The Importance Of Development Of Representational Competence In Chemical Problem Solving Using Interactive Multimedia



IDA FARIDA

Program Studi Pendidikan Kimia UIN Sunan Gunung Djati Bandung

Email : farchemia65@gmail.com

ABSTRACT

This paper examined  various literature to describe the importance of development of representational competence within the context of chemical problem solving.  Problem solving ability is one of  high order thinking skills using representational competence. Representational competence is ability to connection  each level of  multiple representations  in chemistry.  Students can use chemical multiple representations to solve problems if they are able to formulate a mental image of objects or processes at the submicroscopic level that cannot be physically observed, relate them to macroscopic phenomena and express them in symbolic representation, or vice versa.  Submicroscopic representation is a key factor in chemical multiple representations. The inability to represent aspects submicroscopic can hinder the ability to solve problems related to the phenomenon of macroscopic and symbolic representations.  Students generally have difficulty in chemistry due to the inability to represent and give explanations about the structure and processes at the level submicroscopic. Optimal effort to develop this ability can be done   using multimedia that integrates the three levels of chemical representations.

Keywords: representational competence, chemical multiple representation, problem solving, the three levels of chemical representations, interactive multimedia.


A.    PENDAHULUAN

Pada dua dekade terahir ini, fokus studi pengembangan pendekatan belajar dan mengajar kimia lebih ditekankan pada  tiga level representasi  yaitu:  makroskopik,  submikroskopik dan simbolik. Pemahaman seseorang terhadap kimia ditunjukkan oleh kemampuannya  mentransfer dan menghubungkan antara fenomena makroskopik,  dunia submiskroskopik dan representasi simbolik.   Kemampuan pemecahan masalah kimia sebagai  salah satu  keterampilan berpikir tingkat tinggi  menggunakan kemampuan representasi secara ganda (multiple)  atau  kemampuan pebelajar  ‘bergerak’  antara  berbagai mode representasi kimia. Representasi  submikroskopik  merupakan faktor kunci pada kemampuan tersebut. Ketidakmampuan merepresentasikan aspek submikroskopik dapat menghambat kemampuan memecahkan permasalahan yang berkaitan dengan  fenomena makroskopik dan representasi simbolik (Russell & Kozma, 2005, Chittleborough & Treagust, 2007; Chandrasegaran, et.al, 2007).

Berbagai hasil penelitian menunjukkan bahwa umumnya pembelajar (siswa/mahasiswa) bahkan pada mahasiswa /siswa yang performansnya bagus dalam ujian mengalami kesulitan dalam ilmu kimia akibat ketidak mampuan memvisualisasikan  struktur dan proses pada  level  submikroskopik dan tidak mampu menghubungkannya dengan level representasi kimia yang lain. (Devetak, 2004; Chittleborough & Tregust, 2007; Orgill, MaryKay & Sutherland, 2008;).

Umumnya  pembelajaran kimia  hanya membatasi pada dua level representasi, yaitu makroskopik dan simbolik. Level berpikir mikroskopik dipelajari terpisah dari dua tingkat berpikir lainnya, siswa diharapkan dapat mengintegrasikan sendiri dengan melihat gambar-gambar yang ada dalam buku tanpa pengarahan dari guru. Selain itu,  siswa juga lebih  banyak belajar memecahkan soal matematis  tanpa mengerti dan memahami maksudnya.  Keberhasilan siswa dalam memecahkan soal matematis dianggap bahwa siswa telah memahami konsep kimia. Padahal, banyak  siswa yang  berhasil memecahkan  soal matematis tetapi tidak memahami konsep kimianya karena hanya menghafal algoritmanya.  Siswa cenderung hanya menghafalkan representasi sub mikroskopik dan simbolik yang bersifat abstrak (dalam bentuk deskripsi kata-kata) akibatnya tidak mampu untuk membayangkan bagaimana proses dan struktur dari suatu zat yang mengalami reaksi.

