perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user 11 BAB II

perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Kajian Teori
1. Hakikat IPA Fisika
Fisika merupakan salah satu cabang sains yang mempelajari gejala-gejala alam
melalui penelitian, percobaan, dan pengukuran yang disajikan secara matematis
berdasarkan hukum-hukum dasar untuk menemukan hubungan antara kenyataan yang
ada di alam (Druxes, 1986:3). Fisika bertujuan mempelajari bagian-bagian materi
beserta interaksi-interaksi mutualnya. Dalam bentuk-bentuk interaksi ini, fisikawan
menjelaskan sifat-sifat materi dan gejala alam lainnya yang diamati dalam besaran.
Druxes (1986) menyatakan bahwa fisika adalah ilmu yang mempelajari tentang
kejadian, hukum alam yang memungkinkan dilakukannya penelitian, pengamatan, dan
pengukuran, serta dapat disajikan secara matematis.Dari beberapa definisi fisika, dapat
disimpulkan bahwa fisika sebagai bagian dari sains pada hakekatnya memiliki tiga
aspek, yaitu:
a. Fisika sebagai “body of knowledge”, merupakan kumpulan pengetahuan atau
produk dalam bentuk fakta, konsep, prinsip, teori, hukum yang tersusun secara
sistematis.
b. Fisika sebagai proses, yakni proses dari upaya manusia untuk memahami berbagai
gejala alam dalam bentuk langkah-langkah, prosedur, bahkan sistem dalam
mendapatkan produk.
c. Fisika memiliki kecenderungan tindakan dalam melakukan kegiatan ilmiah seperti
ketekunan, objektivitas, dan sebagainya.
Menurut Crow & Crow dalam Rizema (2013:16) pembelajaran adalah
pemerolehan tabiat, pengetahuan dan sikap. Karakteristik pembelajaran yang efektif
adalah memudahkan siswa belajar sesuatu yang bermanfaat, seperti: fakta,
keterampilan, nilai, konsep, dan hidup serasi dengan sesama, atau sesuatu hasil yang
diinginkan. Lebih lanjut, pengetahuan kongkrit lebih mudah diterima oleh siswa
daripada pengetahuan yang masih abstrak. Dalam kondisi pembelajaran yang
kondusif, yang melibatkan siswa secara aktif dalam mengamati, mengoperasikan alat,
atau berlatih menggunakan objek konkrit disertai dengan diskusi, diharapkan siswa
dapat bangkit sendiri untuk berpikir, menganalisis
data, menjelaskan ide, bertanya dan
commit to user
11
12
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
mengemukakan pendapat.Gambar 2.1. menyajikan gambaran dunia fisika dalam
aturan pemahaman fisikalis.
Kontrol Kesalahan
Pengamatan
Pengamatan
Sistematis
Permasalahan
Percobaan
Penilaian
Hipotesis (model)
Kesimpulan
Hukum (Teori)
Kontrol Percobaan
Kesesuaian
Sanggahan
Gejala Baru
Gambar 2.1. Aturan pemahaman fisikalis (Druxes, 1986)
Hakikat pembelajaran IPA (fisika) adalah metode ilmiah, didalamnya terdapat
kegiatan pembuktian yaitu melalui kegiatan eksperimen. Sehingga kegiatan
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
13
digilib.uns.ac.id
eksperimen perlu adanya penekanan dalam pembelajaran fisika dengan mengikuti
langkah-langkah pada metode ilmiah.
2. Modul
Modul merupakan salah satu bentuk bahan ajar yang dikemas secara utuh dan
sistematis didalamnya memuat seperangkat pengalaman belajar yang terencana dan
didesain untuk membantu peserta didik menguasai tujuan belajar yang spesifik
(Daryanto, 2013), dalam hal ini bahan ajar dapat berupa bahan tertulis maupun tidak
tertulis. Bahan ajar yang dirasa dapat membantu peserta didik maupun guru dalam
proses belajar adalah modul. Modul berfungsi sebagai sarana belajar yang bersifat
mandiri.Modul harus dikembangkan atas dasar hasil analisis kebutuhan dan kondisi.
Selanjutnya, dikembangkan desain modul yang dinilai paling sesuai dengan berbagai
data dan informasi objektif yang diperoleh dari analisis kebutuhan dan kondisi.
Bentuk, struktur, dan komponen modul harus memenuhi berbagai kebutuhan dan
kondisi yang ada.
Menurut Daryanto (2013:24)penjaminan mutu suatu modul dapat dikembangkan
suatu standar operasional prosedur dan instrumen, sehingga pengembangan modul
merupakan suatu proses yang sistematis dalam mengidentifikasi, mengembangkan,
dan mengevaluasi isi dan strategi pembelajaran yang diarahkan untuk mencapai tujuan
pembelajaran secara lebih aktif dan efisien.Dalam proses penyusunan modul terdiri
dari tiga tahapan pokok. Pertama, menetapkan strategi pembelajaran dan media
pembelajaran yang sesuai. Pada tahap ini, perlu diperhatikan berbagai karakteristik
dari kompetensi yang akan dipelajari baik isi maupun urutan materi pembelajaran,
karakteristik siswa, dan karakteristik konteks. Kedua, memproduksi atau mewujudkan
fisik modul. Komponen isi modul antara lain meliputi: tujuan belajar, prasyarat
pembelajar yang diperlukan, substansi atau materi belajar, bentuk-bentuk kegiatan
belajar dan komponen pendukungnya. Ketiga, mengembangkan perangkat penilaian.
Dalam hal ini, perlu diperhatikan agar semua aspek kompetensi (pengetahuan,
keterampilan, dan sikap) dapat dinilai berdasarkan kriteria tertentu yang telah
ditetapkan.
Modul yang telah dibuat diimplementasikan pada kegiatan pembelajaran sesuai
dengan alur yang telah dituliskan dalam
modul.
Pada akhir kegiatan pembelajaran
commit
to user
14
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
dilakukan evaluasi hasil belajar, dengan pelaksanaan penilaian mengikuti ketentuan
yang telah dituliskan dalam modul.Setelah digunakan pada kegiatan pembelajaran,
harus dilakukan evaluasi dan validasi secara periodik, tujuannya adalah untuk
mengetahui dan mengukur implementasi pembelajaran dengan modul dapat
dilaksanakan sesuai dengan desain pengembangannya, serta untuk mengetahui dan
mengukur materi dan isi modul masih sesuai dengan perkembangan kebutuhan dan
kondisi yang berjalan saat ini (Daryanto, 2013:12).
Penulisan modul dilakukan sesuai dengan Rencana Pelaksanaan Pembelajaran,
yang meliputi:
a. Menetapkan kerangka bahan yang akan disusun.
b. Menetapkan tujuan akhir, yaitu kemampuan yang harus dicapai siswa setelah
melakukan kegiatan pembelajaran menggunakan modul.
c. Menetapkan tujuan secara khusus yang menunjang tujuan akhir.
d. Menetapkan sistem evaluasi, baik skema, metode, maupun perangkat
e. Menetapkan garis besar atau substansi dan materi untuk mencapai tujuan yang telah
ditetapkan, meliputi SK-KD, deskripsi singkat, waktu dan sumber pustaka.
f. Materi berdasarkan fakta, fenomena-fenomena alam, hasil pemikiran dan
eksperimen yang terkait langsung dan mendukung untuk pencapaian kompetensi
yang harus dikuasai siswa.
g. Penulisan evaluasi atau penilaian yang berfungsi sebagai alat ukur kemampuan
siswa dalam menguasai modul.
h. Kunci jawaban dari soal, latihan, dan tugas.
Kualitas modul dapat dilihat dari beberapa aspek, diantaranya:
a. Aspek kelayakan isi, yang mencakup: kesesuaian dengan SK dan KD, kesesuaian
dengan perkembangan anak, kesesuaian dengan kebutuhan bahan ajar, kebenaran
substansi materi pembelajaran, manfaat untuk penambahan wawasan, kesesuaian
dengan nilai moral dan nilai-nilai sosial,
b. Aspek kelayakan bahasa, yang mencakup: keterbacaan, kejelasan informasi,
kesesuaian dengan kaidah Bahasa Indonesia yang baik dan benar, pemanfaatan
bahasa secara efektif dan efisien (jelas dan singkat),
commit to user
15
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
c. Aspek kelayakan penyajian, yang mencakup: kejelasan tujuan (indikator) yang
ingin dicapai, urutan sajian, pemberian motivasi, daya tarik, interaksi (pemberian
stimulus dan respon), kelengkapan informasi.
d. Aspek kelayakan kegrafikan, yang mencakup: penggunaan font (jenis dan ukuran),
layout atau tata letak, ilustrasi, gambar, foto, desain tampilan.
Modul fisika digunakan pada kurikulum tingkat satuan pendidikan, sehingga hasil
belajar yang diharapkan tercapai melalui pembelajaran menggunakan modul fisika
meliputi kompetensi pengetahuan, sikap, dan keterampilan. Pada modul fisika
kompetensi sikap dinilai melalui observasi yang dilakukan oleh guru dan observer,
kompetensi pengetahuan dinilai menggunakan instrumen tes tulis dan penugasan, dan
kompetensi keterampilan dinilai menggunakan kegiatan eksperimen.
