri, Guru dan Anak Didik dalam Interaksi Edukatif, Jakarta : Rineka Cipta, 2005, pp. 235 5. Suhardjono, Suharsimi Arikunto dan Supardi, Penelitian Tindakan Kelas, Jakarta : Bumi Aksara, 2009, pp. 58. 6. Sudjana, Nana, Penilaian Hasil Proses Belajar Mengajar, Bandung : PT Remaja Rosdakarya, 2004, pp.67. 7. Depdikbud. Kurikulum Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama (SLTP) Petunjuk Teknis Mata Pelajaran Matematika, Jakarta : Depdikbud, 1995, pp.33.

168


PENGARUH METODE INKUIRI TERBIMBING BERBASIS LABORATORIUM IPA TERHADAP PENINGKATKAN HASIL BELAJAR SISWA SMAN 5 KOTA BENGKULU Andik Purwanto1 dan Indra Sakti Lubis2,* 1

Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Bengkulu Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Bengkulu * Email: [email protected]

2

Abstrak Penelitian bertujuan untuk mengetahui adakah pengaruh penerapan metode inkuiri terbimbing berbasis laboratorium IPA terhadap peningkatan hasil belajar fisika siswa kelas X di SMA Negeri 5 Kota Bengkulu. Penelitian ini merupakan penelitian kuasi-eksperimen yang dilaksanakan dalam tiga kali pertemuan dengan populasi siswa kelas X SMA Negeri 5 Kota Bengkulu. Sampel penelitian diambil menggunakan teknik simple random sampling sehingga diperoleh kelas X.E yang berjumlah 28 siswa sebagai kelas eksperimen dan kelas X.F yang berjumlah 28 siswa sebagai kelas kontrol. Pengambilan data penelitian dengan menggunakan instrumen tes hasil belajar (30 butir) pada konsep kalor. Analisis data menggunakan uji-t dua sampel independen, diperoleh hasil skor rata-rata posttest kelas eksperimen berbeda secara signifikan dengan rata-rata skor posttest kelas kontrol, dengan thitung 4,15> ttabel 2,01 pada taraf signifikan 0,05 untuk kelas eksperimen dimana sebelumnya telah dilakukan uji normalitas dan uji homogenitas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat pengaruh metode inkuiri terbimbing berbasis laboratorium IPA terhadap hasil belajar fisika siswa kelas X di SMA Negeri 5 Kota Bengkulu. Kata kunci: metode inkuiri terbimbing, laboratorium IPA, hasil belajar fisika

PENDAHULUAN

T

eori pembelajaran konstruktivisme menjelaskan bahwa manusia membangun atau menciptakan pengetahuan dengan cara mencoba memberi arti pada pengetahuan sesuai dengan pengalamannya (Nurhadi dalam Sri Sulastri, 2010). Dalam pembelajaran sains guru hendaknya menyadari akan hal ini, kebermaknaan suatu pembelajaran akan terjadi apabila memberikan kesempatan kepada siswa untuk membangun pengetahuan mereka sendiri. Pembelajaran sains tentunya tidak dapat dipisahkan dari hakikat sains. Hakikat sains merupakan suatu proses inkuiri atau proses mencari informasi untuk menjawab suatu masalah yang hasilnya merupakan kumpulan prinsip, konsep, kaidah tentang tingkah laku sains. Berdasarkan Permendiknas Nomor 22 tahun 2006, pembelajaran fisika di SMA dilaksanakan secara inkuiri ilmiah untuk menumbuhkan kemampuan berpikir, bekerja dan bersikap ilmiah serta berkomunikasi sebagai salah satu aspek penting kecakapan hidup. Tujuan pembelajaran fisika di SMA menghendaki bahwa dalam mengajarkan fisika di SMA guru diminta untuk mencapai produk IPA dan proses IPA. Ini berarti bahwa selain mengembangkan fakta-fakta, konsep-konsep, dan prinsip-prinsip guru juga harus mengembangkan keterampilan-keterampilan proses serta sikap ilmiah para siswa. Sudah banyak usaha yang dilakukan untuk meningkatkan mutu pembelajaran fisika di sekolah namun pada kenyataannya masih tetap ada yang belum memberikan hasil yang memuaskan. Siswa masih mengeluh jika dihadapkan pada mata pelajaran fisika.


169

Pengaruh Metode Inkuiri …

Andik Purwanto & Indra Sakti Lubis

Hasil pengamatan di SMAN 5 Kota Bengkulu, pada aspek kognitif, siswa dalam katagori tuntas dalam pembelajaran fisika. Tetapi jika di lihat pada ranah psikomotorik, ternyata kinerja ilmiah belum baik. Salah satu upaya yang dapat dilakukan adalah dengan mencoba menerapkan metode pembelajaran inkuiri. Dalam metode pembelajaran inkuiri ini, siswa dihadapkan pada sebuah masalah yang tidak sengaja dibuat oleh guru atau hasil “rekayasa”, sehingga siswa harus mengerahkan seluruh pikiran dan keterampilannya untuk mendapatkan temuan-temuan di dalam masalah itu melalui poses penelitian. Peran guru di dalam pembelajaran inkuiri lebih sebagai pemberi bimbingan, arahan jika diperlukan siswa. Dalam proses inkuiri siswa di tuntut bertanggung jawab penuh terhadap proses belajarnya, guru hanya menyesuaikan diri dengan kegiatan yang dilakukan oleh siswa agar tidak mengganggu proses belajar siswa (Sofan Amri, 2010). HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini telah membuktikan bahwa penggunaan metode inkuiri terbimbing pada mata pelajaran fisika siswa kelas X.E SMA Negeri 5 Kota Bengkulu terhadap hasil belajar telah terbukti berhasil meningkatkan hasil belajar siswa. Hal ini terlihat dari rata-rata skor posttest kedua kelas. Terlihat bahwa kelas ekpserimen yang diajarkan menggunakan metode inkuiri dengan alat laboratorium IPA dari pertemuan 1 sampai ke pertemuan 3 memiliki rata-rata skor posttest yang lebih tinggi dari pada rata-rata skor posttest siswa pada kelas kontrol yang di ajarkan menggunakan metode konvensional. Setelah di rata-ratakan, diperoleh skor posttest kelas kontrol yaitu 75,6 dan rata-rata skor posttest kelas eskperimen yaitu 82,5. Artinya terdapat perbedaan yang signifikan antara peningkatan hasil belajar dengan menggunakan metode inkuiri terbimbing menggunakan alat laboratorium IPA dengan peningkatan hasil belajar dengan menggunakan metode konvensional, sebagaimana terlihat pada Tabel 1. Untuk lebih meyakinkan hasil perhitungan tersebut. Dilakukan perhitungan hasil belajar dengan menggunakan normalizad gain rata-rata. Dari hasil perhitungan terlihat bahwa rata-rata N-gain siswa kelas eksperimen yaitu 0,66 dan kelas kontrol memperoleh Ngain rata-rata 0,53, disini jelas bahwa rata-rata N-gain siswa pada kelas eksperimen lebih tinggi dari pada rata-rata N-gain siswa kelas kontrol. Pada penelitian ini, terdapat dua kelas yang dijadikan sebagai sampel penelitian yaitu kelas X.E sebagai kelas eksperimen dan kelas X.F sebagai kelas kontrol. Pada kelas eksperimen yang proses pembelajarannya menerapkan metode pembelajaran inkuiri terbimbing dengan menggunakan alat laboratorium IPA dimana pembelajaran ini terdiri dari 6 langkah, yaitu (1) orientasi, (2) merumuskan masalah, (3) merumuskan hipotesis, (4) mengumpulkan data, (5) menguji hipotesis, dan (6) merumuskan kesimpulan. Sedangkan pada kelas kontrol proses pembelajarannya menggunakan metode konvensional yaitu metode ceramah yang disertai dengan demonstrasi dan diskusi. Untuk mengetahui peningkatan hasil belajar, siswa diberi soal pretest untuk menguji kemampuan awal siswa dan soal posttest untuk menguji kemampuan akhir setelah di beri perlakuan. Selanjutnya dilakukan perhitungan peningkatan hasil belajar pada kelas eksperimen dengan menggunakan normalizad gain rata-rata. Dari hasil perhitungan rata-rata N-gain siswa kelas eksperimen yaitu 0,66 dan kelas kontrol memperoleh N-gain rata-rata 0,53, disini jelas bahwa rata-rata N-gain siswa pada kelas eksperimen lebih tinggi dari pada rata-rata N-gain siswa kelas kontrol. Tingginya hasil belajar siswa pada kelas eksperimen yang di ajarkan dengan menggunakan metode inkuiri ini sesuai dengan pernyataan yang dinyatakan oleh Amri (2010) yang menyatakan bahwa inkuiri dapat mengoptimalkan keterlibatan pengalaman langsung siswa dalam proses pembelajaran. Inkuiri didesaian untuk membelajarkan proses penelitian yang dapat mempengaruhi cara siswa memproses informasi dan mengembangkan komitmen terhadap inkuiri ilmiah. Inkuiri juga merangsang pengembangan sikap keterbukaan dan kemampuan untuk mengambil keputusan dengan cara yang tepat dan semangat kerjasama yang tinggi. Pembelajaran menggunakan metode inkuiri ini memberikan peningkatan hasil belajar peserta didik, karena dapat membantu pemahaman peserta didik tentang materi yang relatif abstrak menjadi lebih konkrit. Hal ini sejalan dengan pendapat Heinich, Molenda dan Russel (1982) dalam Prayitno (1989) yang menyatakan bahwa metode pengajaran dalam pembelajarkan dapat mengkonkritkan ideide atau gagasan yang bersifat konseptual, sehingga mengurangi kesalahpahaman peserta didik dalam mempelajari dan memberikan pengalaman-pengalaman yang nyata dan merangsang aktifitas diri sendiri untuk belajar, sehingga peserta didik tergugah untuk melakukan kegiatan belajar. Dengan 170




keaktifan peserta didik ini akan meningkatkan motivasi pada peserta didik untuk belajar, yang pada akhirnya berpengaruh terhadap hasil belajar peserta didik. Metode pembelajaran inkuiri dalam perkembangannya mempunyai peranan yang penting terhadap pendidikan di sekolah. Dalam pelaksanaannya, metode pembelajaran inkuiri berperan penting baik bagi guru maupun bagi siswa dalam proses pembelajaran, karena metode pembelajaran inkuiri menitik beratkan kepada keaktifan siswa di dalam proses pembelajaran sedangkan guru berperan sebagai fasilitator dan motivator di dalam proses pembelajaran, dan tidak menjadikannya guru sebagai satu-satunya sumber belajar. Model pembelajaran inkuiri merupakan suatu proses untuk mengembangkan kemampuan intelektual siswa mulai dari kemampuan emosional maupun kemampuan keterampilan. Kemampuan intelektual siswa akan terlihat dari cara siswa merumuskan masalah dan membuat suatu hipotesa terhadap suatu permasalahan, kemampuan emosional terlihat dari cara siswa bekerja dalam kelompoknya, saling membagi tugas maupun pengetahuan, sedangkan kemampuan keterampilan terlihat dari cara siswa menggunakan alat-alat laboratorium dalam pelaksanaan eksperimen. Oleh karena itu melalui implementasi metode pembelajaran inkuiri terbimbing bukan aspek hasil belajar kognitif siswa saja yang dapat meningkat, melainkan aspek psikomotor dan afektif siswa juga dapat meningkat TABEL 1. Hasil Uji-t data hasil belajar siswa Hasil Pretes

Postes

Kelas

N

Rata-Rata

Varians

t-hitung

t-tabel

Kesimpulan

Eksperimen

28

49,3

57,9

0,04

2,01

Kontrol

28

49,2

99,3

Tidak Berbeda Signifikan

Eksperimen

28

82,5

68,8

4,15

2,01

Berbeda Signifikan

Kontrol

28

75,6

67,5

Metode konvensional yang diterapkan pada kelas kontrol adalah metode ceramah yang disertai dengan latihan soal. Proses pembelajaran dengan metode konvensional berbeda dengan proses pembelajaran dengan metode inkuiri. Pada awal pelajaran guru mendemonstrasikan hal-hal yang berhubungan dengan materi pelajaran, selanjutnya guru membagikan lembar diskusi kepada siswa dan kemudian guru menerangkan materi pelajaran. Peserta didik mendengarkan, dan mencatat apa saja yang penting bagi peserta didik. Selanjutnya siswa diminta untuk mengerjakan soal-soal yang ada pada lembar diskusi, kemudian diminta beberapa orang siswa untuk mengerjakan dan menulis jawaban dari soal ke papan tulis. Kemudian dilakukan tanya jawab mengenai isi jawaban soal tersebut. Keaktifan peserta didik muncul pada saat peserta didik diberikan suatu masalah untuk didiskusikan bersama dalam kelompok dan dalam mengerjakan soal. Untuk mengetahui apakah hasil belajar tersebut sudah memenuhi kriteria dengan konsep belajar tuntas dengan taraf pengharapan penguasaan materi sebesar ≥75% siswa mendapat nilai ≥75 dari jumlah sampel dipakai perhitungan prosentase. Hasil perhitungan prosentase dalam penelitian ini untuk ranah kognitif pada kelompok kontrol sebesar 50% dan kelompok eksperimen sebesar 82,14%. Dari hasil perhitungan diatas perbedaan hasil pencapaian ketuntasan belajar antara kelompok kontrol dan kelompok eskperimen sebesar 32,14%. Disini terlihat bahwa kelas eksperimen telah mencapai ketuntasan belajar dan untuk kelas kontrol belum berhasil mencapai kriteria belajar tuntas. Berdasarkan sebaran angket yang diberikan kepada siswa, diketahui bahwa siswa memberikan tanggapan sangat baik terhadap penerapan pembelajaran metode inkuiri terbimbing berbasis laboratorium IPA dengan prosentase skor rata-rata sebesar 89%. Tanggapan baik yang dikemukakan siswa menunjukkan perasaan senang para siswa terhadap fisika melalui pembelajaran metode inkuiri terbimbing berbasis laboratorium IPA, menunjukkan ketertarikan siswa terhadap percobaan berbasis laboratorium IPA, dan menunjukkan kesungguhan siswa dalam mempelajari materi kalor dengan metode inkuiri terbimbing berbasis laboratorium IPA.


171



UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih diletakkan pada bagian akhir makalah sebelum referensi. Jenis huruf dan ukuran yang digunakan adalah Times New Roman dengan ukuran 10 pt. DAFTAR PUSTAKA 1.

Amri, Sofan dan Ahmad, Khoiru, Proses Pembelajaran Kreatif dan Inovatif dalam Kelas, Jakarta: Prestasi Pustaka, 2010.

2.

Sulastri, Sri., Identifikasi Kondisi laboratorium IPA dan Penggunaannya di AMPN di Wilayah Jakarta Selatan. Jurnal Lingkar Mutu Pendidikans (2011).

3.

Mthethwa ,Shirley.,Inquiry Based Method: A Case Study to Reduce Levels of Resistance, International Journal of Teaching and Learning in Higher Education (2011).

4.

Refirman, dkk., Pengelolaan Laboratorium IPA.Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan (1994).

5.

Purwanto, Tujuan Pendidikan dan Hasil Belajar. Surakarta: Jurnal Tujuan Pendidikan dan Hasil Belajar Domain dan Taksonomi, 2005.

172


UPAYA MENINGKATKAN KEMAMPUAN GURU FISIKA MELALUI PENERAPAN CONTEXTUAL TEACHING AND LEARNING (CTL) DI SMA NEGERI 2 MUARA ENIM Giyono Guru SMAN 2 Muara Enim Email: [email protected]

Abstrak Penelitian ini dilaksanakan di SMA Negeri 2 Muara Enim, bertujuan untuk meningkatkan kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika melalui pendekatan contextual teaching and learning di SMA Negeri 2 Muara Enim. Penelitian ini merupakan penelitian tindakan sekolah dengan variabel bebas: pembelajaran dengan pendekatan Contextual Teaching an Learning, variabel terikat meliputi: (1) kemampuan guru fisika. Untuk variabel kontrol meliputi: pengetahuan awal siswa, guru; dan materi pelajaran. Langkah-langkah penelitian tindakan sekolah ini meliputi 4 tahap, yaitu: (1) perencanaan (planing); (2) pelaksanaan (action); (3) pengamatan (observation); dan (4) refleksi (reflection). Pembahasan hasil supervisi kemampuan guru dalam proses pembelajaran dengan penerapan pendekatan Contextual Teaching an Learning dianalisis dan diberi nilai sesuai dengan instrumen supervisi. Prestasi belajar fisika siswa membandingkan nilai yang telah dicapai siswa dengan kriteria ketuntasan minimal (KKM) yang telah ditetapkan, dengan menganalisis nilai tertinggi, terendah, dan rata-rata, serta standar deviasi. Untuk minat belajar fisika siswa dianalis dengan skala Likert, dengan melihat minat belajar fisika: (a) sangat rendah; (b) rendah; (c) tinggi; dan (d) sangat tinggi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa: 1) kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika dari kondisi awal awal 67,48, siklus pertama 68,50, dan siklus kedua menjadi 93,25. Berdasarkan kriteria keberhasilan rata-rata prestasi belajar fisika kelas XI-IPA sebesar ≥ 90 (Amat Baik), maka tindakan dalam proses pembelajaran fisika dengan penerapan pendekatan CTL dapat meningkatkan kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika, 2) minat siswa belajar fisika pada kondisi awal sangat rendah 11,03 %, rendah 54, 54 %, tinggi 34,4 %, dan sangat tinggi nol; tindakan pada siklus pertama sangat rendah 1,94 %, rendah 43,50 %, tinggi 42,85 %, dan sangat tinggi 11,68 %; tindakan pada siklus kedua sangat rendah nol, rendah 13,63 %, tinggi 49,35 %, dan sangat tinggi 37,01%. Berdasarkan kriteria keberhasilan kategori tinggi + sangat tinggi atau positip + sangat positip mencapai rata-rata ≥ 85 %, maka tindakan penerapan CTL dalam proses pembelajaran fisika yang memiliki rata-rata tinggi + sangat tinggi mencapai rata-rata 86,36 %, dengan demikian maka penerapan pendekatan CTL dalam proses pembelajaran fisika dapat meningkatkan minat belajar fisika siswa, dan 3) prestasi belajar fisika siswa pada kondisi awal memiliki rata-rata 72,64, siklus pertama memiliki rata-rata 74,89, dan pada siklus kedua memiliki rata-rata 80,36. Berdasarkan kriteria keberhasilan rata-rata prestasi belajar fisika kelas XI-IPA sebesar 78,50, maka tindakan dalam proses pembelajaran fisika dengan penerapan pendekatan CTL dapat meningkatkan prestasi fisika siswa. Kata kunci: kemampuan guru, contextual teaching and learning (CTL), minat belajar fisika, dan prestasi belajar fisika)

PENDAHULUAN

G

uru Fisika diharapkan dapat menerapkan pendekatan pembelajaran fisika yang tepat dan sesuai dengan ciri serta karakter dari mata pelajaran fisika itu sendiri. Tetapi pada kenyataanya sistem pengajaran fisika masih tekstual dan hafalan, tidak faktual, kontekstual dan konseptual sehingga tidak mampu membentuk budaya ilmu dan membangun individu untuk belajar (Djohar, 2006: 3). Guru Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

