PEMBELAJARAN KONTRUKTIVISME DALAM SIKLUS BELAJAR 7-E

PENERAPAN MODEL PEMBELAJARAN 7-E (ELICIT, ENGAGE, EXPLORE, EXPLAIN, ELABORATE, EVALUATE, EXTEND) PADA KONSEP HIDROKARBON

A.    Teori Belajar yang Melandasi Model Pembelajaran 7-E

1.     Belajar Bermakna

Menurut Jackson (dalam Rusman, 2010: 252) belajar merupakan proses membangun pengetahuan melalui transformasi pengalaman, sedangkan pembelajaran merupakan upaya yang sistemis dan sistematis dalam menata lingkungan belajar guna menumbuhkan dan mengembangkan belajar peserta didik. Hakikat dari belajar adalah adanya perubahan tingkah laku, baik perubahan dalam segi kognitif, perubahan dalam segi afektif, maupun perubahan dalam segi psikomotor. Ausubel mengklasifikasikan belajar ke dalam dua dimensi, dimensi yang pertama berhubungan dengan cara informasi atau materi pelajaran disajikan pada siswa melalui penerimaan atau penemuan dan dimensi yang kedua menyangkut cara bagaimana siswa dapat mengaitkan informasi itu pada struktur kognitif yang telah ada (Dahar, 1996: 110).

Belajar bermakna (meaningfull learning) pada dasarnya merupakan suatu proses dikaitkannya informasi baru pada konsep-konsep relevan yang terdapat dalam struktur kognitif seseorang. Kebermaknaan belajar sebagai hasil dari peristiwa mengajar ditandai oleh terjadinya hubungan substantif antara aspek-aspek, konsep-konsep, informasi atau situasi baru dengan komponen-komponen yang relevan di dalam struktur kognitif siswa, baik dalam bentuk hubungan- hubungan yang bersifat derivatif, elaboratif, korelatif, supportif, maupun yang bersifat hubungan kualifikatif atau representasional. Proses belajar tidak sekedar menghafal konsep-konsep atau fakta-fakta belaka (root learning), namun berusaha menghubungkan konsep-konsep tersebut untuk menghasilkan pemahaman yang utuh, sehingga konsep yang dipelajari akan dipahami secara baik dan tidak mudah dilupakan (Rusman, 2010: 253).

Pengertian tersebut selaras dengan apa yang dikatakan Ausubel (dalam Dahar, 1996: 112) bahwa belajar bermakna merupakan suatu proses mengkaitkan informasi baru pada konsep-konsep relevan yang terdapat dalam struktur kognitif seseorang. Ausubel dan Novak (dalam Dahar, 1996: 115), menyatakan ada tiga kebaikan dari belajar bermakna, yaitu:

1.      Informasi yang dipelajari secara bermakna lebih lama diingat

2.      Informasi yang tersubsumsi berakibat peningkatan diferensiasi dari subsumer-subsumer, jadi memudahkan proses belajar berikutnya untuk materi pelajaran yang mirip

3.      Informasi yang dilupakan sesudah subsumsi obliteratif, meninggalkan efek resedural pada subsumer, sehingga mempermudah hal-hal yang mirip, walaupun telah terjadi “lupa”.

Dewasa ini, pembelajaran menuntut agar siswa belajar melalui pengalaman-pengalaman lansung yang dihadapinya sehingga pelajaran dapat lebih menarik dan siswa menjadi lebih aktif. Di samping itu dalam pembelajaran lebih ditekankan pada prosesnya sehingga lebih banyak diarahkan kepada latihan keterampilan proses dalam usaha menemukan produk itu sendiri. Menurut Bruner (dalam Arifin, 2000: 70), siswa dapat berpartisipasi secara aktif dengan konsep-konsep dan prinsip dengan melakukan eksperimen (praktikum) yang memberi kesempatan siswa untuk menemukan prinsip-prinsip sendiri. Sagala (2006: 196) menekankan inquiry/discovery pada proses pembelajaran berusaha meletakkan dasar dan mengembangkan cara berpikir ilmiah, menempatkan siswa lebih banyak belajar sendiri, mengembangkan kekreatifan siswa dalam memecahkan masalah. Dalam hal ini siswa sebagai subyek pembelajaran berusaha sendiri untuk mencari pemecahan masalah serta pengetahuan yang menyertainya sehingga  menghasilkan pengetahuan yang benar-benar bermakna.

Belajar bermakna dilandasi oleh prinsip-prinsip kontruktivisme. Menurut Suparno (1997: 49), prinsip konstruktivisme yang melandasi pembelajaran Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) adalah:

1.      Pengetahuan dibangun oleh siswa sendiri, baik secara personal maupun sosial

2.      Pengetahuan tidak dapat dipindahkan dari guru ke murid, kecuali hanya dengan keaktifan murid sendiri untuk menalar

3.      Murid aktif mengkonstruksi terus menerus, sehingga selalu terjadi perubahan konsep menuju ke konsep yang lebih rinci, lengkap serta sesuai dengan konsep ilmiah

4.      Guru hanya sekedar membantu menyediakan sarana dan situasi agar proses konstruksi siswa berjalan mulus.

Tujuan belajar menurut paradigma konstruktivistik mendasarkan diri pada tiga fokus belajar, yaitu: (1) proses, (2) transfer belajar, dan (3) bagaimana belajar. Fokus pertama mengenai proses, yakni mendasarkan diri pada nilai sebagai dasar untuk mempersepsi apa yang terjadi apabila siswa diasumsikan belajar. Implikasi nilai tersebut melahirkan komitmen untuk beralih dari konsep pendidikan berpusat pada kurikulum menuju pendidikan berpusat pada siswa. Fokus kedua mengenai transfer belajar, yakni mendasarkan diri pada premis bahwa siswa dapat menggunakan dibandingkan hanya dapat mengingat apa yang dipelajari. Satu nilai yang dapat dipetik dari premis tersebut, bahwa belajar bermakna harus diyakini memiliki nilai yang lebih baik dibandingkan dengan belajar menghafal, dan pemahaman lebih baik dibandingkan hafalan. Fokus ketiga mengenai bagaimana belajar (how to learn) memiliki nilai yang lebih penting dibandingkan dengan apa yang dipelajari (what to learn). Alternatif pencapaian learning how to learn, adalah dengan memberdayakan keterampilan berpikir siswa. Dalam hal ini, diperlukan fasilitas belajar untuk ketarampilan berpikir. Belajar berbasis keterampilan berpikir merupakan dasar untuk mencapai tujuan belajar bagaimana belajar (Santyasa, 2007: 3-4).