3. Keterampilan Proses Sains
Sains adalah pengetahuan yang mempelajari, menjelaskan, serta menginvestigasi
fenomena
alam
dengan
segala
aspeknya
yang
bersifat
empiris
(Rizema,
2013:51).Pembelajaran berbasis sains adalah proses transfer ilmu dua arah antara guru
dan siswa dengan metode tertentu (proses sains), dalam maksud pembelajaran yang
menjadikan sains sebagai metode atau pendekatan dalam proses belajar mengajar
sehingga pembelajaran lebih kreatif, dan aktif (Rizema, 2013:53).
Keterampilan proses sains menekankan siswa belajar, cara memperoleh data,
mengelola hasil data yang diperolehnya, sehingga dapat dengan mudah dipahami dan
digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Penggunaan keterampilan proses sains
memungkinkan anak untuk menemukan dan mengembangkan sendiri fakta dan konsep
serta menumbuhkan dan mengembangkan sikap dan nilai yang dituntut. Pemahaman
konsep fisika tidak hanya hasilnya saja yang diutamakan tetapi proses mendapatkan
konsep sangat penting untuk membangun pengetahuan siswa. Keterampilan dan sikap
ilmiah memiliki peran yang penting dalam menemukan konsep fisika. Umumnya anak
membangun gagasan baru sewaktu mereka berinteraksi dengan suatu objek/suatu
peristiwa. Dapat disimpulkan bahwa keterampilan proses sains adalah keterampilan
intelektual yang membekali siswa dengan suatu kemampuan berpikir logis dan
sistematis dalam menanggapi suatu masalah di bidang ilmu pengetahuan alam dan
memberi pengalaman bermakna kepada
siswa
diantaranya pengalaman bertanya,
commit
to user
perpustakaan.uns.ac.id
16
digilib.uns.ac.id
observasi dan melakukan suatu percobaan. Keterampilan-keterampilan yang
dikembangkan dalam keterampilan proses sains menurut Valentino adalah seperti
Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Keterampilan Proses menurut Valentino (2000)
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Keterampilan
Mengamati
Deskripsi
Menentukan sifat dari suatu obyek atau
peristiwa dengan menggunakan indera.
Mengklasifikasi
Mengelompokkan obyek atau peristiwa
berdasarkan sifatnya.
Mengukur
Keterampilan yang berupa:
 Secara kuantitatif menggunakan satuan
pengukuran yang tepat
 Memperkirakan
 Mencatat data kuantitatif
 Menghubungkan ruang dan waktu
Berkomunikasi
Menggunakan kata-kata tertulis dan lisan,
grafik, tabel, diagram, dan presentasi informasi
lainnya, termasuk yang berbasis teknologi.
Menjelaskan/interferring
Menggambarkan kesimpulan tentang peristiwa
tertentu berdasarkan pengamatan dan data,
termasuk hubungan sebab dan akibat.
Meramalkan/producting
Mengantisipasi konsekuensi dari situasi yang
baru atau berubah menggunakan pengalaman
pada masa lalu dan observasi.
Mengumpulkan, mencatat, dan Memanipulasi data, baik yang dikumpulkan
menafsirkan data
oleh diri sendiri atau oleh orang lain, dalam
rangka membuat informasi yang bermakna dan
kemudian membuat pola informasi yang
mengarah pada pembuatan kesimpulan,
hipotesis.
8.
Mengidentifikasi
mengontrol variabel
9.
Definisi operasional
10.
11.
12.
dan Mengidentifikasi variabel dalam suatu situasi,
memilih variabel yang dimanipulasi dan
variabel yang konstan.
Mendefinisikan
istilah
dalam
konteks
pengalaman sendiri menyatakan definisi dalam
hal “apa yang kamu lakukan” dan “apa yang
kamu amati”.
Membuat hipotesis
Mengusulkan penjelasan melalui pengamatan.
Melakukan percobaan
Menyelidiki, memanipulasi bahan, dan
pengujian hipotesis untuk mendapatkan hasil.
Membuat dan menggunakan Mewakili “dunia nyata” dengan menggunakan
model
model fisik atau mental untuk memahami
proses atau gejala yang lebih besar.
commit to user
Sumber: Valentino (2000)
17
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Pengelompokan Keterampilan Proses Sains:
a. Keterampilan proses sains dasar meliputi mengamati/observasi, mengklasifikasi,
berkomunikasi, mengukur, memprediksi dan membuat inferensi.
1) Pengamatan
Meliputi pengamatan kualitatif yang merupakan pengamatan yang dilakukan
hanya dengan menggunakan beberapa atau seluruh indra tanpa mengacu kepada
satuan pengukuran baku tertentu dan pengamatan kuantitatif adalah pengamatan
yang dilakukan dengan menggunakan alat ukur yang mengacu kepada satuan
pengukuran baku tertentu (Nur, 2000:16).
2) Mengklasifikasi
Klasifikasi dilakukan dengan mengamati kesamaan, perbedaan, hubungan saling
keterkaitan.
3) Berkomunikasi
Komunikasi yang efektif adalah komunikasi yang jelas, cermat dan tidak
menimbulkan salah penafsiran. Grafik, chart, peta, simbol, diagram, persamaan
matematis, dan demonstrasi visual serta kata-kata baik lisan maupun tulisan
adalah beberapa cara yang dapat dilakukan untuk berkomunikasi dalam sains.
4) Mengukur
Di dalam sains, pengukuran dilakukan dengan menggunakan sistem metrik karena
banyak kemudahan-kemudahan yang akan diperoleh.
5) Memprediksi
Prediksi adalah suatu perkiraan tentang hasil pengamatan yang dilakukan pada
suatu waktu di masa yang akan datang. Kemampuan menyusun prediksi tentang
objek ataupun kejadian tergantung kemampuan menentukan sifat-sifat, perilaku
berdasarkan lingkungannya. Hal ini berarti bahwa hasil prediksi berkaitan dengan
kemampuan observasi, inferensi, dan klasifikasi.
6) Membuat inferensi
Suatu inferensi adalah suatu kesimpulan tentang sesuatu yang diamati (Nur,
2000:18).
b. Keterampilan
proses
sains
terpadu
meliputi
mengidentifikasi
variabel,
merumuskan definisi operasional dari variabel, menyusun hipotesis, merancang
penyelidikan, mengumpulkan dancommit
mengolah
data, menyusun tabel data, menyusun
to user
18
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
grafik, mendeskripsikan hubungan antar variabel, menganalisis, melakukan
penyelidikan, dan melakukan eksperimen.
1) Mengidentifikasi variabel
Variabel adalah suatu besaran yang dapat bervariasi atau berubah pada suatu
situasi tertentu. Variabel bebas adalah suatu faktor yang dapat diubah, faktor yang
berubah sebagai suatu hasil dari variabel bebas adalah variabel tak bebas.
Sedangkan suatu faktor yang dijaga agar tidak berubah selama eksperimen adalah
variabel kontrol (Nur, 2000:21).
2) Menyusun hipotesis
Hipotesis adalah suatu prediksi berdasarkan pengamatan yang dapat diuji. Dapat
pula diartikan bahwa hipotesis adalah dugaan tentang pengaruh yang akan
diberikan variabel manipulasi terhadap variabel respon (Nur, 2000:24).
3) Melakukan eksperimen
Cara terbaik melakukan eksperimen adalah menuliskan suatu prosedur. Prosedur
adalah rencana yang dikuti dalam eksperimen. Dari prosedur diperoleh data dan
kesimpulan (Nur, 2000:27).
Keterampilan proses sains dipilih karena aktivitas pada sintaks keterampilan
proses sains merupakan bagian metode ilmiah yang menjadi inti dalam pembelajaran
IPA khususnya fisika. Keterampilan proses sains, memotivasi siswa untuk
menemukan sendiri konsep fisika melalui proses ilmiah. Hal ini secara tidak langsung
dapat melatihkan kemampuan berpikir kritis siswa, sehingga siswa dapat dengan
mudah mengaplikasikan konsep dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam
pemecahan soal uji kompetensi.
