Desain Praktikum Kimia --- Desain Praktikum Berbasis STEM Penjernihan Air Menggunakan Koagulan Gel Lidah Buaya (Aloe vera) Pada Pembelajaran Materi Koloid untuk Meningkatkan Kreativitas Peserta Didik

Desain Praktikum Berbasis STEM Penjernihan Air Menggunakan Koagulan Gel Lidah Buaya (Aloe vera) Pada Pembelajaran Materi Koloid untuk Meningkatkan Kreativitas Peserta Didik

 

1.        Latar Belakang

Pada abad 21, masyarakat dihadapkan dengan berkembangnya revolusi industri 4.0 yang mewajibkan peserta didik untuk menguasai 4C, Communication (komunikasi), Collaboration (kolaborasi), Critical Thinking (berpikir kritis) dan Problem Solving (memecahkan masalah) serta Creativity (kreativitas) (Greenstein, 2012). Adanya fokus keterampilan 4C ini, diharapkan akan membantu peserta didik untuk dapat menggunakan kemampuannya sebagai hasil dari proses pembelajaran agar bermanfaat dalam memecahkan masalah dan dapat bersaing di kehidupan nyata (Kemendikbud, 2019).

Namun, pada kenyataannya peserta didik di Indonesia masih memiliki kemampuan berpikir yang rendah dalam memecahkan masalah khusunya dibidang sains. Programme International for Student Assesment (PISA) melaporkan hasil riset mengenai literasi sains peserta didik Indonesia yaitu berada di bawah rata-rata internasional (<500).  Salah satu penyebab rendahnya skor literasi sains peserta didik Indonesia yaitu masih memegang teguh prinsip menghafal tanpa mampu mengaitkan dengan masalah kehidupan sehari-hari, sehingga  belum memiliki keterampilan untuk menjadi pemikir yang kreatif dalam memecahkan masalah. Maka dari itu, keterampilan berpikir kreatif peserta didik menjadi hal yang penting dalam kegiatan pembelajaran (OECD, 2016).

Kreativitas yang dimiliki  berkaitan erat dengan keterampilan berpikir memecahkan masalah. Tuntutan hidup saat ini, dalam pekerjaan dan profesi lainnya menuntut adanya keterampilan seperti bernalar, berfikir kreatif, membuat keputusan dan memecahkan masalah (Pusfarini dkk., 2016). Menurut Boesdorfer dan Livermore (2017), kreativitas sebagai motivasi peserta didik yang tinggi untuk memberikan pengaruh positif terhadap cara belajar dan hasil belajar. Bagaimana guru memotivasi peserta didik, agar hambatan belajar dapat dikurangi, guru harus mencoba membuat berinovasi dalam mendesain pembelajaran yang membuat peserta didik aktif dalam membangun pengetahuannya.

Pengalaman pembelajaran berbasis laboratorium merupakan komponen penting dari pembelajaran kimia di sekolah menengah maupun di perguruan tinggi (Bretz, 2013). Kegiatan laboratorium yang dilakukan secara terstuktur dapat memberikan kesempatan bagi peserta didik untuk mengintegrasikan kemampuan kognitif, afektif dan psikomotor (Novak, 2010). Melalui kegiatan laboratorium atau praktikum peserta didik dapat mempelajari sains dan melakukan pengamatan langsung terhadap gejala-gejala maupun proses sains untuk digunakan dalam menentukan dan memecahkan masalah (Hidayati, 2012).

Metode praktikum dengan pendekatan STEM dapat membantu peserta didik sehingga mampu memecahkan masalah dalam kehidupan nyata, membuat pembaruan, menemukan/ merancang hal baru, memahami diri, melakukan pemikiran logis dan menguasai teknologi. STEM merupakan pendekatan pembelajaran yang menghubungkan empat bidang yaitu sains, teknologi, engineering dan matematika menjadi satu kesatuan yang holistik (Roberts, 2012).

Salah satu materi pembelajaran kimia yang dapat disampaikan dengan praktikum menggunakan pendekatan STEM yaitu materi koloid. Materi koloid merupakan salah satu materi yang memiliki muatan yang kontekstual dengan kehidupan sehari-hari. Salah satunya yaitu sifat koloid koagulasi. Prinsip koagulasi dapat digunakan untuk mengatasi kekurangan air bersih karena prinsip koagulasi dapat digunakan untuk menjernihkan air yang keruh.

