Pengaruh Diskusi Terhadap Perkembangan Model Mental Mahasiswa Pada Fenomena Konveksi Panas

404

Mustaqim / Pengaruh Diskusi Terhadap Perkembangan Model Mental Mahasiswa Pada Fenomena Konveksi Panas

Pengaruh Diskusi Terhadap Perkembangan Model Mental Mahasiswa Pada Fenomena Konveksi Panas Mustaqim

Jurusan Fisika, Universitas Negeri Malang e-mail: [email protected]

Abstrak – Model mental digunakan ketika mahasiswa bernalar memahami dan memprediksi berbagai fenomena fisis khususnya konveksi panas. Penelitian ini bertujuan melihat perubahan model mental yang terjadi setelah mahasiswa mengikuti kegiatan diskusi kelompok dan kelas. Penelitian ini menggunakan metode kualitatif yakni studi fenomenologi model mental mahasiswa tentang fenomena konveksi panas. Sebanyak 30 mahasiswa S1 Pendidikan Fisika yang mengikuti mata kuliah Fisika Dasar II berpartisipasi dalam penelitian ini. Data diperoleh melalui tes sebelum dan setelah diskusi, transkrip percakapan hasil diskusi, dan wawancara. Analisis data dilakukan menggunakan metode perbandingan tetap (constan comparative) yakni membandingkan gambar, tulisan, dan perkataan mahasiswa ketika wawancara. Hasil ini menunjukan bahwa diperoleh 5 model mental awal yang kemudian berubah menjadi 2 model setelah diskusi. Hasil tersebut menunjukan bahwa kegiatan diskusi kelompok dan kelas yang diberikan efektif untuk memicu perubahan model mental mahasiswa. Penelitian ini masih memiliki banyak kelemahan, diharapkan peneliti selanjutnya untuk lebih memperdalam proses wawancara dan mencoba berbagai variasi metode pembelajaran sebagai upaya memicu perubahan model mental. Kata kunci: model mental, konflik kognitif, konveksi panas. Abstract – Students use mental models to understand and explain physical phenomena, in particular, the heat transfer subject. This study aims to investigate the changes of mental model that occurred after students participation in a group and a class discussions. This is a qualitative research on a phenomenological study of student mental models in order to learn a heat transfer subject. A total of 30 undergraduate students who took basic physics II course is participating in this study. Data are gathered from written tests, an interview, and discussion transcript, which then analyzed using a constant comparison method that compares data from text, images and students’ explanation during an interview. The result shows that there are five initial identified mental models, which are then turned into only two models after students discussion. It can be concluded that the group and class discussions activities are effective to trigger the changes of the students mental models. This study still has many weaknesses, further research should focus on the interview process and try different variations of learning methods in order to trigger mental model changes. Keywords: mental models, cognitive conflict, heat transfer. I. PENDAHULUAN Belajar seperti yang dijelaskan oleh teori kognitif merupakan perubahan proses mental dan struktur pengetahuan yang dihasilkan dari upaya pembelajar untuk memahami dunia [1]. Peserta didik dapat menggunakan apa yang sering disebut model, atau lebih khususnya model mental untuk memahami fenomena fisik tak terlihat (abstrak), seperti yang terjadi pada skala mikroskopis. Ahli mendefinisikan model mental sebagai representasi internal yang bertindak sebagai analog struktural dari situasi atau proses. Perannya adalah untuk menjelaskan penalaran individu ketika ia mencoba untuk memahami, menjelaskan dan memprediksi keadaan akhir suatu fenomena [2]. Model mental merupakan sebuah representasi dari beberapa domain atau keadaan yang mendukung pemahaman (understanding), alasan (reasoning), dan prediksi (prediction)[3]. Model mental bersifat internal, pribadi, istimewa, tidak lengkap, tidak stabil dan pada dasarnya fungsional [4]. Peserta didik membuat usaha mental untuk memahami sistem yang kompleks tersebut dan membangun representasi mental yang tepat untuk memodelkan dan menjelaskan sistem itu. Peserta didik tersebut terusmenerus memodifikasi dan mereorganisasi model

