Inkuiri dan Pengajaran Sains

Sains pada umumnya ditandai dengan proses aktif dimana sesorang penasaran dengan alam, berkontribusi pada pemahaman umat manusia tentang benda-benda atau peristiwa di sekitar mereka. Di banyak literatur pendidikan sains inquiry di anjurkan untuk menghasilkan proses aktif yang melibatkan pemikiran ilmiah, investigasi, dan membangun pengetahuan.

Inquiry adalah mencari tahu tentang sesuatu yang berpusat pada keinginan untuk menjawab pertanyaan atau mengetahui lebih banyak tentang sebuah situasi. Penggunaannya dalam pembelajaran sains, yaitu dimulai dengan pertanyaan tentang alam, melibatkan siswa secara aktif, berkonsentrasi pada pengumpulan dan penggunaan bukti, memberikan sudut pandang sejarah, menekankan ungkapan yang jelas, menggunakan pendekatan tim, tidak memisahkan pengetahuan dengan proses mencari tahu dan tidak menekankan untuk menghafalkan kosakata teknis.

Tujuan dari penyelidikan ilmiah adalah untuk memahami alam dan menerapkan pemahaman tersebut dalam masyarakat. Gagasan dan fenomena alam berpusat pada inquiry untuk memunculkan gagasan-gagasan tersebut didorong oleh minat dan daya tarik yang diperoleh para ilmuwan untuk memahami alam, merupakan suatu bentuk yang sederhana tentang “apa” dan “bagaimana” memahami dunia tempat kita hidup.

Pertanyaan “apa” kita merujuk pada “isi” pengetahuan yang dihasilkan dari aktifitas ilmiah yang mencakup konsep, hukum-hukum, teori yang digunakan untuk menjelaskan benda-benda dan peristiwa. Pengetahuan dan pemahaman ini merupakan tujuan besar dari penyelidikan ilmiah. Sedangkan pertanyaan “bagaimana” merujuk pada “proses” pengetahuan dan pemahaman itu diperoleh. Dalam pengajaran sains ada tiga konsep lainnya selain content yang dijelaskan di atas, yang berhubungan dengan proses, yaitu content with process yang merupakan cara untuk merepresentasikan pengajaran sains sebagai inquiry. Konsep ini membawa proses menemukan sesuatu ke dalam pembelajaran sehingga mencerminkan cara penting untuk mengajar sains sebagai inquiry. Berikutnya adalah process with content yang lebih berfokus untuk melibatkan siswa mencari tahu tentang banyak fenomena dan peristiwa. Tujuannya adalah untuk mendorong keterlibatan aktif siswa dan mengajarkan siswa bagaimana menemukan. Sedangkan yang terakhir adalah a process yang dimaksudkan untuk mengajarkan siswa keterampilan investigasi yang benar yang digunakan oleh ilmuwan.

Ada dua frase yang digunakan disini, yaitu mengajarkan sains sebagai inquiry dan mengajarkan sains dengan inquiry. Perbedaannya adalah mengajarkan sains sebagai inquiry mengharapkan siswa tertarik untuk menemukan dan tidak menghapal materi dan kosa kata sains. Siswa belajar bagaimana belajar dan menemukan jawaban dari pertanyaannya sendiri.

Sedangkan mengajarkan sains dengan inquiry mengharapkan siswa memahami bagaimana pengetahuan dihasilkan dari interpretasi data, memahami bahwa memang interpretasi data bahkan mencari data hasil yang berdasarkan konsep-konsep dan asumsi bahwa perubahan sebagai pertumbuhan pengetahuan kita, kemudian karena perubahan prinsip dan konsep, pengetahuan selalu berubah, dan perubahan pengetahuan tersebut adalah dengan alasan yang baik karena kita dapat mengetahui lebih baik dan lebih banyak dari apa yang kita ketahui sebelumnya.

Guru sains memiliki banyak sekali strategi dan tehnik dalam mengajar. Salah satu yang bisa dipertimbangkan adalah instruksi berbasis inquiry yang terdiri atas mengajukan pertanyaan, keterampilan proses sains, discrepant events, aktifitas induktif, aktifitas deduktif, mengumpulkan informasi, memecahkan masalah, dan proyek sains.

Mengajukan pertanyaan yang tepat sangat penting dalam menginvestigasi sesuatu. Pertanyaan dapat melibatkan pemikiran dan berorientasi pada aktifitas mental untuk mencapai suatu pemaknaan atau disesuaikan pada taksonomi Bloom yang mencakup pengetahuan, pemahaman, aplikasi, analisis, sintesis dan evaluasi. Salah satu tehnik yang dapat digunakan guru sains adalah menuliskan sebuah pertanyaan yang dapat membimbing siswa kepada suatu pemahaman di papan tulis dan kemudian dijawab oleh siswa.

Keterampilan proses sains mencakup observasi, klasifikasi, inferensi, pengukuran, menggunakan data, prediksi, mendefinisikan secara operasional, membentuk model, mengontrol variabel, menginterpretasi data, hipotesis dan melakukan eksperimen. Keterampilan ini seharusnya dapat menghasilkan literasi sains pada siswa.

Ketika discrepant events diberikan pada siswa, akan menyebabkan mereka bertanya-tanya mengapa peristiwa tersebut terjadi seperti itu. Situasi ini membiarkan mereka bingung untuk menjelaskan apa yang telah terjadi.

Guru sains harus mendorong siswa di banyak titik selama proses penyelidikan untuk memperoleh informasi dari berbagai sumber seperti membaca materi cetak, mencari informasi dari individu atau mengakses informasi dari internet. Pengumpulan informasi dapat terjadi selama fase penerapan siklus belajar, misalnya, ketika siswa ditugaskan untuk membaca tentang topik. Membaca artikel dan membaca buku pelajaran yang sesuai pada saat. Dalam kasus lain, guru dapat meminta siswa untuk membawa kliping koran tentang suatu topik atau mencari informasi di internet.

Pendekatan Pemecahan masalah berpotensi untuk melibatkan para siswa dalam penyelidikan otentik, mengembangkan keterampilan penyelidikan mereka, dan mengarahkan pada pemahaman yang lebih kuat dari isi yang diteliti. Strategi ini dapat memberikan siswa perasaan untuk melakukan penyelidikan ilmiah. Mereka mengajukan pertanyaan, prosedur rencana, mengumpulkan informasi, dan bentuk kesimpulan. Pengalaman-pengalaman belajar bisa dalam durasi pendek atau panjang, membutuhkan beberapa bulan untuk diselesaikan. Pendekatan ini bukan jenis kegiatan yang mengarahkan siswa untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan di akhir bab buku teks atau memasukkan angka ke dalam rumus untuk menghitung jawaban tetapi merupakan kegiatan pembelajaran dengan cara mengumpulkan pertanyaan, merencanakan cara yang tepat, mengumpulkan informasi, dan membuat kesimpulan.

Proyek sains mengharapkan siswa mengidentifikasi topik untuk belajar, mengusulkan pertanyaan yang harus dijawab, menetapkan prosedur untuk melaksanakan proyek, mengumpulkan informasi dan data, menyajikan hasil, dan membentuk kesimpulan. Proyek-proyek ini memerlukan banyak usaha dari siswa, serta bimbingan dari para guru dan orang tua. Sebuah proyek sains dapat dilakukan secara individual, oleh sepasang mahasiswa, oleh sekelompok siswa, atau dengan seluruh kelas. Proyek sains harus menjadi komponen umum dari semua program ilmu pengetahuan, apakah mereka terikat  dengan kompetisi ilmu yang adil. Proyek sains memiliki banyak bentuk seperti hobi atau hewan peliharaan, menunjukkan fenomena alam, model, laporan dan poster, penggunaan laboratorium, studi observasi dan studi eksperimen.