Salah satu bahan yang dapat digunakan sebagai koagulan yaitu gel lidah buaya (Aloe vera). Penggunaan lidah buaya (Aloe vera) sebagai koagulan dikarenakan lidah buaya (Aloe vera) mengandung mucilage atau gel yang dapat menurunkan kadar kekeruhan dalam air hingga jernih yang dapat dapat menjadikannya sebagai koagulan alami pada proses pemurnian air (Maharani, dkk., 2020). Penggunaan koagulan alami atau bahan alam dilakukan sebisa mungkin untuk mengurangi penggunaan bahan sintetik yang menghasilkan efek samping dalam penggunaannya. Penggunaan koagulan alami ini akan lebih murah dibandingkan dengan penggunaan koagulan sintetik yang biasa digunakan untuk pemurnian air (Idris, dkk., 2013). Apabila ditinjau dari aspek lingkungan, penggunaan koagulan sintetik dalam jumlah besar akan menimbulkan limbah lumpur yang sulit didegradasi, dan mampu mengubah tingkat keasaman air dan tanah disekitarnya, sehingga berdampak buruk bagi lingkungan (Hendrawati, dkk., 2016).

Berdasarkan uraian di atas, perlu dikembangkan desain praktikum berbasis STEM penjernihan air menggunakan koagulan gel lidah buaya (Aloe vera) pada pembelajaran materi koloid untuk meningkatkan kreativitas peserta didik.

2.        Rumusan Masalah

Bagaimana bentuk desain praktikum berbasis STEM penjernihan air menggunakan koagulan gel lidah buaya (Aloe vera) pada pembelajaran materi koloid untuk meningkatkan kreativitas peserta didik?          

3.        Tujuan

Menghasilkan bentuk desain praktikum berbasis STEM penjernihan air kotor menggunakan koagulan gel lidah buaya (Aloe vera) pada pembelajaran materi koloid untuk meningkatkan kreativitas peserta didik.

4.        Dasar Teori

4.1    Desain Praktikum Kimia

Desain praktikum adalah bentuk rancangan kegiatan praktikum yang bertujuan untuk memudahkan  dalam melaksanakan praktikum sehingga tujuan praktikum dapat dicapai secara optimal (Arsika dan Ramadhan, 2015).

4.2    Pratikum Kimia

Praktikum merupakan salah satu pembelajaran yang berpusat pada peserta didik dan menggambarkan strategi-strategi pembelajaran dimana guru sebagai fasilitator. Melalui praktikum juga dapat mempelajari sains dan pengamatan langsung terhadap gejala-gejala maupun proses sains untuk digunakan dalam menentukan dan memecahkan masalah (Hidayati, 2012). Kegiatan praktikum dilakukan untuk mempraktekkan antara pengetahuan, keterampilan dan sikap menggunakan sarana laboratorium. Ranah keterampilan, pengetahuan dan sikap dinilai pada saat  melakukan kegiatan praktikum. Pada ranah pengetahuan,  mampu mendalami teori yang dapat dinilai melalui tes, sedangkan ranah sikap adalah keterlibatan peserta didik  dalam praktikum meliputi rasa ingin tahu, berani mengambil resiko, dan menghargai orang lain (Emda, 2014).

4.3    Pendekatan STEM

Pendekatan STEM adalah suatu pendekatan dibentuk berdasarkan perpaduan beberapa disiplin ilmu yaitu sains, teknologi, engineering, dan matematika. Sains mencakup kajian alam yang melibatkan observasi dan pengukuran sebagai wahana untuk menjelaskan secara objektif alam yang selalu berubah atau berkaitan dengan alam untuk memahami alam semesta yang merupakan daar dari teknologi. Teknologi mencakup inovasi-inovasi manusia yang digunakan untuk memodifikasi alam agar memenuhi kebutuhan dan keinginan manusia, sehingga membuat kehidupan lebih baik dan lebih aman atau modifikasi segala sesuatu yang alamiah untuk memenuhi kebutuhan manusia. Engineering mencakup pengetahuan dan keterampilan untuk mendesain atau merekayasa sebuah prosedur untuk menyelesaikan suatu masalah. Matematika mencakup kemampuan dalam menganalisis alasan dan mengkomunikasikan ide secara efektif serta cara merumuskan, dan menafsirkan solusi untuk masalah matematika dalam menerapkan berbagai situasi berbeda (Dugger, 2010).