mentalnya dalam setiap pengalaman baru yang dilalui terutama setelah melalui proses pembelajaran. Salah satu hal yang sering dilakukan dalam pembelajaran adalah diskusi kelompok. Diskusi kelompok merupakan ajang individu untuk saling belajar dan beradu pemahaman antar anggota kelompok. Perbedaan pandangan dalam kelompok memungkinkan terjadinya konflik kognitif pada diri masing-masing mahasiswa sehingga bisa merubah pikirannya. Berdasarkan teori Piage dimana setelah terjadi konflik kognitif maka mahasiswa akan berusaha untuk melakukan asimilasi terhadap pengetahuannya untuk mencapai keseimbangan[5]. Keseimbangan tersebut bisa berupa suatu pemikiran baru atau campuran. Selain itu, hasil penelitian sebelumnya juga menyebutkan terdapat beberapa faktor yang bisa mempengaruhi model mental setiap individu diantaranya penalaran, penjelasan guru, membaca buku, pengalaman sehari-hari dan pernah eksperimen [6]. Model metal berkaitan erat dengan fisika. Para ahli pendidikan fisika sepakat pentingnya mengetahui pengetahuan siswa dalam memahami fenomena fisika yang abstrak. Dengan penyelidikan cara siswa memahami konsep dapat diketahui penalaran siswa ketika memahami, menceritakan dan memprediksi dunia fisis. Model mental

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015 ISSN : 0853-0823

Mustaqim / Pengaruh Diskusi Terhadap Perkembangan Model Mental Mahasiswa pada Fenomena Konveksi Panas

sendiri dapat menginformasikan tentang bagaimana sistem fisis bekerja, meliputi perilaku objek di dalam hukumhukum fisika. Model mental bukan miskonsepsi, di dalam model mental tidak ada “benar” dan “salah”. Model mental individu yang berbeda-beda menunjukkan bentuk konsistensi internal dalam memahami konsep-konsep fisika. Salah satu sub pokok bahasan fisika yang bersifat abstrak dan berkaitan dengan kehidupan sehari-hari adalah fenomena konveksi panas. Kajian yang lebih mendasar dari konsep konveksi panas adalah pemahaman akan suhu dan panas itu sendiri. Pemahaman yang baik dari fenomena konveksi panas diperlukan untuk pembangunan teori ilmiah fenomena transfer energi secara umum. Studi terdahulu fokus pada bagaimana pemahaman mahasiswa terhadap panas itu sendiri dan bagaimana gambaran mahasiswa terhadap proses dinamis konveksi panas [7]. Tujuan utama penelitian ini untuk memahami dan mengeksplorasi kembali pemahaman setiap mahasiswa tentang proses dinamis konveksi panas serta mengetahui bagaimana perkembangan model mental setiap individu mahasiswa setelah melakukan diskusi kelompok II. METODE PENELITIAN Penelitian ini menggunakan pendekatan kualitatif yakni studi penomenologi model mental mahasiswa pada fenoemena konveksi panas. Penelitian ini dilakukan di Universitas Negeri Malang dengan alamat Jl. Semarang 5 Kota Malang dengan responden mahasiswa S1 pendidikan fisika yang mengikuti mata kuliah fisika dasar II sub bahasan mekanisme transfer energi. jumlah responden yang mengikuti penelitian ini sebanyak 31 mahasiswa. Mahasiswa diberi kasus berupa fenomena konveksi panas pada cairan dalam tabung (lihat Gambar 1). Fenomena tersebut dilengkapi dengan sejumlah pertanyaan yang mengarahkan mahasiswa untuk memprediksi besar suhu beserta penjelasan di setiap tahap proses konveksi panas yang terjadi. Data yang kumpulkan bersifat deskriptif kualitatif, yaitu penjelasan secara aktual kasus tersebut baik secara makroskopis maupun mikroskopis. Data diperoleh dengan desain pre-test dan post-test. Pre-test dilakukan sebelum mahasiswa melakukan diskusi kelompok. kemudian post-test dilakukan setelah mahasiwa melakukan diskusi kelompok. Wawancara konfirmasi juga dilakukan setelah pre-test dan post-test untuk lebih memperdalam informasi. Analisis dilakukan pada data hasil tes awal, hasil diskusi kelompok dan hasil tes akhir. Analisis data pertama difokuskan pada jawaban masing-masing individu mahasiswa dan yang kedua fokus pada pengelompokan atau katagorisasi dari 30 mahasiswa didasarkan pada kesamaan dan perbedaan jawaban mereka. Sebuah tabung kaca diisi air dengan volume tertentu seperti terlihat pada Gambar 1. Tabung tersebut kemudian dipanasi dengan pembakar sepiritus tepat di bagian bawah tabung dalam waktu yang cukup lama (air belum sampai mendidih).