Studi kasus yang dilakukan Sopandi dan Murniati (2007) terhadap siswa SMA menunjukkan siswa sulit merepresentasikan level submikroskopik kesetimbangan ion pada larutan asam lemah, basa lemah, hidrolisis garam, dan larutan penyangga.  Diduga kesulitan tersebut akibat kurang dikembangkannya representasi level submikroskopik melalui visualisasi yang tepat pada pembelajaran. Dugaan tersebut diperkuat kenyataan pengamatan di lapangan dan kajian literatur bahwa ;  umumnya guru membatasi pada level  representasi makroskopik dan simbolik dalam pembelajaran dengan  harapan siswa dapat mengembangkan model dunia molekular dengan sendirinya.

Oleh karena itu perlu diupayakan pengembangan kemampuan representasional  melalui pembelajaran.  Berbagai penelitian menyatakan bahwa komputer dapat digunakan sebagai alat  untuk dalam memvisualisasikan sistem dan proses molekular.   Visualisasi molekular berbasis komputer dan animasi tiga dimensi yang diintegrasikan dalam pembelajaran dapat membantu pembelajar memiliki kemampuan representasional  (Kozma & Russell, 2005).

Mengingat bagi dunia pendidikan kimia di Indonesia kemampuan ini belum mendapat perhatian  untuk dikembangkan, maka  makalah ini  mengkaji  apa , mengapa dan bagaimana upaya pengembangan kemampuan representasional  dalam konteks pemecahan masalah kimia. Juga dikaji mengenai bagaimanakah karakteristik multimedia interaktif yang sesuai untuk pengembangan kemampuan representasional.  Diharapkan selanjutnya dapat dilakukan pengkajian lebih lanjut secara praktis bagaimana pengembangan kemampuan tersebut bagi pebelajar dengan memanfaatkan  kemajuan teknologi informasi (ICT) .

B.     PENGEMBANGAN  KEMAMPUAN REPRESENTASIONAL  DALAM BELAJAR SAINS/KIMIA MELALUI MULTIMEDIA

Pada masa kini, terjadi pertumbuhan kesepakatan dalam penelitian  pendidikan sains bahwa belajar sains memerlukan praktik representasional dari materi subyek sains. Literasi sains dipahami sebagai mengetahui bagaimana cara menginterpretasikan dan mengkonstruksikan literasi sainsnya.  Dari perspektif ini,  belajar konsep dan metode ilmiah menuntut terjadinya pemahaman dan konseptualisasi yang menghubungkan  konstruksi multiple representasi (Norris & Phillips dalam Waldrip, 2006).

Dalam  konteks  pemecahan masalah,  Bodner dan Domin (dalam Rosengrant, et.al, 2006) membedakan internal representasi dengan eksternal representasi. Internal representasi merupakan cara  seseorang yang memecahkan masalah menyimpan komponen-komponen  internal dari masalah dalam  pikirannya (model mental).    Eksternal  representasi adalah sesuatu  yang  berkaitan dengan simbolisasi atau merepresentasikan obyek  atau dan/atau proses. Representasi ini digunakan untuk memanggil kembali pikiran melalui deskripsi, penggambaran atau imajinasi.

Waldrip,et.al  (2006) menyatakan pengertian multiple representasi sebagai praktik merepresentasikan kembali (re-representing) konsep yang sama melalui berbagai bentuk, yang mencakup mode verbal, grafis dan numerik. Semua representasi eksternal seperti model-model, analogi, persamaan, grafik, diagram, gambar dan simulasi dapat memperlihatkan kata-kata, perhitungan matematik, visual dan/atau   mode aksional-operasional.

Multiple  representasi berfungsi sebagai instrumen untuk  memberikan dukungan dan memfasilitasi terjadinya belajar bermakna dan belajar mendalam. Dengan menggunakan representasi berbeda dan mode pembelajaran berbeda dapat membuat konsep-konsep menjadi lebih mudah dipahami dan menyenangkan (intelligible, plausible dan fruitful) sehingga dapat meningkatkan motivasi pebelajar  untuk belajar sains.  Treagust (2008) mengkategorikan mode-mode dalam multiple representasi adalah analogi, pemodelan, diagram dan multimedia.