Kolaborasi keempat aspek tersebut dalam proses pembelajaran STEM akan membantu peserta didik untuk mengumpulkan dan menganalisis serta memecahkan permasalahan yang terjadi serta mampu untuk memahami hubungan antara suatu permasalahan dan masalah lainnya. STEM dalam dunia pendidikan bertujuan selaras dengan tuntutan pendidikan abad 21 (Nessa, dkk., 2017).

4.4    Kreativitas

Kreativitas merupakan suatu proses mental yang dilakukan individu berupa gagasan ataupun produk baru atau mengkombinasikan antara keduanya yang pada akhirnya akan melekat pada dirinya (Rachmawati, 2005). Berpikir kreatif adalah kemampuan peserta didik dalam menentukan masalah dengan menciptakan ide-ide yang tidak saling berhubungan menjadi suatu kesatuan yang baru sebagai solusi dalam memecahkan masalah (Runco, 2005).

4.5    Materi Koloid

4.5.1 Analisis materi koloid dalam kurikulum

Tabel 1. KD, Materi Pokok, IPK Materi Koloid

Kompetensi Dasar	Materi Pokok	IPK
3.15 Menganalisis peran koloid dalam kehidupan berdasarkan sifat-sifatnya	·         Sistem koloid ·         Sifat koloid ·         Pembuatan koloid ·         Peranan koloid dalam kehidupan sehari-hari dan industri	3.15.1 Menganalisis pemanfaatan gel lidah buaya sebagai koagulan berdasarkan kandungan senyawa kimia yang terdapat dalam lidah buaya (Aloe vera)
4.15 Mengajukan ide/gagasan untuk memodifikasi pembuatan koloid berdasarkan pengalaman membuat beberapa jenis koloid		4.15.1 Melaksanakan penjernihan air menggunakan koagulan gel lidah buaya (Aloe vera) 4.15.2  Melakukan pengecekan air hasil penjernihan

Berdasarkan Tabel 1, materi koloid merupakan salah satu materi pembelajaran kimia yang dapat diterapkan secara langsung dalam kehidupan sehari-hari. Hal ini sesuai denga Kompetensi 3.15 dan 4.15. Sistem koloid merupakan campuran heterogen antara dua zat atau lebih dari partikel-partikel zat yang berukuran koloid (fase terdispersi) yang tersebar merata dalam zat lain (medium pendispersi) (Purba, 2006). Cara untuk mengetahui koloid yaitu dengan mengenali sifat-sifat dari koloid yang terdiri dari efek Tyndall, gerak Brown, muatan koloud, elektroforesisi dan koloid pelindung.

4.5.2 Analisis Materi Koloid Pada Penjernihan Air dan Lidah Buaya

Salah satu proses yang dilakukan untuk penjernihan air keruh menjadi air jernih adalah proses koagulasi yang termasuk ke dalam metode penjernihan air secara kimiawi. Proses koagulasi merupakan proses penggumpalan partikel-partikel penyususn kekeruhan yang tidak dapat diendapkan secara gravitasi, menjadi partikel yang lebih besar sehingga dapat diendapkan dengan cara pemberian koagulan (Permatasari dan Apriliani, 2013). Tujuan utama koagulasi adalah pencampuran koagulan secara lebih merata atau homogen sehingga terbentuk flok. Flok merupakan gumpalan lumpur yang dihasilkan dalam proses koagulasi-flokulasi (Rifa’i, 2007). Peritiwa koagulasi dapat terjadi jika sistem koloid yang berbeda muatan dicampurkan sehingga terjadi koagulasi (penggumpalan) dan akhirnya mengendap (Sudarmo, 2017). Koagulasi dapat digunakan untuk menjernihkan air.

Lidah buaya mengandung senyawa polisakarida yaitu pektin, pektin tersusun atas asam galakturonat dengan ikatan α-(1-4)-glikosida sehingga membentuk asam poligalakturonat (Haryati, 2006). Pektin merupakan koloid yang reversibel dengan muatan negatif, sehingga dapat digunakan sebagai koagulan alami dalam menjernihkan air.