Menempatkan siswa bekerja dalam masalah atau melakukan investigasi adalah praktek yang didukung oleh penelitian untuk menemukan dan juga observasi kelas yang efektif bagi guru sains. Bekerja dalam grup yang dinamis dapat merangsang dan mendukung penyelidikan di banyak situasi dan lebih baik daripada bekerja sendiri. Bekerja dalam grup tidak hanya dapat menambah kemampuan menyelesaikan masalah bagi siswa tetapi juga dapat memperbaiki perkembangan konsep. Siswa menemukan banyak sekali arti pelajaran sains, ketika pengetahuan mereka dibangun secara produktif, dalam kelompok kecil dan bekerjasama.

Agar lebih efektif, guru sains biasanya sering membentuk kelompok dan memberikan tugas kepada siswa serta memfasilitasi dengan pembelajaran berbasis inkuiri. Pendekatan ini tampak menambah keterlibatan siswa dalam lingkungan belajar. siswa dapat menggunakanya ketika mendapatkan tugas khusus, mereka akan memiliki petunjuk lebih dan akan senang dalam pembelajaran mereka sendiri. Teknik penggrupan dan tugas dapat berguna untuk memanajemen strategi untuk mengubah perintah guru dari mengeluarkan informasi menjadi pengelola pembelajaran langsung yang mana menjaga siswa menjadi lebih produktif dengan msalah kecil.

Mengelompokan dan memberikan peran memfasilitasi pembelajaran bekerjasama dan menangkap potensi untuk menghasilkan hasil pembelajaran yang penting. Macam-macam peran yang dapat diberikan kepada siswa untuk bekerja dalam kelompok kecil seperti pemimpin yang mengatur dan menjaga langkah-langkah penyelidikan, manajer yang mengumpulkan dan memelihara bahan-bahan dan peralatan, pencatat yang mencatat data dan mencari informasi, reporter yang mempersiapkan penulisan laporan. Namun, kesuksesan pembelajaran kooperatif sangat ditentukan oleh bakat, kedewasaan, dan kedisiplinan siswa.

Sebelum kita menerapkan inquiry dalam pembelajaran ada hal-hal yang perlu diperhatikan terkait dengan pengajaran berbasis inkuiri, yaitu guru sains harus mengembangkan gambaran yang jelas dari sains berbasis inquiry dan bisa menjelaskannya kepada pengelola dan orang tua. Gambaran ini harus memperlihatkan bagaimana isi dan proses yang diseimbangkan dengan memberikan hasil pendidikan yang ilmiah yang didukung oleh sekolah, daerah, kabupaten dan negara.

Pengajaran investigasi ini juga membutuhkan waktu lebih banyak dibandingkan mengajar sains semata-mata hanya untuk menghapal isi pengetahuan saja. Guru menyediakan alat dan bahan, oleh karena itu, ini membutuhkan komitmen guru terhadap waktu, usaha serta uang. Pembelajaran ini membutuhkan fasilitas sedangkan banyak sekolah tidak memiliki fasilitas yang baik, membuat hal ini sulit untuk diterapkan di kelas yang luas dengan siswa yang banyak. Dan perlu diingat juga bahwa istilah-istilah sains penting untuk seluruh siswa pendidikan sains. Nama memberikan arti terhadap konsep dan penting untuk komunikasi yang baik.

Kemudian melakukan hand-on activities yang memberikan peranan penting untuk membawa siswa dalam pembelajaran sains. Bagaimanapun, aktivitas ini tidak memastikan bahwa siswa belajar ilmu pengetahuan dan kemampuan yang diteliti. Yang berikutnya adalah cakupan kurikulum. Daerah memberikan isi cakupan kurikulum yang sangat luas, dan ini tidak memungkinkan untuk melaksanakan pengajaran inkuiri. Dan yang terakhir adalah disiplin. 

Pengajaran Sains

Seorang guru yang baik adalah guru yang melibatkan siswa dalam berbagai proses berpikir dan cara-cara untuk membantu mereka membangun pemahaman ilmu mereka sendiri dan mempertimbangkan bagaimana pemahaman ini dapat digunakan untuk meningkatkan kehidupan mereka. Untuk mencapainya guru harus memiliki pemahaman yang baik tentang materi yang dia ajarkan. Sehingga ia dapat mengajukan pertanyaan yang baik, mengembangkan pemahaman siswa, dan merangsang diskusi kelas.

Seorang guru sebaiknya mengajar dengan antusias karena pada dasarnya siswa sangat peka dengan sikap guru mengajar. Mereka dapat merasakan perbedaan antara guru yang hanya memberikan materi pelajaran dan guru yang peduli dengan seberapa baik mereka dapat memahami apa yang dipelajari. Oleh karena itu guru membutuhkan keterampilan mengajar yang diperlukan untuk memperkenalkan pelajaran, mengajukan pertanyaan, memberikan arah, memberikan umpan balik, berinteraksi dengan siswa, dan mengakhiri pelajaran.

Keterampilan yang pertama adalah memperkenalkan pelajaran untuk mempersiapkan para siswa untuk belajar. Pengenalan memusatkan perhatian pada apa yang akan diajarkan dan mencoba menarik minat siswa dalam pembelajaran. Kemudian guru mengarahkan tentang apa yang diharapkan dan memandu perilaku siswa pada arah yang tepat dan produktif. Arah diberikan dengan cara memastikan bahwa semua siswa tahu apa yang harus dilakukan dan bagaimana melakukannya.

Dalam pembelajaran, pertanyaan diberikan untuk melibatkan siswa untuk dapat berpikir dan merespon. Pertanyaan yang dimaksud adalah pertanyaan tingkat tinggi, terbuka, dan bersifat menyelidik. Sehingga mendorong siswa untuk terlibat dalam pelajaran, mengeksplorasi pemikiran mereka sendiri, menjelaskan ide-ide mereka, mengevaluasi apa yang mereka temukan, dan menguraikan apa yang telah mereka pelajari. Selanjutnya, guru dapat menunjukkan waktu tunggu yang tepat, memberi kesempatan siswa untuk berpikir tentang pertanyaan yang diajukan dan jawaban yang diberikan oleh siswa lain.

Guru juga dapat menggunakan alat bantu mengajar yang dapat memfasilitasi presentasi gagasan dan informasi dan mengembangkan pembelajaran siswa. Perangkat seperti proyektor atau poster yang dibuat oleh guru ketika digabungkan dengan pertanyaan yang baik dan penjelasan yang jelas, sangat efektif.

Kesuksesan pembelajaran juga ditentukan oleh pengelolaan kelas yang baik karena ini mencakup segala sesuatu yang guru lakukan untuk menciptakan dan mempertahankan lingkungan belajar yang produktif. Jadi guru harus dapat mengembangkan hubungan positif di antara semua siswa dan antara siswa dan guru sehingga pembelajaran dapat menjadi lebih efisien.

Penutupan mengakhiri pembelajaran. Tindakan ini membantu siswa untuk meninjau apa yang telah disajikan dan untuk memperkuat ide utama dari pembelajaran. Meminta siswa untuk merespon secara lisan pertanyaan, menyelesaikan lembar kerja, atau membangun sebuah diagram atau peta konsep adalah cara yang efektif untuk menilai dan memperkuat pembelajaran.

