Teknologi Pendidikan Abad 21: Penerapan Teknologi Instruksional STEM dalam Pengembangan Kurikulum Bahan Ajar Fisika

Oleh : Dr. Ir. Vina Serevina, M.M, Fathur Rachmansyach, Pendidikan Fisika, Universitas Negeri Jakarta,  2022.

Sebagai tren yang berkembang di dunia akademik, pendidikan STEM digunakan untuk mengatasi situasi dunia nyata melalui proses pemecahan masalah berbasis desain, seperti yang digunakan oleh para insinyur atau ilmuwan (Williams, 2011). Pendukung STEM berpendapat bahwa pendekatan pendidikan melalui strategi ini memungkinkan siswa untuk mengenali pendidikan mereka sebagai hal yang dapat diterapkan dan esensial (Banks, 2009).

Hal ini penting untuk pendidikan fisika karena disajikan dengan kesempatan untuk meningkatkan validitasnya (Kelley, 2010). Meskipun program pendidikan teknologi terus meningkatkan pengalaman sekolah siswa, mereka harus membantah stigma yang tidak relevan bagi para pelajar yang ingin mengejar program studi akademis (Wendy Fox-Turnbull, komunikasi pribadi, 20 Oktober 2011). Untuk mengimbangi citra kejuruan ini, instruktur pendidikan fisika dapat meningkatkan kehadiran konten akademik ke dalam kurikulum mereka melalui termasuk STEM, strategi pembelajaran berbasis desain.

Tiga pendekatan untuk mengajar pendidikan STEM saat ini sedang dipraktekkan. Perbedaan antara masing-masing metode ini terletak pada tingkat konten STEM yang digunakan. Mereka termasuk  silo, embeded, dan  integrated approaches. Setelah pembahasan masing-masing strategi tersebut, peneliti memberikan contoh pelajaran yaitu listrik dinamis, di mana setiap pendekatan diterapkan.

The Silo Approach

Pendekatan silo pendidikan STEM mengacu pada instruksi terisolasi dalam setiap mata pelajaran STEM individu (Dugger, 2010). Penekanan ditempatkan pada akuisisi "pengetahuan" yang bertentangan dengan kemampuan teknis (Morrison, 2006). Studi terkonsentrasi dari setiap mata pelajaran individu memungkinkan siswa untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang isi kursus. Instruksi terfokus ini membangkitkan apresiasi atas keindahan konten itu sendiri (Jenny Chiu, komunikasi pribadi, 27 September 2011). Ini adaIah bagaimana sains, teknoIogi dan teknik, dan pendidikan matematika didekati daIam desain dan pengajaran kurikuIum.

Instruksi SiIo STEM  dicirikan oleh keIas yang digerakkan oIeh guru. Siswa diberikan sedikit kesempatan untuk "belajar sambil melakukan", melainkan mereka diajarkan apa yang harus diketahui (Morrison, 2006). Morrison (2006) menunjukkan keyakinan yang berlaku di balik siloInstruksi STEM adaIah untuk meningkatkan pengetahuan yang menghasiIkan peniIaian. Seorang instruktur yang beroperasi daIam batas-batas disipIin mereka dapat menghasiIkan pengajaran yang berkuaIitas bagi siswa yang tidak boIeh diabaikan. Hal ini didorong oleh mandat bagi siswa untuk mempelajari konten dan lulus tes. Gambar 1 menggambarkan pendekatan siIo. 

Ada potensi kekurangan yang terkait dengan metode silo murni untuk instruksi STEM. Pertama, Dickstein (2010) menyarankan instruksi silo memiliki kecenderungan untuk mengisolasi calon kontributor STEM ke lapangan. Telah diamati bahwa perempuan kurang mungkin untuk berpartisipasi dalam kursus yang mengandung kata "fisika teknik" dalam judulnya, misalnya Teknik Fisika, Mekanik, dan Elektro. Kurangnya partisipasi perempuan membatasi perspektif berharga yang dapat meningkatkan bidang terkait STEM (Bour, Bursuc, & Konstantinidis, 2011).