Berdasarkan karakteristik ilmu kimia, mode-mode representasi kimia diklasifikasikan dalam level representasi makroskopik, submikroskopik dan simbolik (Johnstone dalam Treagust, et.al, 2003). Representasi makroskopik yaitu  representasi kimia yang diperoleh melalui    pengamatan nyata terhadap suatu fenomena yang dapat dilihat dan dipersepsi oleh panca indra  atau dapat berupa pengalaman sehari-hari pebelajar. Contohnya: terjadinya perubahan warna, suhu, pH larutan, pembentukan gas dan  endapan yang dapat diobservasi ketika suatu reaksi kimia berlangsung.  Seorang pebelajar dapat merepresentasikan hasil pengamatan dalam berbagai mode representasi, misalnya dalam bentuk laporan tertulis, diskusi, presentasi oral, diagram vee, grafik dan sebagainya.

Representasi submikroskopik  yaitu representasi kimia yang  menjelaskan mengenai struktur dan proses pada level partikel (atom/molekular) terhadap fenomena makroskopik yang diamati. Representasi submikroskopik sangat terkait erat dengan model teoritis yang melandasi eksplanasi dinamika level partikel. Mode representasi pada level ini diekspresikan secara simbolik mulai dari yang sederhana hingga menggunakan teknologi komputer, yaitu menggunakan kata-kata, gambar dua dimensi, gambar tiga dimensi baik diam maupun bergerak (animasi) atau simulasi.  Representasi simbolik  yaitu representasi kimia secara kualitatif   dan kuantitatif, yaitu  rumus kimia,  diagram, gambar, persamaan reaksi, stoikiometri  dan  perhitungan matematik.

Kozma dan Russell (2005), menyatakan secara eksplisit kemampuan representasional sebagai  suatu terminologi  yang digunakan untuk menguraikan sejumlah keterampilan dan praktik yang merefleksikan penggunaan keanekaragaman representasi. Adapun indikator-indikatornya adalah: 1) menggunakan representasi untuk mendeskripsikan fenomena kimia berdasarkan entitas dan proses molekular; 2) menurunkan/memilih suatu representasi dan memberikan eksplanasi mengapa representasi itu sesuai untuk tujuan tertentu; 3) menggunakan kata-kata untuk mengidentifikasi dan menganalisis pola-pola fitur-fitur representasi tertentu (seperti : perilaku molekul dalam suatu  animasi) ; 4) mendeskripsikan dan mengeksplanasi bagaimana representasi yang berbeda menyatakan sesuatu yang sama atau; 4) menhubungkan berbagai representasi dengan memetakan fitur-fitur suatu jenis representasi ke dalam jenis representasi lain dan dan mengeksplanasi hubungannya; 5) mengambil posisi epistimologi representasi yang sesuai atau memiliki perbedaan dari fenomena yang diobservasi  dan 6) menggunakan representasi dan fitur-fiturnya dalam situasi sosial untuk membuat inferensi dan prediksi tentang fenomena kimia yang diobservasi.

Struktur konseptual dari kemampuan-kemampuan tersebut diorganisasikan menjadi lima level kemampuan representasi mulai  dari level terendah yang merupakan representasi fitur-fitur permukaan oleh pemula  hingga karakteristik representasi oleh ahli, yaitu: 1) representasi sebagai penggambaran 2) keterampilan simbolisasi awal; 3) penggunaan sintaksis pada representasi formal; 4) penggunaan sintaksis pada representasi formal; 5) reflektif, penggunaan retorika pada representasi (Kozma &  Russell , 2005 ;Vera, Michalchik, et.al. , 2008).

Chittleborough & Treagust, (2007) menyatakan siswa tidak dapat menggunakan representasi kimia jika  kurang mengapresiasi karakteristik pemodelan.   Pemodelan dalam term kimia adalah representasi fisik atau komputasional dari komposisi dan struktur suatu molekul atau partikel (level submikroskopik). Representasi struktur suatu molekul atau model partikel (submikroskopik) tersebut dapat berupa model fisik,  animasi atau simulasi.  Kemampuan pemodelan tersebut sangat penting untuk mencapai keberhasilan menggunakan representasi kimia. Contohnya : ketika pebelajar memikirkan suatu model kimia, terbentuklah  hubungan antara suatu analogi dan target yang dianalogikan sebagai representasi simbolik (yang dapat berbeda-beda jenisnya)  dengan  dua target real yaitu  level submikroskopik  (target 1) dan  level  makroskopik (target 2). Dalam hal ini representasi simbolik merupakan analogi dari level  makro dan  sub-mikroskopik yang menjadi target.  Dualitas model dalam kimia yang secara signifikan berbeda itu seringkali tidak diperhatikan.