Keterampilan proses sains yang ideal dikembangkan sebagai hakikat belajar
sains, yaitu sains sebagai produk dan proses. Belajar dengan pendekatan keterampilan
proses memungkinkan siswa mempelajari konsep yang menjadi tujuan belajar dan
mengembangkan keterampilan sains siswa. Keterampilan proses perlu dikembangkan
melalui pengalaman langsung sebagai pengalaman belajar yang didasarkan ketika
kegiatan berlangsung (Rustaman, 2005:84). Melalui pengalaman seseorang lebih
menghayati proses atau kegiatan yang dilakukan, selain pembelajaran lebih bermakna
jika siswa menemukan sendiri ide pokok materi yang dipelajari.
commit to user
19
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Dalam penelitian ini, keterampilan proses sains yang digunakan merujuk pada
keterampilan proses sains yang dikemukakan oleh Valentino (2000). Hal ini dipilih
dikarenakan ada beberapa pertimbangan antara lain deskripsi keterampilan proses
sains Valentino lebih jelas serta memuat seluruh keterampilan proses sains dasar
maupun keterampilan proses sains terpadu.Keterampilan proses sains dibatasi pada
delapan aspek yaitu merumuskan masalah, merumuskan hipotesis, identifikasi
variabel, mengamati, menganalisis data, menyimpulkan dan mengkomunikasikan
karena disesuaikan dengan struktur materi pembelajaran
4. Kemampuan Berpikir Kritis
a. Deskripsi Kemampuan Berpikir Kritis
Kemampuan berpikir merupakan sekumpulan kemampuan yang kompleks yang
dapat dilatih sejak usia dini. Suatu proses berpikir dalam menarik suatu kesimpulan
pengetahuan disebut penalaran. Berpikir atau bernalar merupakan suatu bentuk
kegiatan akal/ratio manusia dengan pengetahuan yang kita terima melalui panca
indera, diolah dan ditujukan untuk mencapai suatu kebenaran. Aktivitas berpikir
adalah dialog dengan diri sendiri dalam batin yang manivestasinya ialah
mempertimbangkan,
merenungkan,
menganalisis,
menunjukkan
alasan-alasan,
membuktikan sesuatu, menggolong-golongkan, membanding-bandingkan, menarik
kesimpulan, meneliti suatu jalan pikiran, mencari kausalitasinya, membahas secara
realitas dan lain-lain. Di dalam aktivitas berpikir itulah ditunjukkan dalam logika
wawasan berpikir yang tepat atau ketepatan pemikiran kebenaran berpikir yang sesuai
dengan penggarisan logika yang disebut berpikir logis.
Berpikir kritis adalah proses yang melibatkan operasi mental seperti induksi,
deduksi, klasifikasi, dan penalaran. Menurut Ennis (1996) berpikir kritis adalah suatu
proses yang bertujuan untuk membuat keputusan-keputusan yang masuk akal tentang
yang dipercayai atau yang dilakukan, dalam hal ini menunjukkanbahwa dengan
berpikir kritis orang menjadi memahami argumentasi berdasarkan perbedaan nilai,
memahami adanya inferensi dan mampu menginterpretasi, mengenali kesalahan,
menggunakan bahasa dalam berargumen, menyadari dan mengendalikan egosentris
dan emosi, serta responsif terhadap permasalahan yang berbeda.
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
20
digilib.uns.ac.id
Menurut Steven (2012:8) “ Thinking critically is a process, and the first
component is to examine all of the facts that you are assuming or that you think are
true”. Lebih lanjut, menurut NEA (2012) dikatakan bahwa “Critical thinking also
draws on other skills, such as communication and information literacy, to examine,
then analyze, interpret, and evaluate it”, secara jelas bahwa berpikir kritis mampu
melatihkan berbagai keterampilan seperti keterampilan berkomunikasi dan menggali
informasi sendirisehingga peserta didik mampu untuk melakukan pengamatan,
analisis, menafsirkan dan mengevaluasi suatu fakta.
b. Perlunya Budaya Berpikir Kritis
Beberapa alasan perlunya membentuk budaya berpikir kritis, salah satunya
adalah untuk menghadapi perubahan dunia yang begitu pesat oleh munculnya
pengetahuan-pengetahuan baru yang selalu berkembang setiap harinya, sementara
pengetahuan yang lama ditata dan diatur ulang. Sat ini, prioritas utama dari sebuah
sistem pendidikan adalah mendidik anak-anak tentang cara belajar dan berpikir kritis
(Shukor dalam Muhfahroyin, 2009). Beberapa karakteristik dari era pegetahuan
adalah:
1) Kehidupan, masyarakat, dan ekonomi menjadi lebih kompleks.
2) Lapangan kerja menipis dibanding era sebelumnya.
3) Ilmu pengetahuan dan informasi, tanah, buruh, dan modal sebagai masukan paling
utama dalam sistem produksi modern.
Wilson (2000) mengemukakan beberapa alasan tentang perlunya berpikir kritis, yaitu:
1) Pengetahuan yang didasarkan pada hafalan telah dideskreditkan; individu tidak
akan dapat menyimpan ilmu pengetahuan dalam ingatan mereka untuk penggunaan
yang akan datang.
2) Informasi menyebar luas begitu pesat sehingga tiap individu membutuhkan
kemampuan yang dapat disalurkan agar mereka dapat mengenali macam-macam
permasalahan dalam konteks yang berbeda pada waktu yang berbeda pula selama
hidup mereka.
3) Kompleksitas pekerjaan modern menuntut adanya staf pemikir yang mampu
menunjukkan pemahaman dan membuat keputusan dalam dunia kerja.
4) Masyarakat modern membutuhkan individu-individu untuk menggabungkan
informasi yang berasal dari berbagai
sumbertodan
commit
usermembuat keputusan.
21
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Dengan kata lain, pekerja yang memasuki tempat kerja di masa mendatang harus
benar-benar memiliki berbagai kemampuan yang akan menjadikan mereka pemikir
sistem dan orang yang tak pernah henti belajar sepanjang hidup mereka (Shukor dalam
Muhfahroyin, 2009). Alasan lain perlunya budaya berpikir adalah bahwa dunia yang
mengekspresikan ketertarikan dan kepedulian mereka pada kemampuan pembelajaran
berpikir karena mereka mendapati ketidakmampuan lulusan universitas dalam
membuat keputusan sendiri dengan mandiri (Phillips dalam Muhfahroyin, 2009).
Karena kesejahteraan suatu negara bergantung pada masyarakatnya, maka dipandang
perlu dan masuk akal jika akal pikiran menjadi fokus dari perkembangan pendidikan
(Shukor dalam Muhfahroyin, 2009). Menurut Tishman (dalam Muhfahroyin, 2009),
budaya berpikir adalah transformasi budaya dari suatu kelas menjadi budaya berpikir,
pembelajaran berpikir tersebut bertujuan untuk mempersiapkan masa depan diri siswa
dalam pemecahan masalah, pengambilan keputusan yang dipikirkan secara matang
dan pembelajaran tanpa henti sepanjang hayat (life long education). Kelas berpikir
ditujukan untuk belajar dan mengajar di lingkungan dengan budaya berpikir. Pada
lingkungan kelas, terdapat beberapa hal yang berkolaborasi, seperti bahasa, nilai-nilai,
harapan, dan kebiasaan untuk mengekspresikan dan memperkuat pemikiran (Tishman
dalam Muhfahroyin, 2009). Budaya berpikir menurut Sim (dalam Muhfahroyin, 2009)
meliputi bahasa berpikir, watak berpikir, manajemen mental, semangat berstrategi,
tingkat pengetahuan yang tinggi, dan pembelajaran untuk menyalurkan ilmu.
c. Pentingnya Berpikir Kritis Siswa dalam Pembelajaran
Keterkaitan berpikir kritis dalam pembelajaran adalah perlunya mempersiapkan
siswa agar menjadi pemecah masalah yang tangguh, pembuat keputusan yang matang,
dan orang yang tak pernah berhenti belajar. Penting bagi siswa untuk menjadi seorang
pemikir mandiri sejalan dengan meningkatnya jenis pekerjaan di masa yang akan
datang. Selama ini, budaya berpikir kritis masih belum merasuk ke dalam jiwa siswa
sehingga belum dapat berfungsi maksimal dalam kehidupan bermasyarakat.
Hubungan antara berpikir kritis dan pendidikan juga dituliskan dalam National
Education Association (NEA, 2012) ”the link between critical thinking and education
is obvious: one can’t learn well without thinking well. Critical thinking contributes to
career success, but also to success in higher education”, yang berarti kemampuan
commit to user
22
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
berpikir dan pendidikan memiliki keterkaitan yang erat, pendidikan tidak dapat
berjalan dengan baik tanpa pola berpikir yang baik, begitu pula sebaliknya.
Kebutuhan untuk mengajarkan keterampilan berpikir sebagai bagian yang
menyatu dengan kurikulum sekolah merupakan hal yang sangat penting. Sebagian
besar negara mempedulikan kenaikan standar pendidikan melalui wajib belajar pada
pendidikan formal. Dalam kehidupan masyarakat yang serba praktis ini, pendidikan
anak-anak menjadi tujuan utama tercapainya pengetahuan. Hal ini akan membekali
anak dengan pembelajaran sepanjang hayat dan kemampuan berpikir kritis yang
dibutuhkan untuk menangkap fakta dan memproses informasi di era dunia yang makin
berkembang ini. Salah satu dari fungsi sekolah adalah menyediakan tenaga kerja yang
mumpuni dan siap dengan berbagai masalah yang ada di masyarakat, maka penting
pembelajaran berpikir dimasukkan ke dalam proses pembelajaran.