2.     Kontruktivisme Piaget

Teori-teori baru dalam psikologi pendidikan dikelompokkan dalam teori pembelajaran konstruktivis (constructivist theories of learning). Teori konstruktivis ini menyatakan bahwa siswa harus mengkonstruksikan pengetahuan dibenak mereka sendiri, menemukan dan mentransformasikan suatu informasi kompleks ke situasi lain. Oleh karena itu, belajar dan pembelajaran harus dikemas menjadi proses ‘mengkontruksi’ bukan ‘menerima’ pengetahuan. Bagi siswa agar benar-benar memahami dan dapat menerapkan pengetahuan, mereka harus dibiasakan untuk memecahkan masalah, menemukan sesuatu yang berguna bagi dirinya, dan bergelut dengan ide-ide (Nurhadi dalam Baharuddin, 2010: 116).

Menurut teori konstruktivis ini, satu prinsip yang paling penting dalam psikologi pendidikan adalah bahwa guru tidak hanya sekedar memberikan pengetahuan kepada siswa. Siswa harus membangun sendiri pengetahuan di dalam benaknya. Menurut Slavin (dalam Baharuddin, 2010: 116) bahwa siswa harus terlibat aktif dan siswa menjadi pusat kegiatan belajar dan pembelajaran di kelas. Guru dapat memfasilitasi proses ini dengan mengajar menggunakan cara-cara yang membuat sebuah informasi menjadi bermakna dan relevan bagi siswa. Oleh karena itu, guru harus memberi kesempatan kepada siswa untuk menemukan atau mengaplikasikan ide-ide mereka sendiri, di samping mengajarkan siswa untuk menyadari dan sadar akan strategi belajar mereka sendiri.

Teori konstruktivisme yang cukup dikenal yaitu teori konstruktivisme dari Piaget, dengan teori belajarnya yang biasa disebut perkembangan mental manusia atau teori perkembangan kognitif yang disebut juga teori perkembangan intelektual. Menurut Piaget (dalam Dahar, 1996: 151) perkembangan intelektual seorang individu didasarkan pada dua fungsi, yaitu: 1) Organisasi, memberikan kemampuan pada suatu individu untuk mensistematikan atau mengorganisasikan proses-proses fisik atau proses-proses psikologis menjadi sistem-sistem yang teratur dan berhubungan atau menjadi struktur-struktur, 2) Adaptasi, melandasi perkembangan intelektual. Adaptasi terhadap lingkungan dilakukan melalui proses asimilasi dan akomodasi. Dalam proses asimilasi, seseorang menggunakan struktur atau kemampuan yang sudah ada untuk menanggapi masalah yang dihadapi dalam lingkunganya, sedangkan dalam proses akomodasi seseorang memerlukan modifikasi struktur mental yang ada dalam mengadakan respon terhadap tantangan lingkunganya. Respon yang berbeda dari setiap individu akan menimbulkan ketidakseimbangan (disequilibrium), akibat dari ketidakseimbangan ini maka akan terjadi akomodasi.

Sesuai dengan pandangan konstruktivisme bahwa tugas guru adalah membantu siswa agar mampu mengkonstruksi pengetahuannnya sesuai dengan situasi yang kongkrit. Menurut Driver dan Oldham (Suparno, 1997: 69) ciri mengajar konstruktivis antara lain sebagai berikut:

1.      Orientasi, siswa diberi kesempatan untuk melakukan observasi terhadap sumber belajar yang akan dipelajari.

2.      Elicitasi, siswa diberi kesempatan untuk mendiskusikan hasil observasi dengan berbagai bentuk ( lisan, tulisan, gambar, poster, dan lain-lain).

3.      Restrukturisasi ide, meliputi klarifikasi ide, membangun ide baru, dan mengevaluasi ide baru.

4.      Penggunaan ide dalam banyak situasi

5.      Riviu, bagaimana ide itu berubah.

Dalam pembelajaran menurut pandangan konstruktivisme, guru perlu mengidentifikasi secara dini pengetahuan awal siswa. Hal ini bertujuan agar bentuk kegiatan dilakukan oleh guru dapat disesuaikan dengan karakteristik siswa.

Sesuai dengan prinsip mengajar menurut model pembelajaran kontruktivisme bahwa mengajar bukan sebagai proses dimana gagasan-gagasan guru diteruskan pada siswa, melainkan sebagai proses untuk mengubah gagasan siswa yang sudah ada yang mungkin salah.

Salah satu strategi mengajar untuk menerapkan model pembelajaran kontruktivisme adalah penggunaan siklus belajar (Herron dalam Dahar, 1996: 156). Siklus belajar terdiri atas tiga fase, yaitu fase eksplorasi, fase pengenalan konsep, dan fase aplikasi konsep.

Lima aspek pengalaman belajar yang dikembangkan dalam siklus belajar (Mahmudin, 2007: 8), yaitu:

1.      Exploring, seperti merespon informasi baru, mengeksplorasi fakta-fakta, melakukan sharing pengetahuan dengan orang lain, atau menggali informasi dari guru, ahli, dan sumber-sumber lain.

2.      Planning, seperti menyusun rencana kerja, mengidentifikasi alat dan bahan yang diperlukan, menentukan langkah-langkah, mendesain karya dan rencana lainnya.

3.      Doing/ acting, seperti melakukan percobaan, pengamatan, menemukan, membuat karya dan melaporkan hasilnya, menyelesaikan masalah.

4.      Communicating, yaitu mengkomunikasikan/mempresentasikan hasil percobaan, pengamatan atau hasil karya, sharing dan diskusi.

5.      Reflecting, yaitu mengevaluasi proses dan hasil yang telah dicapai, mencari kelemahan-kekurangan guna meningkatkan efektivitas perencanaan.