405

Gambar 1. Fenomena konveksi panas pada cairan dalam tabung

Pertanyaan yang diajukan, 1. Berdasarkan pemahaman Anda, jelaskan bagaimana proses merambatnya panas pada cairan tersebut beberapa saat setelah tabung dipanasi (Gambar 1). 2. Berdasarkan pemikiran Anda tersebut, buatlah ilustrasi dengan anak panah yang menunjukan arah konveksi panas antar posisi (titik-titik) dalam cairan tersebut. 3. Jika suhu di titik 1 adalah T1, di titik 2 adalah T2, dan seterusnya, maka buatlah perbandingan tinggi temperatur dari kedelapan posisi (titik) yang ditunjukan pada Gambar 2. Jelaskan mengapa demikian. Penentuan model mental individu dilakukan sesuai dengan karakteristik model mental yang telah diuraikan sebelumnya yakni berdasarkan tulisan dan perkataan masing-masing subjek dalam menjawab pertanyaan pada tes uraian. Jawaban tersebut terdiri dari dua elemen yakni, 1) penjelasan bagaimana mekanisme panas bisa merambat dalam cairan dan unsur-unsur yang terlibat dalam proses tersebut (skala mikroskopis), 2) prediksi besarnya suhu pada setiap daerah pada cairan berdasarkan penjelasannya tersebut. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Data hasil penelitian terdiri dari data hasil pre-test, post-test dan data hasil diskusi kelompok. Hasil pre--test setelah dianalisis didapatkan 5 model mental yang berbeda dari 30 mahasiswa. sedangkan hasil post test tinggal didapatkan 2 model mental. Tabel 1 menunjukan model mental hasil pre test dan post test serta frekuensi mahasiswa yang mengkontruksinya. Sedangkan ilustrasinya diberikan pada Gambar 1.


406


Tabel 1. Model mental hasil pretest dan postes Deskripsi model mental Frekuensi konveksi panas pada aluminium pre-test Proses perambatan panas tidak 2 (6,67%) membentuk siklus. Proses M18, M17 konduksi lebih dominan daripada konveksinya. Perambatan panas dari sumber lebih cepat terjadi di tabung daripada di dalam cairan sehingga seluruh bagian tabung terkena panas terlebih dahulu dan suhunya meningkat lebih tinggi dari suhu cairan. Cairan di daerah yang dekat dengan tepi tabung mendapat panas dari tabung sehingga suhunya lebih tinggi dibandingkan suhu cairan dibagian tengah tabung. Besar suhu di setiap daerah T1 = T2 = T6 = T3 = T5 > T7 = T8 = T4. 6 (20 %) Model 2 M2, M20 Proses perambatan panas tidak M11, M23 membentuk siklus. Partikel air M7, M29 panas bergerak keatas secara spontan menyebar kesegala arah. Secara bersamaan partikel air yang masih dingin turun menggantikan posisi yang ditinggalkan partikel panas. keadaan tersebut berlangsung terus menerus selama pemanasan masih berlangsung. Suhu diseluruh cairan sama besar. Besar suhu disetiap bagian cairan T1 = T2 = T3 = T4 = T5 = T6 = T7 = T8 15 (50%) Model 3 Panas merambat membentuk 3 M4, M21, siklus. Partikel air yang mendapat panas masa jenisnya M22, M8, lebih rendah kemudian sebagian M27, M16, bergerak ke permukaan cairan melalui sisi kanan, sisi kiri dan M30 M3, tengah tabung dengan jumlah M1 M26, sama. Posisi partikel air yang ditinggalkan digantikan oleh M28, M25, partikel air di atasnya yang M12, M10, massa jenisnya lebih besar dan suhunya lebih rendah. Selama M5 bergerak keatas, Partikelpartikel air panas melepaskan panas ke sekitarnya dengan jumlah menurun seiring dengan semakin jauh jarak daerah dengan sumber panas. Setelah sampai di atas kemudian partikel air kembali turun melalui jalur yang sama saat naik (membentuk siklus). Siklus tersebut berlangsung terus menerus selama pemanasan

Frekuensi post-test 0 (0%)

0 (0%)