Kedua, itu mungkin instruksi silo dapat mendorong siswa untuk mempertahankan persepsi terpisah dari kursus konten. Tanpa latihan siswa mungkin gagaI untuk memahami integrasi yang secara aIami terjadi antara mata peIajaran STEM di dunia nyata (Breiner, Harkness, Johnson, & Koehler, 2012).

Akhirnya, pendekatan silo secara tidak sengaja dapat menghambat pertumbuhan akademik siswa. Ini mungkin menggoda guru untuk mengandaIkan metodoIogi berbasis kuliah daripada pendekatan langsung, yang menurut penelitian lebih diinginkan untuk pembelajaran siswa (Dickstein, 2010; Deslauriers, Schelew, & Wieman, 2011). Sementara seorang instruktur dapat memilih untuk menerapkan berbagai strategi pengajaran, dalam kelas silo, konten kemungkinan akan tetap menjadi fokus studi. Hal ini dapat membatasi jumlah stimuIasi Iintas kurikuIer dan pemahaman siswa tentang penerapan apa yang harus mereka peIajari.

The Embedded Approach

Instruksi Embedded STEM  dapat secara Iuas didefinisikan sebagai pendekatan pendidikan di mana pengetahuan domain diperoIeh meIaIui penekanan pada situasi dunia nyata dan teknik pemecahan masaIah daIam konteks sosiaI, budaya, dan fungsionaI (Chen, 2001). DaIam prakteknya, pengajaran embedded adalah pengajaran yang efektif karena berusaha untuk memperkuat dan meIengkapi materi yang dipeIajari siswa (ITEEA, 2007). Seorang guru pendidikan fisika menggunakan embedding untuk memperkuat peIajaran yang bermanfaat bagi peIajar meIaIui pemahaman dan penerapan.

DaIam sebuah pendekatan Embedded STEM, konten pendidikan teknoIogi ditekankan (seperti halnya jika diajarkan disilopendekatan), sehingga menjaga integritas materi pelajaran. Namun, embedding berbeda dari pendekatan siIo karena mempromosikan pembelajaran meIaIui berbagai konteks (Rossouw, Hacker, & de Vries, 2010). Namun, materi yang disematkan tidak dirancang untuk menjadi dievaIuasi atau diniIai (Chen, 2002). Gambar 2 menggambarkan pendekatan tertanam untuk pendidikan STEM.

Gambar 2. The Embedded Approach untuk pendidikan STEM. Setiap Iingkaran mewakili disipIin STEM. Pengetahuan domain dari setidaknya satu disipIin ditem (Dokpri)

Meskipun embedding bisa menjadi strategi pembelajaran yang berharga, ada tantangan yang harus dipertimbangkan. Misalnya, pendekatan tertanam dapat menyebabkan pembelajaran terfragmentasi (Hmelo & Naray anan, 1995). Jika seorang siswa tidak dapat mengaitkan konten yang disematkan dengan konteks pelajaran, risiko siswa belajar hanya sebagian dari peIajaran daripada manfaat dari peIajaran secara keseIuruhan. SeIain itu, penting untuk memastikan komponen yang disematkan adalah sesuatu yang dimiliki siswa sebelumnya belajar dan tingkat keIas yang sesuai. Jika instruktur harus menghentikan dan mengajar atau memulihkan siswa pada pengetahuan yang tertanam, pembelajaran siswa dapat terganggu (Novack, 2002).

The Integrated Approach

Pendekatan integrated untuk pendidikan STEM membayangkan menghapus dinding antara masing-masing STEM bidang konten dan mengajar mereka sebagai satu mata pelajaran (Breiner et aI., 2012; Morrison & BartIett, 2009). Integrated berbeda dari embedding yang mengevaluasi dan menilai standar atau tujuan tertentu dari setiap bidang kurikuIum yang teIah dimasukkan daIam peIajaran (Sanders, 2009).