Lawson (Dahar, 1996: 155) mengemukakan tiga macam siklus belajar, yaitu: deskriptif, empiris induktif, dan hipotesis deduktif. Ketiga siklus belajar ini dapat dijelaskan sebagai berikut:

1.      Siklus Belajar Deskriptif

Siklus belajar tipe deskriptif ini menghendaki hanya pola-pola deskriptif (misalnya klasifikasi). Dalam siklus ini siswa menemukan dan memberikan suatu pola empiris dalam suatu konteks khusus (eksplorasi), kemudian guru memberikan nama pada pola itu (pengenalan konsep) lalu pola itu ditentukan dalam konteks-konteks lain (aplikasi konsep). Bentuk ini dinamakan deskriptif, sebab siswa dan guru hanya memberikan apa yang mereka amati tanpa adanya hipotesis-hipotesis untuk menjelaskan hasil pengamatan mereka.

2.      Siklus Belajar Empiris Induktif

Dalam siklus ini, selain menemukan dan memberikan suatu pola empiris dan suatu konteks khusus (eksplorasi), siswa juga dituntut untuk mengemukakan sebab-sebab yang mungkin terjadinya pola itu. Hal ini membutuhkan penggunaan penalaran analogi untuk memindahkan atau menghubungkan konsep-konsep yang telah dipelajari dalam konteks-konteks lain pada konteks baru (pengenalan konsep). Siswa menganalisis data yang dikumpulkan selama fase eksplorasi dengan bimbingan guru untuk melihat kesesuaian antara sebab-sebab yang dihipotesiskan dengan datadan fenomena lain yang dikenal (aplikasi konsep).

3.      Siklus Belajar Hipotesis Deduktif

Siklus belajar hipotesis deduktif dimulai dengan pernyataan berupa suatu pertanyaan sebab. Siswa diminta untuk merumuskan jawaban-jawaban (hipotesis-hipotesis) yang mungkin terhadap pertanyaan itu. Selanjutnya siswa diminta untuk menemukan konsekuensi-konsekuensi logis dari hipotesis-hipotesis tersebut dan merencanakan serta melakukan eksperimen-eksperimen untuk menguji hipotesis-hipotesis itu (eksplorasi). Analisis hasil eksperimen menyebabkan beberapa hipotesis ditolak dan hipotesis lain diterima, sehingga konsep-konsep dapat diperkenalkan (pengenalan konsep). Akhirnya konsep-konsep yang relevan dan pola-pola penalaran yang terlibat dan didiskusikan dapat diterapkan pada situasi-situasi lain dikemudian hari (aplikasi konsep). Jadi, siklus belajar hipotesis deduktif menghendaki pola-pola tingkat tinggi misalnya mengendalikan variabel, penalaran korelasional, dan penalaran hipotesis deduktif.

Model pembelajaran yang digunakan dalam penelitian ini adalah model pembelajaran kontruktivisme dengan penggunaan siklus belajar empiris induktif. Hal ini dikarenakan pada siklus belajar empiris induktif, siswa tidak hanya melakukan pengamatan secara deskriptif saja, tetapi juga dituntut mengemukakan sebab dan menguji sebab itu. Pada siklus belajar ini siswa dituntut tidak sekedar mengobservasi suatu hubungan tetapi juga menyimpulkan dan menguji penjelasan-penjelasannya.

Siklus belajar empiris induktif merupakan proses yang sistematis dalam pembelajaran dengan tahap atau langkah-langkah yang diperoleh berdasarkan observasi atau pengamatan langsung berupa fakta-fakta. Siswa dituntut untuk menjelaskan fenomena dan memberikan kesempatan untuk dialog dan diskusi. Fase-fase pembelajaran pada model pembelajaran kontruktivisme menggunakan siklus belajar empiris induktif ini, yaitu fase eksplorasi, fase pengenalan konsep, dan fase aplikasi konsep.

B.       Karakteristik Model Pembelajaran 7-E

1.        Perkembangan Model Pembelajaran 7-E

Salah satu model pengajaran sains yang berbasis kontruktivisme dan metode pengajarannya berpusat pada siswa adalah learning cycle (siklus belajar). Learning cycle dikembangkan lebih dari 30 tahun yang lalu. Model pengajaran siklus belajar (learning cycle) awalnya diajukan oleh Robert Karplus. Model ini berdasarkan pada teori Piaget dan melibatkan pengajaran dengan pendekatan konstruktivisme. Model siklus belajar bertujuan membantu mengembangkan berpikir siswa dari berpikir konkrit ke abstrak (atau dari konkrit ke formal).

Siklus belajar merupakan strategi yang hebat bagi pengajaran sains di tingkat menengah pertama dan menengah atas karena model pengajaran ini berjalan fleksibel dan menempatkan kebutuhan yang realistis pada guru dan siswa.

Learning cycle merupakan strategi pengajaran yang secara formal digunakan di program sains sekolah dasar yaitu Science Curriculum Improvement Study (SCIS). Meskipun strategi ini diterapkan pertama kali di sekolah dasar, beberapa studi menunjukan bahwa penerapan teknik pengajaran ini telah menyebar luas di berbagai tingkat kelas, termasuk universitas. Model pengajaran ini diajukan sebagai “guided discovery” dan digunakan dalam program sains sekolah dasar SCIS. Karplus menggunakan istilah exploitation, invention, dan discovery. Istilah-istilah tersebut kemudian dimodifikasi menjadi exploration, concept introduction dan concept application (Karplus dalam Hanuscin, 2007: 1). Ketiga tahapan dalam siklus belajar ditunjukkan pada Bagan 2.1.

	Eksplorasi: Ø Tanya jawab Ø Tes awal Ø Demonstrasi Ø Percobaan
			Pengenalan Konsep: Ø Diskusi Ø Konsep baru Ø Penjelasan Ø Pemantapan Ø Penyimpulan
					Aplikasi Konsep: Ø Contoh lain Ø Demonstrasi Kembali kegiatan

Gambar 2.1.

Bagan 2.1

Tiga Tahapan Siklus Belajar

Selama fase eksplorasi, siswa terlibat dalam memecahkan masalah atau tugas. Tujuan fase ini adalah melibatkan siswa dalam aktifitas yang memotivasi, membutuhkan pengalaman hands-on dan interaksi verbal, yang akan menyediakan dasar bagi perkembangan konsep tertentu atau konsep dan kosa kata yang berhubungan dengan konsep. Fase ini juga menyediakan kesempatan yang bagus bagi siswa untuk menyadari konsep personal mereka tentang fenomena alam tertentu dan bagi pengajar untuk membantu siswa dalam tanya jawab guna memahami dunia alam sebagaimana juga membantu miskonsepsi yang ada.

