Apa Itu Energi?

Pada siklus pembelajaran empiris-abduktif. Untuk menjelaskan konsep energi, pada awalnya siswa disuruh melakukan eksperimen dengan menggunakan bola Newton, bandul, dan beberapa sistem tambahan yang menggambarkan berbagai sumber energi dan perpindahan energi, yang disebut sebagai eksplorasi awal. Kemudian para siswa dapat mengajukan pertanyaan dan mengemukakan hipotesis yang mungkin saja terjadi untuk menjelaskan sifat dan transfer energi dari satu bagian sistem (sumber energi) ke bagian yang lain (penerima energi). Definisi energi dalam istilah gerak, gerak disimpan, dan asal perpindahan transfer gerak.

Kemudian siswa diberikan informasi awal, yaitu bahwa alam semesta terdiri dari benda-benda yang selalu bergerak relatif terhadap satu sama lain. Gerakan ini dapat menyebabkan tabrakan antara objek dan perubahan arah gerakannya atau dua benda tersebut menempel satu sama lain, dalam kasus ini gerakan relatif akan dihentikan atau ditangkap dan disimpan. Gerakan yang disimpan itu mungkin dapat dilepaskan jika benda ditabrak oleh benda bergerak atau benda.

Melalui penyelidikan ini, siswa memperoleh pemahaman tentang energi sebagai gerak dan gerak tersimpan yang dapat dilepas untuk menyebabkan hal-hal lain bergerak yaitu, melakukan pekerjaan dan istilah-istilah lainnya seperti energi potensial, energi kinetik, dan daya.

Pada bagian eksplorasi pertama siswa diminta untuk melakukan demonstrasi dimana setiap siswa atau kelompok siswa ditantang untuk mengidentifikasi variabel yang berbeda. Kemudian mengkondisikan siswa untuk melakukan tes. Saat setiap variabel diuji, semua siswa dapat mengamatinya. Kemudian mereka menulis hasil pengamatannya di papan tulis. Siswa akan menghasilkan pertanyaan kausal berdasarkan pengamatan mereka. Dan menulisnya kembali di papan tulis.

Pada akhir bagian ini kita mendiskusikan hipotesis alternatif siswa memiliki siswa yang akan dilanjutkan ke bagian 2 dalam bentuk diskusi yang sebaiknya harus mendorong siswa untuk berpikir tentang apa yang kemungkinan apa yang terjadi tentang percobaan tersebut.

Kemudian dilanjutkan pada Ekplorasi bagian 2 dimana siswa melakukan percobaan dan variabel yang harus diuji oleh siswa meliputi jumlah ring, panjang string, jumlah pendulum, jarak antara pendulum dan ketatnya string horisontal.

Bagian berikutnya adalah pengenalan istilah dengan membandingkan pengamatan pada eksplorasi bagian 1 dan 2 dimana siswa telah mengamati gerak dan transfer gerak dari satu objek, melalui objek-objek yang tidak bergerak ke objek lain yang menerima gerak. Dalam tahap ini diperkenalkan istilah sumber gerak, gerak penerima, dan transfer gerak untuk merujuk pada obyek dan interaksi mereka.

Tahap berikutnya adalah penerapan konsep yang dilakukan secara diskusi dengan beberapa contoh tambahan seperti sumber energi, transfer energi dan lain-lain. Contohnya seperti gerakan lengan seseorang yang berasal dari gerakan (energi) dari otot-otot mereka. Gerakan (energi) dari pesawat kertas berasal dari gerakan (energi) dari tangan dan lengan seseorang. Gerakan (energi) dari bantingan pintu yang berasal dari gerakan (energi) dari molekul udara yang terjadi secara tiba-tiba oleh angin. Gerakan api dari sepotong pembakaran kayu yang berasal dari energi potensial yang tersimpan di hutan. Sehingga dalam tahap ini siswa  dapat menerapkan konsep-konsep tersebut ke dalam beberapa konteks yang baru. Definisi energi sebagai gerakan akan diperkuat saat siswa mengidentifikasi sumber gerak dalam beberapa objek.

