Tiga Dunia Kimia

Pembelajaran Tiga Dunia Kimia

Kimia merupakan salah satu cabang ilmu yang mempelajari tentang materi berupa sifat fisis dan kimianya, perubahan materi, serta energi yang menyertai perubahan materi tersebut. “Belajar kimia itu kok susah sih?” Kimia itu pelajaran yang banyak rumus, hafalannya setumpuk, dan seolah-olah tidak ada dalam kehidupan sehari-hari karena hanya bisa dilakukan di laboratorium saja. Mungkin seperti itu persepsi awal kebanyakan orang.

Namun, kesulitan belajar kimia sebenarnya bisa diminimalkan dengan proses pembelajaran “tiga dunia”. Yuk kita simak penjelasannya dalam artikel ini.

Skema pembelajaran “Tiga Dunia” pada kimia. Diterjemahkan dari Linking the Macroscopic and sub-microscopic Levels: Diagrams (Davidowitz dan Chittleborough, 2009).

Para ahli pendidikan di bidang kimia telah sepakat bahwa mereka membedakan kimia ke dalam tiga “dunia” atau “tingkatan”, yaitu dunia makroskopik, dunia submikroskopik, dan dunia simbolik. Dunia makroskopik mengacu pada pengamatan fenomena kimia atau persepsi langsung yang dialami oleh seseorang dari percobaan di laboratorium atau kehidupan sehari-hari. Pengamatan ini dilakukan dengan menggunakan panca indra yang dapat mengamati fenomena kimia seperti perubahan warna, terbentuknya gelembung gas, terbentuknya endapan, pelarutan garam, pH larutan dan perubahannya, adanya spektrum cahaya, dan perubahan suhu dalam reaksi kimia.

Fenomena kimia yang terjadi pada dunia makroskopik dapat dijelaskan berdasarkan sifat, bentuk, gerakan dan interaksi partikel pada dunia submikroskopik, seperti molekul, atom, ion dan elektron. Dunia submikroskopik merupakan penjelasan yang nyata dan tidak kasat mata melalui pendekatan konsep teori ilmiah dalam bidang kimia yang dapat digunakan untuk menjelaskan susunan serta pergerakan partikel (ion, elektron, molekul, dan atom).

Dunia simbolik  kemudian digunakan untuk meringkas konsep-konsep yang ada pada dunia submikroskopik. Dunia simbolik merupakan representasi yang melibatkan penggunaan simbol-simbol kimia secara kualitatif dan kuantitatif, yang meliputi rumus kimia, persamaan reaksi, bentuk gambar, diagram, aljabar, grafik, mekanisme reaksi, simbol kimia, struktur kimia, nomor, stoikiometri,  perhitungan matematik, analogi dan model kit.

Selama belajar kimia, informasi yang kita peroleh dari dunia makroskopik, submikroskopik, dan simbolik yang dijelaskan atau dipraktikkan oleh guru akan diproses melalui tiga mode memori. Informasi dari lingkungan luar pertama kali akan dirasakan (dipersepsikan) oleh memori sensorik (panca indra), diolah dalam memori jangka pendek, kemudian berasimilasi dan diakomodasi ke dalam memori jangka panjang lalu disimpan sebagai struktur kognitif kemudian digunakan kembali saat mengingat.

Mengapa kita sering lupa rumus kimia dibandingkan pengalaman praktikum? Ternyata memori kita memiliki kemampuan yang berbeda untuk setiap informasi yang masuk melalui indra yang berbeda. Apa itu memori? Memori adalah kemampuan otak untuk memilih, memproses, menyimpan, mempertahankan kemudian mengingat kembali informasi. Semakin banyak indra yang terlibat dalam memperoleh informasi, maka kemampuan mengingat kembali informasi dalam memori akan semakin cepat dan tersimpan lama. Inilah pembelajaran yang biasa disebut pembelajaran bermakna (meaningful learning).