173

Upaya Meningkatkan Kemampuan Guru …

Giyono

setelah masuk kelas membuka buku pelajaran fisika dan mulai mengajar dengan menjelaskan hukumhukum dan persamaan matematisnya. Selanjutnya guru membahas beberapa contoh soal yang pemecahannya menggunakan persamaan matematis yang sarat dengan hitungan matematis. Setiap pelajaran fisika yang dihadapi siswa hanya antara menghafalkan rumus-rumus dan berhitung soalsoal. Hingga siswa menjadi mengantuk dan mengalami kejenuhan di dalam kelas. Proses pembelajaran fisika cara demikian sangat membosankan siswa, karena merasa tidak bermakna bagi dirinya. Akibatnya, siswa tidak merasa tertarik dan tidak berminat untuk belajar fisika lebih lanjut, sehingga siswa tidak akan aktif membangun pengetahuannya sendiri. Karakteristik ideal dalam proses pembelajaran fisika mengarahkan dan melibatkan pada kegiatan yang mendorong siswa untuk lebih aktif dan kreatif berinteraksi dengan objek yang nyata serta menyenangkan. Berdasarkan teori konstruktivistik (Depdiknas, 2002: 10-11), bahwa pengetahuan dibangun oleh manusia sedikit demi sedikit, yang hasilnya diperluas melalui konteks yang terbatas dan tidak sekonyong-konyong. Pengetahuan bukan seperangkat fakta, konsep, atau kaidah yang siap untuk diambil dan diingat. Manusia harus mengkontruksi pengetahuan itu dan memberi makna melalui pengalaman nyata. Dengan demikian, keterampilan siswa diperoleh dari konteks yang terbatas dan sedikit demi sedikit. Ketika belajar, siswa memperoleh banyak kesempatan untuk mengkonstruksikan sendiri pengetahuannya. Berdasarkan filosofi ini, maka peran guru hanya sebagai pendamping dan pendorong untuk membantu siswa membangun pengetahuan didalam benaknya sendiri dengan cara pembelajaran yang membuat informasi menjadi lebih bermakna bagi siswa. Diharapkan siswa akan lebih berminat dan antusias dalam belajar fisika, sebagai hasilnya belajar fisika tidak menjenuhkan, tidak membosankan serta tidak menakutkan tetapi belajar fisika menjadi lebih indah dan menyenangkan. Dari permasalahan tersebut yang dapat dilakukan di lapangan sebagai guru adalah meningkatkan kualitas pendidikan pada setiap satuan pendidikan melalui peningkatan kualitas proses pembelajaran. Inti permasalahan pendidikan adalah proses pembelajaran. Seperti yang disampaikan oleh Miarso (2004: 242) bahwa salah satu masalah pendidikan yang kita dihadapi adalah masalah pembelajaran. Masalah ini sangat kompleks karena meliputi semua unsur atau komponen yang terkait serta pada semua lapisan kegiatan. Masalah kualitas dapat dijabarkan lebih lanjut pada mutu komponen yang terkait seperti guru, peserta didik, buku, sarana prasarana, proses, dan lain-lain. Pembelajaran fisika masih banyak bersifat konvensional dengan ciri yang menonjol bersifat guru sentris/berpusat pada guru, aktivitas proses pembelajaran masih didominasi oleh guru. Seperti diungkapkan oleh Jaskarti (2004: 3) bahwa kondisi pendidikan fisika menunjukkan indikasi bahwa pola pembelajaran yang dikembangkan oleh guru cenderung masih bersifat guru sentris (teacher centered), sehingga peserta didik justru sering menjadi objek pasif dalam pembelajaran. Kondisi demikian jelas menyebabkan interaksi yang searah yaitu dari guru ke peserta didik saja, sehingga menghambat kreativitas, tidak mendorong pengembangan potensi siswa. Akibat lebih jauh prestasi belajar yang dicapai oleh peserta didik juga tidak optimal karena guru hanya mengisi pikiran peserta didik dengan konsep-konsep materi mata pelajaran yang bersifat hafalan. Dan dijejali dengan rumus-rumus belaka. Pembelajaran fisika masih berorientasi pada buku sebagai sumber referensi yang utama sehingga lebih bersifat tekstual, akibatnya pembelajaran fisika yang terjadi menjadi membosankan. Hakikat pendidikan fisika adalah realita alam, yaitu pembelajaran berorientasikan pada peserta didik sebagai subjek belajar yang mampu membaca gejala-gejala dan fenomena alam, interaksi langsung antara peserta didik dengan objek belajar di lingkungan akan mendorong peserta didik untuk lebih aktif dan proses pembelajaran lebih bermakna. Berdasarkan hasil refleksi awal peneliti dan guru fisika dalam proses pembelajaran fisika di SMA Negeri 2 Muara Enim, diperoleh bahwa: (1) dalam pengelolaan pembelajaran fisika di kelas pada umumnya siswa bersifat pasif, tidak munculnya pertanyaan dari peserta didik, tidak menjawab pertanyaan yang disampaikan oleh guru dengan tertib, peserta didik belum mengajukan pendapat, kelas terlihat gaduh, perhatian peserta didik terhadap proses pembelajaran yang kurang, hal ini terlihat dengan adanya beberapa peserta didik yang melakukan aktivitas lain, menoleh ke arah teman lain, dan berbicara dengan teman; (2) metode pembelajaran yang dikembangkan oleh guru cenderung hanya ceramah dan dengan diselingi tanya jawab, sehingga proses belajar mengajar fisika hanya didominasi oleh guru; (3) pembelajaran yang dikembangkan bersifat tekstual dengan buku sebagai sumber pembelajaran yang utama serta kurang optimalnya penggunaan sumber belajar lain maupun media pembelajaran; (4) penilaian yang dikembangkan oleh guru berorientasi pada aspek kognitif, 174



Giyono

dan belum menyentuh pada penilaian proses pembelajaran; (5) hasil belajar siswa masih kurang optimal yang pada umumnya nilai ulangan masih di bawah Kriteria Ketuntasan Minimal (KKM); (6) siswa cenderung kurang berminat untuk belajar fisika. Untuk mewujudkan proses pembelajaran yang dapat lebih melibatkan peran aktif peserta didik serta melatih peserta didik memiliki pola pikir yang kritis, penilaian dengan menerapkan authentic assessment maka pemilihan pendekatan dalam proses pembelajaran fisika yang tepat salah satunya adalah pendekatan Contextual Teaching and Learning (CTL). Dengan menerapan 7 (tujuh) pilar komponen CTL yang meliputi: (1) belajar dengan mengkontruksi; (2) inquiri; (3) bertanya; (4) masyarakat belajar; (5) pemodelan; (6) refleksi; dan (7) penilaian autentik. Dengan menerapkan tujuh pilar tersebut diharapkan dapat lebih meningkatkan kemampuan guru fisika pada proses pembelajaran.

PERMASALAHAN Dari latar belakang masalah yang telah dikemukakan tersebut, maka dapat disusun rumusan permasalahan sebagai berikut: 1) bagaimana upaya meningkatkan kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika dengan penerapan pendekatan Contextual Teaching and Learning (CTL) pada siswa; 2) bagimana upaya meningkatkan minat belajar fisika melalui penerapan pendekatan CTL pada siswa; dan 3) bagaimana upaya meningkatkan prestasi belajar fisika melalui penerapan pendekatan CTL pada siswa kelas.

TUJUAN Tujuan penelitian ini adalah: 1) meningkatkan kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika dengan penerapan pendekatan CTL; 2) meningkatkan minat belajar fisika melalui penerapan pendekatan CTL pada siswa; dan 3) meningkatkan prestasi belajar fisika melalui penerapan pendekatan CTL pada siswa.

METODE PENELITIAN Metode penelitian yang dipakai adalah penelitian tindakan sekolah. Langkah-langkah penelitian tindakan sekolah dalam penelitian ini diadopsi dari model spiral Kemmis dan Taggart (1990: 29). Model penelitian ini meliputi empat tahap pada setiap siklusnya, yaitu: (1) perencanaan (planning), (2) pelaksanaan (action), (3) observasi (observation), dan (4) refleksi (reflection). Langkah-langkah tersebut dapat dilihat pada Gambar 1 berikut:

Perencanaan Refleksi

SIKLUS I

Pelaksanaan

Pengamatan Perencanaan

Refleksi

SIKLUS II

Pelaksanaan

Pengamatan

?

Gambar 1. Langkah-langkah Penelitian Tindakan Sekolah (Dirjen PMPTK Kemendiknas. 2010: 12) Sebelum melaksanakan tahapan-tahapan tersebut peneliti melakukan persiapan penelitian yaitu dengan observasi dan wawancara. Kegiatan ini dilaksanakan untuk mendapatkan gambaran awal tentang keadaan proses pembelajaran fisika di kelas XI-IPA SMA Negeri 2 Muara Enim sebagai bahan untuk refleksi awal. Serta melakukan identifikasi permasalahan dalam proses pembelajaran fisika di kelas XI-IPA SMA Negeri 2 Muara Enim. Langkah ini didahului dengan telaah kurikulum


175


Giyono

mata pelajaran fisika kelas XI-IPA, selanjutnya merumuskan permasalahan pembelajaran fisika yang menyangkut guru dan siswa. Secara rinci langkah-langkah penelitian tindakan sekolah ini sebagai berikut: 1. Tahap Perencanaan (planning) Pada tahap ini peneliti melakukan kegiatan: a. Membuat instrumen supervisi akademik pada proses pembelajaran dengan pendekatan CTL. b. Membuat instrumen minat siswa belajar fisika. c. Membuat RPP dengan pendekatan CTL. d. Membuat soal hasil belajar fisika. e. Membuat kesepakatan waktu dengan kolaboran atau teman sejawat. 2. Tahap Pelaksanaan (action) Berdasarkan perencanaan dan kesepakatan dengan kolaboran, maka guru melaksanakan proses pembelajaran dengan pendekatan CTL. Pada tahap pelaksanaan ini dilakukan supervisi terhadap guru saat melaksanakan proses pembelajaran fisika dengan pendekatan CTL, instrumen supervisi yang digunakan sesuai dengan instrumen telah disiapkan. 4. Tahap Pengamatan (observation) Pada saat proses pembelajaran fisika berlangsung dilakukan pengamatan oleh peneliti (observer), dengan sasaran adalah aktivitas guru dan maupun siswa dalam proses pembelajarann fisika dengan menggunakan instrumen lembar observasi yang telah disusun sebelumnya. Observasi dilakukan untuk mengetahui dampak tindakan terhadap proses pembelajaran fisika yang meliputi proses dan hasil belajar. Artinya perubahan apa saja yang terjadi pada guru dan siswa dan seberapa besarnya telah terjadi perubahan dalam proses pembelajaran dan hasil belajar siswa setelah dilakukan tindakan. 5. Tahap Refleksi (reflection) Pada tahap refleksi peneliti mendiskusikan hasil observasi dan mengidentifikasi kelemahan dan kelebihan pada proses pembelajaran fisika dengan pendekatan CTL. Kegiatan refleksi mencakup kegiatan analisis dan interpretasi (pemberian makna) terhadap informasi/data yang diperoleh dari pelaksanaan tindakan yang dilakukan. Dengan demikian peneliti bersama guru, mengkaji, melihat, dan mempertimbangkan hasil tindakan baik terhadap proses maupun hasil belajar peserta didik berdasarkan pada kriteria keberhasilan yang telah ditetapkan yaitu keberhasilan relatif. Peneliti bersama kolaboran mengevaluasi kelebihan dan kelemahan yang terjadi, serta dilanjutkan dengan rencana tindak lanjut berikutnya untuk memperbaiki kekurangan/kelemahan yang ditemukan. Variabel yang terlibat dalam penelitian ini meliputi variabel bebas, variabel terikat, dan variabel kontrol. Variabel bebas: pembelajaran dengan pendekatan CTL. Variabel terikat meliputi: (1) kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika; (2) minat belajar fisika; dan (3) prestasi belajar fisika. Untuk variabel kontrol meliputi: pengetahuan awal siswa, guru, dan materi pelajaran. Teknik pengumpulan data meliputi data: 1.Kemampuan Guru Fisika dalam Proses pembelajaran Dalam penelitian tindakan sekolah ini yang dimaksud dengan kemampuan guru fisika dalam proses pembelajaran adalah kemampuan/ kompetensi pedagogik yaitu berkaitan dengan proses pembelajaran. Kemampuan guru dalam proses pembelajaran pada penelitian ini di fokuskan pada: a) kemampuan guru untuk melaksanakan proses pembelajaran dengan pendekatan CTL; b) kemampuan meningkatkan minat belajar fisika; c) kemampuan meningkatkan hasil belajar fisika. 2. Minat Belajar Fisika Data minat siswa untuk belajar fisika diperoleh melalui angket minat yang dibagikan kepada siswa untuk dijawab dengan rating scale dari skala Likert. Jumlah pertanyaan sebanyak tiga puluh (30) butir soal dengan lima (5) pilihan jawaban alternatif. Indikator minat belajar fisika pada siswa meliputi: (a) catatan mata pelajaran fisika rapi; (b) usaha keras untuk memahami fisika; (c) memiliki buku fisika; (d) kehadiran dalam pelajaran fisika teratur; dan (e) bertanya pelajaran fisika dikelas. 3. Hasil Belajar Fisika Data prestasi belajar fisika dipergunakan untuk memperoleh informasi tentang hasil belajar fisika pada siswa sesaat sesudah dilakukan tindakan pertama maupun sesudah tindakan kedua. Instrumen yang dipergunakan adalah soal tes hasil belajar yang disusun oleh guru dan peneliti. 176



Giyono

Data kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika dengan pendekatan CLT diperoleh melalui proses pembelajaran dengan pendekatan CTL. Aspek-aspek yang di nilai pada kemampuan guru pada penelitian ini merupakan aspek yang ada dalam pendekatan CTL, yaitu: (1) konstruktivisme (constructivism); (2) menemukan (inquiry); (3) bertanya (questioning); (4) masyarakat belajar (learning community); (5) pemodelan (modeling); (6) penilaian sebenarnya (Authentic Assessment); dan (7) refleksi (reflection). Penilaian dilakukan dengan cara berikut: Skor yang diperoleh Nilai A = --------------------------- x 100 Skor maksimum

Keterangan: 100 – 90 = A (Amat Baik) 89 – 75 = B (Baik) 74 – 60 = C (Cukup) 59 – 0 ≤ D (Kurang) Penafsiran hasil pengukuran minat belajar fisika pada siswa, selain secara kuantitatif juga dilakukan secara kualitatif, yaitu: a) Secara kualitatif, skor maksimum atau paling tinggi bila pernyataan positip siswa memilih jawaban sangat setuju, yaitu 5 dan skor paling rendah adalah bila siswa memilih jawaban sangat tidak setuju yaitu 1. Sehingga skor tertinggi adalah 30 x 5 = 150, dan skor terendah adalah 30 x 1 = 30. b) Secara kualitatif, skor maksimum atau paling tinggi bila pernyataan negatip siswa memilih jawaban sangat setuju, yaitu 1 dan skor paling rendah adalah bila siswa memilih jawaban sangat tidak setuju yaitu 5. Sehingga skor tertinggi adalah 30 x 5 = 150, dan skor terendah adalah 30 x 1 = 30. Penentuan kategori hasil pengukuran minat dapat dilihat pada Tabel 1 berikut: Tabel 1. Kategori Minat Siswa untuk Belajar Fisika No.

Skor Siswa

1. 2. 3. 4.

≥120 90 sampai 119 60 sampai 89 ≤ 60

Kategori Minat Sangat Positip atau Sangat Tinggi Positip atau Tinggi Negatif atau Rendah Sangat negatif atau Sangat Rendah

Sumber: (Djemari Mardapi, 2007: 79-80)

Prestasi belajar fisika diperoleh dari hasil ulangan siswa sesudah dilakukan proses pembelajaran dengan pendekatan CTL baik pada siklus pertama maupun pada siklus kedua. Data prestasi belajar fisika dianalisis berdasarkan: (1) jumlah peserta didik (N); (2) mean; (3) standar deviasi; (4) nilai maksimum; dan (5) nilai minimum.

HASIL PENELITIAN a. Indikator Keberhasilan dan Keadaan Awal Pembahasan Tiap Siklus, Antar Siklus, dan Perbandingan 1).Indikator Keberhasilan Penelitian Tindakan Sekolah, sebagai berikut: a. Rata-rata keterlaksanaan langkah-langkah dalam pendekatan CTL yang dilakukan oleh guru dalam proses pembelajaran fisika mencapai ≥ 90 (Amat Baik). b. Minat siswa dalam belajar fisika kategori tinggi + sangat tinggi atau positip + sangat positip mencapai rata-rata ≥ 85 %. c. Rata-rata prestasi belajar fisika siswa kelas XI-IPA sebesar 78,50. 2).Keadaan Awal


177


Giyono

Berdasarkan hasil observasi, diskusi, dan refleksi guru fisika di SMA Negeri 2 Muara Enim bersama dengan peneliti pada bulan pertama semester ganjil tahun pelajaran 2010-2011 diperoleh bahwa: a. Proses pembelajaran fisika yang dilakukan guru berdasarkan hasil supervisi dengan instrumen CTL cenderung hanya tektstual, mengandalkan apa yang ada dalam buku, dengan rata-rata hasil supervisi sekitar 58,62. b. Siswa cenderung kurang berminat untuk belajar fisika, karena menggangap bahwa fisika itu selalu identik dengan rumus-rumus dan perhitungan matematis. c. Rata-rata nilai ulangan harian mata pelajaran fisika pada siswa 72 dan ketuntasan belajar hanya mencapai 77%. Dengan kriteria Ketuntasan Minimal (KKM) untuk mata pelajaran Fisika 75. b. Pembahasan 1) Kemampuan Guru dalam Proses pembelajaran Fisika dengan penerapan pendekatan CTL Berdasarkan data keadaan awal, siklus pertama, dan siklus kedua kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika dengan penerapan pendekatan contextual teaching and learning (CTL) diperoleh peningkatan komponen dalam pembelajaran CTL secara signifikan yaitu pada keadaan awal 67,48, siklus pertama 68,50 dan siklus kedua menjadi 93,25. Hal ini sesuai dengan pendapat dari Sukardi (2007: 43) bahwa pembelajaran dengan pendekatan CTL yang melibatkan tujuh komponen utama pembelajaran efektif yang meliputi: (1) contructivism (kontruktivisme, membangun, membentuk); (2) questioning (bertanya); (3) inquiry (menyelidiki, menemukan); (4) learning comunity (masyarakat belajar); (5) modelling (pemodelan); (6) reflection(umpan balik); (7) authentic assessment (penilaian yang sebenarnya) dapat meningkatkan kemampuan guru dalam proses pembelajaran adalah benar. Berdasarkan indikator/kriteria keberhasilan dalam penelitian tindakan sekolah ini maka untuk kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika dari kondisi awal awal 67,48, siklus pertama 68,50, dan siklus kedua menjadi 93,25. Berdasarkan kriteria keberhasilan rata-rata prestasi belajar fisika kelas XI-IPA sebesar ≥ 90 (Amat Baik), maka tindakan dalam proses pembelajaran fisika dengan menerapan pendekatan CTL dapat meningkatkan kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika. Kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika dengan penerapan pendekatan CTL baik pada keadaan awal, siklus pertama, dan siklus kedua, dapat dilihat pada Gambar 2 berikut: 6 5 4 3 2 1 0

4.3

4.5

4.4 3.5

2.4 2.5 2 2

3

5

2.8

1.8

Keadaa n Awal

Gambar 2. Grafik Kemampuan Guru dalam Proses Pembelajaran Fisika dengan Penerapan Pendekatan CTL pada Keadaan Awal, Siklus Pertama, dan Siklus Kedua.

2) Minat Untuk Belajar Fisika Minat siswa belajar fisika pada kondisi awal sangat rendah 11,03 %, rendah 54, 54 %, tinggi 34,4 %, dan sangat tinggi nol; tindakan pada siklus pertama sangat rendah 1,94 %, rendah 43,50 %, tinggi 42,85 %, dan sangat tinggi 11,68 %; tindakan pada siklus kedua sangat rendah nol, rendah 13,63 %, tinggi 49,35 %, dan sangat tinggi 37,01%. Berdasarkan kriteria keberhasilan kategori tinggi + sangat tinggi atau positip + sangat positip mencapai rata-rata ≥ 85 %, maka tindakan penerapan CTL dalam proses pembelajaran fisika yang memiliki rata-rata tinggi + sangat tinggi mencapai rata-rata 86,36 %, dengan demikian maka penerapan pendekatan CTL dalam proses pembelajaran fisika dapat meningkatkan minat siswa. 178



Giyono

Minat siswa belajar fisika dengan pendekatan CTL baik pada keadaan awal, siklus pertama, dan siklus kedua, dengan N = 154 selengkapnya dapat dilihat pada Gambar 3 berikut: 6 5

5 4.5

4.4

4.3

3.5

4 3

2.4

2

2.5

2

2

3

2.8 Keada an Awal Siklus I

1.8

1 0 Sangat Rendah

Rendah

Tinggi

Sangat Tinggi

Gambar 3. Grafik Data Kategori Minat Belajar Fisika dengan Penerapan Pendekatan CTL pada Keadaan Awal, Siklus Pertama, dan Siklus Kedua.

3) Prestasi Belajar fisika Prestasi siswa belajar fisika pada kondisi awal memiliki rata-rata 72,64, siklus pertama memiliki rata-rata 74,89, dan pada siklus kedua memiliki rata-rata 80,36. Berdasarkan kriteria keberhasilan rata-rata prestasi belajar fisika kelas XI-IPA sebesar 78,50, maka tindakan dalam proses pembelajaran fisika dengan penerapan pendekatan CTL dapat meningkatkan prestasi siswa dalam belajar fisika. Prestasi belajar fisika siswa pada keadaan awal, siklus pertama dan siklus kedua dengan jumlah N = 154 diperoleh data seperti dapat dilihat pada Gambar 4 berikut: 180 154154 154 160 140 97 120 89 91 80.36 100 74.8 72.34 80 60 40 8.86.96.35 20 0

90.9 63 57.14 4945 44.8 Keada an Awal

Gambar 4. Grafik data Prestasi Belajar Fisika dengan Penerapan Pendekatan CTL pada Keadaan Awal, Silkus Pertama, dan Siklus Kedua.

SIMPULAN Dari rumusan masalah dan pengujian hipotesis yang diajukan dalam penelitian tindakan sekolah, maka dapat disimpulkan bahwa proses pembelajaran fisika melalui pendekatan pendekatan contextual teaching and learning (CTL) di SMA Negeri 2 Muara Enim dapat: 1) meningkatkan kemampuan guru dalam proses pembelajaran fisika; 2) meningkatkan minat belajar fisika pada siswa; dan 3) meningkatkan prestasi belajar fisika pada siswa.

SARAN Agar kemampuan guru dalam melaksanakan proses pembelajaran fisika dengan pendekatan contextual teaching and learning (CTL) dapat meningkat maka: 1. Sekolah mengadakan workshop tentang berbagai pendekatan dalam proses pembelajaran, sesuai dengan karakteristik dari materi suatu mata pelajaran. 2. Guru mengadakan Musyawarah Guru Mata Pelajaran (MGMP) baik antar guru dalam satu sekolah maupun antar guru antar sekolah. 3. Guru diberi kebebasan untuk mengakses internet tidak hanya di ruang komputer saja, tetapi perlu dilakukan atau disediakan diruang guru atau di ruang lain yang cukup representatif, agar guru


179


dapat dengan mudah untuk mengakses dan pendidikan.

Giyono

mendapatkan informasi terkini dalam dunia

UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terima kasih di sampaikan kepada: 1. Segenap Panitia Seminar Nasional Fisika 2012 Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Jurusan Fisika Universitas Sriwijaya, yang telah berkenan memberikan kesempatan kepada penulis untuk memaparkan hasil penelitian. 2. Semua pihak yang telah bahu membahu sehingga dapat terselenggara kegiatan Seminar Nasional Fisika 2012.