Akhirnya siswa mendiskusikan pengamatan dan jawaban mereka terhadap pertanyaan-pertanyaan yang diajukan dalam buku siswa.

Siklus Pembelajaran

Siklus pembelajaran adalah suatu metode pengajaran yang bertujuan untuk menjadikan cara seseorang membangun pengetahuan dengan konsisten secara spontan. Seseorang yang telah merefleksikan bagaimana mengajar secara efektif seharusnya telah menemukan aspek dari siklus pembelajaran, karena siklus  tersebut sebenarnya diawali dari tumbuhnya kesadaran tentang bagaimana kita harus mengajarkan, mengapa kita harus mengajar dan mengapa kita harus mengajar dengan cara tertentu.

Berawal dari sebuah pertanyaan tentang bagaimana sebuah pengajaran sains didesain dan dilaksanakan supaya membantu siswa membangun dan mempertahankan konsep yang berguna (pengetahuan deklaratif) dan mengembangkan keterampilan berpikir efektif (berpikir prosedural) serta menerapkan secara umum. Oleh karena itu, rancangan pengajaran guru harus mencakup beberapa elemen supaya dapat meningkatkan pengetahuan konseptual dan keterampilan berpikir siswa seperti mengeksplorasi fenomena baru di mana mereka bertindak berdasarkan keyakinan (konsep) atau prosedur (keterampilan berpikir) sebelumnya, lalu mereka diarahkan pada sesuatu yang ambigu atau yang dapat ditantang atau bertentangan karena hal ini dapat menstimulus argumen dan kemampuan berpikir siswa dalam bentuk pernyataan “jika ... dan ... maka” kemudian mereka diminta untuk merefleksikan konsep atau keterampilan berpikir yang digunakannya untuk memperoleh kesimpulan.

Pengajaran sains harus mencakup jawaban tentatif (sementara) atau prosedur yang lebih efektif yang ditemukan oleh siswa atau diperkenalkan oleh guru kemudian digunakan untuk menghasilkan argumen baru, prediksi, atau data yang memungkinkan perubahan dari pengetahuan lama atau pembangunan keyakinan baru (konsep). Akhirnya pengajaran sains juga harus memungkinkan siswa mengatur dirinya untuk membangun kembali keseimbangan, memberi peluang bagi siswa untuk menguji sejauh mana konsep-konsep baru atau prosedur tersebut dapat diterapkan dalam konteks tambahan.

Sebuah pengajaran didesain dan dilakukan melalui siklus pembelajaran yang terdiri dari eksplorasi, pengenalan istilah, dan penerapan konsep. Selama eksplorasi siswa belajar melalui tindakan dan reaksi mereka sendiri dalam situasi baru dalam bentuk materi-materi dan gagasan-gagasan baru yang disediakan guru. Kemudian mereka mengeksplorasinya dengan sedikit bimbingan. Sedangkan fase kedua diawali dengan pengenalan istilah baru atau istilah-istilah lainnya yang digunakan untuk merujuk pola penemuan selama eksplorasi. Beberapa istilah tersebut bisa saja diperkenalkan oleh guru, buku teks, film, atau melalui media lainnya. Langkah ini seharusnya selalu mengikuti eksplorasi dan terhubung secara langsung pada pola penemuan selama aktivitas eksplorasi. Dan fase terakhir dari siklus pembelajaran adalah penerapan konsep dimana siswa mengaplikasikan istilah baru atau pola pikir untuk contoh-contoh tambahan.

Ketiga fase tersebut sering digambarkan dalam bentuk spiral, karena fase eksplorasi sering membutuhkan penerapan konsep sebelumnya sekaligus menciptakan kebutuhan untuk pengenalan istilah baru. Fase pengenalan istilah ini sering menimbulkan pertanyaan yang paling baik bila dijawab dengan memberikan siswa kesempatan untuk bekerja sendiri untuk menemukan aplikasi dari konsep baru. Aktivitas penerapan konsep dapat memberikan kesempatan untuk menggunakan istilah yang diperkenalkan sebelumnya, dan dapat memungkinkan siswa untuk mengeksplorasi pola baru lagi.