Selain perhatian terhadap penguasaan hal-hal dasar seperti membaca, menulis,
sains, dan matematika, perhatian yang sama juga terletak pada kemampuan berpikir
kritis. Pengetahuan dasar atau penguasaannya saja tidak cukup untuk memenuhi
tuntutan perkembangan dunia di masa yang akan datang. Beberapa kajian yang
memiliki kontribusi terhadap kemampuan berpikir kritis antara lain Bourke, See, Lim,
Dhinsa san Shanmuganathan (dalam Muhfahroyin, 2009). Penelitian mengenai
pentingnya kemampuan berpikir kritis mata pelajaran sains telah dilakukan oleh See,
Dhinsa dan Yong (dalam Muhfahroyin, 2009). See dan Lim (dalam Muhfahroyin,
2009) juga menyarankan penggunaan analogi dalam pengajaran matematika dan sains.
Skolnik (dalam Muhfahroyin, 2009) pada Creative Problem Solving menyebutkan
bahwa ada empat analogi dalam pemikiran kreatif, yaitu analogi personal, langsung,
simbolik dan fantasi. Sehubungan dengan hafalan, Taylor (2001) menjelaskan bahwa
dalam pembelajaran yang berbasis hafalan menjadikan siswa jarang dituntut untuk
bertanya dan berpikir, sehingga kemampuan berpikir kritis kurang terpacu.Berpikir
dapat dipacu dengan mengajukan pertanyaan yang ditingkatkan kompleksitasnya.
Taksonomi Bloom sangat berguna dalam meningkatkan level berpikir kritis siswa
dalam pembelajaran.
d. Memberdayakan Berpikir Kritis Siswa dalam Pembelajaran
Pada dasarnya
berpikir kritis merupakan suatu hal yang masuk akal
(reatonable), berpikir reflektif yang terfokus
pada
keputusan untuk mempercayai dan
commit to
user
23
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
melakukannnya (Ennis, 1996), keterampilan berpikir kritis dapat diberdayakan dengan
memahami aspek-aspek yang berkaitan dengan konsepsi berpikir kritis. Berpikir
dikatakan masuk akal apabila pemikir berusaha menganalisis argumen secara hati-hati,
mencari bukti yang valid dan mencapai kesimpulan yang logis.
Menurut Ennis (1996), ada 12 indikator berpikir kritis yang dikelompokkan
menjadi 5 aspek, yaitu:
1) Memberikan penjelasan secara sederhana (meliputi: memfokuskan pertanyaan,
menganalisis pertanyaan, bertanya dan menjawab pertanyaan tentang suatu
penjelasan).
2) Membangun keterampilan dasar (meliputi: mempertimbangkan sumber dapat
dipercaya atau tidak, mengamati dan mempertimbangkan suatu laporan hasil
observasi).
3) Menyimpulkan (meliputi: mendeduksi dan mempertimbangkan hasil deduksi,
menginduksi dan mempertimbangkan hasil induksi, membuat dan menentukan nilai
pertimbangan).
4) Memberikan penjelasan lanjut (meliputi: mendefinisikan istilah dan pertimbangan
definisi dalam tiga dimensi, mengidentifikasikan asumsi).
5) Mengatur strategi dan taktik (meliputi: menentukan tindakan, berinteraksi dengan
orang lain). Pembelajaran sains seyogyanya mengembangkan dan meningkatkan
kemampuan berpikir kritis.
Indikator-indikator tersebut dalam prakteknya dapat bersatu padu membentuk
sebuah kegiatan atau terpisah-pisah hanya beberapa indikator saja. Berikut ini
disajikan indikator dan aspek-aspek keterampilan berpikir kritis yang diadaptasi dari
Ennis (dalam Liliasari, 2000).
Tabel 2.2. Keterampilan Berpikir Kritis dan Indikator Ketercapaian
Keterampilan
Berpikir Kritis
1. Memberi
penjelasan
sederhana
(elementary
clarification)
Sub Keterampilan
Berpikir Kritis
1. Memfokuskan
pertanyaan
Penjelasan
a. Mengidentifikasi
atau
merumuskan pertanyaan
b. Mengidentifikasi
kriteriakriteria
untuk
mempertimbangkan jawaban
yang mungkin
c. Menjaga kondisi pikiran
2. Menganalisis
a.
commit to user Mengidentifikasi kesimpulan
argumen
b. mengidentifikasi
alasan
24
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
c.
d.
e.
f.
3. bertanya
menjawab
pertanyaan
klarifikasi
pertanyaan
menantang
g.
dan a.
b.
c.
dan
yang d.
e.
f.
2. Membangun
4. Mempertimbangkan
keterampilan
kredibilitas
dasar
(basic
(kriteria)
suatu
support)
sumber
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
5. Mengobservasi dan a.
mempertimbangkan
hasil observasi
b.
c.
d.
e.
f.
g.
3. Menyimpulkan
(inference)
6. Membuat deduksi a.
dan
b.
mempertimbangkan c.
commit to user
hasil deduksi
(sebab) yang dinyatakan
(eksplisit)
mengidentifikasi alasan yang
tidak dinyatakan (implisit)
mengidentifikasi
ketidakrelevanan
dan
kerelevanan.
Mencari persamaan dan
perbedaan
Mencari struktur dari suatu
argumen
Merangkum
Mengapa
Apa intinya, apa artinya
Apa contohnya, apa yang
bukan contoh
Bagaimana menerapkannya
dalam kasus tersebut
Perbedaan
apa
yang
menyebabkannya
Akankah Anda menyatakan
lebih dari itu
Ahli
Tidak adanya konflik interest
Kesepakatan antar sumber
Reputasi
Menggunakan prosedur yang
ada
Mengetahui resiko
Kemampuan memberi alasan
Kebiasaan hati-hati
Ikut
terlibat
dalam
menyimpulkan
Dilaporkan oleh pengamat
sendiri
Mencatat
hal-hal
yang
diinginkan
Penguatan (corraboration)
dan kemungkinan penguatan
Kondisi akses yang baik
Penggunaan teknologi yang
kompeten
Kepuasan observer atas
kredibilitas kriteria
Kelompok yang logis
Kondisi yang logis
Interprestasi pernyataan
25
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
7. Membuat induksi
dan
mempertimbangkan
induksi
8. Membuat
dan
mempertimbangkan
nilai keputusan
a. Membuat generalisasi
b. Membuat kesimpulan
hipotesis
dan
a.
b.
c.
d.
e.
Latar belakang fakta
Konsekuensi
Penerapan prinsip-prinsip
Memikirkan alternatif
Menyeimbangkan,
memutuskan
4. Membuat
9. Mendefinisikan
Ada 3 dimensi
penjelasan lebih
istilah,
a. Bentuk sinonim, klarifikasi,
lanjut
mempertimbangkan
rentang, ekspresi yang sama,
(advanced
definisi
operasional, contoh dan non
clarification)
contoh.
b. Strategi definisi (tindakan,
mengidentifikasi persamaan)
c. Konten (isi)
10. Mengidentifikasi
a. Penalaran secara implisit
asumsi
b. Asumsi yang diperlukan,
terkontruksi argumen
5. Strategi
dan 11. Memutuskan suatu a. Mendefinisikan masalah
taktik
tindakan
b. Menyeleksi kriteria untuk
(strategies and
membuat seleksi
tactics)
c. Merumuskan alternatif yang
memungkinkan
d. Memutuskan hal-hal yang
akan dilakukan secara tentatif
e. Mereview
f. Memonitor implementasi.
12. Berinteraksi dengan
orang lain
(Sumber: adaptasi dari Ennis, 1996)
Sedangkan Filsaime (2008:66-68) mengemukakan enam indikator berpikir kritis,
diantaranya adalah:
a. Interpretasi, yaitu kemampuan memahami, menjelaskan dan memberi makna data
atau informasi.
b. Analisis, yaitu kemampuan untuk mengidentifikasi hubungan dari informasiinformasi yang dipergunakan untuk mengekspresikan pemikiran atau pendapat.
c. Evaluasi, yaitu kemampuan untuk menguji kebenaran dari informasi yang
digunakan dalam mengekspresikan pemikiran atau pendapat.
d. Inferensi, yaitu kemampuan untuk mengidentifikasi dan memperoleh unsur-unsur
commit
to user yang masuk akal.
yang diperlukan untuk membuat suatu
kesimpulan
26
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
e. Eksplanasi, yaitu kemampuan untuk menjelaskan atau menyatakan hasil pemikiran
berdasarkan bukti metodologi, dan konteks.
f. Regulasi diri, yaitu kemampuan seseorang untuk mengatur berpikirnya.
Kemampuan berpikir kritis merupakan alat yang dipergunakan dalam proses
penguasaan konsep karena pengetahuan konseptual merupakan akibat dari proses
konstruktif. Kemampuan ini tidak dapat berkembang dengan sendirinya seiring dengan
perjalanan usia seseorang. Kemampuan ini akan berkembang dengan baik apabila
secara sengaja dikembangkan. Senada dengan hal ini, Penner (dalam Muhfahroyin,
2009) menjelaskan bahwa berpikir kritis tidak dapat dilatihkan sekaligus dalam satu
konsep saja, tetapi harus dilatihkan melalui beberapa konsep dan strategi belajar, sama
halnya dengan melatihkan keterampilan motorik, lebih lanjut membelajarkan berpikir
kritis dapat dilakukan guru melalui tanya jawab, menulis, kerjasama, diskusi dan
praktek.