Aspek yang paling penting dari pengajaran yang sukses dan pengalaman belajar bagi siswa adalah mengukur dan mengevaluasi pembelajaran mereka selama pembelajaran. Proses penilaian itu harus merepresentasikan tentang keberhasilan pelajaran dan tujuan pembelajaran itu sendiri.

Sebuah strategi pembelajaran mendesain cara pendekatan sebuah segmen besar atau seluruh pelajaran untuk mencapai himpunan hasil belajar. Beberapa pelajaran yang direncanakan sekitar penyajian informasi, dan dengan demikian kuliah dapat digunakan. Beberapa pelajaran merencanakan kegiatan yang memerlukan siswa untuk mengembangkan ide-ide abstrak dari pengalaman pertama. Ada juga yang direncanakan sebagai ilustrasi prinsip-prinsip sains atau hukum melalui penggunaan demonstrasi. Dan beberapa pelajaran berikutnya direncanakan untuk memperkuat apa yang telah dipelajari selama beberapa pelajaran dengan bacaan yang menggabungkan pertanyaan dan membaca materi-materi yang dipilih dari buku teks yang ditetapkan, sedangkan pelajaran lainnya dirancang sekitar dua atau lebih strategi instruksional.

Beberapa strategi pembelajaran diantaranya kuliah yang melibatkan penyajian informasi, merupakan cara yang efisien untuk menginstruksikan sekelompok besar siswa. Yang berikutnya adalah diskusi yang memungkinkan siswa untuk mengekspresikan pandangan mereka dan menjelaskan ide-ide mereka untuk mempromosikan keterlibatan siswa di dalam kelas. Kelompok diskusi dapat diatur dengan seluruh kelas, kelompok-kelompok kecil, atau berpasangan siswa.

Kemudian demonstrasi yang menggambarkan ide-ide melalui cara-cara konkret yang memusatkan perhatian pada aspek-aspek kunci dari konsep dan dapat menjadi sarana yang efektif untuk membimbing pemikiran siswa. Ke empat adalah kerja laboratorium yang melibatkan siswa dalam pengalaman langsung untuk mempelajari fenomena alam digunakan untuk mengajar siswa teknik laboratorium dan keterampilan penyelidikan. Yang kelima adalah membaca yang merupakan cara untuk mempromosikan berbagai aspek ilmu pengetahuan dengan membentuk ide dan menangkap makna dari kata yang tercetak, seperti dalam buku teks sains atau materi cetakan lainnya yang dapat diimplementasikan secara keseluruhan di kelas.

Strategi lainnya adalah kelompok kerja yang merupakan cara terbaik untuk melibatkan para siswa dalam belajar sains, yang mendorong siswa untuk bekerja sama, berbagi ide dan bekerja secara bersama-sama pada tugas-tugas yang mengarah ke produk umum. Kemudian simulasi dan permainan yang dirancang untuk menggambarkan peristiwa dan proses yang terjadi di dunia nyata. Hal ini dapat membantu siswa untuk memvisualisasikan benda dan peristiwa yang tidak dapat diamati dalam komunitas kelas, laboratorium atau di sekitarnya. Yang kedelapan adalah komputer dan internet yang memiliki potensi besar untuk melibatkan para siswa dalam mencari tahu tentang ide, menjawab pertanyaan, dan memecahkan masalah karena siswa dapat mencari ribuan topik ilmu pengetahuan di internet dan bahkan menemukan data ilmiah untuk menganalisis dan belajar.

Dan yang terakhir adalah hapalan yang mengharuskan siswa untuk menunjukkan pengetahuan mereka melalui tanggapan mereka atas pertanyaan guru, yang biasanya dilakukan menjelang akhir pelajaran, dengan guru meminta siswa tertentu untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan yang berhubungan langsung dengan hasil belajar pelajaran.

Mengajar dan belajar untuk memahami adalah tujuan utama untuk pendidikan sains, seperti tujuan ilmu pengetahuan adalah untuk memahami fenomena alam. Ketika kita mengajarkan pelajaran sains yang menggabungkan banyak keterampilan mengajar dan strategi instruksional, kita dapat merasa yakin tentang keberhasilan pengajaran tersebut.

Kita harus mengajarkan siswa bagaimana mencatat dan memonitor catatan mereka untuk mengambil umpan balik yang dapat diberikan sehingga kita dapat mengetahui seberapa baik ini telah dilakukan. Menulis ringkasan dan makalah singkat untuk mengatur ide-ide sangat penting untuk pemahaman sains, karena menulis menuntut siswa untuk berpikir secara mendalam mengingat apa yang mereka ketahui dan mengatur apa yang mereka pikirkan.

Kemudian kita dapat mengajak siswa untuk mengidentifikasi persamaan dan perbedaan yang merupakan teknik yang tampaknya memiliki efek yang paling kuat pada pembelajaran karena ketika kita meminta siswa untuk membandingkan konsep sains, mereka harus tahu apa yang dibandingkan terlebih dahulu dan kemudian menunjukkan bagaimana persamaan dan apa yang membedakan mereka. Penting untuk diingat oleh guru supaya siswa dapat memiliki gagasan yang jelas tentang bagaimana konsep-konsep ilmu dasar yang sama namun berbeda, seperti mitosis dan miosis, massa dan berat, dan kecepatan dan percepatan. Guru dapat menggunakan analogi untuk membantu siswa mempelajari gagasan-gagasan abstrak.

Guru juga dapat menggunakan konsep pemetaan untuk mendukung belajar visual yang dapat membantu siswa untuk mengatur informasi dengan menunjukkan hubungan antara konsep-konsep kunci. Teknik belajar grafis dapat memfasilitasi pembelajaran untuk memahami ide-ide abstrak dan kompleks ketika siswa secara aktif terlibat dalam membentuk peta konsep mereka sendiri isi materi pelajaran yang penting.

Yang terakhir adalah latihan dan umpan balik yang merupakan bagian penting dari semua instruksi ilmu pengetahuan untuk memastikan penguasaan siswa sehingga mereka perlu melatih keterampilan kognitifnya untuk mengartikulasikan pemahaman ilmunya dan mengintegrasikan pengetahuan mereka secara jangka panjang. Guru juga harus memantau kegiatan belajar dan memberikan umpan balik untuk memastikan bahwa siswa melakukannya sesuai instruksi yang benar.

Definisi dan Variasi Pembelajaran

Pembelajaran didefinisikan sebagai perubahan tingkah laku organisme sebagai hasil dari pengalaman. Untuk mengetahui bagaimana pembelajaran terjadi, kita dapat membandingkan cara suatu organisme berperilaku pada satu waktu dengan perilakunya dengan kondisi yang sama pada waktu yang lain. Jika dihasilkan sebuah perbedaan maka kita dapat menyimpulkan bahwa telah terjadi sebuah pembelajaran.

Pembelajaran sebagai perubahan tingkah laku organisme menunjukkan bahwa pembelajaran membutuhkan waktu. Namun tidak semua perubahan dikatakan sebagai pembelajaran. Perubahan karakter fisik, seperti tinggi dan berat badan serta perubahan dalam kekuatan fisik, seperti kemampuan mengangkat yang meningkat tidak termasuk sebagai pembelajaran karena hal ini terjadi sebagai akibat perubahan fisiologis tubuh.