DAFTAR PUSTAKA 1. Anderson, Lorin W, “Assesing affective characteristic in the schools”, Sydney. Allyn And Bacon, Inc, 1981. 2. Carin, Arthur A. and Sund Robert. B, Teaching Science Trhough Discovery. Columbus, Ohio: Publishing by Merrill Publishing Company A Bell & Howell Information Company, 1987. 3. Colette, A.T, dan Chiapetta, E.L, Science Intruction In The Middle and Secondary Schools. New York: Macmillan Pusblishing Company, 1994. 4. Depdiknas, Pendekatan Kontekstual (Contextual Teaching And Learning). Jakarta, 2002. 5. Djemari Mardapi, Teknik Penyusunan Instrumen Tes dan Non Tes. Yogyakarta: Mitra Cendekia Press, 2007. 6. Djohar. M.S, Redefinisi, Revitalisasi, Dan Reaktualisasi pendidikan. Makalah disajikan pada sarasehan Pengembangan Laboratorium Pembelajaran dan Laboratorium Microteaching Clinic Jurusan Pendidikan Biologi, di Universitas Negeri Yogyakarta, Agustus 2006. 7. Erly Tjahja W, Life Skill. Bandung: PPPG IPA Bandung (Makalah Diklat berjenjang Instruktur IPA SMP, tidak dipublikasikan), 2004. 8. Etty Jaskarti, Pembelajaran Kooperatif. Bandung: PPPG IPA Bandung, 2004. 9. Fisher, Robert B, Science Man And Society. Philadelphia: W.B.Saunders Company, 1975. 10. Glass, G dan Hopkins. K, Statistical Methods In Education And Psyicology. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1984. 11. Joyce, Bruce & Weil. M, Model of Teaching. Needham Heights, Mass: Allyn & Bacon, A Simon & Schuster Company, 1986. 12. Kemendiknas, Pelatihan Penelitian Tindakan Sekolah, Dirjen PMPTK: Jakarta, 2010. 13. Miarso. Y, Menyemai Benih Teknologi Pendidikan. Jakarta: Prenada Media, 2004. 14. Mohamad Surya, Psikologi Pembelajaran Dan Pengajaran. Bandung: Pustaka Bani Quraisy, 2004. 15. Sax. Gilbert, Principles of Educational And Psychological Measurement and Evaluation. Belmont, California: Wadsworth Publishing Company, 1980. 16. Suharsimi Arikunto, Dasar-dasar Evaluasi Pendidikan. Jakarta: Bumi Aksara, 2007. 17. Sukarjo, Evaluasi Pembelajaran Sains. Makalah disajikan dalam Kuliah Program Pascasarjana, Program Studi Pendidikan Sains, di Universitas Negeri Yogyakarta, 2007. 18. Sumarna Surapranata, Analisis, Validitas, Reliabilitas dan Interpretasi Hasil Tes Implementasi Kurikulum 2004. Bandung: Remaja Rosdakarya,

180


PENGEMBANGAN MATERI AJAR TERMODINAMIKA DENGAN MODEL EDUCATIONAL RECONSTRUCTION DI PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SRIWIJAYA. Leni Marlina Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya Jln. Palembang-Prabumulih Km 32 Inderalaya Kabupaten Ogan Ilir (OI) Email : [email protected]

Abstrak Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan Materi Ajar Termodinamika dengan Model Educational Reconstruction di Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Unsri dan mengetahui keefektifan materi ajar yang dikembang dalam menunjang pemahaman materi Termodinamika di Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Unsri. Metode Penelitian yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah metode penelitian dan pengembangan (research and development). Dari hasil penelitian telah dihasilkan Materi Ajar dengan model Educational Reconstrucsional untuk mata kuliah Termodinamika khusus pokok bahasan Hukum I Termodinamika dan Hukum II Termodinamika dalam bentuk modul pembelajaran. Berdasarkan analisis data hasil belajar ranah kognitif dan afektif maka diperoleh ratarata hasil belajar ranah kognitif mahasiswa dengan kategori baik yaitu sebesar 74,5. Sedangkan ratarata hasil belajar ranah afektif siswa tergolong dalam kategori memiliki sikap positif terhadap penggunaan materi ajar dalam pembelajaran Termodinamika yaitu sebesar 75,6. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa penggunaan materi ajar dengan model Educational Reconstructional dalam pembelajaran Termodinamika efektif Kata kunci: termodinamika, educational reconstruction

PENDAHULUAN

M

ateri ajar dalam proses KBM merupakan salah satu faktor penting penunjang kegiatan pembelajaran. Materi ajar dapat dikemas dalam bentuk modul. Modul merupakan salah satu bentuk media bahan ajar yang dibuat dengan tujuan agar memudahkan orang untuk belajar sesuai dengan kecepatan belajarnya tanpa tergantung pada orang lain, modul akan bermakna jika peserta didik mudah menggunakannya. Terdapat beberapa manfaat modul menurut Pridi (2004). Pertama, dapat membimbing orang yang membacanya untuk mengarahkan proses belajarnya. Kedua, membantu peserta pendidikan dan dalam memecahkan kesulitan yang dihadapi ketika memahami materi yang disajikan. Ketiga, modul dapat memotivasi peserta pendidikan dan latihan jarak jauh agar senantiasa aktif dalam belajar. Keempat, meningkatkan pengetahuan dan wawasan peserta. Kelima, modul dibuat untuk membelajarkan orang secara efektif dan efisien sehingga bisa mencapai tujuan instructional yang telah ditetapkan. Pengembangan modul atau materi ajar dengan model ini berasal dari pengembangan teori konstruktivisme. Dalam teori konstruktivisme, pengajaran merupakan usaha yang dilakukan guru untuk mengkonstruk pengetahuan siswa agar pengetahuan yang dimilikinya sama dengan pengetahuan yang dimiliki oleh para ilmuwan (Kattman et al,1995). Mata kuliah Termodinamika ini merupakan mata kuliah wajib semester 4. Mata kuliah yang berbobot 3 SKS. mata kuliah ini bertujuan untuk memberikan dasar-dasar dari teori Termodinamika dan aplikasinya, sehingga mata kuliah ini sangat penting untuk menunjang mata kuliah-mata kuliah Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

181

Pengembangan Materi Ajar Thermodinamika…

Leni Marlina

pada semester berikutnya. Secara garis besar mata kuliah ini membahas tentang Hukum Termodinamika yaitu Hukum I dan II Termodinamika, Aplikasi Hukum termodinamika serta Gas Ideal dan Aplikasinya. Berdasarkan hasil diskusi dengan Tim pengajar, rata-rata hasil belajar mahasiswa masih rendah, hal ini disebabkan masih kurangnya pengetahuan awal mahasiswa mengenai materi Termodinamika. Kondisi ini menyebabkan dosen berulang-ulangkali dalam penjelaskan materi pembelajaran, sedangkan pokok bahasan Termodinamika cukup banyak. Hal ini menyebabkan proses pembelajaran tidak efektif dan efisien. Model Educational Reconstruction merupakan model pengembangan materi ajar berbasiskan konstruktivisme, dengan proses memfasilitasi pengetahuan awal siswa dengan cara memperbaiki miskonsepsi siswa melalui memperbaiki proses pembelajaran yang dilakukan guru (Deshmukh, 2004). Berdasarkan penelitian-penelitian di atas, prinsip penting dalam perubahan konsepsi adalah memfasilitasi pengetahuan awal siswa dan menjelaskan materi dengan konflik kognitif, konflik kognitif adalah mengkonfrotasikan miskonsepsi siswa dengan pengetahuan yang seharusnya. Proses tersebut memerlukan identifikasi pengetahuan awal dan diskusi yang berulang. Untuk meningkatkan pegetahuan awal dan hasil belajar mahasiswa maka penulis tertarik mengembangkan materi ajar Termodinamika dengan model Educational Reconstruction di Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Unsri. Melalui pengembangan materi ajar dengan model Educational Reconstruction diharapkan pembelajaran mahasiswa dapat makin baik.

METODOLOGI PENELITIAN Metode Penelitian yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah metode penelitian dan pengembangan (research and development). Borg & Gall (1979:626) secara konseptual mengemukakan ada sepuluh tahap metode penelitian dan pengembangan yaitu : (1) Penelitian dan pengumpulan informasi (research and information collecting), (2) Perencanaan (planning), (3) Mengembangkan bentuk produk awal (develop preliminary form of product), (4) Pengujian lapangan awal (preliminary field testing), (5) Revisi terhadap produk utama (main product revision), (6) Pengujian lapangan utama (main field testing), (7) Revisi produk operasional (operational product revision), (8) Pengujian lapangan operasional (operational field testing), (9) Revisi produk akhir (final product revision), dan (10) Diseminasi dan distribusi (dissemination and distribution). Mengacu kepada proses penelitian dan pengembangan di atas, langkah penelitian pengembangan yang dilakukan sederhanakan ke dalam empat tahap yaitu : (1) Prasurvai yang ditujukan untuk mengetahui kondisi riil dan kebutuhan media ajar, (2) Merancang maping dan Storyboard dari pembuatan materi ajar, 3) Uji coba materi ajar, dan 4) Uji validasi materi ajar yang ditujukan untuk mengetahui efektifitas media ajar dalam meningkatkan kualitas pembelajaran Termodinamika di Program Studi Pendidikan Fisika.

HASIL DAN PEMBAHASAN Deskripsi Pendesainan Materi Ajar Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu (1) Tahap pendahuluan yaitu prasurvai yang ditujukan untuk mengetahui kondisi riil dan kebutuhan media ajar, (2) Tahap perencanaan yaitu merancang maping dan Storyboard dari pembuatan materi ajar, (3) Tahap pengembangan yaitu tahap uji coba media ajar, dan (4) Tahap Validitas yaitu uji validasi media ajar yang ditujukan untuk mengetahui efektifitas materi ajar dalam meningkatkan kualitas pembelajaran Termodinamika di Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya. 1. Tahap Pendahuluan: Tahap pendahuluan yaitu prasurvai yang ditujukan untuk mengetahui kondisi riil dan kebutuhan materi ajar, pada tahap ini kegiatan yang dilakukan meliputi : a. Studi Literature: berupa studi literatur teori-teori yang berhubungan dengan model yang akan digunakan untuk mengembangkan materi ajar yaitu model Educational Reconstruction. Selain teori dapat dilihat juga dari hasil penelitian yang serupa dari jurnal-jurnal yang diakui atau terakreditasi nasional atau internasional. b. Prasurvai meliputi : lembaga (Pendidikan MIPA FKIP Unsri), kurikulum yang digunakan saat ini yaitu kurikulum tingkat satuan pendidikan. Berdasarkan hasil analisis tersebut, 182



Leni Marlina

ditetapkan standar kompetensi, kompetensi dasar dan indikator keberhasilan untuk pokok bahasan Hukum I Termodinamika dan Hukum II Termodinamika.Adapun standar kompetensi, kompetensi dasar dan indikator kerberhasilan untuk pokok bahasan Hukum Termodinamika I dapat dilihat dibawah ini : c. Mahasiswa: Mahasiswa yang akan menjadi subyek penelitian ini adalah mahasiswa Tingkat 2 Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Unsri. Dari hasil analisis dipilihlah 5 mahasiswa sebagai perevisi I (uji coba terbatas) bahan ajar yang telah dibuat, selanjutnya jika bahan ajar sudah divaliditas I maka dipilih lagi 15 mahasiswa (uji coba diperluas). 2. Tahap perencanaan: merancang maping dan Storyboard dari pembuatan materi ajar. Adapun langkah-langkah perancangan materi ajar yaitu Disain Materi Ajar menggunakan model Educational Reconstruction yang meliputi analisis struktur materi, ada tiga langkah yang harus dilakukan : 1. Analisis literature (materi subyek) : dalam menganalisis materi subyek harus mengacu pada buku teks (eksplansi ilmuwan) atau buku yang digunakan oleh Tim pengajar dalam menyampaikan materi Termodinamika. Adapun subyek materi yang akan dianalisis adalah materi yang menjadi miskonsepsi mahasiswa. (pilot study) (penyebaran angket I kepada mahasiswa). 2. Klarifikasi konsep dasar merupakan hasil interview dari analisis struktur materi sebelumnya. Konsep dasar apakah yang menjadi miskonsepsi mahasiswa terhadap materi Termodinamika (Interview pertama). 3. Modifikasi dan penyelesaian dari konsep. Yang harus diperhatikan dalam memodifikasi dan penyelesaian konsep yaitu pertama melihat dari garis besar konsep yang ada, konsep yang ada dimodifikasi misalnya setiap pokok bahasan diberi contoh soal. Adapun desain penyusunan materi ajar dengan model Educational Reconstruction dapat dilihat pada gambar dibawah ini : 3. Hukum Pertama Termodinamika

3.1 Percobaan Joule Soal pilian ganda

3.2 Hkm I Termodinamika untuk sistem Soal pilian ganda

3.3 Energi Dalam Soal pilian ganda

3.4 energi dalam gas ideal Soal pilian ganda

3.5 Entalpi Soal pilian ganda

3.6 Penerapan Hkm I Pada Sistem Terbuka Soal pilian ganda

3.7 Hukum I Termodinamika untuk volume air

Soal pilian ganda

3.8 Proses Aliran KeadaanTunak Soal pilian ganda

3.9 Interaksi Kerja dalam Proses Aliran Keadaan Tunak Soal pilian ganda

3.10 Penerapan Persamaan energi aliran Keadaan-Tunak Soal pilian ganda

Gambar 1. Disain materi ajar Hukum I termodinamika dengan model Educational Reconstruction Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

183


Leni Marlina

4. Hukum Kedua Termodinamika

4.1 Hukum II termodinamika Soal pilian ganda

4.2 Siklus carnot dan Aplikasi Soal pilian ganda

4.3 Prinsif-Prinsif carnot Soal pilian ganda

4.4 skala Tempertur Termodinamik Soal pilian ganda

4.5 Teorema Clausius Soal pilian ganda

4.6 Entropi Soal pilian ganda

4.7 Diagram temperaturEntropi Soal pilian ganda

Gambar 2. Disain materi ajar Hukum II Termodinamika dengan model Educational Reconstruction 2.2 Tahap uji pakar Pada langkah ini materi yang telah didesain, dikonsultasikan oleh ahli dibidangnya. Pada penelitian ini, ahli yang mengevaluasi adalah 2 orang yang ahli di bidang pendidikan. Dari validasi ini diperoleh beberapa saran yang digunakan sebagai acuan untuk merevisi materi ajar. 3. Tahap Pengembangan 3.1. Ujicoba kelompok kecil (Implementasi I) Pada tahap ini dilakukan ujicoba terhadap materi ajar yang telah disusun kepada kelompok kecil mahasiswa yang terdiri dari 5 mahasiswa Tingkat 2 Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Unsri. Hasil uji coba ini dianalisis, dibahas sedemikian rupa sehingga diperoleh saran-saran yang bermanfaat untuk direvisi kembali. 3.2 Wawancara: Pada tahap ini dilakukan wawancara dengan siswa yang mendapatkan nilai rendah pada saat implementasi I. Mahasiswa yang diwawancarai adalah 2 orang mahasiswa yang mendapatkan nilai tes paling kecil dari masing-masing kelas. Saran–saran serta hasil dari wawancara dan implementasi, dijadikan dasar untuk merevisi bahan ajar. 3.3 Tahap revisi: Saran–saran serta hasil dari wawancara dan implementasi, dijadikan dasar untuk merevisi bahan ajar. 3.4 Uji Coba Kelompok Besar ( Implementasi II): Pada tahap ini, kegiatannya sama dengan yang dilakukan pada tahap implementas I hanya saja materi yang diujicobakan itu merupakan hasil revisi yang dibuat oleh peneliti dan sudah dikonsultasikan dengan Tim pakar. Selanjutnya dilakukan wawancara kembali pada mahasiswa yang masih mendapatkan nilai rendah untuk mendapatkan saran–saran sebagai bahan masukan untuk melakukan revisi. 3.5.Tahap revisi akhir: Materi pelajaran direvisi sekali lagi berdasarkan tahapan sebelumnya. Hasil dari tahap ini disebut materi ajar dengan model Educational Reconstruction yang dianggap valid dan praktis. 3.6 Tahap aplikasi: Pada tahap ini, materi ajar hasil dari revisi yang dianggap valid tadi diaplikasikan di kelas sesungguhnya untuk mengetahui sejauh mana dampaknya terhadap hasil belajar mahasiswa dilihat dari aspek kognitif. 3.7 Deskripsi Data Tes: Tes yang dilaksanakan terdiri dari tes diagnosa dan tes sumatif. Tes diagnosa digunakan untuk mengetahui kemampuan awal mahasiswa terhadap materi yang 184



Leni Marlina

dipelajari dan tes sumatif dilakukan untuk mengetahui hasil belajar secara menyeluruh terhadap pokok bahasan yang telah dipelajari selama ini. soal yang digunakan dalam bentuk pilihn ganda dengan memberi alasan jawaban. Hasil tes sumatif dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 1. Hasil Tes Mahasiswa Nilai akhir 80 – 100 65 – 79 55 – 64 40 – 54 0 – 39 Jumlah

Frekuensi 6 5 3 1 0 15

Katagori Sangat Baik Baik Cukup Kurang Sangat Kurang

3.8 Deskripsi Data Angket: Angket yang disebarkan berupa angket tertutup dan terbuka setelah dilakukan tes sumatif. Penyebaran angket digunakan untuk mengetahui sikap mahasiswa terhadap materi ajar yang dikembangkan serta untuk mengetahui keefektifan materi ajar yang dikembangkan terhadap mata kuliah Termodinamika. 4. Analisa Data 4.1 Analisa Data Tes: Nilai akhir yang diperoleh dibuat dalam daftar distribusi frekuensi untuk menentukan rata–rata nilai akhir mahasiswa. Tabel 2. Daftar Distribusi Frekuensi Hasil Belajar Mahasiswa Nilai akhir 80 – 100 65 – 79 55 – 64 40 – 54 0 – 39 Jumlah Rata – Rata

Frekuensi 6 5 3 1 0 15 74,70

Persentase (%) 40 33 20 7 0 100 -

Kategori Sangat Baik Baik Cukup Kurang Sangat kurang Baik

Berdasarkan Tabel.2 dapat dilihat bahwa siswa yang telah mencapai nilai ≥ 65 atau mencapai ketuntasan belajar perorangan ada 11 mahasiswa ( 73,33 %). Dengan kata lain, pada kelas tersebut telah mencapai ketuntasan secara klasikal. Rata–rata kelas hasil belajar mahasiswa setelah aplikasi adalah 74,70, sehingga dapat dikategorikan baik. Dari hasil diatas dapat dikatakan bahwa pembelajaran Termodinamika dengan menggunakan materi ajar dengan model Educational Reconstructional mampu mempengaruhi hasil belajar Termodinamika mahasiswa pendidikan fisika.

PEMBAHASAN Prosedur dalam tahap-tahap pengembangan materi ajar dengan menggunakan model Educational Rekonstruksional telah dilakukan dan menghasilkan suatu produk yang sudah cukup baik untuk digunakan oleh mahasiswa dalam pembelajaran Termodinamika. Dengan media ajar (modul) yang dikembangkan ini, mahasiswa lebih mudah mengikuti pembelajaran dan lebih termotivasi untuk belajar Termodinamika sehingga proses pembelajarannya dapat berlangsung efektif. Keefektifan materi ajar yang dikembangkan ini dapat dilihat dari hasil belajar mahasiswa. Pada hasil belajar ranah kognitif terdapat 4 orang mahasiswa yang mendapat nilai dibawah cukup. Hal ini dikarenakan mahasiswa tidak mampu mengerjakan soal-soal latihan yang telah diberikan mahasiswa tidak teliti dalam menyelesaikan materi-materi yang tingkatnya lebih tinggi. Dilihat dari hasil ujian yang dihasilkan konsep yang dihasilkan mahasiswa masih belum sempurna, dari soal-soal yang diberikan ada jawaban yang masih miskonsepsi terhadap materi yang telah diberikan. Sedangkan untuk menilai sikap mahasiswa terhadap penggunaan materi ajar yang dikembangkan, peneliti menyebarkan angket. Berdasarkan angket tersebut, terdapat 13 orang Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

185


Leni Marlina

mahasiswa menyukai penggunaan materi ajar dan 2 orang siswa yang memiliki sikap netral terhadap penggunaan materi ajar. Salah satu mahasiswa yang memiliki sikap netral tersebut berpendapat bahwa penggunaan materi ajar membuat mahasiswa bingung dan bosan sehingga mahasiswa kurang mampu belajar Termodinamika, khususnya modul berbahasa inggis. Selain itu, mahasiswa tidak percaya diri jika belajar Termodinamika hanya menggunakan satu modul saja, mahasiswa tidak dapat berpikir untuk mencari ide-ide yang lain dan mengembangkan diri. Meskipun demikian, mahasiswa tersebut masih memiliki rasa tanggung jawab dan kegigihan dalam menyelesaikan soal-soal Termodinamika. Berdasarkan analisis data hasil belajar ranah kognitif dan afektif maka diperoleh rata-rata hasil belajar ranah kognitif mahasiswa dengan kategori baik yaitu sebesar 74,5. Sedangkan rata-rata hasil belajar ranah afektif siswa tergolong dalam kategori memiliki sikap positif terhadap penggunaan materi ajar dalam pembelajaran Termodinamika yaitu sebesar 75,6. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa penggunaan materi ajar dengan model Educational Rekonstruksional dalam pembelajaran Termodinamika efektif.

KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat diperoleh kesimpulan : 1. Telah dihasilkan Materi Ajar dengan model Educational Rekonstruksional untuk mata kuliah Termodinamika pokok bahasan Hukum 2 Termodinamika dan aplikasinya dalam bentuk modul pembelajaran. 2. Berdasarkan analisis data hasil belajar ranah kognitif dan afektif maka diperoleh rata-rata hasil belajar ranah kognitif mahasiswa dengan kategori baik yaitu sebesar 74,5. Sedangkan rata-rata hasil belajar ranah afektif siswa tergolong dalam kategori memiliki sikap positif terhadap penggunaan materi ajar dalam pembelajaran Termodinamika yaitu sebesar 75,6. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa penggunaan materi ajar dengan model Educational Reconstructional dalam pembelajaran Termodinamika efektif. UCAPAN TERIMA KASIH Dalam penelitian ini kami mengucapkan terima kasih kepada Lembaga Penelitian Universitas Sriwijaya atas bantuan dana selama kegiatan penelitian. Penelitian ini Dibiayai dari DIPA Penelitian Dosen Muda Sateks Unsri Juni 2011.

