Penggunaan Komputer Dalam Pembelajaran Untuk Memperkuat Pemahaman Konsep-Konsep Fisika Eko Sulistya Jurusan Fisika FMIPA UGM Yogyakarta
[email protected]
Intisari-Ilmu Fisika, sebagai ilmu pengetahuan yang berhubungan dengan alam, seharusnya merupakan ilmu yang mudah dipelajari karena setiap hari menjadi pengalaman hidup manusia. Namun pada kenyataannya, pendapat umum baik dari siswa maupun pengajar, ilmu fisika adalah ilmu yang sulit dipelajari. Sebagai akibatnya, cara yang biasa ditempuh dalam belajar fisika adalah dengan menggunakan metode belajar yang tujuan utamanya adalah agar perserta didik lulus dalam pelajaran fisika dengan sedikit mengesampingkan apakah konsep fisikanya berhasil ditanamkan atau tidak. Konsep yang tidak dipahami, terlebih lagi jika ada konsep yang salah, akan menyebabkan peserta didik tidak mampu menerapkan fisika dalam masalah-masalah baru. Dengan perkembangan teknologi komputer yang pesat saat ini, baik pada segi perangkat keras maupun pada perangkat lunaknya, pembelajaran fisika dapat dilakukan secara interaktif sehingga peran peserta didik tidak hanya pasif menjadi pendengar atau pengamat, namun juga ikut terlibat di dalam proses. Kajian ini memperkenalkan dua perangkat lunak yang dapat digunakan dalam pembelajaran fisika, yaitu Interactive Physics dan Python. Penggunaan perangkat lunak Interactive Physics diharapkan akan menuntun peserta didik pada pemahaman konsep fisika yang benar dan mendalam sedangkan belajar menyelesaikan masalah fisika dengan pemrograman Python diharapkan akan dapat membangkitkan penalaran (sense) bagaimana melakukan problem-solving secara komputasional, dan melatih ketrampilan menyelesaikan masalah fisika secara umum. Kata kunci: pembelajaran, konsep, fisika, interaktif, computer PENDAHULUAN Pemahaman dan penguasaan konsep fisika yang benar akan berpengaruh kepada kemampuan siswa dalam menerapkan fisika, baik dalam penyelesaian soal-soal fisika maupun untuk mempelajari sistem-sistem fisika yang baru ditemui. Kemampuan menyelesaikan soal fisika dapat ditingkatkan dengan cara pembimbingan atau pembinaan intensif pada siswa. Tujuan utama metode pembinaan dan bimbingan intensif adalah untuk menguasai berbagai macam bentuk soal, dan memberikan rumus-rumus singkat untuk mengerjakan soal. Jadi tujuan akhirnya adalah agar siswa mampu mengerjakan soal dan lulus ujian dalam bidang fisika. Cara tersebut efektif untuk tujuan jangka pendek, misalnya supaya lulus ujian naisonal, atau bagi lulusan SMK atau SMU agar lulus ujian masuk perguruan tinggi. Dalam metode pembinaan intensif semacam itu, konsep-konsep yang mendasari masalah fisika yang sedang dipelajari bisa jadi terabaikan, sehingga menyebabkan gagal konsep (miskonsepsi). Menurut Sugata Pikatan, gagal konsepsi adalah fenomena dimana seseorang gagal menerapkan teori di lapangan karena pemahaman konsep yang tidak lengkap atau keliru dalam intepretasinya (Pikatan, 1999). Lebih lanjut dikatakan bahwa gagal konsep tidak hanya terjadi pada siswa biasa yang sedang belajar fisika, namun dapat pula terjadi pada para sarjana, termasuk sarjana fisika. Pemahaman konsep yang benar akan lebih berguna dibanding dengan menghapalkan bentuk-bentuk soal dan rumus serta metode pengerjaan soal. Beberapa soal fisika yang nampaknya berbeda, sesungguhnya bisa berasal atau berlandaskan pada konsep yang sama. Dengan pemahaman dan penguasaan konsep yang benar, maka bermacam bentuk atau variasai soal dapat diselesaikan. Sedangkan apabila