Fase kedua dari siklus belajar, pengenalan konsep, pengajar mengumpulkan informasi dari siswa tentang pengalaman eksplorasinya dan menggunakan informasi tersebut untuk mengenalkan konsep utama dari pelajaran serta setiap kosa kata yang berhubungan dengan konsep. Selama fase ini, pengajar menggunakan buku acuan, bantuan audiovisual, bahan tertulis lainnya atau ceramah singkat.

Fase terakhir, aplikasi konsep, siswa mempelajari tambahan contoh konsep utama pelajaran atau melakukan tugas baru yang dapat dipecahkan berdasarkan aktifitas eksplorasi dan pengenalan konsep sebelumnya.

Dalam siklus belajar, dari satu pembelajaran terhadap pembelajaran lainnya ada suatu keterkaitan yang saling berhubungan sehingga jika kita gambarkan, siklus belajar ini akan membentuk diagram spiral seperti ditunjukkan Bagan 2.2.

Bagan 2.2.

Diagram Spiral Siklus Belajar

Gambar diatas berbentuk spiral yang menunjukkan ketika siklus belajar digunakan dalam pembelajaran yang baru, maka konsep pembelajaran yang lalu kadang-kadang masih berhubungan dan kemudian kita gunakan sebagai salah satu fungsi asimilasi bagi siswa.

Banyak versi siklus belajar bermunculan dalam kurikulum sains dengan fase yang berkisar dari tiga ke lima (5E) sampai tujuh (7E). ‘Siklus belajar 5E berdasarkan pengajaran yang dibangun oleh Biological Sciences Curriculum Study (BSCS) pada tahun 1989, terdiri atas lima fase yaitu Engagement, Exploration, Explanation, Elaboration dan Evaluation. Sejak tahun 1980-an BSCS telah menggunakan model 5E sebagai inovasi sentral di sekolah dasar, menengah dan atas program biologi serta program sains terintegrasi’ (Bybee, 2006: 8).

Apabila kelima tahapan tersebut digambarkan dalam bentuk siklus, maka dapat ditampilkan seperti Bagan 2.3.

Bagan 2.3.

Siklus Belajar 5-E

Setelah siklus belajar mengalami pengkhususan menjadi 5 tahapan, maka Eisenkraft (2003: 57) mengembangkan siklus belajar menjadi 7 tahapan. Perubahan yang terjadi pada tahapan siklus belajar 5E menjadi 7E terjadi pada tahap Engage menjadi 2 tahapan yaitu menjadi Elicit dan Engage, sedangkan pada tahap Elaborate dan Evaluate menjadi 3 tahapan yaitu menjadi Elaborate, Evaluate dan Extend. Perubahan tahapan siklus belajar dari 5E menjadi 7E ditunjukkan pada Bagan 2.4.

 

Bagan 2.4.

Perubahan 5E menjadi 7E

2.     Karakteristik Model Pembelajaran 7-E

Seperti yang diungkapkan oleh Eisenkraft (2003: 57), ketujuh tahapan itu meliputi:

a.       Elicit (mendatangkan pengetahuan awal siswa), yaitu fase untuk mengetahui sampai dimana pengetahuan awal siswa terhadap pelajaran yang akan dipelajari dengan memberikan pertanyaan-pertanyaan yang merangsang pengetahuan awal siswa agar timbul respon dari pemikiran siswa serta menimbulkan kepenasaran tentang jawaban dari pertanyaan-pertanyaan yang diajukan oleh guru. Fase ini dimulai dengan pertanyaan mendasar yang berhubungan dengan pelajaran yang akan dipelajari dengan mengambil contoh yang mudah diketahui siswa seperti kejadian sehari-hari yang secara umum memang terjadi.

b.      Engage (ide, rencana pembelajaran dan pengalaman), yaitu fase dimana siswa dan guru akan saling memberikan informasi dan pengalaman tentang pertanyaan-pertanyaan awal tadi, memberitahukan siswa tentang ide dan rencana pembelajaran sekaligus memotivasi siswa agar lebih berminat untuk mempelajari konsep dan memperhatikan guru dalam mengajar. Fase ini dapat dilakukan dengan demonstrasi, diskusi, membaca, atau aktifitas lain yang digunakan untuk membuka pengetahuan siswa dan mengembangkan rasa keingintahuan siswa.

c.       Explore (menyelidiki), yaitu fase yang membawa siswa untuk memperoleh pengetahuan dengan pengalaman langsung yang berhubungan dengan konsep yang akan dipelajari. Siswa dapat mengobservasi, bertanya, dan menyelidiki konsep dari bahan-bahan pembelajaran yang telah disediakan sebelumnya.

d.      Explain (menjelaskan), yaitu fase yang didalamnya berisi ajakan terhadap siswa untuk menjelaskan konsep-konsep dan definisi-definisi awal yang mereka dapatkan ketika fase eksplorasi. Kemudian dari definisi dan konsep yang telah ada didiskusikan sehingga pada akhirnya menuju konsep dan definisi yang lebih formal.

e.       Elaborate (menerapkan), yaitu fase yang bertujuan untuk membawa siswa menerapkan simbol-simbol, definisi-definisi, konsep-konsep, dan keterampilan-keterampilan pada permasalahan-permasalahan yang berkaitan dengan contoh dari pelajaran yang dipelajari.

f.       Evaluate (menilai), yaitu fase evaluasi dari hasil pembelajaran yang telah dilakukan. Pada fase ini dapat digunakan berbagai strategi penilaian formal dan informal. Guru diharapkan secara terus menerus dapat mengobservasi dan memperhatikan siswa terhadap kemampuan dan keterampilannya untuk menilai tingkat pengetahuan dan atau kemampuannya, kemudian melihat perubahan pemikiran siswa terhadap pemikiran awalnya.

g.      Extend (memperluas), yaitu fase yang bertujuan untuk berfikir, mencari, menemukan dan menjelaskan contoh penerapan konsep yang telah dipelajari bahkan kegiatan ini dapat merangsang siswa untuk mencari hubungan konsep yang mereka pelajari dengan konsep lain yang sudah atau belum mereka pelajari.