Komponen lain dalam definisi pembelajaran, yaitu pembelajaran sebagai hasil dari pengalaman. Kata “pengalaman” membatasi jenis perubahan tingkah laku yang merupakan pembelajaran. Seseorang yang mengangkat beban berat berulang kali, kemudian akan melakukannya secara lebih lambat dari sebelumnya, dan pada akhirnya menjadi tidak mampu mengangkat beban, atau seseorang memasuki ruangan yang gelap, ia dapat melihat dengan jelas secara bertahap yang diakibatkan oleh adaptasi sensorik mata, kemudian perilaku seseorang yang berubah dikarenakan mengonsumsi alkohol atau obat-obatan tertentu bukan pembelajaran. Perubahan psikologi seperti kelelahan, adaptasi sensorik, yang disebabkan obat-obatan, dan kekuatan mekanik tidak bisa disebut sebagai pembelajaran.

Berjalan dan berbicara seperti halnya kedewasaan juga tidak dapat disebut sebagai pembelajaran karena perubahan ini terjadi dalam proses normal dari pertumbuhan dan perkembangan psikologi mahluk hidup. Jenis-jenis perubahan tingkah laku yang mencerminkan pembelajaran merupakan hasil dari pengalaman dengan lingkungan dimana hubungan antara stimulus dan respon diperlihatkan.

Ada lima macam perilaku perubahan pengalaman yang dianggap sebagai faktor penyebab dasar dalam pembelajaran. Salah satunya adalah yang membicarakan hubungan antara stimulus-respon alami dengan respon dari sebuah stimulus yang dikondisikan disebut sebagai respondent learning.

Seekor anjing berliur ketika bubuk daging diberikan padanya. Bubuk daging dan respon berliur anjing adalah stimulus dan respon alami. Ketika kita menyalakan lampu di depan anjing, ternyata berpengaruh sedikit terhadap air liurnya. Kemudian kita menyalakan lampu sebelum kita memberikan bubuk daging dan melakukan percobaan ini secara berulang dan pada saat tertentu kita tidak lagi memberikan bubuk daging. Cahaya dihubungkan dengan bubuk daging mampu memunculkan respon mahluk hidup yang sangat mirip dengan saat hanya diberikan bubuk daging. Sehingga cahaya yang sebelumnya netral, telah menjadi stimulus yang dikondisikan dan respon yang muncul disebut sebagai respon yang dikondisikan.

Situasi yang digambarkan di atas sesuai dengan penjelasan mengenai perubahan perilaku sebagai hasil dari pengalaman. Bila dikaitkan dengan manusia, maka mempertimbangkan reaksi emosional, seperti rasa takut, marah, jijik, atau suka cita, kesenangan, kebahagiaan,maupun kegembiraan yang meluap-luap dihubungkan dengan stimulus yang sebelumnya netral dalam upaya mengembangkan respon yang dikondisikan dengan stimulus tersebut.

Senyum, pelukan, dan pujian dari seorang guru kepada siswa yang merupakan stimulus alami, dapat memunculkan perasaan bahagia yang kita tafsirkan sebagai respon alami. Sedangkan guru dan sekolah yang sebelumnya netral menjadi stimulus yang dikondisikan, terkait dengan stimulus alami dan ada untuk menimbulkan perasaan bahagia yang sama.

Hampir semua yang ada di lingkungan dapat dikaitkan dengan stimulus yang memunculkan respon emosional. Rangsangan yang terkait, seperti matematika, olahraga, fisika, guru, kepala sekolah, dll, mungkin mampu memunculkan respon yang mirip dengan respon alami hanya dengan mendekatkannya kepada stimulus alami.

Seorang guru yang memahami respondent learning mungkin dapat membantu siswa memahami perasaannya, mencapai hasil tertentu lebih efisien dan mencegah mereka dari respon pembelajaran yang tidak diinginkan.

Contoh bagaimana kita dapat menggunakan pembelajaran ini dijelaskan oleh Henderson dan Burke (1971) yang menjelaskan situasi di sebuah sekolah dimana siswa datang dengan tanpa sarapan. Kelaparan ditafsirkan sebagai stimulus alami yang menyebabkan rasa tidak nyaman, kecemasan, ketegangan, konsentrasi yang sedikit dalam perilaku belajarnya. Respon ini kita sebut dengan respon alami. Kelas sains diketahui juga dapat menimbulkan respon yang serupa sehingga jika kita hubungkan kelas sains dan kelaparan, maka kelas sains kita sebut dengan stimulus yang dikondisikan sedangkan respon yang dihasilkannya disebut dengan respon yang dikondisikan. Dengan mengetahui hal tersebut, kita seharusnya dapat memutuskan hubungan antara stimulus alami dengan yang dikondisikan dan mulai membangun respon emosional yang positif terhadap sains dengan cara membebaskan siswa dari rasa lapar.

Strategi untuk menyediakan program sarapan bisa berdampak baik pada siswa. Dalam hal ini kesadaran siswa untuk sarapan merupakan stimulus alami yang akan menimbulkan kesenangan. Ketika siswa datang ke sekolah dan menerima bantuan makanan, hal ini juga dapat menimbulkan perasaan yang sama sehingga itu kita sebut dengan stimulus yang dikondisikan.

Keuntungan guru memahami ini adalah dapat memahami lebih baik serta dapat meningkatkan perilaku siswa. Artinya guru dapat mengurangi respon negatif yang ditimbulkan saat pembelajaran dengan menerapkan solusi yang sesuai dengan permasalahan yang ada. Namun, jika stimulus dan respon dikaitkan dalam waktu yang berdekatan, ini yang disebut dengan contiguity learning.

Pasangan stimulus dan respon yang dimaksud dalam contiguity learning dihasilkan dari latihan seperti dalam situasi sekolah sering kali guru memberikan latihan dengan menanyakan “2+2” dan kemudian siswa mengatakan “empat” sebagai respon dari stimulus tersebut. Ketika guru menuliskan “cat” siswa mengatakan “cat sebagai responnya. Atau dapat menyebabkan pembelajaran stereotipe.

Ketika kita bertemu dengan orang jepang, maka kita cenderung berpikir ia adalah orang yang sopan karena sudah melekat dalam benak kita bahwa orang jepang itu sopan. Tetapi, sebenarnya tidak semua orang jepang itu sopan. Stereotipe menyamaratakan orang-orang dengan sebuah persepsi yang terlalu kaku dan kurang dalam kompleksitas sehingga menjadi tidak sah. Guru yang menyadari ini berada dalam posisi untuk memeriksa materi instruksi dan perilaku mereka sendiri untuk menghindari perkembangan stereotipe pada diri siswa mereka.

Kita juga dapat mempelajari apakah dapat mempengaruhi perilaku atau tidak dengan seberapa banyak perilaku tersebut diulang dan diperkuat. Penguatan disini adalah setiap kejadian atau stimulus yang meningkatkan kekuatan perilaku. Perilaku yang diperkuat cenderung meningkatkan frekuensi, besar atau kemungkinan terjadinya. Sebagai contoh ketika seekor tikus yang lapar dimasukkan ke dalam kandang kecil tanpa semua perabotan kecuali baki makanan dan tuas yang disebut sebagai kotak Skinner. Saat pertama kali masuk ke dalam kotak tersebut tikus meresponnya dengan berdiri dengan kaki belakangnya, mengendus, mencoba memanjat dinding dan lain-lain hingga akhirnya dia menekan tuas, bisa jadi hanya karena kecelakaan. Kemudian dia menekan tuas lagi dan lagi. Frekuensi ia menekan tuas dimana tidak ada penguatan yang terjadi disebut sebagai operant level.