Umumnya dalam pembelajaran terjadi kecenderungan hanya menggunakan level representasi makroskopik dan simbolik.  Penggunaan model-model kimia juga tidak selalu diapresiasi dengan menghubungkannya dengan dua target real yaitu level submikroskopik dan level makroskopik.  Seringkali model-model hanya dipandang sebagai simbolisasi yang dimaknai dalam konteks matematik atau perhitungan. Hal tersebut itulah diduga dapat menyebabkan pebelajar terhambat untuk menguasai  kemampuan representasional  (Chittleborough & Treagust, 2007).

Berbagai penelitian pada dekade terahir ini, menyatakan bahwa komputer dapat digunakan sebagai alat  untuk membantu pembelajar memiliki kemampuan representasi  dalam memvisualisasikan sistem dan proses molekular  (Wu & Shah, 2004; Ardac & Akaygun, 2004; Kelly & Jones, 2005; Tasker & Dalton, 2006).   Mengingat dunia molekular merupakan multipartikel yang bergerak dinamis dan pada keadaan padat maupun  cair  interaksi partikelnya rumit dan  ruah, maka diperlukan visualisasi dunia molekular yang mendekati keakuratan.  Simulasi, gambar grafis  dan laboratorium  berbasis mikro komputer telah digunakan sejak dua dekade sebagai metode mengajar yang efektif, baik pada level Perguruan Tinggi maupun sekolah menengah. Penggunaan komputer memungkinkan terjadinya display simultan representasi molekular yang sesuai dengan observasi pada level submakroskopik.  Visualisasi berbasis komputer dan animasi tiga dimensi merupakan  alat pembelajaran yang dapat meningkatkan pemahaman konsep dan kemampuan spatial (Gilbert, 2005 ; Kozma & Russell, 2005).  Demikian pula model molekular virtual menggunakan komputer (Computerized Molecular Modeling) yang diintegrasikan dalam pembelajaran dapat digunakan untuk membangun konsep, memvisualisasikan, dan mensimulasikan sistem dan proses pada level molecular.

Oleh karena itu, Tasker & Dalton (2006) menyarankan perlunya pengembangan desain pembelajaran yang dilandasi model sistem pemrosesan informasi multimedia yang merupakan pengembangan dari   teori kognitif Mayer dan teori situatif . Teori kognitif berkaitan dengan transformasi eksternal simbolik representasi ke dalam mental representasi (model mental). Teori situatif berfokus pada pembelajaran sains sebagai suatu proses penyelidikan (inkuiri) dengan menggunakan  wacana sosial dan representasi untuk mendukung proses tersebut. Kedua teori tersebut juga  berimplikasi terhadap bagaimana menyusun desain pembelajaran yang dapat mendukung perolehan  konsep dan prosedur pemecahan masalah.

Sistim pemrosesan informasi audiovisual diawali dengan masuknya informasi verbal dan  visual melalui dua saluran  terpisah pada  sensory memory (sesuai asumsi dual channel). Kemudian terjadi seleksi melalui filter persepsi. Informasi verbal dan visual selanjutnya terintegrasi dan mengalami pemrosesan dalam memori kerja yang memiliki kapasitas terbatas; dan informasi ini mengalami pengkodean hingga menjadi pengetahuan baru yang tersimpan dalam  long-term memory (LTM). Proses tersebut terjadi berulang dimana informasi yang sudah tersimpan dalam LTM dapat ditransfer ke situasi baru atau  menjadi prior knowledge untuk  perolehan kembali pengetahuan secara efesien. Representasi sistem pemrosesan informasi  tersebut diilustrasikan  dalam gambar berikut ini :

Gambar 2. Sistem  Pemrosesan Informasi  Audiovisual pada Belajar Melalui Multimedia (Tasker, & Dalton, 2006)

Berdasarkan penelitian terkini,   jika sasaran  mengajar kimia sebagai suatu proses penyelidikan atau untuk mengembangkan inkuiri, maka teori situatif dapat dijadikan argumen untuk menggunakan berbagai variasi representasi dalam konteks penyelidikan di laboratorium,  menggunakannya untuk mengajukan pertanyaan, merencanakan percobaan, melaksanakan prosedur, analisis data dan menyajikan temuan. Software multimedia didesain agar menyediakan instruksi dengan powerful tools yang mendukung   pebelajar melakukan penyelidikan tersebut.