Ketujuh tahapan di atas adalah hal-hal yang harus dilakukan guru dan siswa untuk menerapkan model pembelajaran 7-E pada pembelajaran di kelas. Guru dan siswa mempunyai peran masing-masing dalam setiap kegiatan pembelajaran yang dilakukan dengan menggunakan tahapan dari siklus belajar.

C.      Deskripsi Materi Hidrokarbon dalam Pembelajaran 7-E

Konsep hidrokarbon merupakan konsep yang disajikan pada siswa kelas X SMA/MA IPA semester genap. Adapun standar kompetensi konsep hidrokarbon yaitu Memahami sifat-sifat senyawa organik atas dasar gugus fungsi dan senyawa makromolekul, sedangkan untuk kompetensi dasarnya yaitu mendeskripsikan kekhasan atom karbon dalam membentuk senyawa hidrokarbon dan menggolongkan senyawa hidrokarbon berdasarkan strukturnya dan hubungannya dengan sifat senyawanya. Tujuan pembelajaran hidrokarbon yaitu supaya siswa dapat menjelaskan sifat-sifat istimewa dari atom karbon dan memberi nama senyawa alkana, alkena dan alkuna.

Berdasarkan hasil analisis konsep hidrokarbon, bahwa terdapat 4 konsep yang harus diajarkan dan dipahami siswa dalam pembelajaran ini. Adapun konsep-konsep tersebut adalah: hidrokarbon, alkana, alkena, dan alkuna. Hidrokarbon terdiri dari atom karbon dan atom hidrogen dan membentuk rantai karbon (rantai terbuka dan rantai tertutup). Senyawa hidrokarbon alifatik merupakan senyawa dengan rantai karbon terbuka yang terdiri dari senyawa hidrokarbon jenuh (alkana) dan senyawa hidrokarbon tak jenuh (alkena dan alkuna). Senyawa hidrokarbon dengan rantai karbon tertutup adalah senyawa hidrokarbon aromatik dan alisiklik. Rantai karbon terjadi karena kekhasan atom karbon yang memiliki elektron valensi 4, sehingga membentuk karbon primer, sekunder, tersier, dan kuartener. Alkana merupakan senyawa hidrokarbon yang hanya memiliki ikatan tunggal (C₂H₆), alkena merupakan senyawa hidrokarbon yang memiliki ikatan rangkap dua (C₂H₄), sedangkan alkuna merupakan senyawa hidrokarbon yang memiliki ikatan rangkap tiga (C₂H₂).

Pencapaian tujuan pembelajaran tersebut memerlukan suatu penerapan pembelajaran yang sesuai dengan konsep yang akan diberikan untuk mengarahkan kegiatan pembelajaran pada hasil belajar yang diharapkan dan memotivasi siswa untuk aktif dalam proses pembelajaran, sehingga guru hanya sebagai fasilitator.

Salah satu model pembelajaran yang menekankan pada keaktifan siswa dalam mengkonstruksi pengetahuannya adalah model pembelajaran 7-E (tahap) yaitu metode perencanaan yang telah diakui dalam pendidikan IPA. Model pembelajaran 7-E (tahap) memposisikan siswa memegang peran penting dan bertanggung jawab dalam proses pembelajarannya (learned-centered) sehingga proses pembelajarannya tidak terikat pada peran guru. Tahap-tahap (fase) dalam model pembelajaran 7-E diantaranya: elicit, engage, explore, explain, elaborate, evaluate, dan extend. Secara umum tahapan-tahapan pembelajaran 7-E dapat diuraikan sebagai berikut:

1.    Elicit

Pada tahap elicit, guru memfokuskan siswa pada pengetahuan awal mereka terhadap pelajaran yang akan dipelajari dengan memberikan pertanyaan-pertanyaan yang merangsang pengetahuan awal siswa agar timbul respon dari pemikiran siswa serta menimbulkan kepenasaran tentang jawaban dari pertanyaan-pertanyaan yang diajukan oleh guru. Fase ini dimulai dengan pertanyaan mendasar yang berhubungan dengan pelajaran yang akan dipelajari dengan mengambil contoh yang mudah diketahui siswa seperti, “bagian lilin manakah yang menunjukkan bahwa lilin adalah senyawa karbon? Berikan alasanmu!”.

2.    Engage

Pada tahap engage, siswa dan guru saling memberikan informasi dan pengalaman tentang pertanyaan-pertanyaan awal tadi, memberitahukan siswa tentang ide dan rencana pembelajaran sekaligus memotivasi siswa agar lebih berminat untuk mempelajari konsep dan memperhatikan guru dalam mengajar. Fase ini dapat dilakukan dengan demonstrasi, diskusi, membaca, atau aktifitas lain yang digunakan untuk membuka pengetahuan siswa dan mengembangkan rasa keingintahuan siswa. Demonstrasi dilakukan dengan membakar kertas, kemudian siswa diberi pertanyaan yaitu “apakah sama keadaan daging, beras, gula, jagung, dan telur ketika dibakar pada suhu tinggi dengan kertas yang dibakar?”.

3.    Explore

Pada tahap explore, guru memfokuskan siswa untuk memperoleh pengetahuan dengan pengalaman langsung yang berhubungan dengan konsep yang akan dipelajari. Siswa dapat mengobservasi, bertanya, dan menyelidiki konsep dari bahan-bahan pembelajaran yang telah disediakan sebelumnya. Pada tahap ini, siswa melakukan kegiatan praktikum mengenai identifikasi atom karbon dengan cara membakar gula dan gula + CuO pada suhu yang tinggi kemudian mengamati perubahan yang terjadi dan menuliskannya dalam lembar kerja siswa (LKS).

4.    Explain

Pada tahap explain, guru mengajak siswa untuk menjelaskan konsep-konsep dan definisi-definisi awal yang mereka dapatkan ketika fase eksplorasi. Kemudian dari definisi dan konsep yang telah ada didiskusikan sehingga pada akhirnya menuju konsep dan definisi yang lebih formal. Diskusi yang dilakukan siswa mengenai, mengapa bahan-bahan yang dibakar (daging, beras, gula, jagung, dan telur) dengan suhu tinggi menghasilkan zat yang berwarna hitam dan mengapa kertas kobalt berubah warna (biru menjadi merah muda) ketika ditempelkan pada tabung reaksi pada pembakaran gula.