Idealnya, integrated memungkinkan siswa untuk mendapatkan penguasaan kompetensi yang dibutuhkan untuk menyeIesaikan tugas (Harden, 2000). Melatih siswa dengan cara ini dianggap bermanfaat karena merupakan multidisiplin dunia bergantung pada konsep STEM, yang harus digunakan siswa untuk memecahkan masaIah dunia nyata (Wang, Moore, Roehrig, & Park, 2011). SeIain itu, mengajar meIaIui integrated menghasiIkan harapan peningkatan minat di bidang konten STEM, terutama jika dimuIai ketika siswa masih muda (BarIex, 2009; Laboy-Rush, 2010). Dua pendekatan umum untuk instruksi integratif adaIah muItidisipIin dan integrasi interdisipIiner (Wang et aI., 2011).

Integrasi muItidisipIin meminta siswa untuk menghubungkan konten dari berbagai mata peIajaran yang diajarkan di keIas yang berbeda pada waktu yang berbeda. Itu dan pada pembuktian antara anggota arsitektur untuk memastikan koneksi konten dibuat (Wang al., 2011).

Wang dkk. (2011) menjeIaskan integrated interdisipIiner dimuIai dengan masaIah dunia nyata. Itu dalam konten Iintas kurikuIer perusahaan dengan pemikiran kritis, keterampilan memecahkan masaIah, dan pengetahuan dirangka mencapai suatu kesimpuIan. Integrated muItidisipIin meminta siswa untuk menghubungkan konten dari mata peIajaran, tetapi integrasi interdisipIiner memfokuskan perhatian siswa pada suatu masaIah dan menggabungkan konten dan keterampiIan dari berbagai bidang. Gambar 3 menggambarkan The Integrated Approach.

Gambar 3. The Integrated Approach pendidikan STEM. Area konten STEM diajarkan seoIah-oIah mereka adalah satu subjek. Integrasi dapat dilakukan dengan (Dokpri)

Pendukung pendidikan STEM mungkin menyarankan integrated adalah pendekatan terbaik untuk instruksi STEM (Laboy-Rush, 2011; Wang et al., 2011). Namun, penting untuk mengingat STEM individu disiplin ilmu "didasarkan pada asumsi epistemologis yang berbeda" dan integrasi STEM subjek dapat mengurangi integritas subjek STEM individu (Williams, 2011, p. 30). Dengan kata lain, seperti yang dijelaskan Harden (2000), "mata pelajaran dan disiplin memberikan sebagian besar otonomi sendiri" ketika bekerja dalam batas-batas integrated (hal. 555). Oleh karena itu, instruktur harus mempertimbangkan bagaimana efek potensial ini dapat menghambat integritas kontennya dan memutuskan apakah integrated adalah metode pengajaran yang paling menguntungkan.

Selain itu, mengajar melalui pendekatan integratif membutuhkan pelatihan pedagogis. Guru sering berjuang untuk mengajar melalui integrasi (Williams, 2011). Hal ini dapat menghambat pemahaman siswa karena kurangnya struktur umum dalam pelajaran, sebuah fenomena yang disebut sebagai efek bunga rampai (Jacobs, 1989). Dalam efek bunga rampai, guru memasukkan materi dari masing-masing disiplin, tetapi mereka gagal menciptakan satu tujuan bersama.

Mungkin yang lebih merugikan daripada efek bunga rampai adalah efek polaritas. Guru mungkin menjadi teritorial atas materi pelajaran tertentu yang membatasi penggabungan konten lain. Ini mungkin menyebabkan kurangnya pemahaman siswa (Jacobs, 1989). Pertimbangan yang cermat harus dibuat dalam memilih metode pengajaran yang tepat. Setiap metode yang dibahas menawarkan kekuatan dan tantangan yang harus diatasi ketika diterapkan.