Siklus pembelajaran dapat diklasifikasikan sebagai salah satu dari tiga jenis, yaitu deskriptif, empirical-abductive, dan hipotetis-deduktif. Dalam siklus pembelajaran deskriptif guru mengidentifikasi konsep-konsep yang akan diajarkan kemudian mengidentifikasi beberapa fenomena yang melibatkan pola yang didasarkan pada konsep. Pada fase eksplorasi, siswa mengeksplorasi fenomena dan berusaha untuk menemukan dan menggambarkan pola. Pada fase pengenalan  istilah para siswa melaporkan data mereka, dan mereka atau guru mereka menggambarkan pola, guru kemudian memperkenalkan istilah atau istilah untuk merujuk pada pola. Dan yang terakhir pada fase penerapan konsep dimana fenomena tambahan dibahas atau dieksplorasi dengan melibatkan konsep yang sama.

Pada siklus pembelajaran empiris-abductive guru mengidentifikasi konsep yang akan diajarkan, kemudian mengidentifikasi beberapa fenomena yang melibatkan pola yang didasarkan pada konsep. Pada fase eksplorasi para guru atau siswa mengajukan pertanyaan deskriptif dan kausal, kemudian siswa mengumpulkan data untuk menjawab pertanyaan deskriptif dan ditampilkan di papan. Lalu pertanyaan deskriptif dijawab, dan pertanyaan kausal dimunculkan. Hipotesis alternatif diajukan untuk menjawab pertanyaan kausal, dan data yang telah dikumpulkan diperiksa untuk memungkinkan tes awal alternatif. Pada fase pengenalan istilah dimana syarat yang berhubungan dengan explorasi fenomena dan untuk penjelasan hipotesis yang paling mungkin diperkenalkan. Dan pada fase penerapan konsep dimana fenomena tambahan dibahas atau dieksplorasi dengan melibatkan konsep yang sama.

Sedangkan pada hipotetis-deduktif pembelajaran siklus guru mengidentifikasi konsep yang akan diajarkan, kemudian guru mengidentifikasi beberapa fenomena yang melibatkan pola yang didasarkan konsep. Pada fase eksplorasi dimana siswa mengeksplorasi fenomena yang menimbulkan pertanyaan kasual, atau guru yang menimbulkan pertanyaan kasual tersebut. Dalam sebuah diskusi kelas, hipotesis diajukan dan siswa diminta untuk bekerja dalam kelompok untuk menyimpulkan implikasi dan desain percobaan atau langkah ini dilakukan dalam diskusi kelas. Lalu, para siswa melakukan percobaan. Pada fase pengenalan istilah dimana data dibandingkan dan dianalisis, istilah-istilah diperkenalkan, dan menarik kesimpulan. Pada fase penerapan konsep dimana fenomena tambahan dibahas atau dieksplorasi yang melibatkan konsep yang sama.

Perbedaan utama antara tiga jenis siklus pembelajaran tersebut adalah tingkat keterlibatan siswa dalam menjelaskan fenomena alam (siklus pembelajaran deskriptif) atau menghasilkan dan menguji hipotesis alternatif untuk menjelaskan fenomena alam. Jika siswa menghasilkan namun tidak secara eksplisit menguji hipotesis alternatif, maka siklus belajar empirical-abductive. Jika siswa secara tegas menguji alternatif, maka siklus belajar hipotetis-deduktif.

Keterampilan berpikir, pengetahuan konseptual, dan kreativitas sangat penting bagi siswa. Keterampilan tersebut dapat dikembangkan jika dalam siklus pembelajaran siswa diberi kesempatan untuk menggunakan proses membuat dan menguji gagasan-gagasan mereka sendiri. Kita harus menerima dan tertarik dalam penemuan intelektual mereka daripada tentang kebenaran atau kesalahan yang dilakukan. Kita harus berhenti memberikan penilaian bagi penemuan siswa, tetapi membiarkan bukti-bukti yang mereka temukan menjadi pembenaran bagi mereka.