C.    APLIKASI DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan kajian teoritis  dan reviu dari hasil-hasil kajian empirik di atas, dapat dilihat bahwa kurikulum kimia harus bertujuan memberikan bimbingan kepada pebelajar  untuk menggunakan multiple representasi, baik secara verbal maupun visual agar dapat mengembangkan kemampuan representasionalnya. Upaya pengembangan kemampuan- tersebut dapat ditempuh dengan menggunakan strategi dan media pembelajaran yang sesuai untuk membangun model mental.  Visualisasi molekular berbasis komputer animasi dan simulasi  yang diintegrasikan dalam pembelajaran dapat membantu pebelajar mengembangkan model mentalnya dan imajinasinya sehingga dapat meningkatkan kemampuan representasional .  Penggabungan tools tersebut dalam pembelajaran dengan praktik di laboratorium dapat menolong siswa mengintegrasikan tiga level representasi kimia untuk pemahaman yang lebih baik mengenai fenomena.

Visualisasi menggunakan animasi dan simulasi  dapat menolong pebelajar memahami konsep-konsep yang sulit yang berhubungan dengan dinamika sistim kimia yang kompleks dengan mengkombinasikan  multimedia interaktif (animasi dan simulasi)  dengan eksperimen lab, sehingga  mendukung siswa mengintegrasikan multiple representasi konsep-konsep kimia.

Oleh karena itu, strategi pembelajaran dilandasi prinsip-prinsip berikut ini : level makroskopik disajikan melalui kegiatan lab (demonstrasi atau praktikum) atau  memperlihatkan fenomena dengan simulasi lab, kemudian diintegrasikan dengan level submikroskopik melalui  visualisasi dunia molekuler dengan menggunakan media komputer (animasi, simulasi atau software molekular) ataupun media konvensional dengan kit molekular. Selanjutnya dihubungkan dengan level simbolik (melalui persamaan dan rumus kimia). Melalui strategi tersebut diharapkan siswa membentuk model mental yang  dapat  diadaptasikan untuk eksplanasi fenomena kimia yang serupa dan diaplikasikan ke dalam strategi pemecahan masalah.

Perlu dicermati beberapa kelemahan yang mungkin terjadi dalam penggunaan  multimedia  animasi sebagai bentuk pemodelan, karena bila dibuat  tidak  sesuai dengan konsep ilmiah dapat menyebabkan siswa tersesat belajar sehingga terjadi  kesalah pahaman dan miskonsepsi : 1) pebelajar seringkali menginterpretasikan bentuk-bentuk dan gambar dalam animasi memiliki hubungan sebab akibat. Misalnya :  pebelajar  berasumsi bahwa warna dan bentuk merefleksikan realitas aktual  dari item yang direpresentasikan,  apalagi ketika  bentuk dan warna merupakan simbolisasi dan idealisasi dari waktu dan ruang ; 2) fitur-fitur animasi sering kali diterima secara harafiah sehingga terjadi salah interpretasi, terutama bila eksplanasi yang jelas tidak tersedia secara memadai (Falvo, 2008 ; Kelly & Jones, 2005)

D.    SIMPULAN

1.      Dalam pembelajaran kimia perlu dikembangkan kemampuan representasional pebelajar  melalui  desain pembelajaran yang disusun secara terstruktur memadukan

eksperimen di laboratorium dengan bahan pembelajaran dan multi media interaktif yang terintegrasi dalam pembelajaran.