5.    Elaborate

Pada tahap elaborate, guru memfokuskan siswa dalam menerapkan simbol-simbol, definisi-definisi, konsep-konsep, dan keterampilan-keterampilan pada permasalahan-permasalahan yang berkaitan dengan contoh dari pelajaran yang akan dipelajari. Pada fase ini, siswa melakukan praktikum untuk membedakan senyawa hidrokarbon jenuh dan hidrokarbon tak jenuh dari senyawa n-heksana dan asetilena (batu karbid dengan air).

6.    Evaluate

Pada tahap evaluate, guru mengevaluasi hasil pembelajaran yang telah dilakukan. Pada fase ini dapat digunakan berbagai strategi penilaian formal dan informal. Guru diharapkan secara terus menerus dapat mengobservasi dan memperhatikan siswa terhadap kemampuan dan keterampilannya untuk menilai tingkat pengetahuan dan atau kemampuannya, kemudian melihat perubahan pemikiran siswa terhadap pemikiran awalnya. Pada fase ini, siswa diberikan soal-soal evaluasi dengan 8 indikator yang sesuai dengan standar kompetensi, kompetensi dasar dan tujuan pembelajaran konsep hidrokarbon.

7.    Extend

Pada tahap extend, guru mengajak siswa untuk berfikir, mencari, menemukan dan menjelaskan contoh penerapan konsep yang telah dipelajari bahkan kegiatan ini dapat merangsang siswa untuk mencari hubungan konsep yang mereka pelajari dengan konsep lain yang sudah atau belum mereka pelajari. Pada fase ini, siswa membuat artikel mengenai contoh-contoh senyawa hidrokarbon diantaranya bensin, parafin, dan LPG kemudian artikel tersebut didiskusikan dengan teman sekelas.

D.      Deskripsi Materi Hidrokarbon

Senyawa hidrokarbon terdiri dari atom karbon dan hidrogen, kita ketahui bahwa atom karbon memiliki sifat-sifat istimewa salah satunya yaitu dapat membentuk 4 ikatan kovalen dengan unsur nonlogam maupun logam sehingga senyawa karbon sangat banyak di alam.

1.      Senyawa Karbon

Senyawa karbon pada umumnya berasal dari makhluk hidup dan hewan sisa-sisa organisme. Senyawa-senyawa yang penting dalam makhluk hidup, seperti protein, karbohidrat, lemak, vitamin hormon dan DNA, semuanya mengandung senyawa karbon.

Karakteristik senyawa karbon adalah:

a.       Berikatan kovalen

b.      Tidak tahan terhadap pemanasaan (umumnya terurai di bawah 700⁰C).

c.       Titik didih dan titik leleh rendah

d.      Umumnya tidak larut dalam air

e.       Reaksinya lambat karena reaksi antarmolekul              

(Syukri, 1999: 683)

Contoh-contoh senyawa karbon yang dapat ditemukan dalam kehidupan sehari-hari yaitu; daging, beras, gula pasir, jagung, telur, dan sebagainya seperti gambar di bawah ini:

 

    1) Daging           2)  Beras        3) Gula pasir         4) Jagung          5) Telur

Gambar 2.5. Contoh Bahan-Bahan yang Mengandung Senyawa Karbon

    http://images.google.com/senyawakarbon

Unsur karbon, hidrogen dan oksigen pada senyawa karbon dapat ditunjukkan dengan melalui percobaan sederhana yaitu uji pembakaran.

Gambar di bawah ini adalah cara pengidentifikasian unsur C, H dan O dalam senyawa karbon:

Gambar 2.6. Percobaan Identifikasi Unsur C, H dan O pada Senyawa Karbon

         http://images.google.com/identifikasisenyawakarbon

2.      Keunikan Atom Karbon

Di alam jumlah senyawa karbon sangant banyak melebihi jumlah senyawa yang tidak mengandung karbon. Keistimewaan unsur karbon berkaitan dengan letaknya dalam system periodik unsur, yaitu terletak pada periode dua dan golongan  IV A. Ada pun keunikan dari unsur karbon tersebut yaitu karbon memiliki 4 elektron valensi dan atom karbon relatif kecil.

a.       Karbon memiliki 4 elektron valensi

Karbon dalan sistem periodik teletak pada golongan IV A, hal itulah yang membuat kabon memiliki 4 elektron valensi dan untuk mencapai kestabilan memelukan 4 elektron lagi, sehingga karbon dapat membentuk ikatan kovalen.

b.      Atom karbon relatif kecil

Karbon dalam sistem periodik terletak dalam periode dua, sehingga hanya memiliki 2 kulit atom, maka jari-jari atomnya relatif kecil. Hal ini menyebabkan atom karbon membentuk ikatan kovalen kuat dan dapat membnetuk ikatan rangkap dua atau tiga. 

                                    

(Syukri, 1999: 684-685)         

3.      Senyawa hidrokarbon

a.      Pengertian senyawa hidrokarbon

Hidrokarbon adalah golongan senyawa karbon ynag paling sederhanya hanya terdiri dari unsur karbon (C) dan hydrogen (H). walaupun hanya terdiri dari 2 jenis unsur, hidrokarbon merupakan suatu kelompok senyawa yang besar.

b.      Klasifikasi / Penggolongan Hidrokarbon (terdiri dari atom C dan H)

1)      Berdasarkan jenis ikatan antar atom karbonnya :

·      Hidrokarbon jenuh = senyawa hidrokarbon yang ikatan antar atom karbonnya merupakan ikatan tunggal                   

·      Hidrokarbon tak jenuh = senyawa hidrokarbon yang memiliki 1 ikatan rangkap dua (alkena) atau lebih dari 1 ikatan rangkap dua (alkadiena), atau ikatan rangkap tiga (alkuna).

2)      Berdasarkan bentuk rantai karbonnya :

·      Hidrokarbon alifatik = senyawa hidrokarbon dengan rantai terbuka jenuh (ikatan tunggal) maupun tidak jenuh (ikatan rangkap).

Contoh senyawa hidrokarbon alifatik jenuh dan tidak jenuh:

                                                  

·      Hidrokarbon alisiklik = senyawa hidrokarbon dengan rantai melingkar / tertutup (cincin).

Contoh senyawa hidrokarbon alisiklik:

·      Hidrokarbon aromatik = senyawa hidrokarbon dengan rantai melingkar (cincin) yang mempunyai ikatan antar atom C tunggal dan rangkap secara selang-seling / bergantian (konjugasi).