Sebenarnya siklus pembelajaran yang dimaksud menyerupai siklus pembelajaran dalam program BSCS dan dalam model perubahan konseptual Driver pada beberapa bagian. Namun, pada dasarnya apapun siklus pembelajaran yang digunakan sistem pendidikan haruslah membantu siswa mencapai tujuan untuk membangun set konsep yang berarti dan berguna dan berguna dan sistem konseptual, mengembangkan keterampilan dalam menggunakan pola berpikir penting untuk mandiri, berpikir kreatif dan kritis, dan mendapatkan kepercayaan dalam kemampuan mereka untuk menerapkan pengetahuan mereka untuk belajar, memecahkan masalah, dan membuat keputusan dengan hati-hati beralasan.

Dengan menggunakan metode siklus pembelajaran kita dapat mencapai tujuan-tujuan pembelajaran dengan mengajar melalui cara-cara yang memungkinkan siswa untuk mengungkapkan konsep mereka sebelumnya dan menguji mereka dalam suasana di mana ide-ide secara terbuka disampaikan, diperdebatkan, dan diuji dengan sarana pengujian menjadi fokus yang tegas pada perhatian kelas. Dibawah ini merupakan teori pengajaran dan teori pengajaran pendamping yang diringkas oleh postulat-postulat berikut:

Teori Konstruksi Pengetahuan

1.      Anak-anak dan remaja secara pribadi membangun keyakinan tentang fenomena alam, beberapa di antaranya berbeda dari teori ilmiah saat diterima.

2.      Keyakinan alternatif (kesalahpahaman) mungkin merintangi konstruksi kepercayaan sains yang benar (konsepsi ilmiah).

3.      Penggantian keyakinan alternatif memerlukan individu untuk bergerak melalui sebuah fase di mana ketidaksesuaian antara kepercayaan alternatif dan konsepsi ilmiah menimbulkan konflik kognitif atau keadaan ketidakseimbangan mental dan kebutuhan untuk pengaturan diri.

4.      Peningkatan keterampilan berpikir (pengetahuan prosedural) timbul dari situasi di mana seseorang menyatakan keyakinan dan keterlibatan alternatif adalah pertukaran verbal di mana argumen yang sebelumnya dan bukti menyelesaikan kontradiksi. Pertukaran tersebut memprovokasi orang untuk memeriksa alasan keyakinan mereka.

5.      Argumentasi menyediakan pengalaman dari mana bentuk-bentuk tertentu argumentasi (pola pikir) dapat diinternalisasi.

Teori instruksi

1.      Siklus pembelajaran adalah metode pengajaran yang terdiri dari tiga fase yang disebut eksplorasi, pengenalan istilah, dan aplikasi konsep.

2.      Penggunaan siklus belajar siswa dengan memberikan kesempatan untuk mengungkapkan keyakinan alternatif dan untuk berdebat dan menguji mereka yaitu untuk mengatur diri dan membangun konsep yang lebih memadai dan mengembangkan pola pikir.

3.      Ketiga jenis siklus belajar-deskriptif, empirical-abductive dan hipotetis-deduktif tidak sama efektifnya dalam memprovokasi dan kemampuan berpikir lebih baik.

4.      Perbedaan penting di antara ketiga jenis siklus pembelajaran sejauh mana siswa baik mengumpulkan data dalam mode murni deskriptif atau awalnya ditetapkan secara eksplisit menguji keyakinan alternatif (hipotesis).

5.      Siklus belajar deskriptif dirancang untuk memiliki siswa mengamati bagian kecil dari dunia, menemukan pola, nama itu, dan mencari pola lain. Biasanya hanya keterampilan berpikir deskriptif yang diperlukan.

6.      Siklus belajar Empirical-abductive mengharuskan siswa untuk menggambarkan dan menjelaskan fenomena dalam siklus sehingga memungkinkan untuk konsepsi alternatif, argumentasi, self regulation, dan pengembangan keterampilan berpikir tingkat tinggi.

7.      Siklus pembelajaran hipotesis-deduktif memerlukan pernyataan langsung dan eksplisit dari konsepsi alternatif dan hipotesis untuk menjelaskan fenomena, serta keterampilan berpikir tingkat tinggi untuk menguji alternatif.

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.

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