Berdasarkan pendapat-pendapat diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa
kemampuan berpikir kritis melibatkan proses; menarik kesimpulan dan menjelaskan
alasannya;
mengidentifikasi
alasan
untuk
memperkuat
argumen;
mampu
membandingkan antara dua keadaan; merencanakan eksperimen dan langkahlangkahnya; memberikan alasan untuk meyakinkan hasil eksperimen; menjelaskan
secara
logis;
dan
memberikan
penjelasan
agar
tidak
menimbulkan
salah
pengertian.Sebagai upaya peningkatan berpikir kritis pada siswa maka dibuatlah
modul dengan mengintegrasikan keterampilan proses sains yang merupakan bagian
metode ilmiah sebagai inti dalam pembelajaran IPA khususnya fisika, dengan harapan
kemampuan berpikir kritis dapat ditingkatkan.
5. Materi Pembelajaran Fisika
a. Karakteristik Materi Listrik Dinamis untuk SMA
Materi listrik dinamis merupakan salah satu bahan kajian sains fisika kelas X
semester genap, termasuk salah satu bahasan rangkaian listrik yang banyak dipelajari
pada materi-materi selanjutnya. Materi prasyarat untuk mempelajari listrik dinamis
adalah hukum ohm dan pengukuran besaran-besaran listrik.
Pengaplikasian materi listrik sangat banyak dalam kehidupan sehari-hari, karena
kegiatan yang berhubungan dengan listrik
terlepas dari kebutuhan sehari-hari
committidak
to user
27
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
setiap manusia. Untuk menyalakan lampu, menghidupkan televisi, penggunaan alat
sehari-hari yang sebagian besar bergantung dari listrik, mulai dari rangkaian listrik
yang kompleks hingga yang paling sederhana. Begitu banyaknya masalah-masalah
dalam dunia nyata terkait materi listrik dinamis menjadi pengetahuan awal dan dapat
memotivasi peserta didik untuk membuat hubungan dengan pengetahuan yang sedang
mereka
pelajari.
Menempatkan
siswa
di
dalam
konteks
bermakna
yang
menghubungkan pengetahuan awal siswa dengan materi yang sedang dipelajari dan
sekaligus memperhatikan faktor kebutuhan individual siswa dan peranan guru
merupakan konsep pengetahuan proses sains.
b. Materi Pembelajaran Listrik Dinamis
1. Arus Listrik
Arus (current) adalah gerakan bebas muatan dari satu daerah ke daerah lainnya.
Dalam situasi elektrostatis medan listrik adalah nol di manapun di dalam konduktor,
dan tidak ada arus. Akan tetapi, ini tidak berarti bahwa semua muatan di dalam
konduktor diam. Dalam logam biasa seperti tembaga atau aluminium, sejumlah
elektron bebas bergerak di dalam material konduksi. Elektron-elektron bebas bergerak
secara acak dalam semua arah, agak menyerupai molekul-molekul sebuah gas tetapi
dengan laju yang jauh lebih besar, dengan orde sebesar 106 m/s.
(Young, 2001: 222)
Gambar 2.2.Gerakan Bebas Elektron dalam Kawat (Zemansky, 1986:87)
Rangkaian listrik dibedakan menjadi dua, yaitu rangkaian listrik terbuka dan
rangkaian listrik tertutup. Rangkaian listrik terbuka adalah rangkaian yang belum
dihubungkan dengan sumber tegangan, sedangkan rangkaian listrik tertutup adalah
rangkaian yang sudah dihubungkan dengan sumber tegangan. Arus listrik hanya bisa
commit to user
28
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
mengalir pada rangkaian tertutup, sebab pada rangkaian tertutup terjadi aliran muatanmuatan listrik.
Gambar 2.3. (a) Rangkaian terbuka, (b) Rangkaian tertutup (Sumber: fisika
Nurachmadani, 2009:179)
Kemampuan muatan listrik yang mengalir dalam satu penghantar listrik tiap
satuan waktu disebut Kuat Arus Listrik.Dalam waktu dt setiap kemajuan jarak v dt.
Saat ini, jumlah elektron yang melintasi setiap bidang seperti yang ditunjukkan dengan
arsiran, adalah yang terkandung dalam bagian kawat panjang v dt atau volume Av dt,
denganA adalah penampang kawat. Jika terdapat elektron bebas n per satuan volume,
melintasi bidang dalam waktu dt adalah nAv dt, dan jika e mewakili muatan dari
masing-masing, total biaya yang melintasi bidang di waktu dt adalah
𝑑𝑞 = 𝑛𝑒𝑣𝐴𝑑𝑡
......................................................(2.1)
Kecepatan saat mengisi yang melewati kawat, atau dq/dt, disebut arus dalam kawat.
Arus dilambangkan dengan huruf (I).
𝐼=
𝑑𝑞
𝑑𝑡
........................................................ (2.2)
(Zemansky, 1986: 87)
Dari persamaan 2.1 dan 2.2 dapat dituliskan,
i = 𝑛𝑒𝑣𝐴 ........................................................... (2.3)
Satuan mks dari arus adalah coulomb per second atau biasa disebut dengan
ampere, untuk menghormati ilmuwan Perancis Andre Maria Ampere (1775-1836)
yang banyak mengembangkan konsep elektrostatik dan magnet. Arus kecil biasa
dinyatakan dalam miliampere (mA) atau mikroamper (1𝜇A = 10−6 A).Ketika ada arus
dalam konduktor yang mengisi kedua tanda secara bebas, seperti dalam elektrolit,
muatan negatif melintasi permukaan dalam satu arah dan muatan positif yang lain.
Secara umum, jika jumlah jenis partikel bermuatan hadir, dalam konsentrasi yang
berbeda dan bergerak dengan kecepatan yang berbeda, mengisi melintasi permukaan
commit to user
dalam waktu dt adalah
29
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
𝑑𝑞 = 𝐴𝑑𝑡[𝑛1 𝑞1 𝑣1 + 𝑛2 𝑞2 𝑣2 + ⋯ ] ..................... (2.4)
sehingga arusnya adalah
𝐼 = 𝐴 ∑ 𝑛𝑞𝑣 ............................................ (2.5)
Semua produk nqv akan memiliki tanda yang sama, karena muatan berlawanan tanda
bergerak dalam arah yang berlawanan.Pengisian distribusi dari muatan di kawat
membawa arus dengan distribusi muatan keadaan tetap pada sebuah konduktor
terisolasi yang memiliki kelebihan muatan, terbatas kepada permukaan konduktor.
Tidak ada kelebihan pengisian pada kawat yang membawa arus, pengisian muatan
positif dan negatif per satuan volume yang sama. Elektron bebas dalam kawat
membawa arus didistribusikan seragam di seluruh setiap bagian. (Kecuali bahwa jika
arus bolak, ada kecenderungan untuk berkonsentrasi pada permukaan).
Kerapatan arus dalam kawat, dilambangkan oleh 𝑱, yang mendefinisikan
perbandingan dari arus dengan luas yang dilewatinya.
𝑱 =
𝐼
𝐴
= 𝑛𝑒𝑣 .................................................. (2.6)
(Zemansky, 1986: 88)
Persamaan 2.6 menetapkan kepadatan arus rata-rata lebih dari luas A. Jika arus tidak
didistribusi dengan sama, mengingat integral dari dA dilewati arus yaitu dI, dan
definisi dari kerapatan arus adalah
𝑱 =
𝑱 =
𝐼
𝐴
=1
4
𝑑𝐼
𝑑𝐴
........................................................... (2.7)
200
𝜋(0,1)2
= 2,54 × 106 amp/m2 .................. (2.8)
Perhitungan sebelumnya (persamaan 2.6) telah menunjukkan bahwa ada di tembaga
terdapat8,5 × 1022 elektron bebas/cm3
atau
8,5 × 1028 elektron bebas/m3.
dengan𝑱 = 𝑛𝑒𝑣, maka
𝑣=
𝑱
𝑛𝑒
2,54×106
= 8,5×1028×1,6×10−19 = 1,9 × 10−4 m/s .................. (2.9)
atau sekitar 0,2 cm/s. Oleh karena itu kecepatannya sangat kecil.
Kecepatan rata-rata dari elektron bebas di dalam konduktor sama dengan kecepatan
dari rambatan gelombang elektromagnetik di ruang bebas, yaitu 3 × 108 m/
satau 186.000 mi/s(Zemansky, 1986: 89).
Alat ukur kuat arus listrik adalah Amperemeteryang harus dipasang secara seri
ke dalam rangkaian atau komponen listrik.Amperemeter
dalam rangkaian DC harus
commit to user
30
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
diperhatikan hubungan polaritasnya. Jika polaritas terbalik, amperemeter tersebut tidak
dapat mengukur arus atau tegangan, bahkan bisa rusak.