Kemudian kotak skinner tersebut dikondisikan sehingga ketika tuas ditekan, makanan turun ke baki. Tikus mulai mengendus dan memakannya. Kemudian cepat atau lambat tikus mulai menekan lagi dan ia mendapatkan makanan yang baru di baki. Dan akhirnya kita melihat bahwa frekuensi tikus menekan tuas meningkat.

Dari contoh tersebut kita dapat melihat perubahan perilaku yang ditimbulkan oleh penguatan yang diberikan dalam bentuk makanan yang turun ke baki saat tuas ditekan. Perubahan perilaku ini juga dapat terjadi pada manusia seperti ketika seorang guru memberikan pertanyaan, siswa bisa saja meresponnya dengan hanya memberikan jawaban seadanya, memberikan jawaban yang tepat, atau hanya duduk dan diam saja. Hal ini bisa terjadi karena penguatan yang dilakukan oleh guru, yaitu dengan memanggil siswa tertentu untuk menjawab pertanyaan, memuji siswa yang menjawab benar, atau indikasi guru untuk tdk mengharapkan jawaban dengan bahasa verbal mapun non verbal seperti tersenyum atau faktor kecemasan untuk menjadi orang yang dipanggil kemudian memberikan jawaban yang salah. Kita menyebut fenomena ini sebagai operant learning.

Jenis pembelajaran yang lain adalah ketika kita melakukan hal-hal yang baru seperti pertama kali belajar menyetir atau anak yang sedang belajar berenang, kita akan mengobservasi terlebih dahulu bagaimana cara instruktur kita melakukannya kemudian menggunakan perilaku tersebut untuk membimbing diri sendiri. Jadi pengalaman belajar dihasilkan dari pengamatan tentang orang-orang atau peristiwa. Masing-masing dari kita belajar dari model dan masing-masing dari kita mungkin menjadi model bagi orang lain. Pembelajaran ini disebut sebagai observational learning.

Pembelajaran yang terakhir adalah pembelajaran kognitif yang memungkinkan kita untuk dapat memikirkan tentang apa yang kita rasakan dan memahami peristiwa di sekitar kita dan dengan wawasan yang ada kita belajar untuk memahami beberapa gagasan atau yang lainnya.

Lima jenis dasar pembelajaran membantu kita memahami bagaimana siswa memperoleh perasaan mereka, asosiasi, perilaku, keterampilan dan pemahaman.

Memikirkan Kembali Isi dari Mata Pelajaran Fisika

Sebagai hasil dari penelitian dua dekade terakhir, peneliti pendidikan fisika mengetahui banyak sekali tentang bagaimana konsep fisika siswa dan apa yang membuat instruksi menjadi efektif. Beberapa penelitian merekomendasikan pembelajaran yang lebih menekankan pada aktifitas siswa atau pembelajaran yang berbasis inkuiri dan fokus penelitian terhadap kemampuan kognitif siswa lebih meningkat.

Pada saat meningkatnya jumlah informasi yang tersedia, dan ketika kesuksesan dunia kerja lebih banyak ditentukan oleh keterampilan pekerja untuk dipindahkan dan kecerdasan emosional daripada basis pengetahuan mereka, memasukkan angka ke dalam hafalan persamaan-persamaan fisika tampaknya seperti latihan yang sia-sia. Sayangnya kebanyakan pengalaman yang dilakukan dalam mata pelajaran fisika adalah kegiatan memasukkan angka yang tidak berguna.

Mengatasi Fragmentasi

Biasanya, guru mengajarkan topik-topik fisika secara terpisah antara satu topik dengan topik yang lainnya, bahkan juga terjadi pada mata pelajaran yang lain. Sehingga tidak mengejutkan bila siswa tidak mampu melihat hubungan antara topik satu dengan yang lainnya dan bahwa kesatuan ilmu fisika yang ilmuwan temukan sebenarnya sangatlah menarik. Kesulitan menghubungkan antar topik ini juga diperburuk oleh buku teks yang menyediakan pertanyaan diakhir bab yang menunjukkan seolah-olah hanya merujuk pada isi satu bab tersebut.

Anggota konferensi merekomendasikan untuk mengatasi fragmentasi tersebut dengan cara berfokus pada bagaimana sistem berubah terhadap waktu. Sebagai contoh, perubahan ruang, suhu dan kelistrikan dapat diperlakukan secara bersama-sama dibandingkan dalam bab yang terpisah pada kinematika, fisika termal, dan elektromagnetisme.

Penekanan karakteristik hirarkis ide-ide fisika juga berfungsi untuk menekankan kesatuan fisika. Physicists think in terms of Fisikawan berpikir tentang konsep sentral dan prinsip-prinsip dasar, seperti bidang dan konservasi energi, tetapi siswa awalnya cenderung berpikir tentang fragmen yang tidak berhubungan dari semua informasi pada tingkat yang sama pentingnya. Ketika sifat hirarkis fisika dibuat secara tegas untuk siswa dan mereka diwajibkan untuk alasan dari prinsip-prinsip dasar, pembelajaran mereka meningkat.

Fisika untuk Hari Ini

Pada dasarnya, tidak terlalu sulit mengenalkan siswa pada aspek-aspek fisika kontemporer jika fokusnya adalah interpretasi kualitatif tentang fenomena dan prinsip-prinsip dasar karena di banyak sekolah menengah dan mata kuliah pengenalan fisika di universitas hanya memuat topik-topik 100 tahun yang lalu. Bahkan pada tingkat yang lebih tinggi, siswa jarang membahas topik tentang penelitian fisikawan yang sedang digunakan saat ini.

Penelitian tradisional fisika telah dibagi menjadi dua, yaitu teoritis dan eksperimen. Namun saat ini bidang kajiannya memiliki kelas ketiga, yaitu komputasi, yang merupakan aspek terpenting dalam fisika untuk hari ini. Karena pendekatan dengan menggunakan komputer untuk menghasilkan pengetahuan, sangat cocok untuk topik fisika kontemporer seperti dinamika nonlinier.

Batas-Batas yang Kabur

Walaupun beberapa kajian penelitian interdisipliner baru yang melibatkan fisika, seperti biofisika memberikan kesempatan bagi fisikawan untuk bekerja sama dengan orang-orang dari disiplin ilmu yang lain yang kemungkinan berpikir dan berpendapat secara berbeda. Namun, yang penting diingat adalah bahwa fisika hanya digunakan untuk menjawab pertanyaan apa dan bagaimana, sedangkan pertanyaan mengapa hanya dapat dijawab dengan menggunakan kajian agama, filsafat dan pandangan dunia. Sebaiknya seorang guru fisika tidak perlu menyiapkan konfrontasi antara fisika dan pandangan hidup siswa mereka, tetapi membatasi penjelasan fisika hanya untuk pertanyaan yang dapat dijawab oleh fisika.