DAFTAR PUSTAKA Ally. M, 2004, Foundation of Educational Theory for Online Learning, Athabasca University, Canada. Banet, E. Ayuso,E, 2000, Teaching Genetics at Secondary School: Strategy for Teaching about the Location of Inheritance Information, Journal of Research in Science Teaching,3(4): 313-315. Committee on Undergraduate Biology Education to Prepare Research Scientists for the 21st Century, National Research Council, 2003, Transforming Undergraduate Education for Future Research Biologists, National Academies, Wasington DC. Cliff. W.H, 2006, Case study analysis and the remediation of misconceptions about respiratory physiology, Journal of Adv Physiol Educ 30: 215–223, 2006; Dantas, A.M, and Kemm, R.E, 2008, A blended approach to active learning in a Physiology laboratorybased subject facilitated by an e-learning component, Journal of Adv Physiol Educ, 32: 65–75. Kommalage. M, and Gunawardena. S, 2008, IT-based activity in physiology education: an experience from a developing country, Journal of Adv Physiol Educ 32: 81–85. Meilinda. Rustaman.N.Y. Widodo. A, 2009, Efektifitas E-Modul Interaktiv Berbasis Konstruktivisme untuk Meningkatkan Kompetensi Guru Biologi SLTP, Jurnal Penelitian Pendidikan IPA, 3(2):153163 Munawar, 2000, Sistem Penulisan Modul Pendidikan dan Latihan Penulisan Modul Bahan Ajar Mandiri, Pustekom Depdiknas

186


Leni Marlina


Modell .HI, 2000, How to help students understand physiology? Emphasize general models, Journal of Adv Physiol Educ 23: 101–107. Michael, J, Modell. H, McFarland, J, and Cliff,W, 2009, The “core principles” of physiology: what should students understand?, Journal of Adv Physiol Educ 33: 10–16. Michael .J, 2007, What makes physica hard for students to learn? Results of a faculty survey, Journal of Adv Physcl Educ 31: 34–40. Rangel, E.M, Mendes, IAC, Ca´rnio,E.C., Alves,L.M.M, Godoy, S.D., and Crispim, J.A, 2010, Development, implementation, and assessment of a distance module in endocrine physiology, Journal of Adv Physiol Educ 34: 70–74. Taradi, S.K, Taradi.M, Radic´ K and Pokrajac, N, 2005, Blending Problem-based Learning with Web Technology Positively Impacts Student Learning Outcomes in Acid-base Physiology, Journal of Adv Physiol Educ 29: 35–39. Tekkaya,C, 2002, Misconception as Barrier to Understanding Biology, Journal of Hacettepe Universitesi Egitim Fakultesi Dergesi: 23 : 259-266 Wright RL, Klymkowsky MW, 2005, Content versus process: is this a fair choice?, Journal of Cell Biol Educ, 4: 189–198. Warsita. B, 2008, Teknologi Pembelajaran: Landasan& Aplikasinya, Penerbit Rineka Cipta, Jakarta Vygotsky. L.S, 1978, mind in Society: The Development of higher psychological processes, Havard University Press, Cambrige MA.


187

PENGEMBANGAN MODEL PEMBELAJARAN PROBLEM SOLVING FISIKA MELALUI PEMBELAJARANTOPIK OPTIKA PADA MAHASISWA PENDIDIKAN FISIKA Eko Swistoro Warimun Program Studi Pendidikan Fisika Jurusan PMIPA FKIP Universitas Bengkulu Email: [email protected]

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan suatu model pembelajaran yang dapat meningkatkan penguasaan konsep (PK) dan kemampuan problem solving (KPS) mahasiswa calon guru fisika. Penelitian ini melibatkan 32 orang mahasiswa pendidikan Fisika pada saat uji coba. Penelitian ini menggunakan pendekatan penelitian dan pengembangan dengan langkah dimodifikasi menjadi empat langkah, yaitu: studi pendahuluan, perencanaan program, pengembangan program dan validasi program. Pelaksanaan penelitian hanya sampai pada pengembangan program. Subjek penelitian adalah mahasiswa Program Studi Pendidikan Fisika di Bengkulu. Data PK dan KPS dikumpulkan dengan menggunakan tes. Implementasi pembelajaran diobservasi dengan menggunakan pedoman observasi dan catatan lapangan. Data dianalisis secara deskriptif dan dihitung dengan menggunakan skor gain yang dinormalisasi. Berdasarkan hasil implementasi ujicoba model pembelajaran dapat diketahui bahwa program pembelajaran dengan Model problem solving dapat meningkatkan penguasaan konsep dan keterampilan problem solving. Kata kunci: model problem solving, penguasaan konsep, keterampilan problem solving.

PENDAHULUAN Di abad pengetahuan ini, telah terjadi perubahan paradigma pendidikan, baik yang menyangkut isi maupun pedagogi. Perubahan tersebut merekomendasi kan model problem solving sebagai alternatif pembelajaran yang konstruktif. Rasionalnya, bahwa kemampuan problem solving (problem solving skill) merupakan keterampilan utama yang harus dimiliki mahasiswa ketika mereka meninggalkan kuliah untuk memasuki dan melakukan aktivitas di dunia. Menurut Salpeter (2001) di abad ke-21 ini kemampuan belajar, berpikir kreatif, membuat keputusan, dan problem solving akan banyak dibutuhkan dalam mencari pekerjaan. Terdapat enam pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam melaksanakan pembelajaran sains. Keenam pertimbangan tersebut adalah: a) empat pilar pendidikan (belajar untuk mengetahui, belajar untuk berbuat, belajar untuk hidup dalam kebersamaan, dan belajar untuk menjadi dirinya sendiri); b) inkuiri ilmiah; c) Konstruktivisme; d) sains, lingkungan, teknologi, dan masyarakat (Salingtemas); e) problem solving; dan f) pembelajaran sains yang bermuatan nilai. Demikian juga menurut The National Science Teachers Association (NSTA), problem solving merupakan kemampuan yang sangat penting yang harus dikembangkan dalam pembelajaran sains (NSTA, 1985). Selain itu beberapa ahli fisika menyatakan bahwa problem solving dipandang sebagai suatu bagian yang mendasar dari pembelajaran fisika (Heler, Keith, & Anderson, 1992). Problem solving adalah usaha individu atau kelompok untuk menemukan jawaban berdasarkan pemahaman dan keterampilan yang telah dimiliki sebelumnya dalam rangka memenuhi tuntutan suatu masalah. Jadi kegiatan problem solving diawali dengan konfrontasi dan berakhir jika sebuah jawaban telah diperoleh sesuai dengan situasi masalah. Kemampuan problem solving dapat diwujudkan melalui pembelajar an fisika. Yang menjadi pertanyaan adalah model pembelajaran problem solving 188


Pengembangan Model Pembelajaran …

Eko Swistoro

yang manakah yang dapat meningkatkan kemampuan problem solving tsb. Untuk itulah penelitian tentang pengembangan model pembelajaran ini dilakukan. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk menghasilkan sebuah model pembelajaran. Model pembelajaran yang dikembangkan adalah model pembelajaran yang dapat meningkatkan kemampuan problem solving fisika mahasiswa pendidikan fisika.

METODE PENELITIAN Berdasarkan permasalahan dan tujuan penelitian, maka penelitian ini dilakukan dengan menggunakan pendekatan Penelitian dan Pengembangan (Research and Development) (Borg and Gall, 1989), dengan terlebih dulu melakukan beberapa modifikasi. Dalam penelitian ini Research and Development dimanfaatkan untuk menghasilkan Model pembelajaran baru yang lebih efektif yang sesuai dengan kondisi dan kebutuhan nyata mahasiswa. Disain penelitian ini meliputi 4 tahap tetapi hanya dilakukan sampai tiga tahap saja, tahap pertama adalah studi pendahuluan, yang meliputi studi kepustakaan dan survei lapangan yang berkaitan dengan analisis materi optika yang dijadikan sebagai bahan ajar dan perancangan model pembelajaran. Tahap kedua adalah perencanaan program. Tahap ketiga adalah studi eksperimen pembelajaran untuk keperluan validasi (dalam skala kecil model) pembelajaran yang dikembangkan. Disain yang digunakan untuk validasi model pembelajaran adalah One-Group Pretest-posttest Design (McMillan dan Schumacher, 2001). Disain ekperimen yang digunakan dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Desain Penelitian One-Group Pretest-Posttest Design

Kelompok Eksperimen

Pretes O

Perlakukan X

Postes O

Keterangan: O: Tes Pemahaman Konsep (TPK) dan Tes Kemampuan Problem Solving (TKPS) X: Pembelajaran dengan model pembelajaran problem solving Subjek dalam penelitian ini adalah mahasiswa semester dua yang mengambil mata kuliah Fisika Dasar II tahun akademik 2009/2010 di suatu LPTK di Bengkulu. Teknik pengambilan sampel dilakukan tidak dengan cara random sampling, tetapi menggunakan sampel total dalam satu kelas. Hal ini dilakukan karena hanya ada satu kelas yang dapat dijadikan subjek penelitian di program studi tersebut. Diantara mahasiswa yang mengambil mata kuliah tersebut tidak ada yang mengulang. Penelitian ini melibatkan 32 orang mahasiswa pendidikan fisika. Alat pengumpulan data yang digunakan dalam penelitian ini dengan menggunakan alat pengumpul data (instrumen) yang meliputi: (1) tes, (2) LKM, (3) lembar observasi, dan (4) pedoman wawancara. Tes terdiri atas Tes Pemahaman Konsep (TPK) dan Tes Kemampuan Problem Solving (TKPS). Untuk mendapatkan soal tes TPK dan TKPS dilakukan ujicoba. Setelah dilakukan ujicoba, ditentukan validitas butir soal mana yang memadai, yang dicari dengan mengkorelasikan butir soal dengan skor total. Rumus yang digunakan adalah Rumus Korelasii Produk Momen. Reliabilitasnya dihitung dengan rumus Alpha. Analisis data peningkatan penguasaan konsep dan kemampuan problem solving dianalisis secara deskriptif dan skor gain yang dinormalisasi dengan menggunakan rumus g-faktor yang diadopsi dari Meltzer (2002). Tingkat perolehan skor gain yang dinormalisasi dikategorikan dalam tiga kategori, yaitu: N-Gain > 0,7 kategori tinggi, 0,3 ≤ N-Gain ≤ 0,7 kategori sedang, N-Gain < 0,3 berkategori rendah.

HASIL DAN DISKUSI Dari hasil studi kepustakaan, model pembelajaran yang dikembangkan dalam penelitian ini mengacu kepada strategi problem solving untuk fisika yang dikembangkan di Universitas Minesota yang mengikuti lima tahapan yaitu: 1) Memfokuskan masalah (Focus the Problem), 2) Menjabarkan aspek fisis (Describe the Physics), 3) Merencanakan pemecahan (Plan a Solution), 4) Menjalankan rencana pemecahan (Execute the Plan), dan 5) Mengevaluasi jawaban (Evaluate the Answer) (Heller Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

189


Eko Swistoro

& Heller, 200). Hasil pengembangan model pembelajaran yang berupa draf awal program/model berupa sintak yang disajikan padaTabel2

1. 2.

3.

4.

5.

Tabel 2 Langkah-langkah pembelajaran (sintak) model Problem Solving Tahapan Deskripsi Memahami Masalah 1. Identifikasi masalah secara umum 2. Deskripsi setting pemecahan/solusi Menampilkan Masalah 1. Mengorganisasi informasi (kecukupan informasi dengan menurut aspek fisika menggunakan simbol fisika) 2. Membuat diagram, tabel, grafik atau gambar Membuat suatu Rencana 1. Menetapkan pola pemecahan Pemecahan Masalah 2. Membuat renana simulasi atau eksperimen (bila perlu) 3. Menulis persamaan (bila perlu) Menjalankan Rencana 1. Menentukan hasil pemecahan (menggunakan keterampilan menghitung bila diperlukan) 2. Melakukan eksperimen/simulasi bila diperlukan 3. Menggunakan keterampilan aljabar dan Geometri Evaluasi dan Perluasan 1. Mengoreksi jawaban (kebenaran perhitungan, kerasionalan jawaban, keakuratan jawaban) 2. Diskusi hasil penyelesaian 3. Menemukan alternatif pemecahan lain 4. Memperluas konsep ilmiah dan generalisasi

Kemampuan Kemampuan Problem solving

Tabel 3 Kemampuan Problem solving Fisika Sub Kemampuan PS Deskripsi Kemampuan Memahami Masalah Keberhasilan mahasiswa dalam memahami seara Umum (KMMU) pernyataan masalah secara kualitatif Kemampuan Memahami Masalah Keberhasilan mahasiswa dalam mengubah seara Fisika (KMF) keadaan prinsip fisika dan situasi penampilan kedalam bentuk gambar/sketsa fisika dan simbol fisika seperti persamaan fisika secara kuantitatif Kemampuan Matematika (KM) Keberhasilan mahasiswa dalam menggunakan matematik yang diaplikasikan pada masalah khusus Kemampuan membuat rencana Keberhasilan mahasiswa dalam keterpaduan dan menjalankan rencana cara menyelesaikan masalah secara menyeluruh pemecahan masalah (KMR).

Untuk langkah memahami permasalahan dapat dikembangkan deskripsi kualitatif dalam bentuk gambar atau kata-kata yang dapat membantu mahasiswa untuk menemukan pokok persoalannya. Pada langkah menampilkan masalah menurut aspek fisikanya mahasiswa dapat menyederhanakan persoalan jika mungkin menggunakan gambar fisika dan mengajukan hubunganhubungan yang berguna. Pada langkah membuat suatu rencana pemecahan, mahasiswa dapat membuat suatu kerangka persamaan berdasarkan hubungan yang telah diajukan pada langkah sebelumnya. Pada langkah menjalankan rencana tersebut siswa dapat memanipulasi persamaanpersamaan, memasukkan bilangan-bilangan yang diketahui, dan memecahkan masalah aljabarnya. Pada langkah terakhir siswa harus mengevaluasi jawabannya, yaitu dengan memeriksa kesalahankesalahan dan memastikan bahwa jawaban tersebut sudah memuaskan. Sistem sosial yang berkembang adalah minimnya peran pengajar/dosen sebagai pentransfer pengetahuan, demokratis, pengajar dan mahasiswa memiliki status yang sama yaitu menghadapi masalah, interaksi yang dilandasi oleh kesepakatan. Prinsip reaksi yang dikembangkan adalah pengajar lebih berperan sebagai konselor, konsultan, sumber kritik yang konstruktif, fasilitator, pemikir tingkat tinggi. Peran tersebut ditampilkan utamanya dalam proses pembelajaran dimana mahasiswa melakukan aktivitas pemecahan masalah. Sarana pembelajaran yang diperlukan adalah berupa materi konfrontatif yang mampu membangkit kan proses berpikir tingkat tinggi, dan strategi pemecahan masalah yang menantang mahasiswa untuk melakukan usaha problem solving. 190



Eko Swistoro

Sebagai dampak pembelajaran dalam model ini adalah pemahaman, keterampilan kemampuan pemecahan masalah, kemampuan komunikasi, dan keterampilan menggunakan pengetahuan secara bermakna. Sedangkan dampak pengiringnya adalah keterampilan proses keilmuan. Adapun kemampuan problem solving yang dikembangkan (Tabel 3) adalah: a) Kemampuan memahami masalah secara umum (KMMU), b) Kemampuan memahami masalah secara fisika (KMMF), c) Kemampuan matematika (KM), dan d) Kemampuan membuat rencana dan menjalankan rencana pemecahan masalah (KMR). Tabel 4 RUBRIK Kemampuan Problem solving Fisika a. KMMU No 1 2 3 4 5

Deskriptor Seluruh pernyataan tidak tepat dan/atau berisi kesalahan-kesalahan Banyak pernyataan yang salah Sebagian pernyataan salah tidak berguna dan salah Pernyataan berguna tetapi berisi sedikit kesalahan Pernyataan berguna, tepat dan lengkap

Skor 1

Deskriptor Seluruh pendekatan/prinsip fisika tidak tepat dan/atau berisi kesalahankesalahan Banyak pedekatan fisika yang salah Sebagian penerapan pendekatan fisika salah Ketepatan pendekatan fisika berisi sedikit kesalahan Pendekatan fisika tepat dan lengkap

Skor 1

Deskriptor Seluruh perhitungan tidak tepat dan/atau berisi kesalahan-kesalahan Banyak perhitungan yang salah Sebagian perhitungan salah Ketepatan perhitungan digunakan dengan sedikit kesalahan Perhitungan tepat dan lengkap

Skor 1

Deskriptor Seluruh penyelesaian tidak jelas, tidak terfokus dan /atau tidak konsisten Banyak bagian penyelesaian yang tidak jelas, tidak terfokus dan /atau tidak konsisten Sebagian penyelesaian tidak jelas, tidak terfokus dan /atau tidak konsisten Penyelesaian masalah jelas dan terfokus dengan sedikit tidak konsisten

Skor 1

2 3 4 5

b. KMMF No 1

2 3 4 5

2 3 4 5

c. KM No 1 2 3 4 5

2 3 4 5

d. KMR No 1

2

3

4

2

3

4


191

Pengembangan Model Pembelajaran … 5

Eko Swistoro

Seluruh penyelesaian masalah nyata, terfokus, dan berhubungan secara logika

5

Uji validitas model pembelajaran yang dikembangkan dalam penelitian ini dilakukan melalui studi eksperimen. Data Penguasaan Konsep mahasiswa dapat dilihat pada Tabel 5.

No 1 2

Topik Pemantulan Pembiasan

Tabel 5 Rangkuman Skor Pretes dan Postes PK Rata-rata N-Gain (%) Pretest Postest 1,10 3,72 67,6 1,13 3,53 65,2

Keterangan Sedang Sedang

Data Kemampuan Problem Solving dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6 Rangkuman Skor KPS Mahasiswa

No

Topik

1 KMMU 2 KMMF 3 KM 4 KMR Rata-rata

Rata-rata Pretest Postest 2,26 3,97 1,86 3,93 1,96 3,83 1,83 3,57 1,33 3,82

N-Gain (%) 79,3 84,7 83,3 77,3 81,1

Keterangan Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi

UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terimakasih disampaikan kepada dosen mata kuliah Fisika Dasar II yang telah membantu dalam penelitian ini dan mahasiswa pendidikan fisika angkatan 2009/2010 sebagai subyek penelitian. DAFTAR PUSTAKA 1. D. E. Meltzer, Addendum tes: The Relationship between Mathematics Preparation. [Online].Tersedia: http://www.physics.iastate.edu/per /docs/adendum on normalized gain [diakses 9 Juni 2008], 2002. 2. K. Heller, K., & P. Heller, The competent problem solver for introductory physics. Boston: McGraw-Hill, 2000. 3. National Science Teachers Association. “ Science-Technology-Society: Science Educaion for the 1980’s,” in NSTA HANDBOOK 1985-86. Washington, DC: National Science Teachers Association, 1985, pp. 46-49. 4. P. Heller, R. Keith, & S. Anderson, “Teaching problem solving through cooperative grouping. Part 1: Group versus individual problem solving”. American Journal of Physics, 60,(7), 627-636. (1992). 5. W.R. Borg & M.D. Gall, M.D. Educational Research: An Introduction. New York: Longman, 1983. 6. Salpeter, 21st Century Skill: Have Student Ready? Tersedia: http://www.21stcenturyskill.org. [ diakses 27 Maret 2009], 2001.

192


PENGEMBANGAN MODEL PERKULIAHAN MULTIMEDIA INTERAKTIF FISIKA MODERN (TEORI RELATIVITAS KHUSUS) DI LPTK H. Hamdi Akhsan1 & Ketang Wiyono.2 1,2

Pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya

Abstrak This research aims to develop an interactive multimedia learning model of special relativity and to see its implementation in the classroom. Methods R & D with 4-D flow model according to Thiagarajan et al. (1974) the stage of definition (define), designing (design), development (develop), and deseminasi (disseminate) to be used in this study. Instruments used in the form of expert validation sheets, multiple choice tests and questionnaires to solicit the opinion of Physics Education 37 students FKIP Sriwijaya University semesters V. The study found that student responses good / positive about interactive multimedia learning model developed special relativity. Student mastery of concepts increases with N-gain of 0.73 (including the high category) using interactive multimedia special relativity. Concluded that the special relativity interactive multimedia presentation consisting of text, audio, simulations, animations can facilitate students in learning the concepts of special relativity which is abstract. Key words : interactive multimedia, special relativity theory

PENDAHULUAN

F

isika merupakan salah satu cabang IPA yang mendasari perkembangan teknologi maju dan konsep hidup harmonis dengan alam. Perkembangan pesat di bidang teknologi informasi dan komunikasi dewasa ini dipicu oleh temuan di bidang fisika material melalui penemuan piranti mikroelektronik yang mampu memuat banyak informasi dengan ukuran sangat kecil. Sebagai ilmu yang mempelajari fenomena alam, fisika juga memberikan pelajaran yang baik kepada manusia untuk hidup selaras berdasarkan hukum alam. Pengelolaan sumber daya alam dan lingkungan serta pengurangan dampak bencana alam tidak akan berjalan secara optimal tanpa pemahaman yang baik tentang fisika. Fisika Modern merupakan salah satu mata kuliah wajib yang harus ditempuh oleh mahasiswa program studi pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya. Salah satu permasalahan yang dihadapi oleh dosen dalam perkuliahan fisika modern dalam hal ini pada topik teori relativitas khusus adalah penguasaan konsep yang dicapai mahasiswa masih rendah. Menurut hasil penelitian Ding (2006) dalam Budiman (2008) tentang perbaikan pengajaran dan pembelajaran pada fisika modern dengan strategi kontemporer, konten dari fisika modern terdiri dari tiga bagian yaitu fisika kuantum, teori relativitas, dan fisika inti yang semuanya penuh dengan dengan konsep yang bersifat abstrak. Berdasarkan studi pendahuluan diperoleh hasil bahwa pembelajaran topik relativitas khusus dilakukan oleh dosen dengan metode ceramah, yang menyebabkan siswa sulit dalam memahami konsep-konsep relativitas khusus yang bersifat abstrak. Agar konsep-konsep relativitas khusus yang abstrak mudah dipahami oleh siswa perlu adanya inovasi-inovasi dalam pembelajaran fisika (Wiyono, 2009). Salah satu inovasi perkuliahan fisika yaitu dengan pengintegrasian teknologi informasi dan komunikasi dalam bentuk multimedia interaktif. Budiman (2008) telah melakukan penelitian yang hasilnya menyatakan bahwa konsep-konsep yang bersifat abstrak seperti dualisme gelombang partikel dapat dipahami oleh siswa dengan bantuan model pembelajaran multimedia interaktif. Gunawan (2008) menyatakan bahwa terdapat peningkatan yang signifikan penguasaan konsep elastisitas bagi calon guru yang memperoleh pembelajaran berbasis multimedia interaktif. Menurut Fletcher (1983) dalam Kusumah (2008) multimedia interaktif memberikan kontribusi nyata bagi dunia pendidikan, karena dapat digunakan untuk mengatasi perbedaan Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

193

Pengembangan Model Perkuliahan …

Hamdi Akhsan & Ketang Wiyono

individual, mengajarkan konsep, melaksanakan perhitungan dan menstimulus belajar siswa. Sementara menurut Glass (1984) dalam Kusumah (2008) bahwa multimedia interaktif memberi bantuan tidak saja kepada siswa yang tergolong fast learner dan slow learner, melainkan juga pada siswa dengan kategori underachiever, melalui beragam bantuan dan tantangan yang bersifat repetitif, eksploratif dan pengayaan (enrichment) yang dinamis. Berdasarkan uraian di atas, maka dipandang perlu dilakukan suatu penelitian mengenai pegembangan model perkuliahan multimedia interaktif fisika modern (teori relativitas khusus) di LPTK. Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah “Bagaimanakah pengembangan model perkuliahan multimedia interaktif fisika modern (teori relativitas khusus) di LPTK ?”