Gambar 2.4. Rangkaian Amperemeter (Sumber: tommykurniawan.wordpress.com)
2. Potensial Listrik
Potensial listrik adalah banyaknya muatan yang terdapat dalam suatu benda.
Suatu benda dikatakan mempunyai potensial listrik lebih tinggi daripada benda lain,
jika benda tersebut memiliki muatan positif lebih banyak daripada muatan positif
benda lain. Beda potensial listrik (tegangan) timbul karena dua benda yang memiliki
potensial listrik berbeda dihubungkan oleh suatu penghantar. Beda potensial ini
berfungsi untuk mengalirkan muatan dari satu titik ke titik lainnya. Satuan beda
potensial adalah volt (V). Secara matematis beda potensial dapat dituliskan pada
persamaan 2.10.
𝑉=
𝑊
𝑞
......................................................... (2.10)
Keterangan:
V : beda potensial (V)
W : usaha/energi (J)
q : muatan listrik (C)
Alat ukur potensial listrik adalah Voltmeter. Ketika mengukur beda potensial
listrik, voltmeter harus dipasang secara paralel dengan benda yang diukur beda
potensialnya. Untuk memasang voltmeter, tidak perlu memotong rangkaian, namun
cukup menghubungkan ujung yang potensialnya lebih tinggi ke kutub positif dan
ujung yang memiliki potensial lebih rendah ke kutub negatif.
commit to user
31
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Gambar 2.5. Pemasangan Amperemeter dan Voltmeter dalam Rangkaian (Sumber:
danykecil26.wordpress.com)
3. Hambatan Listrik (Resistance)
Jenis-jenis hambatan (resistor), antara lain, resistor tetap dan
resistor variabel.Resistor tetap biasanya dibuat dari karbon
atau kawat nikrom tipis, nilai hambatannya disimbolkan
dengan warna-warna yang melingkar pada kulit luarnya.
Gambar 2.6. ResistorTetap
(Sumber: Zemansky,1986)
Simbol warna-warna tersebut mempunyai arti sesuai dengan
letaknya.
Resistor variabel ada dua, yaitu resistor variabel tipe berputar dan bergeser
(rheostat). Pada prinsipnya, cara kerja kedua resistor ini adalah sama, yaitu memutar
atau menggeser kontak luncur untuk menambah atau mengurangi nilai hambatan
sesuai kebutuhan.
Gambar 2.7. Resistor Variabel (Sumber: fisika Nurachmadani,2009:193)
Alat ukur hambatan listrik disebut Ohmmeter, mengukur hambatan listrik ada dua cara
yaitu secara langsung dan tidak langsung
commit to user
32
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
a) Mengukur Hambatan Secara Langsung
Mengukur hambatan dengan menggunakan multimeter terlebih dahulu memutar
sakelar pada multimeter ke arah yang bertanda R. Dengan demikian, multimeter
telah berfungsi sebagai ohmmeter (pengukur hambatan). Menghubungkan ujungujung terminal multimeter dengan ujung-ujung benda yang akan diukur
hambatannya, kemudian membaca skala yang ditunjukkan pada multimeter.
Gambar 2.8. Mengukur Hambatan dengan Ohmmeter (Sumber: fisika
Nurachmadani,2009:194)
b) Mengukur Hambatan Secara Tidak Langsung
Pengukuran
hambatan
secara
tidak
langsung
dapat
dilakukan
dengan
menggabungkan voltmeter dan amperemeter secara bersama-sama pada rangkaian
listrik yang diukur hambatannya. Voltmeter dipasang secara paralel, sedangkan
amperemeter dipasang seri dengan benda yang akan diukur hambatannya. Setelah
rangkaian terpasang seperti pada gambar 2.9, dilakukan pembacaan skala yang
ditunjukkan voltmeter maupun amperemeter, kemudian menghitung nilai hambatan
R dengan persamaan hukum Ohm.
Gambar 2.9. Mengukur Hambatan Secara Tidak Langsung (Sumber: fisika
commit to user
Nurachmadani,2009:194)
33
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
4. Hambatan Pada Kawat Penghantar
Hubungan 𝐽 = 𝜎𝐸adalah persamaan mendasar konduksi listrik, akan lebih
mudah dalam praktek untuk bekerja dengan arus dan potensi perbedaan daripada
dengan arus densitas dan arus intensitas.
𝑑𝑉
𝐼 = −𝜎𝐴 𝑑𝑥 ...................................................................... (2.11)
dengan mempertimbangkan konduktor yang panjangnya L dan konstan melewati
bagian A ada arus I. Saat ini 𝑉𝑎 dan 𝑉𝑏 menjadi potensial di terminal-terminal. Dengan
dibatasi diskusi material dengan𝜎 adalah bebas dari 𝐽 dan menganggap suhu (dan
setiap faktor lain yang mempengaruhi 𝜎) Untuk menjadi sama pada semua poin dari
konduktor.
Gambar 2.10. Konduktor dengan Panjang L dan Potongan Melintang yang Homogen.
(Zemansky, 1986:92)
Kondisi𝐼, 𝜎, dan𝐴 adalah konstan dapat diintegrasikan. Dengan mengambil sumbu x di
sepanjang bagian kawat asal pada akhira.
𝐼𝑑𝑥 = −𝜎𝐴𝑑𝑉 ............................................................... (2.12)
𝑉𝑏
𝐿
𝐼 ∫ 𝑑𝑥 = −𝜎𝐴 ∫ 𝑑𝑉
0
𝑉𝑎
𝐼𝐿 = 𝜎𝐴(𝑉𝑎 − 𝑉𝑏 )
𝐼=
𝜎𝐴
𝐿
(𝑉𝑎 − 𝑉𝑏 ) ............................................................. (2.13)
Persamaan 2.13 adalah hubungan antara arus dalam konduktor dan perbedaan
potensial antara terminal. Faktor
𝜎𝐴
𝐿
disebut konduktansidalam kawat. Semakin besar
konduktansi, semakin besar arus untuk beda potensial yang diberikan. Timbal balik
dari konduktansi, biasa disebut tahanan. Tahanan dilambangkan dengan huruf R (r).
Untuk sebuah konduktor homogen penampang konstan dan yang 𝜎 adalah konstan.
𝐿
𝑅 = 𝜎𝐴 ..........................................................................
(2.14)
commit to user
34
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Sifat konduktor yang disebut daya hambat jenis yang dilambangkan dengan 𝜌
1
𝜌 = 𝜎 ............................................................................ (2.15)
daya hambat jenis menjadi
𝑅=
𝜌𝐿
.......................................................................... (2.16)
𝐴
Sehingga tahanan menjadi
𝐼=
Atau
𝑉𝑎 −𝑉𝑏
𝑅
=
𝑉𝑎𝑏
𝑅
............................................................ (2.17)
𝑉𝑎𝑏 = 𝑅. 𝐼 ...................................................................... (2.18)
(Zemansky, 1986:93)
Berdasarkan
persamaan
2.18 diketahui bahwa semakin panjang kawat
penghantar dan hambatan jenisnya, maka nilai hambatannya bertambah kawat besar.
Apabila luas penampang kawat penghantar diperbesar, maka nilai hambatan kawat
makin kecil. Tabel 2.3 menunjukkan nilai hambatan jenis suatu penghantar.
Tabel 2.3. Hambatan Jenis Penghantar
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Nama Zat
Air
Air suling
Alkohol
Aluminium
Asam sulfat
Bakelit
Besi
Ebonit
Emas
Kaca
Karbon
Raksa
Hambatan Jenis (Ωm)
102
103 - 105
5 x 104
2,9 x 108
2,5 x 102
105 - 1010
8,6 – 10-8
1013 - 1016
2,3 x 10-8
1011 - 1014
6 x 105
9,58 x 10-7
No
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
Nama Zat
Hambatan Jenis (Ωm)
Karet
102
Mangan
103 - 105
Mika
5 x 104
Minyak tanah
2,9 x 108
Parafin
2,5 x 102
Perak
105 - 1010
Porselin
8,6 – 10-8
Tembaga
1013 - 1016
Timbal
2,3 x 10-8
Wolfram
1011 - 1014
Konstanta
9,58 x 10-7
Sumber: Fisika, Kane & Sternheim, 1991.
Urutan-urutan besar hambatan jenis dari kecil ke besar adalah superkonduktor,
konduktor, semikonduktor, dan isolator. Superkonduktor adalah bahan yang sama
sekali tidak menghambat arus listrik, sehingga hambatan jenisnya nol.
35
5. Hambatan (Resistor) dalam Rangkaian Seri dan Paralel
Resistor terdapat dalam semua jenis rangkaianelektronik. Sebuah contoh
sederhana adalah serentetan bola lampu yang digunakan untuk dekorasi hiburan,
dengan setiap bola bertindak serentetan bola lampu itu hanyalah merupakan gabungan
resistor (Young, 2001:257).Dianggap mempunyai tiga resistor dengan besar hambatan
R1, R2, dan R3. Resistor-resistor dalam
Gambar
2.11. dikatakan tersambung paralel di
commit
to user
12
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
antara titik a dan titik b. Setiap resistor menyediakan sebuah lintasan alternatif di
antara titik-titik itu. Untuk elemen-elemen rangkaian yang disambung paralel, selisih
potensial adalah sama melalui setiap elemen.