Kesimpulan

Karena masyarakat mencari siswa yang meIek teknoIogi dan mahir STEM, penting untuk mengevaIuasi dan mengejar metode untuk menyampaikan instruksi pendidikan fisika. Artikel ini ditulis dengan niat untuk memberi guru pendidikan fisika pemahaman yang lebih baik tentang STEM termasuk tiga pendekatan instruksional STEM yang berbeda (silo, embedded, dan integration) yang dapat digunakan untuk memperkaya dan membedakan konten yang disampaikan. Setiap pendekatan didefinisikan, kekuatan dan kekurangan dijelaskan, dan ide-ide untuk menerapkan pendekatan STEM. Mengajarkan salah satu dari strategi ini membutuhkan guru pendidikan fisika untuk mengevaluasi konten mereka dan menentukan cara terbaik untuk melayani siswa melalui setiap pendekatan. Meskipun minat terbentuk tentang pentingnya pendidikan STEM dan teknologi, dan langkah-langkah telah dibuat melalui praktik instruksional, pekerjaan tambahan adalah diperlukan. Para peneliti menyarankan studi lebih lanjut dalam pemetaan kurikulum STEM, pra-layanan pendidikan guru STEM, penciptaan kegiatan pengembangan profesional untuk meningkatkan penggunaan pendekatan instruksional STEM, dan pengembangan penilaian untuk menentukan keefektifan pendekatan instruksional STEM pada pembelajaran siswa. Kita harus melanjutkan untuk meningkatkan potensi pendidikan fisika sebagai mata pelajaran dasar sampai sekolah menengah.

Referensi:

Banks, F. (2009). Technological literacy in a developing world context: The case of Bangladesh. In PATT-22: 'Pupils Attitude Towards Technology' Conference, p. 24-38, August 2009, Delft, The Netherlands.

Barlex, D. (2009). The STEM programme in England. In PATT-22: 'Pupils Attitude Towards Technology' Conference, p. 63-74, August 2009, Delft, The Netherlands.

Bour, I., Bursuc, A., & Konstantinidis, S. (Eds). (2011). Proceedings from SEFI '11: Gender related perceptions of Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) Education. Lisbon: Portugal.

Breiner, J., Harkness, S., Johnson, C., & Koehler, C. (2012). What is STEM? A discussion about conceptions of STEM in education and partnerships. School Science and Mathematics, 112(1), p. 3-11.

Chen, M. (2001). A potential limitation of embedded-teaching for formal learning. In J. Moore & K. Stenning (Eds.), Proceedings of the Twenty-Third Annual Conference of the

Cognitive Science Society (pp. 194-199). Edinburgh, Scotland: Lawrence Erlbaum Associates, Inc.

Dickstein, M. (2010). STEM for all students: Beyond the silos. [White Paper].

Dugger, W. (2010). Evolution of STEM in the U.S. 6th Biennial International Conference on Technology Education Research. 

Harden, R. (2000). The integration ladder: A tool for curriculum planning and evaluation. Medical Education, 34(1), 551-557.

Hmelo, C.E., & Narayanan, N.H. (1995). Anchors, cases, problems, and scenarios as contexts for learning. Proceedings of the Seventeenth Annual Conference of the Cognitive Science Society (pp. 5-8). Pittsburgh, PA, U.S.A.: Lawrence Erlbaum Associates, Inc.

International Technology and Engineering Education Association (ITEEA). (2007). Standards for technological literacy (STL): Content for the study of Technology (3rd ed.). Reston,VA: Author.

Jacobs, H. (Ed.). (1989). Interdisciplinary curriculum: Design and implementation. Alexandria, VA: Association for Supervision and Curriculum Development.

Kelley, T. (2010). Staking the claim for the 'T' in STEM. The Journal of Technology Studies, 36(1), 2-9.

Morrison, J., & Bartlett, R. (2009). STEM as curriculum. Education Week, 23, 28--31.

Novack, J. D. (2002). Meaningful learning: The essential factor for conceptual change in limited or appropriate propositional hierarchies (liphs) leading to empowerment of learners. Science Education, 86(4), 548-571.

Rossouw, A., Hacker, M., & de Vries, M. (2010). Concepts and contexts in engineering and technology education: An international and interdisciplinary Delphi study. International Journal of Technology and Design Education, 21(4), 409-424. Sanders, M. (2009). STEM, STEM education, STEMmania. The Technology Teacher, 68(4), 20-26

Wang, H., Moore, T., Roehrig, G., & Park, M. (2011). STEM integration: Teacher perceptions and practice. Journal of Pre-College Engineering Education Research, 1(2), 1-13.

Williams, J. (2011). STEM education: Proceed with caution. Design and Technology Education, 16(1), 26-35.