4.6    Penjernihan air menggunakan gel lidah buaya

Penjernihan air dengan metode koagulasi dapat menggunakan koagulan lidah buaya (Aloe vera). Penggunaan lidah buaya (Aloe vera) sebagai koagulan dikarenakan lidah buaya (Aloe vera) mengandung mucilage atau gel yang dapat menurunkan kadar kekeruhan dalam air hingga jernih yang dapat dapat menjadikannya sebagai koagulan alami pada proses pemurnian air (Maharani, dkk., 2020). Interaksi pektin dan ion Ca²⁺ yang terdapat pada air kotor dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Interaksi Pektin dan Ion Ca²⁺

(Sumber: Hendrika, dkk., 2018)

4.7    Praktikum Sebelumnya

Desain praktikum penjernihan air dengan menggunakan koagulan lidah buaya (Aloe vera) yang akan dikembangkan ini menggunakan metode eksperimen dengan desain single factor. Komponen pengubahnya yaitu banyaknya gel lidah buaya yang digunakan untuk menjernihkan air. Pada penelitian yang dilakukan oleh Pranata, dkk (2019) melaporkan bahwa kadar optimum untuk menjernihan 1 L air yaitu dengan menggunakan 1,2 gram gel lidah buaya. Pada desain praktikum ini ditentukan banyaknya gel lidah buaya untuk menjernihkan 500 mL air keruh, sehingga dapat digunakan sebagai prosedur baru untuk praktikum penjernihan air.

5.        Metode Pengembangan Desain Praktikum

5.1    Metode Pengembangan

Metode pengembangan yang diterapkan adalah Design Based Research (DBR). Ada 4 tahap umum pada metode DBR, yaitu sebagai berikut (Amiel dan Reeves, 2008): 1. Identifikasi dan analisis masalah, 2. Perancangan solusi, 3. Siklus berulang dalam pengujian dan penyempurnaan rancangan, 4. Refleksi untuk menghasilkan prinsip-prinsip desain dan implementasi.

5.2    Alur

Secara ringkas, alur pengembangan diperlihatkan pada Gambar 2 berikut.

Gambar 2. Alur Pengembangan

5.3    Instrumen

Instrumen yang digunakan yaitu format pengamatan praktikum, soal uraian untuk mengukur kreativitas peserta didik dan lembar penilaian sikap kreatif. Seperti Tabel 2, 3 dan 4 di bawah ini.

Tabel 2. Format Pengamatan Penjernihan Air Dengan Kadar Lidah Buaya Berbeda

 

Tabel 3. Format Pengamatan Optimasi

Tabel 4. Format penilaian sikap kreatif

No	Indikator Sikap Keatif	Kriteria	Skor	Nomor Peserta Didik
				1	2	3	4	5
1	Keterampilan berpikir lancar	Bekerja lebih cepat dan melakukan lebih banyak dari yang lain	1
		Tugas dikerjakan tepat waktu	1
2	Keterampilan berpikir luwes	Memberikan jawaban yang bervariasi secara tepat dan sesuai literatur	1
3	Keterampilan Berpikir orisinil	Mencetuskan masalah, gagasan atau hal yang berbeda dengan lancer dan tepat	1
4	Berpikir detail (elaborasi)	Mengembangkan gagasan orang lain	1
5	Rasa ingin tahu	Keinginan untuk mencari tahu, mendalami pengetahuan	1
6	Bersikap merasa tertantang	Fokus dan tekun bekerja dalam menyelesaikan menyelesaikan praktikum	1
Skor Total

 

5.4    Pengumpulan Data

Pengumpulan data dilakukan dengan mengamati hasil percobaan, yaitu mengamati hasil percobaan dan optimasi yang dilakukan. Hasil yang diamati pada percobaan dapat dilihat pada Tabel 5 dan Tabel 6 di bawah ini.