Dalam gambar 2.11. (c), resistor R2 dan R3 adalah paralel. Dan gabungan ini
adalah seri dengan R1. Dalam gambar 2.11. (d), R2 dan R3 adalah seri, dan gabungan
R1
ini adalah paralel dengan R1.
a
R1 x
R2y
R2
R3b
I
I
b
a
I
R3
I
(a)
(b)
R2
a
R2
R1
R3
b
a
b
R1
I
I
I
R3
I
(c)
(d)
Gambar 2.11. Empat Cara yang Berbeda untuk Menyambungkan Tiga Resistor
(Sumber: Zemansky,1986:124)
Untuk sembarang gabungan resistordapat dicari sebuah resistor tunggal yang dapat
menggantikan gabungan itu dan menghasilkan arus total dan selisih potensial yang
sama. Hambatan tunggal dari resistordinamakan hambatan ekuivalen (equivalent
resistance) dari gabungan itu.
𝑉𝑎𝑏 = 𝑅. 𝐼
atau
𝑅=
𝑉𝑎𝑏
𝐼
.................... (2.19)
Vab adalah selisih potensial di antara terminal a dan terminal b dan I adalah arus di
titik a dan titik b. Untuk menghitung sebuah hambatan ekuivalen, dibuat anggapan
atas selisih potensial-potensial Vab yang melalui jaringan yang sesungguhnya,
menghitung arus I yang bersangkutan dan mengambil rasio 𝑉𝑎𝑏 ⁄𝐼 . Dapat diturunkan
persamaan umum untuk hambatan ekuivalen dari sebuah gabungan seri atau gabungan
paralel dari resistor-resistor.Jika resistor-resistor itu seri, seperti dalam gambar 2.11
(a), arus I harus sama dalam semua resistor itu.
𝑉𝑎𝑥 = 𝐼𝑅1 , 𝑉𝑥𝑦 = 𝐼𝑅2 , 𝑉𝑦𝑏 = 𝐼𝑅3 .............................................. (2.20)
𝑉𝑎𝑥 + 𝑉𝑥𝑦 + 𝑉𝑦𝑏 = 𝐼(𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 ) ........................................... (2.21)
Bila 𝑉𝑎𝑥 = 𝑉𝑎 − 𝑉𝑥 , 𝑉𝑥𝑦 = 𝑉𝑥 − 𝑉𝑦 , commit
𝑉𝑦𝑏 = 𝑉𝑦to−user
𝑉𝑏 ....................................... (2.22)
36
36
13
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
(Zemansky, 1986:125)
Maka
𝑉𝑎𝑥 + 𝑉𝑥𝑦 + 𝑉𝑦𝑏 = 𝑉𝑎 − 𝑉𝑏 = 𝑉𝑎𝑏
𝑉𝑎𝑏 = 𝐼(𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 ) .................................. (2.23)
𝑉𝑎𝑏
Dan
𝐼
= 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 ....................................................... (2.24)
Nilai 𝑉𝑎𝑏 ⁄𝐼 menurut definisi, adalah hambatan ekuivalen R. Maka
𝑅 = 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 .......................................... (2.25)
Jika resistor-resistor itu paralel seperti pada Gambar 2.11 (b), perbedaan
potensial antara terminal-terminal tiap resistor harus sama dengan 𝑉𝑎𝑏 . Bila arus
dalam resistor-resistor itu dinyatakan dengan I1, I2 dan I3, maka
𝐼1 =
𝑉𝑎𝑏
𝑅1
,
𝐼2 =
𝑉𝑎𝑏
𝑅2
,
𝐼3 =
𝑉𝑎𝑏
𝑅3
................................. (2.26)
Muatan diberikan ke titik a oleh arus hantaran I, dan diambil dari arus I1, I2 dan I3.
Karena muatan tidak mengumpul di a, maka
𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2 + 𝐼3
𝑉𝑎𝑏 𝑉𝑎𝑏 𝑉𝑎𝑏
𝐼=(
+
+
)
𝑅1
𝑅2
𝑅3
Atau
𝐼
𝑉𝑎𝑏
=
1
𝑅1
1
1
+ 𝑅 + 𝑅 .......................................... (2.27)
2
3
Bila
𝐼
1
𝑉𝑎𝑏
= 𝑅, ............................................... (2.28)
Sehingga
1
𝑅
=
1
𝑅1
1
1
+ 𝑅 + 𝑅 ......................................... (2.29)
2
3
Untuk jumlah resistor dalam rangkaian paralel, kebalikan hambatan ekuivalen sama
dengan jumlah kebalikan-kebalikan dari hambatan-hambatan individunya.
Khusus untuk dua resistor dalam paralel,
1
𝑅
=
1
𝑅1
1
+𝑅 =
2
𝑅=
𝑅1 𝑅2
𝑅1 +𝑅2
𝑅2 +𝑅1
𝑅1 𝑅2
................................. (2.30)
............................................ (2.31)
37
(Zemansky, 1986: 126)
karena 𝑉𝑎𝑏 = 𝐼1 𝑅2 , maka
𝐼1
𝑅
= 𝑅2 ............................................
(2.32)
commit
𝐼2
1 to user
37
14
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
dan arus yang diangkut oleh dua resistor dalam paralel berbanding terbalik dengan
daya hambatnya (Zemansky, 1986:128).
6. Hukum Ohm
Hubungan antara kuat arus dan beda potensial pada suatu penghantar pertama
kali diselidiki oleh fisikawan Jerman George Simon Ohm. Ohm berhasil menemukan
hubungan secara matematis antara kuat arus listrik dan beda potensial, yang kemudian
dikenalsebagai Hukum Ohm pada persamaan 2.33.
𝑉
𝑅 = 𝐼 atau𝑉 = 𝐼 × 𝑅 ................................. (2.33)
Keterangan:
V : beda potensial atau tegangan (V)
I : kuat arus (A)
R : hambatan listrik ( Ω )
Persamaan 2.33 merupakan bunyi dari hukum Ohm yaitu “Kuat arus yang mengalir
pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung
penghantar itu dengan syarat suhunya konstan/tetap”
Gambar 2.12. Hubungan Kuat Arus, Potensial, dan Hambatan(Sumber: ilearning.me)
7. Hukum Kirchoff
Hukum I Kirchoff berbunyi “arus yang masuk pada titik percabangan sama
dengan kuat arus yang keluar pada titik percabangan tersebut”. Secara matematis
dapat ditulis sebagai berikut:
∑ 𝐼𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘 = ∑ 𝐼𝑘𝑒𝑙𝑢𝑎𝑟 ............................. (2.34)
Kuat arus dalam rangkaian listrik bercabang, dapat diumpamakan sebagai jalan raya
yang bercabang.
commit to user
1538
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Gambar 2.13.Jumlah Arus Listrik pada Rangkaian Bercabang (Sumber: fisika
Nurachmadani,2009:200)
Hukum II Kirchoff berbunyi “jumlah tegangan yang mengelilingi suatu
rangkaian tertutup (loop) sama dengan nol”,secara matematis dapat dituliskan:
∑𝑉 = 0
atau ∑𝜀 + ∑𝐼𝑅 = 0 .............................. (2.35)
Perjanjian tanda:
a) Kuat arus bertanda positif jika searah dengan arah loop dan negatif jika sebaliknya;
E = positif
Arah loop
E = negatif
Gambar
2.14.
Tanda
Positif
dan
Nurachmadani,2009:201)
Negatif
GGL
(Sumber:
fisika
b) Bila ketika mengikuti arah loop kutub posistif lebih dahulu dijumpai dari pada
kutub negatifnya, maka ggl bertanda positif, dan negatif bila sebaliknya. Tegangan
antara dua titik (misalnya a dan b) dalam suatu rangkaian listrik adalah
𝑉𝑎𝑏 = ∑𝜀 + ∑𝐼𝑅.............................................. (2.36)
Dengan perjanjian tanda seperti pada hukum II Kirchhoff, untuk rangkaian satu
loop dan dua loop dapat menggunakan metode kuat arus cabang dengan terlebih
dahulu menandai kuat arus-kuat arus cabang dalam rangkaian sebelum menggunakan
hukum II Kirchhoff. Untuk rangkaian majemuk lebih dari 2 loop, lebih efisien kuat
arus loop.
commit to user
16
digilib.uns.ac.id
39
perpustakaan.uns.ac.id
B. Penelitian yang Relevan
1. Berdasar penelitian Lidy Alimah, Eko Setyadi (2013), diketahui bahwa modul yang
telah teruji kelayakannya mampu meningkatkan pemahaman siswa dan layak
digunakan dalam pembelajaran fisika.