Organisasi Konseptual

Jika kita sebagai seseorang yang ingin mengajarkan fisika secara efektif, apa yang kita ajarkan harus dipengaruhi oleh apa yang kita ketahui tentang bagaimana siswa belajar. Penelitian pendidikan fisika telah menunjukkan secara meyakinkan bahwa bahkan sebelum guru memasuki ruang kelas, siswa telah memiliki ide-ide mereka sendiri tentang dunia dan bagaimana dunia tersebut bekerja, yang kebanyakan sangat berbeda dari penjelasan ilmiah. Untuk menjadi masuk akal bagi siswa dan membimbingnya kepada pembelajaran yang bermakna, kurikulum fisika seharusnya secara jelas memperhitungkan konsep alternatif siswa tersebut dan mencakup strategi khusus untuk membantu siswa mengembangkan pemahaman ilmiah yang dapat diterima. Salah satu strateginya adalah untuk mengenalkan gambaran baru mengenai fenomena fisika.

Urutan isi materi fisika juga penting. Faktor-faktor yang berpengaruh pada urutan topik dan konsep yang diajarkan meliputi tingkat keabstrakannya dan kompleksitas dan sejauh mana mereka akrab terhadap siswa baik melalui daily life experience or previous teaching. pengalaman kehidupan sehari-hari atau pengajaran sebelumnya.

Penekanan yang berbeda untuk orang yang berbeda

Dalam dunia dengan teknologi yang semakin berkembang, beberapa literasi sains untuk semua warga negara menjadi prasyarat baik pada kehidupan sosial maupun pemanfaatannya secara berkelanjutan dan bertanggung jawab atas penggunaan sumber daya di bumi. Oleh karena itu untuk memahami sepenunya tentang isu-isu yang terkait tentang pemanasan global, modifikasi genetik makanan, dan sumber daya yang tidak bisa diperbaharui dengan sumber daya yang bisa diperbaharui, masyarakat harus memahami proses dimana pengetahuan ilmiah dihasilkan, diuji dan dimodifikasi dan mereka harus mampu menilai tingkat kepercayaan dari informasi yang mereka peroleh. Ini merupakan bagian dari belajar cara berpikir ilmiah yang sangat penting untuk diterapkan dalam berbagai konteks dan yang lebih penting lagi adalah mengetahui mana pertanyaan sains yang dijawab secara pasti dan mana yang dijawab secara sementara.

Siswa adalah objek utama sebagai langkah pertama untuk mewujudkan warga negara yang melek sains. Oleh karena itu mereka membutuhkan buku teks baru yang dapat membantu mereka memahami bagaimana pengetahuan ilmiah dibangun.

Guru juga perlu mengetahui bukan hana fisika tetapi bagaimana membuat fisika dapat dimengerti oleh para siswa mereka. Mereka harus dapat menjelaskan mengapa bagian-bagian tertentu dianggap perlu, mengapa siswa sebaiknya harus mengetahuinya, dan bagaimana kaitannya dengan bagian-bagian yang lain baik dalam disiplin maupun tidak, baik dalam teori maupun dalam praktekhow it relates to other propositions, both within the discipline and without, both in theory and in practice." 12 dengan strategi pengajaran yang efektif, analagi, ilustrasi, penjelasan, representasi, dan demonstrasi untuk dapat membuat materi lebih mudah dipahami.

Asal Usul dan cara-cara untuk mengetahui

Masyarakat harus mampu menilai tingkat kepercayaan dari informasi yang mereka terima. Oleh karena itu sejarah dan filsafat sains penting untuk diajarkan di sekolah menengah dan sebagai mata kuliah pengantar di universitas karena dapat membantu mereka memahami bagaimana pengetahuan ilmiah dibuat dan berkembang, dan mengapa beberapa pengetahuan dinilai tidak ilmiah dan pengetahuan lainnya sangat berharga karena dengan alasan budaya atau tidak. Fokus yang lebih besar pada sejarah dan filsafat ilmu akan membantu mengungkapkan sifat dinamis dari pengetahuan ilmiah dan akan memberikan fisika, wajah yang lebih manusiawi sehingga siswa tidak akan menganggap bahwa ilmu pengetahuan itu sebagai fakta-fakta yang tak terbantahkan karena pada dasarnya pengetahuan ilmiah itu terdiri dari model yang dibuat oleh manusia pada waktu dan tempat tertentu dan dapat berevolusi atau digantikan oleh informasi-informasi yang baru tersedia.

Keterampilan

Belajar fisika membutuhkan keterampilan tertentu, yang juga dapat menjadi sarana untuk mengembangkan keterampilan dibidang lainnya. Kesalahan guru adalah menganggap bahwa siswa mereka akan mengembangkan keterampilanya di sepanjang jalan kehidupan mereka, oleh karena itu keterampilan yang mereka dapat diperoleh secara serampangan. Seharusnya keterampilan dapat dikembangkan melalui pengajaran fisika termasuk pemikiran ilmiah dan penalaran, keterampilan eksperimental, pemecahan masalah, dan komputasi. Sehingga walaupun sebagian besar siswa fisika tidak menjadi fisikawan dan peneliti, mereka akan merasakan kegunaan fisika untuk memperoleh tingkat kompetensi dalam keterampilan yang dibutuhkan. Namun keterampilan tersebut tetap harus terjalin dengan isi materi pelajaran. Doing physics requires certain skills, and it can also be a vehicle for the development of certain others.Guru dapat membantu siswa mereka mengembangkan keterampilan tersebut dengan, misalnya, menunjukkan kepada mereka sifat hirarkis fisika, memberi sarana kepada mereka untuk membahas implikasi dari solusi masalah mereka, dan mengharuskan mereka untuk memberikan penjelasan verbal dan fenomena yang dapat dikembangkan melalui kegiatan pembelajaran kooperatif.

Menuju kurikulum abad ke-21

Kekuatan fisika tidak terletak pada tubuh pengetahuan maupun aplikasinyamodern world. tetapi cara berpikirnya. Sehingga cara berpikir ini harus menjadi fokus dari pembelajaran fisika walau bahkan isi mata pelajarannya dan penekanannya masih menjadi bahan perdebatan. Karena keindahan dan kekuatan berpikir seorang fisikawan melibatkan kemampuan untuk mengidentifikasi mana sebagian kecil prinsip-prinsip dasar dan konsep-konsep kunci yang dapat digunakan untuk mendeskripsikan dan memprediksikan berbagai fenomena fisika.

other contexts.Sebuah kurikulum fisika untuk abad ke-21 harus mencakup dimensi manusia tentang apa yang merupakan kegiatan yang sangat manusiawi, generasi pengetahuan tentang dunia fisika. Bahwa pengetahuan generasi tidak terjadi dalam ruang hampa, melainkan selalu tertanam dalam waktu dan tempat, yang dipengaruhi oleh sejarah dan budaya, gairah dan prasangka. their physics courses with an increased sense of wonder and excitement at the marvels of the physical world aSehingga seharusnya siswa seharusnya datang dan pergi pada mata pelajaran fisika mereka  dengan peningkatan rasa heran dan kegairahan pada keajaiban dunia fisika dan cara-cara cerdas di mana manusia telah mencoba dan terus mencoba untuk memahami mereka.

Sedikit Itu Lebih Baik: Meringkas Kurikulum yang Terlalu Padat

Pendekatan yang biasanya dilakukan dalam pembelajaran sains di sekolah adalah pendekatan dengan kosakata dan keterangan yang berat dalam sains aktual yang terus berlanjut hingga sekolah menengah. Sains menjadi latihan dalam menghafal istilah-istilah teknis yang didapat dalam buku teks, yang mungkin mencakup lusinan topik. Padahal, metode ini gagal untuk menghasilkan literasi sains.