METODE PENELITIAN Desain Penelitian Penelitian ini menggunakan metode R & D dengan menggunakan alur model 4-D menurut Thiagarajan et al. (1974) yakni tahap pendefinisian (define), pendesainan (design), pengembangan (develop), dan deseminasi (disseminate) seperti Gambar 1. Studi literatur

Studi lapangan tentang pembelajaran fisika modern

Deskripsi temuan

Penyusunan perangkat model perkuliahan multimedia interaktif adaptif fisika modern

Draft desain model multimedia interaktif fisika modern

Judgement pakar/ahli Revisi

Model multimedia interaktif Fisika Modern

Uji coba

terbatas

Implementasi Pada Perkuliahan Fisika Modern

Gambar 1. Alur Penelitian

Lokasi dan Subyek Penelitian Penelitian ini akan dilaksanakan pada salah satu LPTK Negeri di Sumatera Selatan yang menyelenggarakan Program Studi Pendidikan Fisika bagi mahasiswa calon guru fisika. Subyek penelitian adalah mahasiswa calon guru fisika semester V program S1 Program Studi Pendidikan Fisika yang mengikuti mata kuliah fisika modern. 194




Instrumen Penelitian Dalam penelitian ini digunakan instrumen sebagai berikut : a) Rubrik Expert Judgement; digunakan untuk memvalidasi multimedia interaktif yang dihasilkan b) Angket; angket digunakan untuk menjaring pendapat mahasiswa dan dosen tentang penggunaan model pembelajaran fisika berbasis mutimedia interaktif dalam perkuliahan fisika modern c) Tes, untuk mengukur penguasaan konsep mahasiswa tentang materi teori relativitas khusus yang bennetuk pilihan ganda berjumlah 26 butir soal.

HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Tahap Define Pada tahap ini didahului dengan studi literatur yaitu menganalisis kompetensi, materi esensial, analisis konsep. Standar kompetensi untuk materi relativitas khusus yaitu menganalisis berbagai besaran fisis pada gejala kuantum dan batas- batas berlakunya relativitas Einstein dalam paradigma fisika modern, kompetensi dasarnya memformulasikan teori relativitas khusus untuk waktu, panjang,dan massa, serta kesetaraan massa dengan energi yang diterapkan dalam teknologi. Analisis konsep dilakukan untuk mengetahui karakter konsep relativitas khusus yaitu konsep relativitas Newton, transformasi Galileo, teori eter, relativitas Einstein, transformasi Lorentz, waktu relativistik, panjang relativistik, massa relativistik, energi relativistik dan momentum relativistik. Tahap Design Pada tahap ini dilakukan penyusunan perangkat model multimedia interaktif adaptif pendahuluan fisika modern. Penyusunan perangkat model multimedia interaktif fisika modern berupa pembuatan storyboard sebagai panduan dalam mengembangkan MMI fisika modern. Berikut adalah contoh tampilan soryboard :

Gambar 2. Contoh tampilan storyboard Kemudian storyboard tersebut dibuat menjadi draf multimedia interaktif relativitas khusus. Draft desain model multimedia interaktif fisika modern merupakan hasil MMI relativitas khusus awal yang belum di validasi oleh ahli : Berikut adalah beberapa contoh tampilan MMI relativitas khusus :

Gambar 3. Contoh tampilan multimedia interaktif relativitas khusus Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

195



Tahap Develop Pada tahap ini dilakukan penilaian oleh pakar yang meliputi pakar konten dan pakar multimedia interaktif yaitu pakar konten teori relativitas khusus dari Universitas Parahyangan Bandung dan pakar multimedia dari Universitas Pendidikan Indonesia. Dari hasil validasi pakar diperoleh informasi bahwa ahli multimedia memberikan skor 70,67% dari dan ahli konten fisika modern memberikan skor 70,99%. Kemudian dilakukan reviasi sesuai dengan saran dari para ahli. Selanjutnya Ujicoba terbatas dilakukan untuk melihat keterbacaan MMI yang dibuat. Ujicoba terbatas dilakukan kepada 3 mahasiswa yang telah, akan dan belum mengambil mata kuliah fisika modern. Hasil yang skor yang diperoleh 85% mahasiswa menyatakan layak digunakan untuk perkuliahan. Tahap Disseminate Hasil Tes peguasaan Konsep Setelah dilakukan penilian oleh ahli dan ujicoba terbatas, software yang dibuat direvisi sesuai saran dan masukan yang diberikan. Setelah itu dilakukan implementasi pada perkuliahan fisika modern untuk mahasiswa semester V Pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya yang berjumlah 37 orang mulai dari tanggal 06-27 September 2011. Penelitian didahului dengan mengadakan tes awal untuk kelas eksperimen dan kelas kontrol dengan instrumen soal pilihan ganda sebanyak 26 butir. Setelah tes awal kegiatan selanjutnya adalah implementasi software multimedia interaktif relativitas khusus. Sebagai akhir kegiatan penelitian ini diberikan tes akhir untuk mengukur penguasaan konsep relativitas khusus yang telah dipelajari. Dari hasil tersebut diperoleh data persentase skor rata-rata tes awal dan tes akhir serta N-gain.

Gambar 4. Perolehan persentase skor rata-rata tes awal, tes akhir dan N-gain Berdasarkan Gambar 4 diketahui bahwa persentase skor rata-rata tes awal sebesar 32,15% dari skor ideal, persentase skor rata-rata tes akhir sebesar 81,91% dari skor ideal, dan persentase Ngain rata-rata sebesar 73,39% yang termasuk kategori tinggi.

Tanggapan Mahasiswa Terhadap MMI Relativitas Khusus Untuk mengetahui tanggapan mahasiswa terhadap penerapan model pembelajaran multimedia interaktif relativitas khusus dilakukan dengan membagikan angket yang berisi butir-butir pernyataan tentang model pembelajaran yang dibuat. Berdasarkan tanggapan mahasiswa yang diperoleh melalui angket dapat disimpulkan bahwa mahasiswa memberikan tanggapan positif (baik) terhadap penerapan model pembelajaran multimedia interaktif relativitas khusus seperti terlihat pada Tabel 1 196




Tabel 1 Rekapitulasi tanggapan mahasiswa terhadap penerapan model pembelajaran multimedia interaktif relativitas khusus. No 1

Indikator Rata-Rata Persentase (%) Menunjukkan perasaan senang terhadap fisika dengan 3,06 76,4 multimedia interaktif 2 Menunjukkan ketertarikan terhadap tampilan dan fasilitas 3,33 83,3 dalam multimedia interaktif 3 Menunjukkan kesungguhan dalam belajar topik relativitas 3,17 79,2 khusus dengan multimedia interaktif 4 Menunjukkan kesungguhan dalam mengerjakan soal yang di 3,11 77,9 berikan melalui multimedia interaktif Kriteria : (0%<sangat tidak baik <49%; 50%
Kriteria Baik

Baik

Baik

Baik

Dari Tabel 1 dapat diketahui bahwa persentase tanggapan mahasiswa terhadap penerapan model pembelajaran multimedia interaktif relativitas khusus tinggi. B. Pembahasan Pembuatan model pembelajaran multimedia interaktif didahului dengan melakukan analisis konsep abtrak, konsep abstrak dengan atribut kritis dan konsep yang berdasarkan prinsip pada materi relativitas khusus. Hal ini dilakukan untuk mempermudah penyusunan alur pembelajaran bagi pencapaian penguasan konsep relativitas khusus. Model pembelajaran multimedia interaktif yang dikembangkan dalam penelitian ini adalah model tutorial yang bertujuan memberikan penguasaan secara tuntas (mastery learning) kepada mahasiswa mengenai materi pelajaran yang dipelajari. Model ini dilengkapi dengan animasi dan simulasi interaktif sehingga membantu mahasiswa dalam memahami konsep-konsep relativitas khusus yang bersifat abstrak. Model ini juga memungkinkan mahasiswa untuk belajar mandiri karena multimedia interaktif yang dikembangkan dapat dipelajari sendiri di rumah oleh mahasiswa. Multimedia interaktif ini terdiri dari standar kompetensi dan kompetensi dasar, peta konsep, materi dan latihan soal. Model pembelajaran multimedia interaktif relativitas khusus ini dirancang untuk dapat memberikan kesempatan mahasiswa secara aktif untuk menemukan sendiri konsep-konsep yang disajikan baik dalam teks maupun dalam animasi. Hal ini sesuai dengan yang dikemukakan oleh Ausubel (dalam Dahar, 1989) bahwa konsep diperoleh dengan dua cara yaitu melalui formasi konsep (concept formation) dan asimilasi konsep (concept assimilation). Formasi konsep erat kaitannya dengan perolehan ilmu melalui proses induktif. Dalam proses induktif mahasiswa dilibatkan belajar penemuan (discovery learning). Dengan melalui belajar penemuan, peserta didik akan merasakan suatu yang dipelajarinya akan bertahan lebih lama dibandingkan dengan cara belajar klasik (hafalan). Sementara perolehan konsep melalui asimilasi erat kaitannya dengan proses deduktif. Dalam proses ini peserta didik memperoleh konsep dengan cara menghubungkan atribut konsep yang sudah dikenalnya dengan gagasan yang relevan yang sudah dalam struktur kognitifnya. Multimedia interaktif relativitas khusus terdiri dari presentasi dalam bentuk teks, audio, grafik, animasi dan simulasi interaktif yang menyenangkan. Visualisasi disajikan memungkinkan mahasiswa melakukan navigasi, berinteraksi, berkreasi dan berkomunikasi dengan menghubungkan panca indera mereka dengan antusias sehingga informasi yang masuk ke bank memorinya lebih tahan lama dan mudah untuk dipanggil pada saat informasi tersebut digunakan. Pemrosesan informasi


197



dalam pembentukan konsep akan mudah dipanggil apabila tersimpan dalam memori jangka panjang terutama dalam bentuk gambar (Matlin, 1994). Peningkatan penguasaan konsep melalui pembelajaran multimedia interaktif merupakan implikasi dari pembelajaran yang menggunakan bantuan multimedia interaktif. Pembelajaran dengan multimedia interaktif (komputer) akan memberikan motivasi yang lebih tinggi karena komputer selalu dikaitkan dengan kesenangan, permainan, dan kreativitas. Berdasarkan sebaran angket yang diberikan kepada mahasiswa, diketahui bahwa indikator yang menunjukkan perasaan senang terhadap fisika dengan multimedia interaktif, ketertarikan terhadap tampilan dan fasilitas dalam multimedia interaktif, kesungguhan dalam belajar topik relativitas khusus dengan multimedia interaktif dan kesungguhan dalam mengerjakan soal yang di berikan melalui multimedia interaktif semuanya menunjukkan prosentase yang tinggi. Tanggapan baik yang dikemukakan oleh mahasiswa disebabkan karena fungsi dari multimedia interaktif dalam dunia pendidikan, sebagai perangkat lunak (sofware) pembelajaran, yang memberikan fasilitas kepada mahasiswa untuk mempelajari suatu materi. Multimedia memiliki keistimewaan diantaranya adalah (1) interaktif dengan memberikan kemudahan umpan balik; (2) kebebasan menentukan topik pembelajaran; (3) kontrol yang sistematis dalam proses belajar (Munir, 2008) Berdasarkan hasil implementasi model pembelajaran multimedia interaktif relativitas khusus dapat dikemukakan keunggulan dan kelemahan model pembelajaran ini. Keunggulannya adalah : (1) pembalajaran berpusat pada mahasiswa; (2) aktivitas mahasiswa dapat terkontrol; (3) mahasiswa mendapat fasilitas untuk mengulang jika diperlukan, dalam pengulangan tersebut mahasiswa bebas mengembangkan kreativitasnya; (4) tercipta iklim belajar yang efektif bagi mahasiswa yang lambat (slow learner), tetapi juga dapat memacu efektivitas belajar bagi mahasiswa yang lebih cepat (fast learner); (5) evalusai interaktif yang dibuat dapat lebih memotivasi mahasiswa dalam menjawab setiap soal yang diberikan. Kelemahan dari model pembelajaran multimedia interaktif relativitas khusus antara lain (1) beberapa mahasiswa belum terbiasa belajar mandiri dan masih tergantung dengan apa yang diberikan oleh dosen; (2) agar lebih efektif perlu kiranya bahan ajar yang telah dikembangkan di-posting ke web sehingga dapat diakses kapanpun dan dimanapun, (3) ada beberapa komputer yang tidak support dengan software yang dikembangkan sehingga ada beberapa simulasi yang tidak tampil.

SIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan hasil penelitian tentang pengembangan multimedia interaktif fisika modern (relativitas khusus) pada LPTK dapat disimpulkan bahwa : 1. multimedia interaktif relativitas khusus yang terdiri dari presentasi, teks, audio, simulasi, animasi dapat mempermudah mahasiswa dalam mempelajari konsep-konsep relativitas khusus yang bersifat abstrak 2. mahasiswa memberikan tanggapan baik/positif terhadap model pembelajaran multimedia interaktif relativitas khusus yang dikembangkan. 3. penguasaan konsep mahasiswa meningkat dengan menggunakan multimedia interaktif relativitas khusus dengan rata-rata persentase N-gain sebesar 73,39 yang termasuk kategori tinggi. Saran Perlunya dilakukan penelitian lanjut untuk materi yang memiliki karakteristik abstrak, perlu dikembangkan pebelajaran berbasis komputer untuk mata kuliah lain agar mahasiswa terbiasa belajar mandiri dan tidak tergantung dengan apa yang diberikan oleh dosen dan agar lebih efektif perlu kiranya bahan ajar yang telah dikembangkan di-posting ke web sehingga dapat diakses kapanpun dan dimanapun.

DAFTAR PUSTAKA Budiman, Isep; Andi Suhandi; Agus Setiawan. (2008). Model Pembelajaran Multimedia Interaktif Dualisme Gelombang Partikel untuk Meningkatkan Pemahaman Konsep dan Keterampilan Berpikir Kritis. Jurnal Penelitian Pendidikan IPA. Vol 2 (1), 48-55. Dahar, R.W. (1989). Teori-Teori Belajar. Jakarta : Erlangga.

198




Gunawan; Agus Setiawan; Dadi Rusdiana. (2008). Model Pembelajaran Berbasis Multimedia Interaktif untuk Meningkatkan Penguasaan Konsep Calon Guru pada Materi Elastisitas. Jurnal Penelitian Pendidikan IPA. Vol 2 (1), 11-22. Kusumah, Y.S. (2008). Konsep, Pengembangan, dan Implementasi Computer-Based Learning dalam Peningkatan Kemampuan High-Order Mathematical Thinking. Naskah Pidato Pengukuhan Jabatan Guru Besar Tetap dalam Ilmu Pendidikan IPA pada Fakultas PMIPA UPI : Bandung. Matlin. (1994). Cognition. New York : Mc Graw Hill. Munir. (2008). Kurikulum Berbasis Teknologi Informasi dan Komunikasi. Bandung : ALFABETA. Thiagarajan, S., Semmel, D.S. & Semmel, M. (1974). Instructional Development for Training Teachers of Exceptional Children. Source Book. Bloominton : Center for Innovation on Teaching the Handicapped. Wiyono, Ketang. (2009). Penerapan model pembelajaran multimedia interaktif untuk meningkatkan penguasaan konsep, keterampilan generik sains dan berpikir kritis siswa SMA pada topik relativitas khusus. Tesis. Universitas Pendidikan Indonesia : Tidak diterbitkan.


199

STRATEGI EFEKTIF PEMBELAJARAN FISIKA: AJARKAN KONSEP Muhamad Yusup1,* 1

Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Sriwijaya * Email: [email protected]

Abstrak Kebanyakan guru fisika mengajarkan fisika dengan memberikan rumus-rumus matematik. Oleh siswa, rumus-rumus itu dihafal, untuk kemudian digunakan dalam latihan pemecahan soal-soal. Strategi pengajaran seperti ini tidak banyak membantu siswa dalam memecahkan soal lain dengan konteks yang sedikit berbeda. Hal ini dikarenakan siswa tidak memahami konsep yang relevan untuk menyelesaikan soal yang dihadapi. Makalah ini memaparkan strategi pengajaran fisika yang efektif, yakni memberikan pemahaman konseptual lebih dulu sebelum memberikan rumus-rumus matematik. Strategi ini didasarkan pada hasil-hasil penelitian bidang pendidikan fisika. Kata kunci: strategi pengajaran fisika, konsep fisika, pemahaman konseptual

PENDAHULUAN

S

udah menjadi pemahaman bersama di kalangan pendidik bahwa fisika adalah pelajaran yang dianggap sulit bagi sebagian besar siswa, lebih sulit daripada matematika. Karena itu, kebanyakan siswa tidak menyukai pelajaran fisika. Sebenarnya, tidaklah jelas, mana yang menjadi sebab dan yang mana sebagai akibat dari kedua hal di atas. Terlepas dari itu, banyak faktor yang membuat anggapan seperti seperti itu muncul. Salah satu faktor yang membuat siswa menganggap fisika itu sulit adalah penggunaan metode guru yang belum tepat dalam mengajarkan fisika. Kebanyakan guru dalam mengajarkan fisika menggunakan metode ceramah dan latihan soal. Ceramah digunakan guru untuk menjelaskan konsepkonsep fisika berupa rumus-rumus matematik. Dari rumus-rumus yang telah diajarkan, guru lalu memberi contoh dan latihan soal. Lindenfeld (2002) yang menyatakan bahwa dosen terlalu banyak menghabiskan waktu untuk masalah matematika. Hasilnya memang mahasiswa cenderung mudah dalam menyelesaikan soal-soal yang berhubungan dengan persamaan-persamaan matematik. Namun mahasiswa terjebak pada kebiasaan menghafal rumus-rumus fisika berbentuk persamaan matematik daripada memahami maknanya secara fisis. Mahasiswa cenderung mengalami kesulitan untuk memecahkan soal-soal fisika yang berhubungan dengan pemahaman konsep-konsep dasar. Selain itu, metode pemberian contoh dan latihan soal juga memiliki beberapa kelemahan. Kelemahan metode contoh dan latihan memiliki antara lain (Reif, 1995): (a). Contoh-contoh penyelesaian masalah adalah hasil yang sedikit sekali mengungkap proses. Contoh-contoh tersebut dinilai dari ketepatannya, tetapi tidak mengungkap bagaimana membuat keputusan yang tepat dalam memilih satu prinsip daripada prinsip yang lain. Contoh-contoh ini juga tidak mengungkapkan bagaimana menghindari alur penyelesaian yang keliru, atau bagaimana kembali dari jalan buntu ketika menemui kemacetan dalam menyelesaikan masalah. Dengan kata lain, contoh-contoh tersebut sedikit sekali membantu mahasiswa mempelajari strategi berhadapan dengan masalah-masalah yang tidak biasa dijumpai. (a) Contoh-contoh penyelesaian soal dapat menyesatkan anggapan bahwa proses penyelesaian soal berorientasi pada hasil semata. Sebuah proses yang efektif dalam menurunkan hasil-hasilnya sebenarnya melibatkan usaha coba-coba, perencanaan, penguraian, dan perbaikan lebih lanjut. (b) Latihan yang cukup diperlukan untuk belajar memecahkan masalah, tapi harus latihan yang benar. Ketika para mahasiswa mengerjakan PR menghabiskan waktu berjam-jam dan secara sembrono 200


M. Yusup

Strategi Efektif Pembelajaran Fisika…

menggunakan bermacam-macam persamaan, mereka sebenarnya tidak melatih keterampilan memecahkan masalah secara bermakna. Bagaimanakah pengajaran fisika yang baik? Dalam tulisan ini, penulis akan menyajikan saran pengajaran fisika berdasarkan hasil-hasil penelitian pendidikan fisika yang dilakukan para praktisi dan peneliti bidang pendidikan fisika.