Model pemrosesan informasi Johnstone. Diterjemahkan dari Learning at the Macro Level: The Role of Practical Work. (Tsaparalis, 2009).

Pengetahuan Dunia Makroskopik

Pengetahuan kimia setiap orang pada dunia makroskopik mula-mula diperoleh melalui pengamatan suatu kejadian atau fenomena yang teramati langsung menggunakan panca indra. Kemampuan mengamati dan menghubungkan fenomena dunia makroskopik ini dapat dilakukan melalui persepsi manusia yaitu proses yang menyangkut masuknya pesan atau informasi ke dalam otak manusia secara terus menerus mengadakan hubungan dengan lingkungannya. Hubungan ini dilakukan menggunakan panca indra, yaitu indra penglihatan, pendengaran, peraba, perasa dan penciuman.

Kegiatan pengamatan ini dapat mengetahui fenomena yang berkaitan dengan konsep yang dipelajari. Fenomena ini dapat diamati melalui kegiatan praktikum, demonstrasi percobaan, melihat video percobaan, atau mengamati peristiwa yang ada dalam kehidupan sehari-hari. Dunia makroskopik ini merupakan bagian proses belajar yang paling menyenangkan dan paling sederhana. Bila bagian ini dihilangkan dari pembelajaran, diperkirakan akan menurunkan ketertarikan banyak orang untuk belajar kimia.

Pemahaman Dunia Submikroskopik

Pemahaman dunia submikroskopik  dari beberapa fenomena yang kita amati (dunia makroskopik), tentang pertanyaan “mengapa dan bagaimana” justru seringkali terabaikan karena berbagai alasan. Misalnya, warna pelangi yang selalu tersusun atas wana merah, jingga, kuning, hujau, biru, dan ungu dianggap biasa karena selalu muncul sesaat setelah hujan. Padahal, berbagai fenomena yang ada dalam kehidupan sehari-hari kita itu timbul karena adanya interaksi berbagai partikel pada dunia submikroskopik.

Fenomena atau gejala kimia yang teramati pada dunia makroskopik dapat dijelaskan berdasarkan susunan dan struktur partikel penyusun materi dan perubahannya atau disebut pemahaman dunia submikroskopik. Bila pemahaman secara submikroskopik tidak diungkap, tentunya kita akan bingung bagaimana penjelasan secara ilmiah dari fenomena yang terjadi tersebut.

Oleh karena itu, kemampuan bertanya “mengapa dan bagaimana” pada saat melihat bagaimana fenomena dunia makroskopik tersebut dapat terjadi sangatlah penting. Berbagai temuan penelitian para ahli pendidikan kimia menunjukan bahwa rendahnya pemahaman seseorang tentang struktur materi menjadi penyebab kesulitan-kesulitan lainnya dalam mempelajari kimia.

Kesukaran belajar kimia banyak disebabkan karena kurangnya pemahaman kita mengenai apa yang terjadi pada dunia submikroskopik. Dengan pemahaman dunia submikroskopik ini dapat membantu agar terhindar dari kegiatan menghafal penjelasan terhadap setiap fenomena serta memudahkan kita untuk memahami arti dari simbol-simbol yang digunakan.

Penguasaan Dunia Simbolik

Secara umum, pembelajaran kimia saat ini di sekolah memang lebih sering menggunakan lambang matematik, rumus dan persamaan untuk memperlihatkan hubungan dunia makroskopik dan submikroskopik. Hal ini tidak mengherankan karena dunia simbolik inilah yang memang sering dievaluasi seperti ulangan harian, ujian sekolah, dan ujian nasional.