Contoh senyawa hidrokarbon aromatik:

c.       Skema Klasifikasi Hidrokarbon

1)      Alkana

Alkana adalah senyawa hidrokarbon dengan rantai terbuka dan semua ikatan antar atom karbonnya merupakan ikatan tunggal, dengan rumus umum alkana yaitu: C_nH_2n+2; n = jumlah atom C. Alkana dikenal sebagai hidrokarbon jenuh, karena mengandung jumlah maksimum atom hidrogen yang dapat berikatan dengan sejumlah atom karbon yang ada (Chang, 2005: 332).

Alkana juga memiliki nama lain yaitu parafin, karena umumnya senyawa alkana sukar bereaksi dengan berbagai pereaksi.

a)      Deret Homolog Alkana

Suatu golongan / kelompok senyawa karbon dengan rumus umum yang sama, mempunyai sifat yang mirip dan antar suku-suku berturutannya mempunyai beda CH_2. Alkana merupakan suatu homolog, adapun contoh senyawa alkana yang merupakan homolog terdapat dalam tabel di bawah ini:

Tabel 2.1. Rumus Molekul dan Nama Alkana dengan Jumlah Atom C-1 sampai dengan C-10

Jumlah atom	Rumus molekul	Nama
1	CH4	Metana
2	C2H6	Etana
3	C3H8	Propana
4	C4H10	Butana
5	C5H12	pentana
6	C6H14	Heksana
7	C7H16	Heptana
8	C8H18	Oktana
9	C9H20	Nonana
10	C10H22	Dekana

(Chang, 2006: 334)

b)       Tata Nama Alkana

Berdasarkan aturan dari IUPAC (nama sistematis):

(1)     Nama alkana bercabang terdiri dari 2 bagian :

·      Bagian pertama (di bagian depan) merupakan nama cabang

·      Bagian kedua (di bagian belakang) merupakan nama rantai induk

(2)     Rantai induk adalah rantai terpanjang dalam molekul, diberi nama alkana sesuai dengan panjang rantai. Rantai induk yang terdiri dari 6 atom C diberi nama heksana, seperti gambar struktur di bawah ini:

 

(3)     Penomoran, berilah nomor pada rantai induk dari ujung yang lebih dekat dengan cabang.

(4)     Cabang diberi nama alkil yaitu nama alkana yang sesuai, tetapi dengan mengganti akhiran –ana menjadi –il. Gugus alkil mempunyai rumus umum : C_nH_2n+1 dan dilambangkan dengan R. Perhatikan beberapa gugus alkil pada tabel di bawah ini:

                        Table 2.2. Nama-Nama Alkil

No	Gugus Alkil	Nama Alkil
1		Metil
2		Etil
3	CH3−CH2−CH2− atau C3H7−	Propil
4		Isopropil
5		n-butil
6		Sekunder butil

No	Gugus Alkil	Nama Alkil
7		Tersier butil
8		isobutil

(Syukri: 1999: 690-691)

Contoh alkil pada struktur senyawa hidrokarbon:

 

(5)     Jika terdapat 2 atau lebih cabang sejenis, harus dinyatakan dengan awalan di, tri, tetra, penta dan seterusnya.

(6)     Cabang-cabang yang berbeda disusun sesuai dengan urutan abjad dari nama cabang tersebut.

(7)     Urutkan penulisan nama untuk alkana bercabang yaitu : nomor cabang- nama cabang- nama induk

metil

3-metilheksana

c)      Reaksi-Reaksi Pada Alkana

Alkana tergolong zat yang sukar bereaksi dalam suhu kamar, sehingga disebut paraffin yang artinya afinitas kecil. Reaksi terpenting adalah:

(1)   Reaksi Pembakaran

Reaksi pembakaran adalah reaksi cepat suatu senyawa dengan oksigen. Pembakaran disertai dengan pembebasan kalor(panas) dan cahaya. Reaksi pembakaran pada senyawa akana dibagi menjadi 2 yaitu :

·         Reaksi pembakaran sempurna ialah pengubahan senyawa menjadi CO₂ dan H₂O contohnya: CH₄ + 2O₂→ CO₂ + 2H₂O

·         Reaksi pembakaran tak sempurna ialah reaksi yang kekurangan oksigen dan biasanya menghasilkan karbon monoksida atau karbon dalam bentuk arang contohnya:

2 CH₃CH₂CH₃ + 7 O₂ → 6 CO + 8 H₂O

    CH₃CH₂CH₃ + 2 O₂ → 3 C + 4 H₂O

(Fessenden, 1986: 103)

(2)   Reaksi Substitusi

Reaksi substitusi yaitu reaksi dimana satu atau lebih atom H dari alkana digantikan oleh atom lain dengan bantuan sinar matahari, khususnya halogen. Contohnya:

 

                               +  Cl₂    →                                 +   HCl

      etana                                   etil klorida                     

(Keenan, 1980: 377)

2)      Alkena

Alkena adalah senyawa hidrokarbon alifatik tak jenuh yaitu hidrokarbon dengan satu ikatan rangkap dua (–C=C–). Senyawa yang mempunyai 2 ikatan rangkap 2 disebut alkadiena, yang mempunyai 3 ikatan rangkap 2 disebut alkatriena dan seterusnya. Rumus umum alkena yaitu: C_nH_2n; n= jumlah atom C (Riawan, 1990: 33).

a)        Tata Nama Alkena

Berdasarkan aturan IUPAC (nama sistematis):

(1)     Nama alkena diturunkan dari nama alkana yang sesuai (yang jumlah atom C nya sama), dengan mengganti akhiran –ana menjadi –ena.

(2)     Rantai induk adalah rantai terpanjang yang mempunyai ikatan rangkap.

(3)     Penomoran dimulai dari salah 1 ujung rantai induk sedemikian sehingga ikatan rangkap mendapat nomor terkecil.

(4)     Posisi ikatan rangkap ditunjukkan dengan awalan angka yaitu nomor dari atom C berikatan rangkap yang paling tepi / pinggir (nomor terkecil).

(5)     Penulisan cabang-cabang, sama seperti pada alkana.