11 (36,66%) M12, M30, M4, M26,M25, M10,M15, M13, M9, M24, M29

masih berlangsung. Besar suhu disetiap bagian cairan T1 > T7 = T2 = T6 > T5 = T8 = T3 > T4 Model 4 Proses perambatan panas membentuk 2 siklus. Partikel air yang terkena panas masa jenisnya lebih rendah kemudian bergerk keatas menuju permukaan melewati bagian tepi tabung. Posisi partikel air yang ditinggalkan digantikan oleh partikel air di atasnya yang massa jenisnya lebih besar. Selama bergerak keatas, Partikel-partikel air melepaskan panas ke sekitarnya dengan jumlah menurun seiring dengan semakin jauh jarak daerah dengan sumber panas. Setelah sampai di atas kemudian partikel air kembali turun melalui tengah tabung (membentuk siklus). Siklus tersebut berlangsung terus menerus selama pemanasan masih berlangsung. Besar suhu disetiap bagian cairan T1 > T2 = T6 > T3 = T5 > T7 > T8 > T4 Model 5 Proses perambatan panas membentuk 2 siklus. Partikel air yang terkena panas kemudian bergerak keatas menuju permukaan hanya melewati bagian tengah tabung sehingga suhunya mengalami kenaikan secara gradual. Sedangkan air dibagian tepi tabung belum terlewati panas sehingga suhunya masih dingin dan massa jenisnya lebih besar sehingga turun mengisi posisi yang ditinggalkan partikel air panas. Setelah sampai diatas, partikel air panas kemudian turun kembali melalui bagian sisi kanan dan kiri (membentuk siklus). Siklus tersebut berlangsung terus menerus selama pemanasan masih berlangsung Prediksi besar suhu disetiap bagian cairan T1 > T7 > T8 > T4 > T5 = T3 > T2 = T6

2 (66,67 %) M14, M19

0 (0 %)

5 (15,67 %) M24, M15 M13, M9, M6

19 (63,33%) M20, M1, M5, M23, M22,M18, M17,M27, M8, M3, M6, M11, M16,M19, M28,M21, M14, M7, M2

keterangan: M adalah “Mahasiswa”



Gambar 2. Ilustrasi 5 model konveksi panas yang dibuat mahasiswa

B. Pembahasan Berdasarkan kriteria, 1) penjelasan bagaimana proses merambatnya panas dalam cairan, 2) ilusrasi jalanya panas yang dibuat responden, dan 3) prediksi besar suhu disetiap daerah pada cairan, diperoleh 5 ragam model mental dari tiga puluh responden yang berpartisipasi. Ada beberapa hal yang bisa dipahami dari kelima model tersebut. Pertama, seluruh responden sudah memahami bahwa perambatan panas pada cairan melalui perantara pergerakan molekul-molekul cairan dimana molekul air panas naik dan molekul air dingin turun. Tetapi terjadi perbedaan ketika menjelaskan mengapa molekul panas naik dan molekul air dingin turun. Ada dua pola pemikiran dari 30 responden yang berpartisipasi berkaitan dengan mekanisme dasar yang mendasari terjadinya aliran fluda pada proses konveksi panas. Pemikiran pertama melihat dari sisi perbedaan massa jenis molekul akibat kenaikan temperatur. Kedua, melihat dari sisi gaya ikat antar molekul, dimana berbeda dengan zat padat, pada zat cair khusunya air, penambahan sedikit energi sudah mengakibatkan putusnya gaya ikat antar molekul sehingga mereka mudah bergerak atau berpindah tempat. kedua pola pemikiran tersebut lantas bukan berarti yang satu benar dan satu salah, tetapi lebih menunjukan bahwa model mental seseorang bergantung bagaimana proses bernalar seseorang tersebut dan pengetahuan awal yang dimilikinya. Kedua, dapat dilihat perbedaan ilustrasi atau simulasi jalannya partikel air panas kelima model dan berkaitan dengan dengan prediksi besar suhu di setiap bagian pada cairan. Ketiga, lebih jauh dapat diidentifikasi konsepsi alternatif mereka dari sistem konveksi. Misalnya, responden yang mengkontruksi model 2 mungkin percaya bahwa (1) molekul air panas bisa segera mengalir ke seluruh cairan setelah pemanasan dimulai, dan (2) panas terdistribusi merata diseluruh bagian cairan; sebagai hasilnya, (3) seluruh cairan akan memiliki suhu yang sama. Responden yang mengkontruksi model 1 memfokuskan pada kombinas konduksi dan konveksi. Proses konduksi panas didalam tabung lebih dominan daripada proses konveksi panas di dalam cairan. Panas terlebih dahulu mengalir ke seluruh bagian tabung kaca baru kemudia dari tepi-tepi tabung panas merambat ke cairan. Sebagai hasilnya, suhu di daerah yang dekat dengan tabung kaca memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan suhu di bagian tengah cairan. Tetapi dalam hal ini, suhu terbesar tetap di cairan bagian dasar, karena ketika panas mulai merambat menuju seluruh tabung, sebagian panas sudah ada yang merambat dari tabung ke