Banyak ahli mendeskripsikan bahwa kurikulum sains memiliki topik yang banyak tetapi inti sari yang kurang. Oleh karena itu, mereka merekomendasikan “diet” kurikulum sains sebagai solusi untuk membantu mengeluarkan suatu bangsa dalam keterpurukan prestasi sains.

Sedikit itu memang lebih baik. Sebenarnya guru telah melakukan sendiri pengurangan kurikulum dengan mengurangi topik dalam buku teks mereka, tetapi dengan pendekatan yang sembrono. Oleh karena itu ahli merekomendasikan sekolah untuk menciptakan lebih banyak waktu untuk studi yang mendalam tentang pengurangan jumlah topik yang diajarkan, peringkasan infomasi atau sub topik yang tidak perlu, penekanan hanya pada kosa kata teknis dan menghilangkan pengulangan kata.

Esensi dalam Diet Kurikulum Sains

Langkah pertama adalah melihat bagaimana siswa mempelajari sains. Hasilnya adalah tidak ada konsistensi antara apa yang seharusnya siswa ketahui dan lakukan dalam sains dengan apa yang diajarkan guru di dalam kelas. Beberapa topik sering kali diajarkan dua kali, sedangkan yang lainnya tidak sama sekali. Mengulangi topik tanpa mengembangkan pemahaman yang lebih luas merupakan ciri khas suatu kurikulum yang padat. Sebaliknya, kurikulum seharusnya meninjau kembali dan mengembangkan topik yang telah dipelajari pada tingkatan kelas sebelumnya.

Langkah berikutnya adalah meninjau poin penting dalam sebuah kurikulum dengan merancang garis besar suatu proses untuk memangkas topik, sub topik dan kosa kata. Sebaiknya langkah ini dilakukan secara bertahap dan guru dilibatkan dalam pengambilan keputusan, sehingga proses perubahan dapat dikelola dengan baik. Berikut ini adalah langkah-langkahnya:

1.    Membuat daftar topik dalam kurikulum saat ini atau buku teks.

2.    Membandingkan daftar tersebut dengan tolak ukur tujuan pembelajaran.

3.    Membuat daftar kedua tentang topik-topik yang mungkin untuk dieliminasi karena tidak berhubungan dengan tujuan pembelajaran.

4.    Meminta guru sains untuk menentukan sebuah topik pada satu waktu dan menyisakan waktu tambahan untuk topik tersebut.

5.    Mengevaluasi dampak dari perubahan tersebut.

6.    Kemudian mengulangi kelima langkah tersebut dengan melibatkan lebih banyak topik.

Diet yang Seimbang untuk Pembaharuan

Meringkas kurikulum sains dan menyelaraskannya kepada standar nasional dan daerah adalah bagian dari proses pembaharuan. Bagian lainnya adalah memilih tipe materi kurikuler yang benar. Kemudian baru memungkinkan kita untuk meringkasnya hingga setengah dari kurikulum sains dan membiarkan kita menggunakan kurikulum dengan materi yang lebih sedikit.

Untuk menghasilkan sebuah kurikulum yang berkualitas adalah dengan mengurangi isi. Tetapi tetap melibatkan siswa dalam sains dan dunia nyata serta memberikan waktu untuk siswa untuk mengkomunikasikan pemikiran dan pemahaman mereka.

Sebagai contoh di kelas biologi, pada cara berpikir lama, guru memberikan percobaan kromatografi dan siswa telah menghafalkan definisi dari fotosintesis. Hal ini kemungkinan dapat membuat siswa keliru dengan mempercayai bahwa tumbuhan medapatkan makanannya dari tanah. Sedangkan cara baru akan membiarkan siswa untuk mendiskusikan pemahaman dan membandingkan pemikiran mereka dengan apa yang mereka pelajari di dalam laboratorium. Sehingga siswa akan mampu menjelaskan pengertian fotosintesis dengan kata-kata mereka sendiri, mendemonstrasikan pemahaman mereka terhadap konsep, bukan hanya istilah teknis.

Proses baru memang membutuhkan waktu, tetapi memiliki kesempatan yang lebih baik untuk menghasilkan penguasaan terhadap topik. Penekanan pada kosakata teknis memang merupakan kunci kesuksesan dalam diet kurikulum sains.

Berkomitmen pada Diet

Hanya untuk berpikir secara menyeluruh tentang apa yang harus ditinggalkan dan dibuang dalam kurikulum, membutuhkan waktu hingga dua atau tiga tahun. Proses tersebut harus mencakup program pengembangan substansial profesional, dan mungkin juga melibatkan kemitraan dengan organisasi luar serta upaya pendidikan masyarakat. Dengan mengikutsertakan masyarakat memberikan kesempatan pada administrator dan guru untuk membagi penelitian dengan mereka.

Penting untuk diingat bahwa standar dan tolak ukur nasional dimaksudkan untuk mendeskripsikan inti yang sebenarnya tentang apa yang siswa harus ketahui tentang sains. Tentu saja, beberapa siswa sekolah menengah siap untuk mencerna topik sains yang lebih canggih dalam mata pelajaran sains tingkat tinggi.

Seperti diet yang lain, meringkas kurikulum juga dapat menimbulkan rasa sakit, karena guru akan meninggalkan beberapa topik dan aktifitas favorit mereka. Tetapi hasilnya akan senilai dengan usaha yang dilakukan.

Kuliah Millikan 1999: Dunia Kerja, Pikiran Siswa, dan Sistem Pembelajaran Fisika

Ada pemahaman yang berkembang tentang hasil yang diinginkan untuk pendidikan dan bagaimana kerja dari pikiran siswa serta mengapa mereka memiliki kesulitan belajar mata pelajaran seperti fisika. Percobaan beberapa tahun terakhir dengan sistem pembelajaran terbaru menunjukkan bahwa kita dapat berbuat lebih baik dalam membantu pikiran mereka untuk memperoleh beberapa hasil yang diinginkan.

Gambaran Sistem Pendidikan

Tiga tujuan penting dalam pendidikan fisika, pertama, kita harus memilih pengetahuan konseptual, keterampilan proses, dan karakter personal yang kita ingin diperoleh siswa, yang merupakan materi pokok. Kedua, kita harus menentukan karakteristik pikiran siswa. Yang terakhir, kita harus membangun sebuah sistem pendidikan yang cocok dengan pikiran dan yang dicapai materi pokok.

Karakteristik dari Sumber-Hasil yang Diinginkan Untuk Instruksi Kami

Secara tradisional, tujuan dari seperempat atau satu semester mata pelajaran fisika telah membantu siswa mempelajari konsep fisika dalam 10 atau 15 bab dalam sebuah buku dan mempelajari dan menyelesaikan permasalahan pada akhir bab.

Pada tahun 1956, Benjamin Bloom dan lainnya melaporkan sebuah upaya untuk menilai pembelajaran siswa, yang dikenal sebagai taksonomi Bloom untuk keterampilan kognitif. Objek berbentuk sebuah hirarki dimana keterampilan yang lebih tinggi berada di atas level keterampilan yang lebih rendah. Meskipun mereka sering digunakan secara bersama-sama dalam praktek nyata.

Pendidikan tradisional kita berfokus pada level 1 (pengetahuan), sedikit yang dideskripsikan pada level 2 (pemahaman) dan level 3 (aplikasi). Tiga kemampuan berikutnya (analisis, sintesis, dan evaluasi) jarang diperhatikan dalam instruksi mata pelajaran fisika kita, bahkan pada tingkat yang lebih tinggi.