DAPATKAH MEMAHAMI KONSEP FISIKA MELALUI RUMUS MATEMATIK? Guru fisika cenderung merasa telah mengajarkan konsep fisika jika telah melakukan perumusan matematik untuk konsep yang diajarkannya. Padahal fisika berbeda dengan matematika. Perbedaan fisika dengan matematika adalah bahwa fisika menjelaskan hubungan mendasar antar besaran fisika sementara matematika secara ketat bertujuan untuk mendapatkan konsekuensi dari asumsi dasar [1]. Sengaja penulis menggunakan kata “rumus”, bukan “persamaan” pada sub judul di atas. Alasannya akan penulis uraikan dalam penjelasan berikut. Ketika penulis bertanya kepada mahasiswa pada berbagai jenjang, bagaimana pernyataan hukum kedua Newton, semua mahasiswa sepakat memberikan jawaban . Lebih jauh ketika penulis bertanya, apakah itu berarti bahwa untuk memperbesar gaya dapat dilakukan dengan memperbesar massa dan atau percepatan benda, mahasiswa menjadi bingung. Ada yang setuju dan ada yang tidak. Mahasiswa yang setuju berarti memahami rumus sebagaimana adanya seperti pada matematika. Pada saat yang lain, ketika mahasiswa ditanya, mengapa pada perumusan gaya Coulomb terdapat (konstanta), mereka tidak dapat menjelaskannya. Demikian pula dengan konsep-konsep yang lain, mahasiswa memberikan jawaban berupa persamaan matematik ketika ditanya mengenai satu konsep fisika. Dalam fisika, tanda “=” (sama dengan) memiliki arti yang berbeda-beda. Xiaoyu menyatakan bahwa tanda sama dengan (=) dalam fisika memiliki makna lebih dibanding hanya bermakna “kesetimbangan” seperti pada aljabar [2]. Sebagai contoh, bermakna bahwa gaya menghasilkan/menyebabkan percepatan. Karenanya, secara fisis kita tidak diperkenankan untuk menuliskannya sebagai , walaupun secara matematik benar, karena gaya berperan sebagai “penyebab” dan menghasilkan “akibat” yang disebut percepatan. Contoh lain yang mirip adalah dan . Pada kasus ini, tanda “=” bermakna “menghasilkan/menimbulkan” atau “menyebabkan”. Makna berbeda untuk tanda “=” pada persamaan gaya gesek gaya Lorentz, , atau dua gaya yang bekerja bersama pada kasus bidang miring, . Di sini, tanda “=” bermakna “memberikan/menyajikan” atau “menjadi”. Sementara untuk hukum kekekalan, tanda “=” menghubungkan dua dua keadaan secara berurutan. Untuk hukum kekekalan momentum linier, , hukum kekekalan momentum anguler , dan kekekalan energi . Ada pula tanda “=” yang hanya bermakna definisi dari suatu besaran, seperti pada , , , . Dari penjelasan di atas, jelaslah bahwa tanda sama dengan (=) dalam fisika tidak selalu bermakna “persamaan” dengan konsekuensinya seperti dalam matematika. Karena itu, memberikan rumus matematik semata tidak dapat membantu mahasiswa atau siswa untuk memahami konsep fisika secara komprehensif. Guru/dosen perlu menjelaskan makna fisis dari persamaan yang baru diajarkannya. Richard Feynman, seorang pemenang nobel fisika pernah mengatakan bahwa ia selalu meletakkan masalah fisika yang dihadapi pada scenario kehidupan nyat, sementara orang lain selalu terjebak pada persoalan matematika.

PEMAHAMAN KUALITATIF DAN KEMAMPUAN MENYELESAIKAN SOAL KUANTITATIF Setelah melakukan penurunan yang cukup panjang dengan kalkulus untuk mendapatkan suatu rumus matematik, berikutnya guru biasa memberikan contoh dan latihan soal penerapan rumus yang diajarkannya. Soal-soal yang berikan biasanya berupa soal kuantitatif. Hal ini dilakukan guru agar siswa lebih memahami konsep-konsep fisika dengan banyak memecahkan soal. Guru beranggapan bahwa jika siswa dapat menyelesaikan soal berarti siswa telah memahami konsep yang dipelajari. Padahal, keberhasilan dalam menyelesaikan banyak soal bukan merupakan suatu ukuran yang baik bahwa siswa telah memahami konsep. Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

201


M. Yusup

Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa pemecahan soal kuantitatif tidak dapat membantu siswa memahami suatu konsep secara mendalam [3-6]. Hasil penelitian yang dilakukan Yusup menunjukkan bahwa mahasiswa cenderung sukses dalam mengerjakan soal-soal kuantitatif tetapi banyak yang gagal menyelesaikan soal kualitatif walaupun soal itu menanyakan konsep yang sama, hanya berbeda format [7]. Gambar 1 memberikan contoh soal dalam dua tipe, kualitatif dan kuatitatif. Dari kedua tipe tersebut, secara umum mahasiswa lebih banyak yang berhasil menjawab soal kedua daripada soal pertama. Dalam literatur penelitian pendidikan fisika, terdapat perbedaan pendekatan dalam menyelesaikan soal antara mahasiswa yang mahir (expert) dan yang kurang mahir (novice). Mahasiswa expert menggunakan strategi dalam menyelesaikan soal berdasarkan konsep-konsep yang relevan, sementara mahasiswa novice berdasarkan konsep-konsep permukaan yang dangkal. 1.

Sebuah elektron atom hydrogen model Bohr berada pada „orbit‟ dengan tingkat energi paling rendah. Bagaimana perubahan radius orbit electron jika electron tersebut berpindah ke tingkat energi ketiga? (A) Radius orbit baru menjadi tiga kali radius semula (B) Radius orbit baru menjadi sembilan kali radius semula (C) Radius orbit baru menjadi sepertiga kali radius semula (D) Radius orbit baru menjadi sepersembilan kali radius semula (E) Pilihan jawaban di atas tidak ada yang tepat

2.

Radius Bohr sebuah electron Hitung radius untuk tingkat energy n=4 (A) (B) (C) (D) (E) Pilihan jawaban di atas tidak ada yang tepat

.

GAMBAR 1. Contoh soal kualitatif (1) dan soal kuantitatif (2). Jumlah mahasiswa menjawab benar soal kedua cenderung lebih banyak daripada soal pertama

Mahasiswa expert memandang pemecahan masalah sebagai suatu proses, sementara mahasiswa novice berpikir bahwa pemecahan masalah merupakan tugas mengingat kembali (recall task). Mahasiswa yang expert menggunakan representasi non-matematik seperti grafik, bagan, dan diagram secara luas sementara mahasiswa novice cenderung kurang menggunakan representasi non matematik. Tabel 1 menunjukkan perbedaan antara mahasiswa expert dan novice yang dirangkum oleh W.J. Gerace [8] TABEL 1. Perbedaan perilaku mahasiswa expert dan novice dalam menyelesaikan soal

Expert Dipengaruhi pengetahuan konseptual Menggunakan analisis kualitatif Menggunakan strategi berbasis konsep Memiliki beragam cara terhindar dari mentok Mampu mengecek jawaban menggunakan jalan alternatif

Novice Terlepas dari pengetahuan konseptual Memanipulasi persamaan Menggunakan teknik tujuan akhir (berorientasi hasil) Membutuhkan bantuan orang lain Cuma punya satu jalan untuk menyelesaikan soal

Leonard, Dufresne, dan Mestre menggunakan strategi penyelesaian soal secara kualitatif, bahkan untuk soal kuantitatif [9]. Dengan strategi ini, siswa diminta untuk menjelaskan bagaimana 202


M. Yusup


caranya menyelesaikan soal yang diberikan dan menjelaskan urutan langkah-langkah logis secara deskriptif agar mendapatkan jawaban yang benar. Strategi ini melatih siswa menggunakan konsepkonsep yang relevan untuk menyelesaikan soal dan memperbaiki kemampuan untuk menjelaskan langkah penyelesaian soal secara logis. Strategi Pedagogi untuk Pembelajaran Konsep Siswa masuk ke kelas bagaikan “ilmuwan amatir” karena telah melakukan observasi terhadap dunia atau lingkungan di mana ia hidup dan dibesarkan. Mereka telah membangun pemahaman terhadap suatu konsep fisika yang telah terikat secara kuat dalam pikiran mereka atau disebut prakonsepsi. Pembelajaran konvensional memperlakukan pikiran siswa seperti wadah yang kosong. Guru menuangkan pengetahuannya tentang fisika ke dalam pikiran siswa, pengetahuan itu akan bertahan dan akan keluar jika „kran‟ terbuka. Tetapi pikiran siswa tidaklah kosong ketika mereka datang ke kelas. Prakonsepsi yang salah yang dimiliki siswa tidak dengan mudah dapat diganti dengan konsep baru yang diberikan oleh guru. Pembelajaran yang dirancang oleh guru harus menyakinkan untuk dapat membuat siswa mampu menginterpretasi suatu konsep secara memadai sebelum mereka diminta untuk menggunakan konsep itu dalam penyelesaian soal-soal. Dalam pandangan konstruktivisme, pengetahuan dibangun sendiri oleh siswa, bukan hasil transfer oleh guru. Beberapa strategi yang telah digunakan dalam penelitian pendidikan fisika dan dapat membantu siswa memahami konsep fisika diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Menggunakan multirepresentasi. Multirepresentasi adalah merepresentasi ulang konsep yang sama dengan format yang berbeda, termasuk verbal, gambar, grafik, dan matematik. Pemahaman yang dalam terhadap suatu konsep memungkinkan seseorang menampilkan konsep itu dalam berbagai bentuk. Jika selama ini guru mengajar cenderung lebih banyak menggunakan representasi matematik, maka akan lebih baik untuk mengembangkan representasi lain, misalnya verbal, grafik, dan gambar. Sebagai contoh, guru selama ini menyatakan hukum kedua Newton sebagai gaya adalah sebanding dengan massa dan percepatan atau ditulis secara matematik . Dengan multirepresentasi guru dapat meminta siswa menyatakan hukum kedua Newton tersebut secara verbal. Pada konsep gaya, penggunaan diagram benda bebas dapat diperluas untuk representasi gambar. Pada konsep kinematika, representasi grafik dapat digunakan untuk membantu siswa memahami konsep secara mendalam. Gambar 2 memperlihatkan contoh tugas menggunakan multirepresentasi.

GAMBAR 2. Contoh tugas menggunakan multirepresentasi [ Ref. 10]

2. Mengekplorasi konteks yang diperluas Pemahaman awal dibatasi oleh konteks di mana konsep itu diperkenalkan. Pikiran manusia secara alami mencari pola dan cenderung untuk melakukan generalisasi berdasarkan pemahaman yang dimilikinya. Siswa biasanya cenderung memperhatikan kemiripan-kemiripan dari dua atau lebih keadaan. Misalnya, umumnya siswa meyakini bahwa arah gaya normal selalu menuju vertikal ke atas, karena semua contoh yang mereka lihat menunjukkan hal tersebut. Guru dapat menghindari Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

203


M. Yusup

kebingungan siswa dan penyederhanaan generalisasi seperti ini dengan memberikan dua atau tiga contoh pertama secara hati-hati. 3. Menggunakan pembandingan dan pengontrasan Seperti halnya konteks yang diperluas, membandingkan dan mengontraskan bertujuan untuk menciptakan kesalingterkaitan pengetahuan. Perbedaannya, ketika siswa membandingkan dan mengontraskan mereka diminta mencari perbedaan dan persamaan diantara konsep-konsep itu. Dengan demikian siswa akan memahami atribut-atribut dari suatu konsep.

KESIMPULAN Mengajarkan fisika tidak cukup dengan mengajarkan rumus-rumus matematik. Lebih jauh, siswa dikatakan telah berhasil dalam pembelajaran fisika jika siswa memiliki pemahaman konseptual yang baik. Untuk mencapai itu, guru dapat menggunakan strategi pemecahan masalah konseptual, menggunakan multirepresentasi, memperluas konteks dan membandingkan dan mengotraskan antar konsep. DAFTAR PUSTAKA 1. C.A. Manogue, et al., “Why is Ampere‟s law so hard? A look at middle-division physics,”.American Journal of Physics. 74 (4), 345 (2006). 2. W. Xiaoyu, “More meaning of “=” in AP Physics,” The Physics Teacher, 49, 405 (2011). 3. J. Clement, ”Students‟ preconception in introductory mechanics,” American Journal of Physics, 50, 66-71 (1982). 4. L.C. McDermott, “Milikan Lecture 1990: What we teach and what is learned-closing the gap,” American Journal of Physics, 59, 301-315 (1991). 5. D. Hestenes, M. Wells, and G.Swackhammer, “Force concept inventory,” Physics Teacher, 30, 141-158 (1992) 6. D. Hestenes, M. Wells, “Mechanics baseline test, Physics Teacher, 30, 159-166 (1992) 7. M. Yusup, “Studi kompetensi multirepresentasi mahasiswa pada topik elektrostatika”, Tesis, Universitas Pendidikan Indonesia, 2009. 8.

W.J. Gerace, “Problem solving and Conceptual Understanding, Proceedings of the 2001 Physics Education Research Conference AIP, Melville, NY, 2001.

9. W.J. Leonard, R.J Dufresne, and J.P. Mestre, “Using qualitative problem-solving strategies to highlight the role of conceptual knowledge in solving problem,” American Journal of Physics, 64 (12), 1495-1503 (1996). 10.

D. Rosengrant, A.V. Heuvelen, and E. Etikina, “Do students use and understand free-body diagrams?”, Physical review special topics-physics education research, 5 (2009).

204


PENGARUH PENDEKATAN SAINS-TEKNOLOGI-MASYARAKAT TERHADAP PRESTASI DAN MINAT BELAJAR SAINS SISWA Giyono*) Guru SMAN 2 Muara Enim Email: [email protected]

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan pengaruh pendekatan S-T-M dan pendekatan konvensional terhadap: (1) kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains; (2) minat belajar sains; dan (3) kinerja ilmiah dalam bidang sains. Penelitian ini merupakan eksperimen semu dengan variabel bebas pendekatan S-T-M dan pendekatan konvensional, dan variabel terikat yang meliputi (1) kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains; (2) minat belajar sains; dan (3) kinerja ilmiah dalam bidang sains. Pengambilan data untuk kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains dilakukan dengan menggunakan soal objektif tes, minat belajar sains dengan rating scale dari Likert, dan kinerja ilmiah dalam bidang sains dengan observasi di laboratorium. Validitas instrumen dilakukan dengan Item and Test Analysis. Data dianalisis dengan menggunakan t-test. Populasi dalam penelitian ini adalah siswa kelas VIII SMPN 4 Wates Kabupaten Kulon Progo, sebagai sampel siswa kelas VIII B dan C yang dipilih secara acak. Desain eksperimen yang digunakan pada kelompok eksperimen dan kelompok kontrol adalah “Randomized Control-Group Pretest-Postes Design”. Jenis perlakuan eksperimen dengan menerapkan pendekatan S-T-M. Hasil penelitian menunjukkan bahwa: (1) ada perbedaan pengaruh yang signifikan kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains antara siswa yang diberi pendekatan S-T-M dan yang diberi pendekatan konvensional, dengan t= 8,425, p = 0,000 pada  = 0,05; (2) ada perbedaan pengaruh yang signifikan minat belajar sains antara siswa yang diberi pendekatan S-T-M dan yang diberi pendekatan konvensional, dengan t = 3,034, p = 0,003 pada  = 0,05; dan (3) ada perbedaan pengaruh yang signifikan kinerja ilmiah dalam bidang sains antara siswa yang diberi pendekatan S-T-M dan yang diberi pendekatan konvensional, dengan t = 2,858, p = 0,006 pada  = 0,05. Dari hasil perhitungan tersebut maka dapat disimpulkan bahwa ada perbedaan pengaruh yang signifikan kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains, minat belajar sains, dan kinerja ilmiah dalam bidang sains antara siswa yang diberi pendekatan S-T-M dan yang konvensional. Kata kunci: sains-teknologi-masyarakat, konvensional, minat, dan kinerja ilmiah

PENDAHULUAN

P

roses pengajaran sains hingga sekarang masih berfokus pada guru sebagai sumber utama pengetahuan dan metode ceramah menjadi pilihan utama bagi kebanyakan guru (Djohar, 2006: 2), untuk itu diperlukan sebuah strategi belajar yang lebih memberdayakan siswa. Sebuah strategi belajar yang tidak menekankan siswa untuk menghafal fakta-fakta dan sejumlah rumus-rumus, tetapi sebuah strategi yang mendorong siswa mengkontruksikan pengetahuan di dalam benak mereka sendiri. Dalam proses belajar, anak belajar dari pengalaman sendiri, mengkonstruksi pengetahuan kemudian memberi makna pada pengetahuan itu. Proses belajar yang mengalami sendiri, menemukan sendiri, dan mengkaitkan dengan kehidupan sehari-hari, diharapkan anak menjadi senang, sehingga dapat menumbuhkan minat belajar serta dapat meningkatkan prestasi belajar, khususnya belajar sains. Guru sains diharapkan dapat menerapkan pendekatan pembelajaran sains yang tepat dan sesuai dengan ciri serta karakter dari mata pelajaran sains itu sendiri. Tetapi pada kenyataanya sistem pengajaran sains masih tekstual dan hafalan, tidak faktual, kontekstual dan konseptual sehingga tidak Prosiding Seminar Nasional Fisika 2012; Palembang, 4 Juli 2012

205

Pengaruh Pendekatan Sains-Teknologi…

Giyono

mampu membentuk budaya ilmu dan membangun individu untuk belajar (Djohar, 2006: 3). Guru setelah masuk kelas membuka buku pelajaran sains dan mulai mengajar dengan menjelaskan hukumhukum dan persamaan matematisnya. Selanjutnya guru membahas beberapa contoh soal yang pemecahannya menggunakan persamaan matematis yang sarat dengan hitungan matematis. Setiap pembelajaran sains yang dihadapi siswa hanya antara menghafalkan rumus-rumus dan berhitung soal-soal. Proses pembelajaran sains yang demikian sangat membosankan siswa, karena merasa tidak bermakna bagi dirinya. Akibatnya, siswa tidak merasa tertarik dan tidak berminat untuk belajar lebih lanjut sehingga siswa tidak akan aktif membangun pengetahuannya sendiri. Karakteristik ideal dalam proses pembelajaran sains mengarahkan dan melibatkan pada kegiatan yang mendorong siswa untuk lebih aktif dan kreatif berinteraksi dengan objek yang nyata serta menyenangkan. Berdasarkan teori konstruktivistik (Depdiknas, 2002: 10-11), bahwa pengetahuan dibangun oleh manusia sedikit demi sedikit, yang hasilnya diperluas melalui konteks yang terbatas dan tidak sekonyong-konyong. Pengetahuan bukan seperangkat fakta, konsep, atau kaidah yang siap untuk diambil dan diingat. Manusia harus mengkontruksi pengetahuan itu dan memberi makna melalui pengalaman nyata. Dengan demikian, keterampilan murid diperoleh dari konteks yang terbatas dan sedikit demi sedikit. Ketika belajar, siswa memperoleh banyak kesempatan untuk mengkonstruksikan sendiri pengetahuannya. Berdasarkan filosofi ini, maka peran guru hanya sebagai pendamping dan pendorong untuk membantu siswa membangun pengetahuan didalam benaknya sendiri dengan cara pembelajaran yang membuat informasi menjadi lebih bermakna bagi siswa. Diharapkan siswa akan lebih berminat dan antusias dalam belajar sains, sebagai hasilnya belajar sains tidak menjenuhkan, tidak membosankan serta tidak menakutkan tetapi belajar sains menjadi lebih indah dan menyenangkan. Menurut hasil survai tiga tahunan oleh Programme for Internasional Student Assessment (PISA) yang dilakukan tahun 2003 prestasi belajar sains/IPA siswa Indonesia berada pada urutan ke-40 dari 40 negara, dan pada tahun 2006 pada urutan ke-52 dari 57 negara. Sedangkan menurut kajian The Trends in Internasional Mathematics and Science Study (TIMSS) tahun 1999, prestasi belajar sains siswa Indonesia berada pada urutan ke-34 dari 38 negara, sementara pada tahun 2003 berada pada urutan ke-34 dari 45 negara. Perbedaan antara PISA dan TIMSS adalah PISA menilai kemampuan siswa di bawah usia 15 tahun untuk tiga bidang, yaitu membaca, matematika dan sains/IPA, sedangkan TIMSS menilai keterampilan anak kelas IV Sekolah Dasar (SD) dan kelas II Sekolah Menengah Pertama (SMP) saja untuk bidang matematika dan sains/IPA (Kompas, 10 Desember 2007). Ketertingalan prestasi belajar sains di Indonesia tersebut telah direspon oleh Departemen Pendidikan Nasional Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah Direktorat Pendidikan Lanjutan Pertama tahun 2002 dengan mencanangkan suatu pendekatan pembelajaran yang dinamakan ”Contextual Teaching and Learning” (CTL) atau pembelajaran dan pengajaran kontekstual, yaitu suatu pendekatan pembelajaran dan pengajaran yang mengkaitkan antara materi yang diajarkan dengan situasi dunia nyata siswa dan mendorong siswa untuk membuat hubungan antara pengetahuan yang dimilikinya dengan penerapannya dalam kehidupan mereka sebagai anggota keluarga dan masyarakat. Hasil yang diharapkan dalam pendekatan CTL adalah meningkatkan prestasi belajar siswa melalui pemahaman makna materi pelajaran yang dipelajarinya dengan cara mengkaitkan antara materi yang dipelajari dengan konteks kehidupan sehari-hari di masyarakat. Salah satu pendekatan yang dapat digunakan untuk melaksanakan pembelajaran dalam konteks CTL tersebut adalah pendekatan sains-teknologi-masyarakat (S-T-M). Arnie Fajar (2005: 27-28), dengan pendekatan sains-teknologi-masyarakat minat belajar siswa bertambah dari tingkat ketingkat serta siswa dapat melihat bahwa sains sebagai alat untuk menyelesaikan masalah. Oleh karena itu, peneliti bersama-sama dengan guru mata pelajaran sains setelah melihat dan merenungkan proses pembelajaran sains yang terjadi di sekolah selama ini dipandang perlu untuk menerapkan S-T-M dalam pembelajaran sains. Pendekatan S-T-M dalam pembelajaran sains dilaksanakan oleh guru pada konsep energi dan perubahanya yang dibahas dengan jalan menghubungkan antara sains dan teknologi yang terkait kegunaannya dengan kehidupan sehari-hari di masyarakat. Dengan mengkaitkan pembelajaran sains dengan teknologi serta kegunaannya dan kebutuhan masyarakat, maka konsep-konsep yang telah dipelajari dan dikuasai oleh siswa diharapkan dapat bermanfaat bagi dirinya dan dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang dihadapinya di lingkungan sosial masyarakat sekitarnya. 206


Giyono


Untuk mencapai hal itu diharapkan guru disamping membekali siswa dengan pemahaman dan penguasaan konsep-konsep sains serta proses berpikir secara konstruktivistik, juga membekali kemampuan untuk berpikir secara kritis sehingga siswa mau peduli terhadap lingkungan masyarakat yang dihadapi di luar kelas, sesuai dengan konsep energi dan perubahannya. Bertitik tolak dari kenyataan tersebut, maka dapat dipertimbangkan penerapan pembelajaran sains dengan menggunakan pendekatan sains-teknologi-masyarakat (S-T-M). Dengan pendekatan S-T-M ini, diharapkan siswa dapat meningkatkan prestasi dan minat belajar sains. Pendekatan S-T-M ini perlu diimplementasikan dalam kegiatan pembelajaran sains di sekolah dan lebih lanjut perlu diteliti pengaruhnya terhadap prestasi dan minat belajar siswa sains pada siswa. Penerapan pendekatan ini diwujudkan dalam suatu penelitian eksperimen yang diberi judul: ”Pengaruh Pendekatan SainsTeknologi-Masyarakat terhadap Prestasi dan Minat Belajar Sains Siswa”.