2. Multimedia dapat  efektif membantu pebelajar mengembangkan kemampuan representasional bila didukung lingkungan belajar yang secara eksplisit mendemonstrasikan  secara konseptual antara representasi pada level makroskopik, submikroskopik dan simbolik dalam konteks pemecahan masalah dan/atau  inkuiri ilmiah

E.     REFERENS

Akselaa,  Maija & Jan Lundell. (2008). Computer-based Molecular Modeling: Finnish School Teachers’ Experiences and Views.  Chem.  Edu. Res. &Prac., Vol :  9, 301–308

Ardac, Dilek & S. Akaygun. (2004).  Effectiveness Of Multimedia-Based Instruction That Emphasizes Molecular Representations On Students’ Understanding Of Chemical Change. J. Res. Sci. Teach. Vol. 41, No. 4, Pp. 317–337 .

Chandrasegaran, Treagust & Mocerino. (2007).  Enhancing Students’ Use Of Multiple Levels Of Representation To Describe And Explain Chemical Reactions. School Science Review,  88(325)

Chittleborough G. and Treagust D. F., (2007), The Modelling Ability Of Non-Major Chemistry Students And Their Understanding Of The Sub-Microscopic Level, Chem. Educ. Res. Pract., 8, 274-292.

Devetak, Iztok, et.al. (2004).  Submicroscopic Representations  As A Tool For Evaluating Students’ Chemical Conceptions. Acta Chim. Slov., 51, 4, 799:814.

Falvo, D. (2008). Animations And Simulations For Teaching And Learning Molecular Chemistry. International Journal of Technology in Teaching and Learning, 4(1), 68–77.

Kelly, R., & Jones, L. (2005) A qualitative study of how general chemistry students interpret features of molecular animations. Paper presented at the National Meeting of the American Chemical Society, Washington, DC.

Kozma, R., & Russell, J. (2005). Students Becoming Chemists: Developing Representational Competence. In J. Gilbert (Ed.), Visualization in science education. Volume 7. Dordrecht: Springer. pp. 121-145

Michalchik, V., Rosenquist, A., Kozma, R., Schank, P., & Kreikemeier, P. (2008). Representational resources for constructing shared understandings in the high school chemistry classroom. In : Gilbert, J.K, Reiner and Nakhleh (Eds.). Visualization : Theory and Practice In Science Education. Models and Modelling In Science Education . Vol :.3. Dordrecht: Springer. 233-282

Orgill, MaryKay  &  Aynsley Sutherland (2008). Undergraduate Chemistry Students’ Perceptions Of And Misconceptions About Buffers And Buffer Problems. Chem. Educ. Res. Pract., ,9, 131–143.

Rosengrant, D., Van Heuleven, A., & Etkina, E. (2006). Students’  use of multiple representations in problem solving. In P. Heron, L. McCullough & J. Marx, Physics Education Research Conference (2005 AIP Conference Proceedings) (pp. 49-52). Melville , NY : American Institute of Physics.

Savec, Vesca, F., et,al. (2006). In-Service And Pre-Service Teachers` Opinion On The Use Of Models In Teaching Chemistry. Acta  Chim. Slov. 53, 381–390.

Tasker, Roy & Rebecca Dalton. (2006). Research Into Practice: Visualization Of The Molecular World Using Animations.  Chem.  Educ. Res. Prac. 7, 141-159.

Treagust, David F. (2008). The Role Of Multiple Representations In Learning Science: Enhancing Students’ Conceptual Understanding And Motivation. In  Yew-Jin And Aik-Ling (Eds).  : Science Education At The Nexus Of Theory And Practice. Rotterdam  -Taipei : Sense Publishers. pp 7-23

Treagust, David F., Chittleborough & Mamiala (2003). The role of submicroscopic and symbolic representations in chemical explanations. Int. J. Sci. Educ., November 20 Vol. 25, No. 11, 1353–1368

Waldrip, Bruce., Prain & Carolan (2006). Learning Junior Secondary Science through  Multi-Modal Representations. Electronic Journal of Science Education  Preview Publication : Vol. 11, No. 1

Weerawardhana,  Anula,  Brian Ferry & Christine Brown  (2006).  Use Of  Visualization Software To Support Understanding Of Chemical Equilibrium: The Importance Of Appropriate Teaching Strategies. Proceedings Of The 23rd Annual Ascilite Conference: The University of Sydney

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s