Penguasaan dunia simbolik akan lebih mudah jika kita telah menguasai pengetahuan dunia makroskopik dan pemahaman dunia submikroskopik. Hal ini disebabkan karena dunia simbolik merupakan terjemahan dari pengalaman atau peristiwa yang teramati pada eksperimen dan representasi dunia submikroskopiknya ke dalam bentuk simbol-simbol, rumus-rumus dan perhitungan. Biasanya kita akan merasa kesulitan jika pemahaman dunia simbolik ini tidak ditunjang oleh kedua dunia tersebut. Akibatnya kita merasakan bahwa belajar kimia sangat sulit karena terlalu banyak beban memori yang harus kita gunakan untuk menghafal rumus dan simbol-simbol lainnya.

Contoh Pembelajaran “Tiga  Dunia” Pada Air

Kita tentu pernah melihat proses air menguap seperti saat memasak air, menjemur pakaian, atau saat mengaduk minuman panas. Menguap merupakan gejala yang terjadi pada molekul-molekul zat cair meninggalkan permukaan cairan dari wujud cair ke wujud gas. Nah, gejala ini terjadi karena molekul-molekul pada bagian permukaan cairan memiliki energi yang dapat mengatasi gaya antaraksi di antara molekul-molekul cairan.

Gaya antaraksi antarmolekul pada permukaan cairan tersebut dinamakan tegangan permukaan. Jadi, molekul-molekul yang menguap memiliki energi lebih besar daripada tegangan permukaan. Mari kita perhatikan gambar proses penguapan air berikut.

             Proses penguapan air. Sumber: General, Organic, and Biological Chemistry (Smith, 2010).

Berdasarkan pengetahuan dunia makroskopik kita bisa melihat ada segelas air dan ada ruang kosong di atasnya. Seiring berjalannya waktu muncullah sedikit embun menempel di dinding gelas tersebut. Sementara itu, berdasarkan pemahaman dunia submikroskopik sesungguhnya dalam suatu wadah yang berisi air terjadi proses penguapan pada suhu tertentu. Pada saat itulah terjadi dua peristiwa yaitu penguapan dan pengembunan.

Saat menguap, molekul air meninggalkan permukaan cairan dari wujud cair ke wujud gas sedangkan saat kondensasi/mengembun, molekul air berubah wujud dari gas ke bentuk cair. Penjelasan dunia submikroskopik tersebut dapat menggunakan simbol untuk mempersingkat penjelasan. Air disimbolkan sebagai H₂O, uap air (gases) menjadi H₂O(g), sedangkan air berwujud cair (liquid) menjadi H₂O(l). Dengan demikian, secara sederhana perubahan wujud air dari cair menjadi gas dapat disimbolkan dengan H₂O(l) → H₂O(g) dan sebaliknya perubahan wujud air dari gas menjadi cair dapat disimbolkan dengan H₂O(g) → H₂O(l).Dari contoh ini kita bisa lihat pembelajaran “tiga dunia” sangatlah penting untuk memahami pelajaran kimia. Berdasarkan penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa belajar kimia adalah belajar ketiga dunia tersebut. Sesuai dengan karakteristiknya, ilmu kimia merupakan ilmu yang didasari oleh teori sifat partikulat dari suatu materi pada dunia submikroskopik dan makroskopik dengan tingkat submikrospiknya dapat dijelaskan menggunakan model untuk mewakilinya atau dunia simbolik.

Bila ada salah satu dunia yang tidak dipelajari berarti kita belum belajar ilmu kimia secara utuh. Karena setiap dunia memiliki peranan penting dalam ilmu kimia, keberhasilan kita dalam mempelajari ketiga dunia tersebut seharusnya menjadi bagian yang dievaluasi setelah proses pembelajaran di sekolah.

Nah, mulai sekarang yuk kita belajar kimia dengan pendekatan pembelajaran “tiga dunia” agar pengetahuan serta pemahaman kita lebih utuh sesuai dengan harapan dan pesan para ilmuwan berdasarkan hasil penelitian yang ilmiah. Selamat mencoba bersama guru sains atau guru kimia kalian di sekolah.

Penulis:
Yunus Adiantor SL S.Pd., M.Sc.

Staf Pengajar Kimia^.