 

Cabang

                       

 

3-propil-2-heptena

Contoh alkena dengan dua ikatan rangkap:

	3-etil-4-metil-1,5-heksadiena

 

b)     Reaksi-Reaksi pada Senyawa Alkena

Alkena lebih aktif dibandingkan dengan alkana, hal ini disebabkan oleh adanya ikatan rangkap ─C═C─. reaksi alkena terutama terjadi pada ikatan rangkap itu, reaksi penting alkena adalah pembakaran, adisi, oksidansi, ozonisasi dan polimerisasi.

(1)   Reaksi Pembakaran

Seperti halnya alkana, alkena suku rendah mudah terbakar. Jika dibakar di udara terbuka, alkena menghasilkan jelaga lebih banyak dari pada alkana, hal ini terjadi karena alkena mempunyai kadar karbon lebih tinggi dibandingkan dengan alkana, sehingga pembakarannya menuntut lebih banyak oksigen. Pembakaran sempurna alkena menghasilkan gas CO₂ dan uap air.

(2)   Reaksi Adisi

Reaksi adisi dikenal dengan reaksi penjenuhan ikatan rangkap.

Contohnya yaitu:

• Adisi hidrogen : alkena → alkana, reaksi ini terjadi pada suhu yang tinggi, dengan bantuan platina atau nikel sebagai katalisator.

	Pt/Ni

 

CH₂═CH₂ + H₂                 CH₃─CH₃

• Adisi halogen

CH₂═CH₂  +   Br₂  →   CH₂Br─CH₂Br                                                  

• Adisi halogenida : halogen akan terikat pada atom C yang memiliki atom H yang sedikit, atom H akan terikat pada atom C yang memiliki atom H terbanyak. Contohnya:

Br

CH₃─CH═CH₂   +    HBr   →  CH₃─CH─CH₃

3)      Alkuna

Alkuna adalah hidrokarbon alifatik tak jenuh yaitu hidrokarbon dengan satu ikatan rangkap tiga (–C≡C–). Alkuna yang paling sederhana ialah asetilena (C₂H₂), yang merupakan gas penting. Alkuna sering disebut asetilena, bukan nama IUPAC. Rumus umum alkuna yaitu: C_nH_2n-2; n = jumlah atom C (Pine, 2006: 47).

a)      Tata Nama Alkuna

2

3

4

5

1

Nama alkuna diturunkan dari nama alkana yang sesuai dengan mengganti akhiran –ana menjadi –una. Tata nama alkuna bercabang sama seperti penamaan alkena.

4-metil-2-pentuna

Contoh :

b)     Reaksi-Reaksi pada Alkuna

Reaksi-reaksi alkuna mirip dengan alkena, untuk menjenuhkan ikatan rangkapnya, alkuna membutuhkan pereaksi dua kali lebih banyak dibandingkan dengan alkena.

4.      Senyawa Hidrokarbon dalam Kehidupan Sehari-hari

Senyawa-senyawa hidrokarbon yang terdapat di alam dan dibuat secara sintetik banyak dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari. Contoh senyawa hidrokarbon yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari yaitu:

a.      Bahan Baku Industri Petrokimia yaitu bahan-bahan atau produk yang dibuat dari minyak dan gas bumi. Contoh:

1)      Polietilena

Polietilena adalah plastic yang banyak diproduksi. Plastik polietilena digunakan sebagai kantong plastik dan plastik pembungkus/ sampul. Pembentukan polietilena dari etilena merupakan reaksi polimerisasi:

 _n                                                 (                   )_n    ) _n

2)      PVC

PVC atau polivinilklorida juga merupakan plastik, yang antara lain digunakan untuk membuat pipa (pralon) dan pelapis lantai. PVC dibuat dari etilena melalui tiga tahapan reaksi sebagai berikut:

         CH₂═CH₂ + Cl₂  →  CH₂Cl−CH₂Cl

         CH₂─CH₂Cl   →  CH₂═CHCl + HCl

         nCH₂═CHCl  →  (─CH₂─CHCl─)_n

3)      Etanol

Etanol adalah bahan yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari yang biasa kita kenal sebagai alcohol. Etanol digunakan untuk bahan baker atau bahan untuk berbagai produk lain, misalnya asam asetat. Pembuatan etanol dari etilena melalui reaksi sebagai berikut:

CH₂═CH₂ + O₂   →   CH₃─CH₂OH                          (adisi)

4)      Etilena glikol atau glikol

Glikol digunakan bahan baku antibeku dalam radiator mobil didaerah beriklim dingin. Reaksi pembentukan glikol berlangsung sebagai berikut:

CH₂═CH₂ + O₂   →  CH₂─CH₂                                 (adisi)

                                       O

CH₂─CH₂   + H₂O      →    CH₂OH─CH₂OH          

      O                                       etilen glikol

5)      Polipropilena

Plastik polipropilena lebih kuat dibandingkan dengan polietilena. Polipropeilena antara lain digunakan untuk karung plastik dan tali plastik. Reaki pembentukannya berlangsung sebagai berikut:

nCH₃─CH═CH₂      →      (─CH─CH₂─)_n

                                                     CH₃

6)      Gliserol

Zat ini anatara lain digunkan untuk bahan kosmetik (pelembab), industri makanan, dan bahan untuk membuat peledak (nitrogliserin)

7)      Isopropyl alkohol

Zat ini digunakan sebagai bahan-bahan untuk berbagai produk petrokimia antara lain, misalnya aseton (bahan pelarut, misalnya untuk melarutkan pelapis kuku)

8)      Butadiene

Beberapa produk petrokimia yang bahan dasarnya butadiene antara lain: karet sintetis (SBR : styrene-butadiena-rubber), neoprena, dan nilon (nilon 6,6)                                                              

b.      Bahan Bakar

Kegunaan terpenting senyawa hidrokarbon adalah sebagai bahan bakar, baik bahan baker gas (BMG) maupun bahan bakar minyak (BMM). Bahan bakar yang digunkan untuk industri, transportasi, dan rumah tangga adalah hidrokarbon berupa LPG (propane, butane dan isobutana dalam bentuk cair), bensin, kerosin (minyak tanah) dan solar (Riawan, 1990: 31-32).

c.       Sumber Hidrogen

Sumber gas hidrogen yang utama adalah gas alam. Gas hidrogen perlu untuk pembuatan pupuk urea dewasa ini juga dikembangkan menjadi bahan bakar alternatif yang aman bagi lingkungan.