Dunia kerja merekomendasikan berbagai keterampilan, seperti pemecahan masalah, kerja tim, dan kemampuan komunikasi yang baik. Hal ini karena tidak semua lulusan fisika yang mengejar gelar Ph.D dan sedikit dari mereka yang menjadi profesor. Kebanyakan dari mereka memiliki karir dibidang industri, sektor swasta otonom seperti perusahaan kecil, perusahaan pengembangan perangkat lunak, dan perusahaan konsultan mereka sendiri, dan bekerja dalam bidang fisika, teknik, matematika, kimia, dan geosains pada badan yang dikelola pemerintah serta mengajar fisika di sekolah menengah atau mengajar dan melakukan riset di perguruan tinggi. Hanya sedikit dari pengetahuan fisika yang digunakan untuk bidang pekerjaan tersebut.

Keterampilan yang digunakan oleh mantan lulusan fisika tidak bisa dikembangkan jika tidak ada dasar pengetahuannya. Tetapi isi dari pengetahuan yang mungkin kurang penting untuk digunakan, membantu siswa belajar untuk berpikir, belajar untuk belajar, dan mempelajari keterampilan lain yang diharapkan studi ini. Mencoba mempelajari konsep dan menyelesaikan masalah dalam satu bab buku dalam seminggu tidak tampak sebagai cara untuk mengembangkan keterampilan yang dibutuhkan dalam dunia kerja. Akan lebih baik jika siswa belajar suatu materi lebih mendalam dengan jumlah topik yang sedikit.

Kita dapat menggunakan taksonomi Bloom dan meminta penelitian tentang dunia kerja untuk membantu memilih tujuan dari siswa mata pelajaran fisika, sains, dan teknik. Tujuan setiap orang mungkin berbeda, tetapi diharapkan akan menggambarkan pekerjaan yang luas diwakili oleh penelitian seperti ini.

Karakteristik pikiran dan Kesesuaiannya

Pengetahuan konseptual dalam pembelajaran sering kali dalam bentuk simbol yang abstrak. Simbol memiliki makna yang tepat dan dikombinasikan dalam aturan yang harus digunakan dengan benar. Sebaliknya, pikiran manusia menghubungkan dengan baik gambaran-gambaran yang menekankan fitur kualitatif  bukan merupakan informasi tepat yang rinci. Manusia diakui mengikuti pola hewan yang mencoba untuk mencocokkan pengalaman baru dengan peristiwa sebelumnya. Tetapi gambaran simbol fisika bukanlah peristiwa sebelumnya yang umum. Manusia dapat mempelajari sebuah sistem simbol-simbol yang abstrak.

Permulaan siswa fisika adalah sebagai seorang anak kecil, tanpa perintah, berhasil memperoleh makna kata-kata dan aturan untuk menggunakannya untuk berkomunikasi dengan orang lain. Kata sangat abstrak baik dalam bentuk tulisan dan dalam variasi intonasi yang disebabkan oleh suara mereka. Namun anak mengembangkan makna untuk beberapa kata-kata abstrak dengan menghubungkan mereka terhadap citra visual simultan benda nyata atau perilaku nyata (pengalaman kinestetik). Kemampuan anak untuk memperoleh bahasa baru menurun sesuai dengan usia. Otak tampaknya membuat hubungan-hubungan dengan cara yang membuat akuisisi ini lebih sulit. Dalam pendidikan fisika, siswa memiliki Pelajaran fisika pertama mereka baik setelah usia ketika bahasa akuisisi lebih mudah. Pendidikan fisika tradisional kita sering memperkenalkan kuantitas atau konsep baru menggunakan kuantitas lainnya dan konsep dalam bentuk simbol yang abstrak yang tidak memiliki arti bagi siswa. Citra (rujukan) jarang digunakan ketika memperkenalkan konsep baru dan kuantitas. Siswa yang diajarkan dengan cara ini tidak sukses pada tes yang mengukur pemahaman konseptual mereka.

Sistem Pembelajaran yang Membantu Pikiran Mencapai Hasil yang Diinginkan

Beberapa bagian penting dari sistem pembelajaran yang dapat membantu membuat kesesuaian dengan pikiran, yaitu:

1.    Problem solving, merupakan keterampilan untuk menyelesaikan permasalahan kompleks dunia yang sebenarnya. Keterampilan ini ada pada urutan teratas dari daftar keterampilan yang sering digunakan dalam dunia kerja.

Permasalahan dunia nyata berbeda dengan masalah yang ditemukan dalam buku teks. Permasalahan dunia nyata sulit untuk didefinisikan karena pemecah masalah tidak menghitung kuantitas tertentu yang tidak diketahui.

Pemecah masalah harus memutuskan  apakah pengetahuan konseptual digunakan pada beberapa masalah kecil dan informasi yang tidak diketahui yang dibutuhkan untuk menyelesaikan beberapa bagian masalah. Ini membutuhkan siswa untuk mengatur dan mempelajari mengakses pengetahuan konseptual.

Sebaliknya permasalahan diakhir bab meminta nilai pasti dari satu atau dua kuantitas yang tidak diketahui dan menyediakan semua informasi yang tidak diketahui yang dibutuhkan untuk masalah dan tidak lebih. Permasalahan ini tidak ada kemiripan dengan permasalahan dunia yang sebenarnya.

Oleh karena itu dalam beberapa tahu terakhir, tipe permasalahn alternatif dikembangkan untuk membantu siswa mempelajari keterampilan lebih baik, yang dibutuhkan untuk menyelesaikan permasalahan yang sebenarnya. Sebagai contoh: Case Study Problems, Context Rich Problems, Video-Enhanced Problems, Physlets, Synthesis Multimedia Problems, Estimation Problems, dan Experiment Problems.

2.    Desain, merupakan keterampilan yang paling sering digunakan lulusan fisika dalam dunia kerja. Desain melibatkan sintesis pengetahuan siswa untuk menyelesaikan beberapa tugas yang merupakan keterampilan Bloom yang berada pada level tertinggi.

3.    Epistemologi

Siswa menggunakan beberapa proses sains untuk memperoleh pemahaman fisika mereka. Mereka mengamati fenomena, membuat penjelasan kualitatif, dan desain percobaan untuk membuktikan penjelasan mereka. Mereka memilih kuantitas fisika untuk digunakan dalam deskripsi kuantitatif dari fenomena tersebut dan menemukan percobaan atau hubungan teoritis antara kuantitas ini. Mereka menggunakan landasan konsep untuk membuat prediksi tentang hasil pembuktian percobaan yang baru. Kemudian mengaplikasikannya untuk menganalisis permasalahan tersebut. Siswa mengembangkan keterampilan proses investigasi yang dibutuhkan dalam dunia kerja.

4.    Active Learning

Banyak penelitian mengindikasikan bahwa pencapaian siswa meningkat ketika siswa berpartisipasi secara aktif dalam pembelajaran, yaitu ketika mereka berinteraksi dengan rekan untuk alasan proses fisika baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Proses berbicara dan mendengar siswa meningkatkan pembelajaran mereka dan mudah-mudahan meningkatkan keterampilan komunikasi.

5.    Kerja tim, merupakan kemampuan yang berpengaruh penting dalam menghasilkan pendapatan dan produktifitas. Penelitian menemukan bahwa cooperative learning berpengaruh besar dalam pencapaian daripada pembelajaran berbasis instruksi.

6.    Learning to learn