PERMASALAHAN Dari latar belakang masalah yang telah dikemukakan tersebut, maka dapat dirumusan permasalahan sebagai berikut: (1) apakah ada perbedaan pengaruh kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains antara siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan S-T-M dan siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan konvensional?; (2) apakah ada perbedaan pengaruh minat belajar sains antara siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan S-T-M dan siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan konvensional?; (3) apakah ada perbedaan pengaruh kinerja ilmiah dalam bidang sains antara siswa yang diberi pembelajarannya dan pendekatan S-T-M dengan siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan konvensional?

TUJUAN Adapun tujuan penelitian ini adalah: (1) mengetahui perbedaan pengaruh kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains antara siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan ST-M dan siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan konvensional; (2) mengetahui perbedaan pengaruh minat belajar sains antara siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan S-T-M dan siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan konvensional; (3) mengetahui perbedaan pengaruh kinerja ilmiah dalam bidang sains antara siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan S-T-M dan siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan konvensional.

METODE PENELITIAN Metode penelitian yang dipakai adalah eksperimen semu atau sering disebut eksperimen kuasi (quasi-eksperimental research). Karena penelitian ini berupaya untuk memperoleh informasi yang merupakan perkiraan bagi informasi yang dapat diperoleh dengan eksperimen yang sebenarnya dalam keadaan yang tidak memungkinkan untuk mengontrol dan/atau memanipulasikan semua variabel yang relevan. Dengan menggunakan metode eksperimen kuasi dapat diungkapkan perbedaan kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains, minat belajar sains serta kinerja ilmiah dalam bidang sains akibat adanya suatu perlakuan. Untuk melaksanakan penelitian dipakai dua kelas sebagai sampel, yaitu satu kelas sebagai kelas eksperimen diberi pendekatan S-T-M dan satu kelas sebagai kelas kontrol diberi pendekatan konvensional. Kedua kelas tersebut sebelum diberi pelajaran sains dengan materi energi dan perubahnnya, diberikan pre test dan setelah selesai diberi post test. Kemudian kedua kelas tersebut dianalisis dan dibandingan ada tidak perbedaan kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains, minat belajar sains serta kinerja ilmiah dalam bidang sains. Desain eksperimen yang digunakan berbentuk “Randomized Control-Group Pretest-Postest Design”. Pada desain ini menggunakan dua kelompok, satu kelompok dikenai perlakuan sebagai eksperimen dan satu kelompok sebagai kontrol atau pembanding. Kedua kelompok ini memiliki prestasi belajar sains yang relatif sama yang didasarkan pada hasil nilai raport mata pelajaran sains pada semester ganjil tahun pelajaran 2007-2008. Data yang dihitung antara lain: (1) means; (2) standart deviasi; dan (3) besar sampel pada dua kelompok yang diperbandingkan. Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

207


Giyono

Penelitian dilaksanakan di SMP Negeri 4 Wates Kabupaten Kulon Progo pada tahun pelajaran 2007/2008. Sebagai populasi dalam penelitian ini adalah siswa kelas VIII yang terdiri dari lima (5) kelas paralel. Sebagai sampelnya adalah siswa kelas VIII-B sebagai eksperimen dan kelas VIII-C sebagai kontrol. Dalam menyusun kelas di SMPN 4 Wates dilakukan secara acak sehingga kemampuan yang dimiliki oleh siswa pada masing-masing kelas relatif sebanding antara kelas satu dengan kelas yang lainnya. Variabel yang terlibat dalam penelitian ini meliputi variabel bebas, variabel terikat, dan variabel kontrol. Variabel bebas: pendekatan pembelajaran yang meliputi: pendekatan S-T-M dan pendekatan konvensional atau cara biasa. Variabel terikat meliputi: (1) kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains; (2) minat belajar sains; dan (3) kinerja ilmiah dalam bidang sains. Untuk variabel kontrol meliputi: pengetahuan awal siswa, guru; dan materi pelajaran. Teknik pengumpulan data untuk kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains siswa diperoleh melalui test objektif yang berbentuk pilihan ganda. Test ini mencakup materi pelajaran sains tentang energi dan sifatnya pada kelas VIII semester dua yang diajarkan selama eksperimen berlangsung. Test terdiri atas 20 buah butir soal dengan empat alternatif jawaban. Setiap butir soal diberi bobot yang sama, dengan jawaban yang benar diberi skor 1 dan jawaban yang salah diberi skor 0. Dengan demikian, dari 20 buah butir soal pertanyaan, skor minimal 0 dan maksimal 20. Teknik pengumpulan data minat siswa untuk belajar sains diperoleh melalui angket minat yang dibagikan kepada siswa untuk dijawab dengan rating scale dari skala Likert. Jumlah pertanyaan sebanyak tiga puluh (30) butir soal dengan lima (5) pilihan jawaban alternatif. Indikator minat siswa belajar sains ada lima (5) yaitu: (1) catatan mata pelajaran sains rapi; (2) usaha keras untuk memahami sains; (3) memiliki buku sains; (4) kehadiran dalam pelajaran sains teratur; dan (5) bertanya pelajaran sains dikelas. Instrumen penilaian kemampuam pemahaman dan penerapan konsep sains berupa soal objektif pilihan ganda. Validasi dilakukan oleh ahli pendidikan, dosen pembimbing serta teman sejawat. Kemudian diuji cobakan dan dilakukan validasi. Butir soal test pilihan ganda yang diambil dari poin biserial pada hasil analisis Item and Test Analysis (ITEMAN) dengan membandingkan rp.bis. Untuk rp.bis hitung  rp.bis 0,3 maka butir soal itu valid. Nunnally (Sumarna Surapranata 2006: 47) mengatakan bahwa soal yang memiliki daya pembeda diatas 0,3 merupakan soal yang termasuk dapat membedakan kelompok yang berkemampuan tinggi dengan kelompok yang berkemampuan rendah. Soal objektif test yang digunakan dalam penelitian ini dengan generalisasi bahwa soal yang valid pasti reliabel. Hasil uji coba soal objektif test juga diperoleh nilai alpha cronbach sebesar 0,780 artinya bahwa soal tersebut telah memiliki nilai keandalan yang baik. Menurut Djemari Mardapi (2005: 78) mengatakan bahwa instrumen yang baik harus memiliki indeks keandalan atau reliabilitas (alpha cronbach) minimum 0,70. Berdasarkan pernyataan tersebut, maka soal objektif test tersebut layak untuk digunakan sebagai instrumen dalam penelitian. Untuk soal yang tidak valid dibuang, sedangkan untuk yang valid selanjutnya digunakan untuk instrumen soal test dalam penelitian. Instrumen penilaian minat belajar sains dilakukan validasi oleh ahli pendidikan, dosen pembimbing serta teman sejawat. Dari hasil analisis data reliabilitas angket minat belajar sains diperoleh nilai alpha cronbach antara 0,740-0,951. Instrumen penilaian kinerja ilmiah dalam bidang sains pada siswa dengan menggunakan skala penilaian (rating scale) yang dilakukan pada saat siswa melaksanakan kegiatan praktikum tentang perubahan energi di laboratorium. Validasi instrumen dilakukan oleh ahli pendidikan, dosen pembimbing serta teman sejawat. Untuk mengetahui akibat perlakuan pada kelompok eksperimen apakah pada pembelajaran sains dengan pendekatan S-T-M berpengaruh positip terhadap pemahaman dan penerapan konsep sains, minat belajar sains serta kinerja ilmiah dalam bidang sains pada siswa, maka teknik analisis data yang digunakan adalah dengan menghitung perbedaan antara hasil pre test dan post test untuk masing-masing kelompok, sehingga (T2.ekperimen-T1.eksperimen) dan (T2.kontrol-T1.kontrol). Kemudian membandingkan perbedaan-perbedaan tersebut. Untuk menentukan apakah penerapan perlakuan X itu berkaitan dengan perubahan yang lebih besar pada kelompok eksperimen, maka dihitung (T2.eksperimen - T1.eksperimen) - (T2.kontrol - T1.kontrol). Teknik analisis data berdistribusi normal digunakan uji t saling bebas (independent sample t-test) dan untuk data yang tidak normal digunakan uji U-Mann Whitney. Untuk aspek pemahaman dan penerapan konsep sains dengan uji-t sedangkan untuk minat belajar sains dan kinerja ilmiah dalam bidang sains dengan menggunakan uji U-Mann 208


Giyono


Whitney. Untuk melakukan uji-t pada dua kelompok yang saling bebas(independent) dengan rumus: (Glass dan Hopkins, 1984: 240) t 

( X1  X 2 ) 2  S12  S  2   n2   n1

Keterangan: X 1 = rata-rata sampel 1 (pendekatan Konvensional) (pendekatan S-T-M) s1 = simpangan baku sampel 1

X 2 = rata-rata sampel 2

s 2 = simpangan baku sampel 2 2

s1 = varian sampel 1 2

s 2 = varian sampel 2

HASIL PENELITIAN 1. Hasil Penelitian Data Kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains, minat belajar sains, serta kinerja ilmiah dalam bidang sains pada siswa, baik yang diberi pendekatan S-T-M maupun konvensional dapat dilihat pada Tabel 1 berikut: Tabel 1 Data Kemampuan Pemahaman dan Penerapan Konsep, Minat Belajar serta Kinerja Ilmiah dalam Bidang Sains Siswa Hasil Belajar Sains Perolehan

Kemampuan Pemahaman dan Penerapan Konsep Sains

Minat Belajar Sains

Kinerja Ilmiah

Konven Sional

S-T-M

Konven Sional

S-T-M

Konven Sional

S-T-M

N

34

34

34

34

34

34

Mean

2,618

22,882

-2,324

6,765

3,471

7,706

Stdr. Dev.

8,756

10,957

9,846

14,424

5,701

6,493

Maksimum

21

53

8

61

19

22

Minimum

-11

-5

-28

-26

-8

0

Sumber: data primer yang diolah.

Bila digambarkan dalam grafik data antara siswa yang diberi pendekatan S-T-M dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional dapat dilihat pada Gambar 1 berikut:


209


Giyono

25,0000

22,8824

20,0000

15,0000

Skor

10,0000

7,7059 5,0000

6,7647 3,4706

2,6176

0,0000 Kinerja Ilmiah -5,0000

Minat Belajar -2,3235

Pemahaman dan Penerapan Konsep Sains

Prestasi Belajar = S-T-M = Konvensional

Gambar 1. Histogram Skor Siswa Terhadap Prestasi Belajar Sains antara Siswa yang diberi Pendekatan S-T-M dengan Konvensional.

2. Pembahasan Pengertian pembelajaran konvensional adalah suatu pembelajaran klasikal, dengan metode ceramah, siswa datang, diam, mendengarkan ceramah guru, mencatat, dan menghafalkan apa yang diberikan oleh guru. Guru cenderung lebih dominan menggunakan waktu untuk ceramah memberikan materi pelajaran dan menyelesaikan contoh soal, sehingga siswa kurang mendapat kesempatan untuk menyampaikan pendapatnya akibatnya siswa menjadi pasif dalam belajar. Pengertian minat merupakan kecenderungan atau keinginan yang sangat tinggi terhadap sesuatu yang diikuti rasa puas dan berusaha untuk mencapai objek yang disenangi dan mencoba untuk mengatasi kesukaran karena ketertarikannya. Penilaian prestasi belajar sains dalam penelitian ini didasarkan pada penilaian dengan tes tertulis, skala sikap, dan pengamatan. Hasil penilaian diwujudkan dalam bentuk nilai dengan ukuran kuantitatif ataupun dalam bentuk komentar deskriptif kualitatif. Pengertian pendekatan S-T-M adalah pembelajaran yang menekankan pada konsep-konsep dan peranan sains serta teknologi dalam kehidupan masyarakat serta menumbuhkan rasa tanggung jawab sosial siswa terhadap dampak-dampak sains dan teknologi yang terjadi dan sedang berlangsung di masyarakat. Pengujian hipotesis bertujuan untuk mengetahui apakah hipotesis nol (Ho) yang diajukan ditolak atau diterima pada taraf kepercayaan tertentu. Dari hasil analisis dan uji hipotesis dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M lebih baik dibandingkan dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional. Kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains pada siswa untuk dapat melakukan transfer belajar adalah apabila siswa tersebut mampu menggunakan konsep-konsep yang telah dipelajari ke dalam situasi lain di masyarakat. Kemampuan untuk ”far transfer of learning” atau kemampuan mentransfer belajar diluar sekolah merupakan kemampuan siswa mentransfer hasil belajar yang diperoleh di lingkungan sekolah ke dalam situasi di masyarakat yang bersifat sangat kompleks. Pada konsep energi dan perubahannya siswa telah mampu mentransfer apa yang telah diperoleh di sekolah dengan membuat poster/iklan tentang hemat energi. Hal ini sesuai dengan Anna Poedjiadi (2005: 124) bahwa pembelajaran menggunakan pendekatan sains-teknologi-masyarakat 210


Giyono


mampu mengembangkan kemampuan kognitif secara utuh yang dibentuk dalam diri individu sebagai siswa dengan harapan siswa dapat mengaplikasikan konsep-konsep sains yang telah dipelajari dalam kehidupan sehari-hari. Hipotesis pertama yang diajukan dalam penelitian ini adalah adanya perbedaan kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains antara siswa yang diberi pendekatan S-T-M dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional. Dalam hal ini yang diuji adalah hipotesis nol (Ho) yang menyatakan tidak ada perbedaan kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M dibandingkan dengan yang diberi pendekatan konvensional. Ho: 1 = 2 ; H1: 1  2 dengan  = 0,05 Dari hasil perhitungan dengan mengunakan SPSS for windows 12 ternyata diperoleh t = 8,425 dan p = 0,000, pada  = 0,05. Karena thitung = 8,425 dan p = 0,000 pada  = 0,05 maka Ho ditolak. Ada perbedaan yang signifikan pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M dibandingkan dengan yang diberi pendekatan konvensional. Artinya bahwa perlakuan atau treatment dengan pendekatan S-T-M pada pembelajaran sains dapat menyebabkan kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains lebih baik dibandingkan dengan siswa yang diberi pendekatan konsvensional. b. Minat belajar sains siswa yang diberi pendekatan S-T-M lebih baik dibandingkan dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional. Minat merupakan kecenderungan atau keinginan yang sangat tinggi terhadap sesuatu yang diikuti rasa puas dan berusaha untuk mencapai objek yang disenangi dan mencoba untuk mengatasi kesukaran karena ketertarikannya. Dengan minat tersebut maka apa yang dicapai oleh seseorang tersebut akan memiliki makna bagi dirinya sendiri. Hal ini sesuai dengan Anna Poedjiadi (2005: 124) bahwa pembelajaran menggunakan pendekatan sains-teknologi-masyarakat mampu mengembangkan kemampuan afektif (minat) secara utuh yang dibentuk dalam diri individu sebagai siswa dengan harapan siswa dapat menjadi lebih tertarik dan senang untuk terus-menerus mempelajari dan mendalami sains sehingga, sehingga kesan bahwa pelajaran sains tidak menarik dapat dihindari. Hipotesis kedua yang diajukan dalam penelitian ini adalah adanya perbedaan minat belajar sains antara siswa yang diberi pendekatan S-T-M dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional. Dalam hal ini yang diuji adalah hipotesis nol (Ho) yang menyatakan tidak ada perbedaan minat belajar sains siswa yang diberi pendekatan S-T-M dibandingkan dengan yang diberi pendekatan konvensional. Ho: 1 = 2 ; H1: 1  2 dengan  = 0,05 Dari perhitungan dengan menggunakan SPSS for Windows 12 ternyata diperoleh t = 3,034 dan p = 0,003, pada  = 0,05. Karena thitung = 3,034 dan p = 0,003 pada  = 0,05 maka Ho ditolak. Ada perbedaan yang signifikan pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M dibandingkan dengan yang diberi pendekatan konvensional. Artinya bahwa perlakuan dengan pendekatan S-TM pada pembelajaran sains dapat menyebabkan minat belajar sains siswa lebih baik dibandingkan dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional. c. Kinerja ilmiah dalam bidang sains siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan S-T-M lebih baik dibandingkan dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional. Kinerja ilmiah yaitu kemampuan siswa dalam melakukan sesuatu kegiatan dalam pembelajaran sains, misalnya kegiatan praktikum di laboratorium tentang energi dan perubahannya. Penilaian kinerja merupakan penilaian yang dilakukan dengan mengamati kegiatan siswa dalam melakukan sesuatu kegiatan tersebut. Hal ini sesuai dengan Anna Poedjiadi (2005: 124) bahwa pembelajaran menggunakan pendekatan sains-teknologi-masyarakat mampu mengembangkan kemampuan psikomotorik (kinerja ilmiah dalam bidang sains) secara utuh yang dibentuk dalam diri individu sebagai siswa dengan harapan siswa dapat melakukan proses sains secara langsung, sehingga pembelajaran akan semakin bermakna bagi diri siswa. Hipotesis ketiga yang diajukan dalam penelitian ini adalah adanya perbedaan kinerja ilmiah dalam bidang sains antara siswa yang diberi pembelajaran dengan pendekatan S-T-M dibandingkan dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional. Dalam hal ini yang diuji adalah hipotesis nol (Ho) yang menyatakan tidak ada perbedaan kinerja ilmiah dalam bidang sains pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M dibandingkan dengan yang diberi pendekatan konvensional. Ho: 1 = 2 ; H1: 1  2 dengan  = 0,05 Prosiding Seminar Nasional Pendidikan 2012, Palembang 26 Juni 2012

211


Giyono

Dari perhitungan dengan menggunakan SPSS for Windows 12 ternyata diperoleh t = 2,858 dan p = 0,006, pada  = 0,05. Karena thitung = 2,858 dan p = 0,006 pada  = 0,05 maka Ho ditolak. Ada perbedaan yang signifikan kinerja ilmiah dalam bidang sains pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M dibandingkan dengan yang diberi pendekatan konvensional. Artinya bahwa perlakuan dengan pendekatan S-T-M pada pembelajaran sains dapat menyebabkan kinerja ilmiah dalam bidang sains lebih baik dibandingkan dengan siswa yang diberi pendekatan konsvensional. d. Minat belajar sains siswa yang diberi pendekatan S-T-M secara individu mengalami perubahan secara positip. Pada kategori sangat tinggi terjadi peningkatan sebesar 23,52%, kategori tinggi terjadi peningkatan sebesar sebesar 11,77%, kategori rendah turun 29,41%, dan kategori sangat rendah turun 5,88%. Kategori minat kelas tidak ada perubahan yaitu tinggi atau positip, dari memiliki rerata kelas pre test 99,441 dan post test menjadi 106,1471. e. Minat belajar sains siswa yang diberi pendekatan konvensional secara individu tidak banyak mengalami perubahan. Pada kategori sangat tinggi tetap sebesar 0%, kategori tinggi turun sebesar 11,76%, kategori rendah naik sebesar 11,76%, dan kategori sangat rendah tetap 5,88%. Kategori minat kelas tidak ada perubahan yaitu tinggi atau positip, dari pre test memiliki rerata kelas 96,088 dan post test menjadi 93,765.

SIMPULAN Dari rumusan masalah dan pengujian hipotesis yang diajukan dalam penelitian ini maka dapat disimpulkan bahwa: (1) ada perbedaan pengaruh yang signifikan antara kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M dan yang konvensional. Artinya bahwa kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains pada siswa yang diberi pendekatan S-TM hasilnya lebih baik dibandingkan siswa yang diberi pendekatan konvensional; (2) ada perbedaan pengaruh yang signifikan antara minat belajar sains pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M dan yang konvensional. Artinya bahwa minat belajar sains pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M hasilnya lebih baik dibandingkan dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional. (3) ada perbedaan pengaruh yang signifikan antara kinerja ilmiah dalam bidang sains pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M dan yang konvensional. Artinya bahwa kinerja ilmiah dalam bidang sains pada siswa yang diberi pendekatan S-T-M hasilnya lebih baik dibandingankan dengan siswa yang diberi pendekatan konvensional.