407

cairan yang dekat dengan pusat pembakaran. Model 1 ini belum meandang terbentuknya siklus panas dalam proses tersebut. Seperti halnya model 1, siklus arus panas juga belum dipandang dalam model 2. Jalannya partikel air panas menyebar kesegala arah. Besar suhu disetiap bagian cairan T1 = T2 = T3 = T4 = T5 = T6 = T7 = T8. Berbeda dengan model 1 dan 2, model 3, 4 dan 5 sudah memandang terjadinya siklus arus panas. Tetapi ketiganya berbeda daam visualisasi jalannya siklus tersebut. Perbedaan tersebut juga berakibat terhadap prediksi besar suhu di setiap daerah. Perubahan model mental yang terjadi setelah responden melakukan kegiatan diskusi yakni tersisa 2 model saja yang teridentifikasi. Tidak diperoleh model baru, dua model tersebut yakni model 5 dan model 3. Sebanyak 19 63,33% responden mengkontruksi model 5 dan sebanyak 18 responden merubah model mental awalnya. Hal tesebut juga dipengaruhi oleh kesimpulan dan penjelasan masing-masing kelompok dimana terjadi perbedaan penjelasan mengenai bagaimana jalannya partikel air yang bersuhu lebih tinggi (arus panas). Kelompok 5 menjelaskan bahwa molekul air panas bergerak keatas dan menyebar kesegala arah. Sedangkan kelompok 6 menjelaskan panas merambat membentuk siklus atau model 5. Walaupun responden belum satu model, dapat dikatakan bahwa kegiatan diskusi yang dilakuakn efektif memicu perubahan model mental pada masing-masing responden. V. KESIMPULAN Mahasiswa menggunakan apa yang disebut model mental dalam memahami dan menjelaskan fenomena fisis khususnya yang tak terlihat. Hasil penelitian menunjukan bahwa mahasiswa cukup beragam dalam menggambarkan dan menjelaskan proses dinamis konveksi panas pada cairan. Mahasiswa juga terus memperbaiki model mentalnya disetiap fase proses belajarnya utamanya setelah melakukan diskusi kelompok. UCAPAN TERIMA KASIH Terimakasih yang sebesar-besarnya penulis ucapkan kepada kedua pembimbing, kedua orang tua dan rekanrekan atas doa dan bantuannya sehingga peneliti dapat menyelesaikan penelitian ini dengan baik. PUSTAKA [1]

[2] [3] [4]

E. D. Corpuz, , and N. S. Rebello, Investigating students’ mental models and knowledge construction of microscopic friction. I. Implications for curriculum design and development. Phys. Rev. ST Phys. Educ. Res, 7, 020102, 2011. M. I. Greca and A. M. Moreira.. Mental models, conceptual models, and modelling. Int. J. Sci. Educ, vol 22, 2000, pp. 1-11. D. Gentner.. Mental models, Psychology of. In N. J. Smelser & P. B. Bates (Eds.), International Encyclopedia of the Social and Behavioral Sciences, Elsevier Science, 2002, pp. 9683-9687. D. A. Norman, Some observations on mental models. In D. Gentner & A. L. Stevens (Eds.), Mental models Hillsdale, NJ: Erlbaum, 1983. pp. 7 – 14.


408

[5] [6] [7]


Kang, Sukjin et.al. Reexamining the Role of Cognitive Conflict in Science Concept Learning. Research in Science Education, vol 34, 2004, pp: 71–96. S. Rahayu, and J. Purwanto, Identifikasi Model Mental Siswa SMA Kelas X pada Materi Hukum Newton tentang Gerak. Kaunia. Vol IX, No. 2, 2013, pp 2301-8550. L. G. Chiou, Reappraising the relationships between physics students’ mental models and predictions: An example of heat convection, Phys. Rev. ST Phys. Educ. Res, 9, 0210119, 2013.

TANYA JAWAB Sugiman (UAD) ? Perubahan model dari jumlah 5 menjadi 2 macam apakah ada kesepakatan dalam diskusi kelompok sebelum pre test dan post test Mustaqim (Universitas Negeri Malang) @ Kesepakatan kelompok ada tetapi sesaat, setelah post test banyak mahasiswa yang tetap kokoh dengan pemikiran awal, dan juga berubah sesuai pemikiran kelompoknya. Jadi ketika tes akhir semua tergantung dari keyakinan masing-masing mahasiswa


Pengaruh Diskusi Terhadap Perkembangan Model Mental Mahasiswa Pada Fenomena Konveksi Panas

Recommend Documents