2. Berdasar penelitian Wenno (2010),diketahui bahwa kegiatan pembelajaran dengan
menggunakan modul menjadi lebih menarik, siswa lebih banyak mendapatkan
kesempatan belajar mandiri, mengurangi ketergantungan terhadap kehadiran guru,
dan siswa mendapatkan kemudahan dalam mempelajari setiap kompetensi.
3. Berdasarkan penelitian Hilal Aktamis dan Omer Ergin (2008), diketahui bahwa
keterampilan proses sains dapat meningkatkan kemampuan berpikir kreatif siswa,
sikap sains dan peningkatan kemampuan akademik.
4. Berdasarkan penelitian Hesbon E Abungu, Mark I, dan Samuel W (2014), diketahui
bahwa keterampilan proses sains mampu memberikan perkembangan hasil yang
signifikan pada pembelajaran kimia baik dari segi keaktifan maupun eksperimen.
5. Berdasarkan penelitian Yuliani, Widha Sunarno dan Suparmi (2012), diketahui
bahwa terdapat interaksi pembelajaran dengan pendekatan keterampilan proses
menggunakan metode eksperimen dan demonstrasi dengan kemampuan analisis
terhadap prestasi kognitif dan afektif.
6. Berdasarkan penelitian Jarwo Dedy(2010), diketahui bahwa penerapan pendekatan
keterampilan proses sains dapat meningkatkan prestasi belajar siswa yaitu dengan
rata-rata kompetensi belajar pada eksperimen 1 sebesar 77,92 dan 78,18 pada kelas
eksperimen 2.
7. Penelitian Darmayanti, dkk (2013),diketahui bahwa terdapat interaksi antara model
pembelajaran dan gaya kognitif siswa dalam pencapaian keterampilan proses sains
dan pemahaman konsep siswa.
8. Penelitian Ince (2010), diketahui bahwa hasil penelitian terdapat perbedaan yang
signifikan dalam nilai akhir dari tes keterampilan proses antara mahasiswa
kelompok eksperimen dan kontrol, karena siswa memperoleh keterampilan seperti
penelitian, penemuan, berpikir ilmiah.
9. Berdasarkan artikel dari Forum of Public Polley (2010), diketahui bahwa
kemampuan berpikir kritis dan kreatif merupakan dua hal yang sangat mendukung
dalam pembelajaran sains.
commit to user
17
digilib.uns.ac.id
40
perpustakaan.uns.ac.id
10. Berdasar penelitian Liliasari dan I Wayan Redhana(2008), diketahui bahwa
program pembelajaran keterampilan berpikir sangat efektif untuk meningkatkan
kemampuan berpikir kritis siswa dengan persentase 40,88 % dan dikategorikan
baik.
11. Berdasarkan penelitian Tri Joko, R. Wahid A, dan Arif Mahfukhin (2012),
diketahui bahwa berpikir kritis dapat dilatihkan melalui metode maupun model
pembelajaran yang tepat dengan mengkonfrontasikan siswa ke dalam area
penyelidikan.
C. Kerangka Berpikir
Fisika merupakan pembelajaran yang menuntut siswa untuk berpikir,
menemukan konsep, dan memecahkan masalah dengan pembelajaran yang dapat
mengembangkan pola pikir siswa, sehingga melatihkan siswauntuk menemukan fakta,
teori, prinsip, hukum, dan konsep belajar. MA HM Tribakti, masih menggunakan
bahan ajar berupa buku paket BSE, sehingga belum dapat meningkatkankemampuan
berpikir kritis dalam pembelajaran. Siswa belajar membutuhkan bahan ajar yang
memfasilitasi siswa agar dapat belajar mandiri, terstruktur, melatih kemampuan
berpikir kritis, dan mencapai tujuan belajarnya.
Bahan ajar yang dapat dikembangkan berupa modul fisika, merupakan paket
belajar mandiri, dapat menggali pengalaman belajar siswa yang telah direncanakan
dan dirancang secara sistematik untuk membantu siswa mencapai tujuan belajarnya
yaitu dengan mengkolaborasikan antara kemampuan siswa, keterampilan siswa, dan
keaktifan siswa saat belajar.Modul dapat memberikan banyak keuntungan bagi
siswa,yaitu modul memberikan umpan balik, sehingga siswa mengetahui taraf hasil
belajar dan penguasaan materi pembelajaran. Pengajaran menggunakan modul dapat
disesuaikan dengan perbedaan siswa yaitu mengenai kecepatan belajar.Cara belajar
bekerjasama menggunakan modul dapat mengurangi persaingan dikalangan siswa
ketika berlangsungnya proses pembelajaran, sehingga dapat memperbaiki kelemahan,
kesalahan, atau kekurangan siswa.
Upaya mengatasi kekurangan siswa dalam kemampuan berpikir kritis, dapat
diatasi mengunakan pendekatan pembelajaran yang melatih siswa dalam berpikir
kritis,
yaitu
pendekatan
keterampilan
proses
commit to user
sains
yang
merupakan
18
digilib.uns.ac.id
41
perpustakaan.uns.ac.id
pendekatanpembelajaran yang dapat mengoptimalkan kemampuan siswa melalui
kegiatan pembelajaran, terdiri dari mengidentifikasi masalah, merumuskan hipotesis,
merumuskan variabel, mengumpulkan data, menganalisis data, dan menyimpulkan
yangmerupakan bagian dari metode ilmiah.Modul fisika yang dipadukandengan
pendekatan keterampilan proses sains dapat membantu siswa dalam belajar secara
mandiri,sehingga siswa mengembangkan kemampuan berpikir kritis secara optimal.
Pengembangan modul fisika berbasis keterampilan proses sains akan melibatkan siswa
aktif secara fisik dan psikis dalam kegiatan penemuan dan berpikir saat pembelajaran.
Alternatif yang dapat digunakan adalah penggunaan modul fisika berbasis
keterampilan proses sains, diharapkan dapat meningkatkan kemampuan berpikir kritis
siswa, sehingga akan memberikan efek positif terhadap penguasaan materi dan konsep
belajar siswa. Kerangka pemikiran berdasarkan argumen tersebut, dapat dilihat pada
Gambar 2.15.
commit to user
42
19
digilib.uns.ac.id
perpustakaan.uns.ac.id
Analisis kebutuhan berdasarkan bahan
ajar yang digunakan, sebatas penggunaan
buku paket BSE sehingga belum dapat
mengembangkan kemampuan berpikir
kritis siswa dalam pembelajaran.
Siswa membutuhkan bahan ajar
dapat memfasilitasi siswa supaya
belajar secara mandiri, terstruktur,
tih keterampilan proses sains
kemampuan berpikir kritis serta
mencapai tujuan belajar siswa.
yang
dapat
meladan
dapat
Bahan ajar yang dapat dikembangkan berupa modul fisika. Modul fisika merupakan bentuk
bahan ajar yang dikemas secara utuh dan sistematis didalamnya memuat seperangkat
pengalaman belajar yang terencana dan didesain untuk membantu peserta didik menguasai
tujuan belajar yang spesifik
Modul yang disusun dengan baik dapat memberikan banyak keuntungan bagi siswa antara lain
modul memberikan feedback yang baik sehingga siswa dapat mengetahui taraf hasil belajar
dan penguasaan materi. Pengajaran modul dapat disesuaikan dengan perbedaan siswa yaitu
mengenai kecepatan belajar, cara belajar kerjasama dengan menggunakan modul dapat
menghilangkan persaingan antar siswa sehingga dapat mencapai nilai tertinggi serta dengan
menggunakan sistem pengajaran remedial dapat memperbaiki kelemahan atau kekurangan
siswa.
Materi ajar pada pembelajaran fisika
membutuhkan keterampilan proses sains
seperti pada materi listrik dinamis dengan
harapan meningkatkan kemampuan berpikir
kritis.
Untuk mengatasi kekurangan siswa dalam
berpikir kritis serta tercapai tujuan
belajarnya maka dapat digunakan
pendekatan yang dapat melatih siswa
dalam berpikir kritis yaituketerampilan
proses sains.
Keterampilan proses sains merupakan
pendekatan pembelajaran yang dapat
mengoptimalkan berpikir kritis siswa,
dalam kegiatan pembelajaran siswa dapat
mengidentifikasi masalah, merumuskan
hipotesis, mengidentifikasi variabel,
pengumpulan data, menganalisis data,
dan menyimpulkan yaitu merupakan
kegiatan yang dilakukan berdasarkan
metode ilmiah yang merupakan hakekat
pembelajaran IPA
Modul fisika yang dipadukan dengan pendekatan keterampilan proses sains dapat membantu
siswa dalam belajar layaknya seorang ilmuan, siswa dapat mengembangkan kemampuan
berpikir kritisnya. Dengan mengembangkan modul fisika berbasis keterampilan proses sains
maka siswa akan terlibat aktif secara fisik dan psikis dalam proses penemuan dan
berketerampilan proses sains saat kegiatan pembelajaran.
Peningkatan kemampuan
berpikir kritis Siswa.
commit to user
Gambar 2.15. Kerangka Berpikir