bentuk-bentuk soal dan bagaimana cara menyelesaikannya dihapalkan, maka jika ada sedikit variasi pada bentuk soal akan menyebabkan kebingungan pada siswa. Belum banyak riset yang dilakukan untuk mengetahui sejauh mana gagal konsep dalam bidang fisika. Salaj satu riset yang telah dilakukan adalah di Kota Palu (Saehana, 2011) menghasilkan bahwa bahwa guru fisika SMA di Kota Palu mengalami miskonsepsi mekanika yang cukup serius yaitu sebesar 40%. Hasil lain yang juga dapat dikemukakan dari riset tersebut adalah bahwa konsep mekanika yang umumnya mengalami miskonsepsi adalah kinematika (konsep jarak, posisi, kecepatan dan percepatan), dinamika (gaya, percepatan dan Hukum Newton). Demikian juga dari berbagai sumber di internet, menyatakan bahwa ditemukan beberapa miskonsepsi dalam fisika antara lain : mekanika, antara lain tentang kecepatan dan percepatan, massa dan berat, momentum dan gaya, serta beberapa dalam bidang optika (http://fisika-dan-pembelajaran.blogspot.com , http://fisikasma-online.blogspot.com). Menurut Eggen, konsep dapat dipandang sebagai ide, objek atau kejadian yang membantu kita untuk memahami alam di sekitar kita (Eggen and Kauchak, 2004). Dengan demikian pengaruh lingkungan dapat menimbulkan miskonsepsi, seperti pengalaman sehari-hari yang berhubungan dengan fenomena fisis, misalnya mekanika, suhu, listrik, optis dan sebagainya. Selain lingkungan, miskonsepsi juga bisa disebabkan oleh faktor guru, metode pengajaran serta media pembelajaran fisika. Ilmu fisika erat dengan abstraksi. Kegagalan dalam proses abstraksi oleh pikiran, akan menyebabkan tidak dipahaminya konsep yang sedang diperlajari, dan bisa mengarahkan pada miskonsepsi jika konsep itu dipaksakan untuk dipahami. Dalam bidang fisika, abstraksi dapat dipandang sebagai proses yang
198
disebut dengan thought experiment. Fenomena fisis yang sedang dipelajari dinyatakan dalam model matematis, yaitu sebuah persamaan, sedangkan pikiran melakukan proses abstraksi, bagaimana model fisis itu terjadi di dalam ruang dan waktu yang dipengaruhi oleh hukum-hukum fisika. Jadi dalam pikiran terbentuk suatu visualisasi tentang fenimena fisis yang dinyatakan dengan model matematis tersebut. Kemudian pikiran mengambil suatu konsep yang umum dari hasil abstraksi, atau visualisasi tersebut. Dengan demikian untuk memahami konsep fisika secara benar diperlukan kemampuan abstraksi pada model matematis yang menggambarkan konsep fisika tersebut. Masalahnya adalah, bahwa tidak semua orang memiliki kemampuan abstraksi yang cukup yang diperlukan untuk memahami suatu konsep fisika sehingga menyebabkan miskonsepsi. Dengan latar belakang alasan tersebut, ada pemikiran bahwa jika proses abstraksi itu dapat dibantu, maka akan dapat membantu menanamkan pemahaman konsep yang benar dan menghindarkan miskonsepsi. Yang dimaksud dengan membantu proses abstraksi adalah dengan menggunakan komputer untuk membangkitkan visualisasi fisika. Dengan perkembangan teknologi komputer saat ini, baik dalam hal perangkat keras, maupun perangkat lunak, pembuatan visulasi dan simulasi fisika menjadi lebih mudah. PEMBAHASAN Dua perangkat lunak yang diperkenalkan sebagai media pembelajaran fisika adalah Interactive Physics dan
Python. Interactive Physics Interactive Physics (http://www.interactivephysics.co.uk) adalah suatu perangkat lunak yang digunakan untuk memodelkan, mensimulasikan, dan mempelajari banyak fenomena fisika. Objek, atau benda berupa lingkaran atau kotak digambarkan dengan mouse seperti pada program-program editor gambar pada umumnya, namun di dalam jendela editor Interactive Physics, benda-benda yang digambarkan tersebut mempunyai sifat serta kelakuan yang dipengaruhi oleh hukum-hukum fisika sebagaimana benda-benda yang terdapat di alam. Gambar 1 menampilkan sebuah bandul matematis yang digambar pada jendela editor Interactive Physics. Pada jendela editor juga digambarkan grafik posisi koordinat-x, kecepatan pada arah-x, energi kinetik dan energi potensial dari bandul. Tampilan Interactive Physics dapat dijalankan sehingga nampak visualisasi gerakan bandul matematis, grafik posisi dan kecepatannya pada sumbu-x, serta perubahan energi kinetik dan energi potensialnya. Pada bandul dapat juga ditampilkan vektor gaya, kecepatan dan percepatannya melalui menu yang dapat dipilih. Demikian juga dapat digambarkan gaya tegangan pada tali penggantung. Massa dapat diubah-ubah, demikian juga panjang tali. Dengan visualisasi bandul matematis tersebut dapat ditunjukkan bahwa bukan massa yang berpengaruh pada periode ayunan tetapi panjang tali.