Tabel 5. Hasil Pengamatan Penjernihan Air Dengan Kadar Lidah Buaya Berbeda

Tabel 6. Hasil Pengamatan Optimsasi

5.5 Analisa Data    Analisa Data

Analisa data yang dilakukan yaitu dengan menentukan hasil yang paling baik dan mendekati standar keberhasilan praktikum dari penambahan massa lidah buaya yang berbeda. Dari hasil percobaan tersebut dilakukan optimasi untuk melihat konsistensi hasil percobaan. Hasil percobaan dan optimasi digambarkan dengan diagram batang seperti pada Gambar 2 dan Gambar 3. Hasil optimasi penjernihan air menggunakan 0,3 gram gel lidah buaya menunjukkan hasil pengamatan yang konsisten dalam menjernihkan air kotor sebanyak 500 mL sehingga dapat digunakan sebagai prosedur baru.

    

Gambar 2. Diagram Batang Hasil Percobaan         Gambar 3. Diagram Batang Hasil Optimasi

 

6.        Hasil

Prosedur baru penjernihan air menggunakan koagulan gel lidah buaya (Aloe vera) yaitu menggunakan 0,3 gram gel lidah buaya untuk menjernihkan air kotor sebanyak 500 mL. Pengembangan desain praktikum ini mempunyai beberapa karakteristik antara lain:

Judul Praktikum          : Penjernihan Air Menggunakan Koagulan Gel Lidah Buaya (Aloe vera)

    Berbasis STEM untuk Meningkatkan Kreativitas Peserta Didik

Tujuan Praktikum       : Peserta didik dapat melakukan penjernihan air menggunakan             koagulan

gel lidah buaya (Aloe vera)

Alat                             : 3 buah wadah plastik, 1 buah sendok plastik, 1 buah blender, 1

buah ayakan, 1 buah gelas ukur 500 mL, 1 buah pisau

Bahan                          : 300 g lidah buaya, 1 L air kotor, 5 g kunyit, 2 buah kertas saring

Rancangan desain praktikum yang baru dengan pendekatan STEM untuk meningkatkan kreativitas peserta didik pada materi koloid dapat dilihat pada Tabel 7.

Tabel 7. Prosedur Praktikum Berbasis STEM penjernihan air menggunakan koagulan gel lidah buaya (Aloe vera)

Langkah Kerja

1. Pembuatan gel lidah buaya ‐     Mencuci hingga bersih dan mengupas kulit lidah buaya  ‐     Memotong lidah buaya menggunakan pisau ‐     Menghaluskan lidah buaya dengan menggunakan blender hingga menjadi bubur ‐     Melakukan penyaringan menggunakan ayakan hingga diperoleh gel lidah buaya

2. Penjernihan air menggunakan koagulan gel lidah buaya ‐     Mengambil secara tepat air kotor sebanyak 500 mL ‐     Memasukkan 500 mL air kotor ke dalam wadah A ‐     Mengamati warna dan bau air kotor pada wadah A ‐     Menguji pH air kotor menggunakan ekstrak kunyit ‐     Mencatat hasil pengamatan air kotor sebelum dilakukan penjernihan ‐     Mengambil secara tepat air kotor sebanyak 500 mL air kotor ‐     Memasukkan 500 mL air kotor ke dalam wadah B ‐     Menambahkan 0,3 gram gel lidah buaya pada wadah plastik berisi 500 mL ‐     Melakukan pengadukan selama 20 menit ‐     Mendiamkan air selama 30 menit hingga terbentuk endapan di dasar wadah plastik ‐     Melakukan penyaringan untuk memisahkan air dan endapan menggunakan kertas saring

3. Pengamatan dan Pengujian pH Air ‐     Mengamati warna dan bau air ‐     Menguji pH menggunakan ekstrak kunyit ‐     Mencatat hasil pengamatan air setelah dilakukan penjernihan

7.        Kesimpulan dan Implementasi

7.1    Kesimpulan

Bentuk desain praktikum penjernihan air menggunakan koagulan gel lidah buaya (Aloe vera) yaitu menggunakan 0,3 gram gel lidah buaya untuk menjernihakan 500 mL air kotor. Desain praktikum dirancang dengan 4 bidang ilmu yaitu sains, teknologi, engineering dan matematika yang dapat meningkatkan kreativitas peserta didik.

7.2    Implementasi

 Implementasi desain praktikum berbasis STEM penjernihan air menggunakan koagulan gel lidah buaya (Aloe vera) untuk meningkatkan kreativitas peserta didik dalam bentuk LKS yang dapat digunakan pada materi koloid.