IMPLIKASI Keberhasilan pembelajaran sebagaimana yang telah dikemukakan tersebut memiliki implikasiimplikasi, yaitu: 1. Kemampuan pemahaman dan penerapan konsep sains pada siswa dapat memberikan pengalaman yang sangat baik/berharga bagi siswa untuk dapat memahami isu-isu atau masalah-masalah yang dihadapi dalam kehidupan sehari-hari. Siswa akan semakin peduli terhadap isu-isu atau masalahmasalah yang timbul di tengah masyarakat hingga siswa mampu untuk dapat berperan secara aktif membantu mengatasi masalah-masalah tersebut sesuai dengan kapasistasnya sebagai seorang yang masih duduk dibangku Sekolah Menengah Pertama (SMP). 2. Pengajaran sains di SMP dengan pendekatan S-T-M dapat membantu siswa untuk dapat meningkatkan rasa keingintahuan terhadap sains sehingga minat siswa untuk belajar sains dapat terus ditingkatkan hingga mampu menjadi orang yang melek sains dan melek teknologi. 3. Siswa yang secara akademik prestasi belajar kurang baik dalam penguasaan konsep sains, tetapi mampu meningkatkan minat belajar mereka terhadap sains. Dari negatif atau rendah menjadi positip atau tinggi dan bahkan dari sangat rendah menjadi sangat tinggi dan dari tinggi menjadi sangat tinggi. Hal ini sejalan dengan apa yang dikemukakan oleh Anna Poedjiadi (2005: 125), bahwa ”pendekatan sains-teknologi-masyarakat dapat menjangkau siswa yang tergolong pada kelompok berkemampuan rendah dalam kelas karena dirasakan oleh siswa itu lebih menarik, nyata, dan aplikatif”.

212


Giyono


SARAN 1. Penerapan pendekatan S-T-M dalam pembelajaran sains di sekolah hendaknya dapat mendorong

siswa untuk berpartisipasi langsung dan aktif dalam pemecahan isu-isu atau masalah-masalah yang dihadapi serta dapat menyadari implikasi sosial dan manfaat sains dalam kehidupan sehari-hari. 2. Pembelajaran sains pada konsep energi dan perubahannya hendaknya dapat menggunakan pendekatan S-T-M. 3. Keberhasilan guru dalam pembelajaran pada aspek kognitif dan aspek psikomotorik ditentukan oleh kondisi aspek afektif siswa. Siswa yang memiliki minat belajar dan sikap positip terhadap pelajaran akan merasa senang mempelajari mata pelajaran tersebut, sehingga diharapkan siswa mampu mendapatkan hasil yang optimal. Oleh karena itu guru dalam setiap proses pembelajaran hendaknya mampu untuk membangkitkan minat belajar pada siswa secara optimal. UCAPAN TERIMAKASIH Ucapan terima kasih di sampaikan kepada: 1. Segenap Panitia Seminar Nasional Fisika 2012 Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Jurusan Fisika Universitas Sriwijaya, yang telah berkenan memberikan kesempatan kepada penulis untuk memaparkan hasil penelitian. 2. Semua pihak yang telah bahu membahu sehingga dapat terselenggara kegiatan Seminar Nasional Fisika 2012. REFERENSI 1. Aikenhead, Glen S, “High-School Graduates ‘Beliefs About Science-Technology-Society. III. Characteristics And Limitations Of Scientific Knowledge”. Science Education, 71, 25, 1978. 2. Anderson, Lorin W, Assesing Affective Characteristic In The Schools. Sydney. Allyn And Bacon, Inc, 1981. 3. Anna Poedjiadi, Sains Teknologi Masyarakat Model Pembelajaran Kontektual Bermuatan Nilai. Bandung: PT. Remaja Rosdakarya, 2005. 4. Carin, Arthur A. and Sund Robert. B, Teaching Science Trhough Discovery. Columbus, Ohio: Publishing by Merrill Publishing Company A Bell & Howell Information Company, 1989. 5. Colette, A.T., dan Chiapetta, E. L, Science Intruction In The Middle And Secondary Schools. New York: Macmillan Pusblishing Company, 1994. 6. Depdiknas, Pendekatan Kontekstual (Contextual Teaching And Learning). Jakarta, 2002. 7. Djemari Mardapi, Teknik Penyusunan Instrumen Tes Dan Non Tes. Yogyakarta: Mitra Cendekia Press, 2007. 8. Djohar. M. S, Redefinisi, Revitalisasi, dan Reaktualisasi Pendidikan. Makalah disajikan pada Sarasehan Pengembangan Laboratorium Pembelajaran dan Laboratorium Microteaching Clinic Jurusan Pendidikan Biologi, di Universitas Negeri Yogyakarta, (Agustus 2006) 9. Fisher, Robert B, Science Man And Society. Philadelphia: W.B.Saunders Company, 1975. 10. Glass, G dan Hopkins, K, Statistical Methods In Education And Psyicology. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice-Hall, 1984. 11. Sax, Gilbert, Principles Of Educational And Psychological Measurement And Evaluation. Belmont, California: Wadsworth Publishing Company, 1980. 12. Simanjuntak, L. P. dan Soetioe, Pengajaran Berhasil. Yayasan Penerbit Universitas Indonesia. (Buku asli diterbitkan tahun 1954), 1975. 13. Sri Hartati Samhadi, Mengukur Kualitas ”Output” Sistem Pendidikan. Kompas, p.53 (10 Desember 2007) 14. Sukarjo, Evaluasi Pembelajaran Sains. Makalah disajikan dalam Kuliah Program Pascasarjana, Program Studi Pendidikan Sains, di Universitas Negeri Yogyakarta, 2007. 15. Sumadi Suryobroto, Metodologi Penelitian. Jakarta: PT. Raja Grafindo Persada, 1998. 16. Sumaji, dkk, Pendidikan Sains Yang Humanis. Yogyakarta: Kanisius, 1998.


213

PERAN GURU UNTUK MEMANFAATKAN MEDIA PEMBELAJARAN DALAM PROSES PEMBELAJARAN DI SEKOLAH Suwarti Guru Fisika di SMA Negeri 6 Email: [email protected]

Abstrak Dinamika zaman selalu berimplikasi pada perkembangan teknologi yang disesuaikan dengan kebutuhan masyarakat konsumen. Seiring dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, teknologi komunikasi mengalami kemajuan yang sangat pesat untuk selanjutnya berpengaruh terhadap pola komunikasi di masyarakat, sehingga dunia pendidikan dituntut untuk mengikuti perkembangan teknologi itu. namun karena sumber daya manusia (SDM) kita masih tertinggal untuk memanfaatkan teknologi informasi dalam proses pendidikan, maka keberhasilan dunia pendidikan Indonesia masih tertinggal jauh dibandingkan negara-ngara berkembang lainnya. Peningkatan kualitas SDM tentu tak bisa dilepaskan dari peran guru yang bertanggung jawab atas terselenggaranya suatu proses pembelajaran yang baik dan bisa dipertanggungjawabkan. Demikian juga dengan kemajuan teknologi yang berkembang sangat pesat maka peran media pembelajaran juga semakin penting guna memberikan alternative sumber belajar bagi peserta didik yang harus aktif belajar dengan pengalaman langsung sehingga kecerdasan siswa dapat difungsikan dan berkembang dengan baik. Kata kunci: media pembelajaran, guru, sumber belajar, dan proses pembelajaran

PENDAHULUAN

K

emajuan teknologi yang sangat pesat menuntut tersedianya SDM yang mampu bersaing secara global, akibatnya terjadinya persaingan secara bebas, selanjutnya akan mengakibatkan peranan pemerintah dalam bidang ketenagakerjaan terutama upaya perlindungan terhadap tenaga kerja dalam negeri menjadi surut dan digantikan oleh mekanisme pasar yang ditentukan sepenuhnya oleh kualitas tenaga kerja itu sendiri. Berdasakan penelitian dari sebuah lembaga konsultan di Singapura yaitu PERC (The Political and Economics Risk Consultancy) pada akhir tahun 2001, menemukan bahwa kualitas pendidikan di Indonesia berada pada urutan ke 12 dari 12 negara Asia yang disurvei. Korea Selatan berada pada peringkat pertama disusul Singapura dan Jepang. Sementara itu berdasarkan hasil penilaian Program Pembangunan PBB (UNDP) pada tahun 2000 menunjukan bahwa kualitas SDM Indonesia berada pada urutan ke 109 dari 174 negara, yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan beberapa negara tetangga seperti Singapura (urutan ke 24) dan Malaisyia (urutan ke 61), dan Thailand ( urutan 76). (Hardjito dalam Teknodik; 86). Penelitian terhadap kualitas pendidikan dasar yang dilakukan oleh Asian South Pacific Beurau of Adult Education (ASPBAE) dan Global Campaign for Education. Studi dilakukan di 14 negara pada bulan Maret-Juni 2005. Laporan ini dipublikasikan pada 24 Juni lalu. Rangking pertama diduduki Thailand, kemudian disusul Malaysia, Sri Langka, Filipina, Cina, Vietnam, Bangladesh, Kamboja, India, Indonesia, Nepal, Papua Nugini, Kep. Solomon, dan Pakistan. Indonesia mendapat nilai 42 dari 100 dan memiliki rata-rata E. Untuk aspek penyediaan pendidikan dasar lengkap, Indonesia mendapat nilai C dan menduduki peringkat ke 7. Pada aspek aksi negara, RI memperoleh huruf mutu F pada peringkat ke 11. Sedangkan aspek kualitas input/pengajar, RI diberi nilai E dan menduduki peringkat paling terakhir alias ke 14. (tempat belajar.com) Kondisi ini menuntut perlu adanya suatu sistem pendidikan yang mampu menyediakan SDM yang mampu bersaing secara global dan ini menjdi tantangan bagi dunia pendidikan sehingga pemerintah melalui Depdiknas banyak melakukan usaha dan mengadakan terobosan-terobosan untuk meningkatkan mutu pendidikan di Indonesia, diantaranya adalah melakukan pergeseran paradigma dalam proses belajar, yaitu dari techer active teaching bergeser menjadi student active lerning , artinya orientasi pembelajaran techer centered (berpusat pada guru) disempurnakan menjadi studen 214


Suwarti…

Peran Guru Untuk Memanfaatkan …

centered (berpusat pada siswa). Untuk itu guru akan lebih berperan sebagai fasilitator yang akan memfasilitasi siswa dalam belajar, dan siswa sendirilah yang harus aktif belajar dari berbagai sumber belajar. Sumber belajar yang relevan dalam kondisi ini adalah media pembelajaran. Yang jadi pertanyaan sekarang adalah sejauh mana peran dan potensi media pembelajaran dalam meningkatkan mutu pendidikan nasional serta apakah guru sudah memanfaatkan media pembelajaran dalam proses pembelajaran disekolah secara optimal? PERAN MEDIA PEMBELAJARAN DALAM MENINGKATKAN MUTU PENDIDIKAN Pembelajaran adalah upaya menciptakan kondisi dengan sengaja agar tujuan pembelajaran dapat dipermudah pencapaiannya (eveline siregar;4). Menurut Miarso pembelajaran adalah suatu aktivitas gabungan yang melibatkan guru, peserta didik dan mata pelajaran dalam suatu interaksi yang dinamis. Interaksi yang dimaksud adalah interaksi aktif antara peserta didik dengan lingkungannya sehingga menghasilkan perubahan-perubahan dalam pengetahuan, pemahaman, keterampilan dan terutama sikap yang bersifat permanen . Jadi dapat disimpulkan bahwa proses pembelajaran merupakan suatu proses interaksi antara peserta didik dengan guru dan sumber belajar. Sumber belajar dapat berupa orang, benda, media pembelajaran maupun suasana yang mendorong adanya perubahan pada peserta didik dalam hal pengetahuan, nilai, sikap, perilaku dan keterampilan yang bersifat permanen. Untuk itu maka proses pendidikan yang efektif tentulah harus berorientasi pada sifat dan hakekat peserta didik dengan memberikan motivasi dan stimulan agar peserta didik dapat bersikap aktif, kreatif dan mandiri serta mampu memecahkan masalah tanpa terlalu banyak bergantung pada orang lain (student active lerning), sedang guru menjadi fasilitator yang akan memfasilitasi siswa dalam belajar, memberi arahan, dan menyediakan sumber-sumber belajar untuk memudahkan siswa mengaksesnya. Sumber belajar adalah suatu sistem yang terdiri dari sekumpulan bahan yang dibuat secara sengaja untuk mempermudah terjadinya proses pembelajaran. Sumber belajar dapat terdiri dari: pesan atau informasi yang harus disampaikan, manusia (orang yang menyimpan informasi atau yang menyalurkannya), bahan (media/software yang mengandung pesan contohnya gambar, film, slide, buku,dll), peralatan (media/hardware, untuk menyajikan software, contohnya OHP, LCD, kamera, dll), metode (prosudur penyampaian), lingkungan (situasi sekitar dimana pesan disampaikan). Yang diorganisir sedemikian rupa sehingga menjadi satu kesatuan. Media berasal dari kata medium yang berarti diantara. Jadi media berada diantara dua hal yaitu yang membuat media (memuat pesan) dan orang yang menerima pesan tersebut. Jadi media pembelajaran adalah media yang digunakan dalam proses dan tujuan pendidikan. Pada hakekatnya media pembelajaran juga sebagai media komunikasi yang digunakan untuk tujuan pendidikan. Dalam proses komunikasi tersebut, terlihat bahwa media pembelajaran memiliki peran penting sebagai sarana untuk menyampaikan pesan pembelajaran. Dari uraian diatas dapat dipahami bahwa dalam proses pembelajaran, media pembelajaran berfungsi sebagai alat pembawa pesan pendidikan dalam bentuk audio dan atau audio visual dari pemberi pesan (guru, instruktur,tutor penulis dll) ke penerima pesan (warga belajar). Fungsi itu harus tetap berlangsung dengan baik walaupun tanpa kehadiran guru/pendidik. Dalam peranannya yang demikian itu, maka media pembelajaran telah memerankan dirinya sebagai sumber belajar, sehingga dimungkinkan terlaksananya proses belajar secara mandiri oleh sasaran didik dengan bantuan seminimal mungkin dari orang lain. Peran tersebut akan bisa berfungsi dengan baik karena media pembelajaran dapat berfungsi sebagai (1) memberikan pengetahuan tentang tujuan belajar, (2) memotivasi siswa, (3) menyajikan informasi, (4) merangsang diskusi, (5) membuat yang abstrak menjadi kongkrit, (6) mengarahkan kegiatan siswa, (7) melaksanakan latihan dan ulangan, (8) memberikan penguatan, (9) memberikan pengalaman simulasi.(Prawiradilaga;9). Dengan demikian jelaslah bahwa media pembelajaran mampu memberikan kemudahan dan dukungan kepada guru untuk melaksanakan tugas dengan lebih baik serta mempermudah peserta didik untuk belajar. Sehingga menghasilkan peserta didik yang mampu menyalurkan aspirasinya dan dapat mengembangkan daya nalar berfikirnya dengan baik.


215


Suwarti

Jika peserta didik telah mampu mengembangkan daya nalarnya maka akan tercipta generasi muda yang bermutu dan mampu bersaing di pasar global, yang mampu menghadapi perubahanperubahan yang semakin lama semakin laju tanpa kehilangan dirinya. Pemanfaatan Media Pembelajaran Dalam Proses Pembelajaran Berdasarkan penelitian terhadap kualitas pendidikan dasar yang dilakukan oleh Asian South Pacific Beurau of Adult Education (ASPBAE) dan Global Campaign for Education, pada penelitian aspek kualitas input/pengajar, Indonesia berada pada peringkat paling terakhir alias ke 14, dan diberi nilai E ini berati kualitas pengajar di Indonesia masih sangat rendah berada paling bawah dari negaranegara tetangga kita. Berdasarkan pantauan penulis masih banyak guru di Indonesia yang belum berkompeten dalam hal (1) memahami makna student active lerning, guru masih bingung bagaimana menciptakan agar proses pembelajaran itu menjadi studen centered (berpusat pada siswa), (2) belum terampil memanfaatkan media pembelajaran yang tersedia, (3) belum dapat mengimbangi perkembangan kemajuan teknologi yang begitu pesat, (4) belum mampu mengembangkan media pembelajaran sendiri, agar media pembelajaran yang akan mereka pergunakan sesuai dengan kebutuhan mereka. Padahal guru yang ideal adalah guru yang berkompeten yaitu guru yang menguasai bidangnya dan mampu merancang, melaksanakan dan mengelola pembelajaran secara efektif dan efisien. Guru mempunyai tanggungjawab tambahan menyediakan serta mengatur kondisi untuk membelajarkan peserta didik, mengoptimalkan kesempatan bagi peserta didik untuk menemukan dirinya sendiri, untuk menjadi dirinya sendiri. Guru seperti ini diharapkan mampu memberdayakan semua potensi yang ada dilingkungannya, sehingga dalam pembelajaran berlangsung sesuai dengan konteks setempat, mampu memotivasi, menciptakan suasana yang menantang, mendorong kemandirian, dan melatih peserta didik mengambil keputusan secara bertanggung jawab. Dengan demikian guru memegang peran kunci dalam keberhasilan pemanfaatan media pembelajaran di sekolah. Jadi keberhasilan pemanfatan media disekolah paling tidak diawali dengan sikap dari guru untuk bersedia memanfaatkan media pembelajaran. Namun sayang sebagian besar guru di Indonesia masih enggan memanfaatkan media pembelajaran dalam proses pembelajaran di sekolah. Untuk itu Miarso menyarankan diterapkan strategi sebagai berikut: 1.

Para guru harus diyakinkan terlebih dahulu akan kegunaan media pembelajaran, dan bahwa media itu tidak akan menggantikan kedudukannya sebagai guru, melainkan membantu menyimpan dan menyajikan konsep, prinsip dan prosedur yang ingin diajarkan.

2.

Para guru harus diingatkan ras percaya dirinya, yaitu bahwa ia menguasai pesan yang terkandung dalam media, serta terampil dalam memanfaatkannya. Harus tersedia buku acara dan pedoman untuk memanfaatkan media yang tersedia.

3.

Para guru perlu dilibatkan dan ikut berpartisipasi dalam pengembangan media, karena produknya akan lebih sesuai dengan kebutuhan di lapangan, serta adanya rasa ikut memiliki.

4.

Media pembelajaran itu sendiri harus dirancang sedemikian rupa sehingga guru dapat menyesuaikan dengan keadaan di kelas. Dan dengan demikian masih memberikan kemungkinan untuk improvissi secara terbatas

5.

Media pembelajaran harus tersedia pada saat diperlukan.

6.

Perlu adanya dukungan moral dan kebijakan, dari pengurus yayasan, pimpinan sekolah, serta kumpulan teman sejawat akan pentingnya penggunaan media pendidikan

7.

Perlu adanya dukungan personel, yaitu adanya tenaga fungsional/profesional yang dapat membantu usaha guru dalam mengembangkan dan memanfaatkan media dalam kegiatan pembelajaran.

8.

Perlu adanya dukungan fasilitas, yang berbentuk fisik seperti ruangan, peralatan, bahan baku dll dan yang nonfisik seperti misanya kesempatan untuk mengikuti penataran, pameran, seminar dan sebagainya.

216


Suwarti…


9.

Perlu ada dukungan dana, yang seringkali merupakan unsur yang paling menentukan untuk tersedianya berbagai macam bentuk dukungan lain.

10.

Perlu diberikan waktu yang cukup untuk mempersiapkan diri, baik guru dan petugas lapangan lain, maupun untuk mereka di sumber kegiatan.

KESIMPULAN Untuk menghadapi kemajuan teknologi yang berkembang begitu pesat dan menghadapi era pasar global sudah selayaknya kita mempersiapkan sumber daya manusia yang siap dan mandiri, mengingat sumber daya manusia kita berada paling bawah dari negara-negara berkembang lainnya maka menjadi tantangan yang sangat serius harus dihadapi oleh bangsa ini terutama kalangan pendidikan. Pergeseran paradigma pendidikan yang dulunya guru sebagai pusat kearah siswa menjadi pusat menuntut agar siswa menjadi lebih aktif belajar maka salah satu sumber belajar yang sangat relevan dengan kondisi saat ini dimana teknologi sudah sangat maju, murah dan menjangkau semua pelosok, ialah media pembelajaran. Dalam hal ini guru memegang peran kunci dan sangat menentukan keberhasilan pemanfaatan media pembelajaran di sekolah. Namun sayang fakta menunjukan bahwa pemanfaatan media pembelajaran disekolah belum memuaskan. UCAPAN TERIMAKASIH Terima kasih disampaikan kepada Bapak Supardi atas motivasinya, kepada anak-anak ku Khiarul dan Pandu yang telah mencarikan referensi untuk penulisan makalah ini. REFERENSI 1. Aqib Zainal, Membangun profesional guru dan Pengawas Sekolah,Yrama Widya 2008 2. Hardjito, Jurnal Teknodik, Pustekom 2004 3. Miarso, Yusufhadi, Menyemai benih Teknologi Pendidikan, Jakarta, Kencana 2007 4. Prawiradilaga , salma dan siregar, eveline, Mozaik Teknologi Pendidikan, Jakarta:Kencana 2007 5. Rochaety, sistem Iformasi Manajemen Pendidikan, Bumi Aksara, 2006. 6. Syukur, Teknologi Pendidikan, RaSAIL 2005 7. Sadiman, Arif, Media Pendidikan, RajaGrafindo Persada Jakarta 2009. 8. Sumber Tempat Belajar.com, diakses 28 Juni 2012


217

ISBN(13) 978-979-19544-9-5

9 789791 954495

ISBN(13) PROSIDING

Recommend Documents