Gambar 1. Jendela editor Interactive Physics
Pada panel sebelah kiri jendela editor Interactive Physics terdapat menu pilihan untuk menggambarkan objek benda, serta untuk memilih alat peraga seperti tongkat, tali, pegas, gaya, motor, torka, dan katrol. Benda-benda dan alat peraga dapat disusun sedemikian sehingga membentuk suatu alat peraga fisika yang dapat dijalankan untuk melihat
199
visualisasi dan simulasinya. Jenis gaya interaksi antar objek, besaran-besaran terukur, serta berbagai pilihan visualisasi disediakan pada menu-menu utama. Program Interactive Physics menampilkan ‘apa yang terjadi’ dan bukan ‘bagaimana bisa terjadi’. Program tersebut tidak menampilkan persamaan-persamaan, sehingga
pengajar yang menggunakannya sebagai sarana pembelajaran fisika harus mampu menjelaskan kepada peserta didik, persamaan dan hukum fisika apa yang mendasari visualisasi yang ditampilkan. Dengan kata lain, konsep fisika yang benar harus dikuasai lebih dahulu sebelum mengajarkan fisika dengan Interactive Physics. Kombinasi antara penguasaan konsep fisika dan visualisasi dari Interactive Physics diharapkan akan dapat mempermudah penanaman konsep fisika yang benar kepada peserta didik. Beberapa topik simulasi fisika yang dibuat dengan Interactive Physics telah dibuat dan dapat diunduh secara gratis dari situs http://www.interactivephysics.co.uk/. Topiktopik yang sudah dibuat antara lain : Mekanika, Getaran, Ruang angkasa (Hukum Gravitasi Newton), Listrik Magnet, Atom, Gas, dan Fisika Terapan. Phyton Phyton adalah bahasa pemrograman yang bersifat free dan open source yang relatif baru dibandingkan dengan bahasa-bahasa pemrograman seperti Fortran, C, Pascal, dan Turbo Pascal. Bahasa Python adalah interpreter, bukan #Tumbukan lenting sempurna
compiler, sehingga program yang dibuat dengan Python bukan file berekstensi EXE yang siap dijalankan, namun berupa file teks ASCII dan berekstensi py. Dengan format seperti itu maka semua orang bisa membaca dan mengerti kegunaan program itu. Untuk menjalankan program yang ditulis dengan Python, di dalam sistem komputer yang digunakan harus sudah terinstall Python. Kemampuan Phyton dapat diperluas dan ditingkatkan dengan tambahan beberapa paket modul seperti NumPy (numerical python), pygame, dan matplotlib. Numpy digunakan untuk penyelesaian masalah fisika yang berhubungan dengan komputasi numerik, pygame digunakan untuk membuat visualisasi fisika, sedangkan matplotlib digunakan untuk menggambarkan grafik fungsi ataupun diagram gerak. Gambar 2 menampilkan sebuah program yang ditulis dengan Python untuk menghitung kecepatan akhir dari dua benda yang mengalami tumbukan lenting sempurna. Masukan program adalah massa kedua benda dan kecepatan kedua benda sebelum tumbukan, dan keluarannya adalah kecepatan akhir kedua benda setelah tumbukan.
def v1_akhir(m1,m2,v1,v2): return ((m1-m2)/(m1+m2))*v1 + (2*m2/(m1+m2))*v2 def v2_akhir(m1,m2,v1,v2): return (2*m1/(m1+m2))*v1 + ((m2-m1)/(m1+m2))*v2 #input m1 = eval(raw_input('Massa benda-1 = ')) m2 = eval(raw_input('Massa benda-2 = ')) v1 = eval(raw_input('Kec. awal benda-1 = ')) v2 = eval(raw_input('Kec. awal benda-2 = ')) #output print 'Kec. akhir benda-1 = %4.2f m/s ' % v1_akhir(m1,m2,v1,v2) print 'Kec. akhir benda-2 = %4.2f m/s ' % v2_akhir(m1,m2,v1,v2) Gambar 2. Program menghitung kecepatan dua benda setelah tumbukan lenting sempurna Jika program pada gambar 2 dijalankan,
pengguna akan diminta memasukkan beberapa nilai, yaitu massa dan kecepatan benda pertama serta massa dan kecepatan benda kedua, kemudian program menampilkan keluaran berupa kecepatan benda pertama dan benda kedua setelah tumbukan. Pembelajaran konsep fisikanya bukan pada saat menjalankan program yang sudah jadi, namun pada saat membuat dan menuliskan program. Peserta didik diuji pemahaman konsep fisikanya dengan tantangan berupa membuat program komputer. Jika pola pemikirannya runtut berdasarkan pemahaman konsep yang benar, maka program yang dihasilkan akan sesuai dengan prinsip dan aturan atau hukum fisika yang melandasi program itu. Program komputer yang sesuai dengan hukum fisika pada gilirannya akan membantu pemahaman konsep fisika yang benar bagi yang menggunakan program itu.
Gambar atau grafik yang bisa membantu pemahaman konsep juga bisa dihasilkan oleh program Python dengan menggunakan paket modul eksternal yang juga bersifat free dan open source. Visualisasi bisa dibuat dengan meng-import paket modul pygame, sedangkan grafik dengan meng-import paket modul matplotlib. Gambar 3 menampilkan hasil berupa gambar lintasan gerak parabola yang dibuat dengan program python yang menggunakan paket modul matplotlib. Dari tampilan grafik pada Gambar 3 dapat diperoleh informasi ketinggian maksimum dan jangkauan terjauh peluru. Dengan pengembangan yang lebih lanjut, dapat pula digambarkan grafik kecepatan dan percepatan peluru sebagai fungsi waktu sehingga dapat menjelaskan konsep perbedaan antara kecepatan dan percepatan.
200
Gambar 3. Lintasan peluru pada gerak parabola yang digambarkan dengan modul matplotlib
PENUTUP Telah diperkenalkan dua perangkat lunak yang dapat digunakan sebagai media dan sarana pembelajaran fisika. Yang pertama adalah Interactive Physics, suatu program komersial siap pakai yang bisa langsung digunakan sebagai media dan sarana pembelajaran fisika berbasis komputer. Pengajar yang menggunakannya sebagai sarana mengajar fisika harus terlebih dahulu menguasai konsep fisika yang benar sehingga dapat memberikan penjelasan pada visualisasi yang ditampilkan pada jendela editor Interactive Physics. Yang kedua adalah Python, suatu bahasa pemrograman yang free dan open source. Untuk dapat menggunakan Python dalam pembelajaran fisika, selain diperlukan penguasaan konsep fisika yang benar, juga diperlukan dasar-dasar pemrograman dengan komputer. Masih diperlukan penelitian lebih lanjut apakah penggunaan kedua perangkat lunak tersebut menunjukkan bahwa peserta didik dapat dengan mudah memperoleh pemahaman konsep fisika yang benar dan tertanam kuat dan menghindarkan miskonsepsi. Penelitian yang lanjut tersebut bisa berupa kolaborasi antara peneliti dari bidang pendidikan dan peneliti dari bidang ilmu fisika.
201
DAFTAR PUSTAKA Eggen, P. and Kauchak, D. (2004), Educational Psychology: Windows, Classrooms. Upper Saddle River: Pearson Prentice Hall. http://fisikasma-online.blogspot.com, diakses pada tanggal 20 Juli 2012 http://fisika-dan-pembelajaran.blogspot.com, diakses pada tanggal 3 Agustus 2012 Pikatan, S., (1999), Memahami Gagal Konsepsi dalam Fisika, Kristal (ISSN: 0853-4772), vol. 19, Jurusan MIPA, Fakultas Teknik, Universitas Surabaya. Saehana, S., & Kasim, S., (2011), Studi Awal Miskonsepsi Mekanika Pada Guru Fisika SMA di Kota Palu, Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan dan Penerapan MIPA, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Yogyakarta. Suparno, P., (2005), Miskonsepsi Dan Perubahan Dalam Pendidikan Fisika. Jakarta: Gramedia
Konsep
