DOI: 10.20961/inkuiri.v9i2.50081

## “PACUL” ALAT TRADISONAL UNTUK PEMBELAJARAN IPA TERPADU BERBASIS STEM

## Delisma Wisnu Adi
1 Mahasiswa Program Pendidikan Magister Sains Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami No.36A, Jebres, Surakarta, Indonesia 57126
E-mail: delismawisnu@student.uns.ac.id
Diajukan: 5 Agustus 2020; Diterima: 9 September 2020; Diterbitkan: 31 Oktober 2020
Abstrak: Hakikat IPA merupakan proses, sikap, produk dan aplikasi. Tuntutan perkembangan ilmu menghendaki adanya aplikasi pengetahuan dalam bidang teknik dan matematis tehadap lingkungan. Pendekatan STEM hadir untuk membelajarkan IPA. Pembelajaran IPA secara terpadu dan bermakna bagi peserta didik dapat diciptakan dengan membawa konsep pembelajaran dan diterapkan pada lingkungan peserta didik. Wilayah Indonesia yang sebagian berupa daratan subur maka mata pencaharian sebagai petani sudah menjadi pengetahuan umum. Dalam studi ini mencoba menyajikan pembelajaran IPA Terpadu berbasis STEM dengan menggunakan “Pacul” sebagai alat  pertanian  tradisional  sebagai  bahan  pembelajaran  IPA  Terpadu.  Alat  pertanian  yang  umum  tersebut dihadirkan dalam pembelajaran dengan harapan peserta didik paham bahwa konsep IPA dekat dengan mereka.
Kata Kunci: STEM, Alat Tradisional, Pembelajaran IPA Terpadu
Abstract: The nature of science is a process, attitude, product and application. The demands of the development of science require the application of knowledge in the fields of engineering and mathematics to the environment. The STEM approach is here to teach science. Science learning in an integrated and meaningful way for students can  be  created  by  bringing  learning  concepts  and  being  applied  to  the  students'  environment.  As  part  of Indonesia's fertile land, livelihood as a farmer has become common knowledge. In this study, we try to present STEM-based Integrated Science learning using "Pacul" as a traditional agricultural tool as an Integrated Science learning  material.  These  common  agricultural  tools  are  presented  in  learning  with  the  hope  that  students understand that science concepts are close to them.
Keywords: STEM, Traditional Tools, Integrated Science Learning

## Pendahuluan
Ilmu  Pengetahuan  Alam  (IPA)  disebut juga natural  science atau sains .  Menurut Hungerford,  volk    ramsay  (1990)  IPA  atau sains merupakan proses memperoleh informasi melalui metode empiris yang telah ditata secara logis  dan  sistematis  sehingga  diperoleh informasi  yang  dapat  dipercaya  dan  valid. Dalam  pengertian  tersebut  terdapat  dua komponen  penting  IPA  yaitu  proses  dan produk.  IPA  sebagai  proses  merupakan rangkaian  kegiatan  ilmiah  atau  hasil  observasi terhadap  fenomena  alam  untuk  menghasilkan pengetahuan ilmiah yang biasa disebut produk IPA.
Menurut  Trowbidge  dan  Bybee  (1990) IPA  merupakan  representasi  dari  hubungan dinamis  yang  mencakup  tiga  faktor    yaitu the extant body of science knowledge , the value of science ,  a nd  the  methods  and  processes  of science . Pandangan ini lebih luas dari pendapat
sebelumnya. Trowbidge dan Bybee memandang IPA sebagai suatu proses, produk serta mengandung nilai-nilai. Chiappetta dalam prasetyo  (2013)  mengutarakan  bahwa  hakikat sains  yaitu  sebagai a  way  of  thinking (cara berpikir), a  way  of  investigating (cara penyelidikan)  dan  a body  of  knowledge
(sekumpulan  pengetahuan).  IPA  terdapat urutan  pola  berpikir  orang  yang  berusaha mengungkap, menjelaskan serta menggambarkan  fenomena  alam  maka  IPA dipandang  sebagai  cara  berpikir.  IPA  sebagai cara  penyelidikan,  bahwa  IPA  memberikan pendekatan dalam menyusun dan menyelesaikan masalah pengetahuan.
Berdasarkan  uraian  pengertian  IPA, bahwa  IPA  merupakan  ilmu  pengetahuan tentang  alam  dan  gejala  alam  yang  disusun secara sistematis berupa fakta, konsep, prinsip dan  hukum  yang  teruji  kebenarannya  dan melalui  suatu  kegiatan  dalam  metode  ilmiah.
Melalui  metode  ilmiah  tersebut  secara  tidak langsung  terbentuk  sikap  yang  mendukung dalam  mengungkap  permasalahan  yang  akan diselesaikan.  IPA  juga  dipandang  sebagai penerapan  (alat)  untuk  menciptakan  teknologi baru.  Untuk  itu  hakikat  IPA  yaitu  dipandang sebagai produk, proses dan pembentukan sikap serta aplikasi keilmuaan.
Hakikat  IPA  perlu  dipahami  dalam membelajarkan  IPA  di  sekolah.  Hal  tersebut agar  dalam  pembelajaran  IPA  dapat  sesuai dengan  proses  ilmuan  dalam  menemukan konsep  IPA  melalui  fakta-fakta.  Proses  secara langsung  yang  dialami  siswa  memberikan kesan  pembelajaran  bermakna.  Selain  itu dengan  keterlibatan  siswa  secara  langsung dapat memupuk sikap ilmiah serta memberikan pemahaman  bahwa  proses  IPA  tidak  hanya untuk pembelajaran IPA tetapi dapat diaplikasikan  pada  berbagai  bidang  terutama segala  sesuatu  yang  ada  dikehidupan  sehari- hari siswa.
Sesuai  kurikulum  2013  menekankan bahwa pembelajaran IPA adalah pembelajaran berbasis integrated  science (IPA  terpadu) bukan  sebagai  pendidikan  disiplin  ilmu. Pembelajaran IPA terpadu memberikan kesempatan  siswa  untuk  menemukan berbagai konsep  melalui  telaah  multidisiplin  ilmu  IPA secara  menyeluruh.  IPA  tepadu  memberikan kegiatan pembelajaran yang lebih komprehensif terhadap fenomena alam sehingga  peserta  didik    dapat  merasakan kermanfaatan pembelajaran IPA dengan mudah. Pembelajaran IPA terpadu  diharapkan dapat dirancang oleh guru denga mengedepankan  kebermaknaan  pengalaman peserta didik.
Pembelajaran  secara  umum  dianjurkan menggunakan  pendekatan scientific sesuai kurikulum  K13  termasuk  pembelajaran  IPA Terpadu  (Suyanto,  2017).    Pembelajaran  IPA terpadu dengan pendekatan scientific memiliki ciri  kas  bahwa  proses  pembelajaran  sesuai dengan  kaidah  metode  ilmiah.  Pendekatan scientific  meliputi  kegiatan  mengidentifikasi, memahami, memecahkan masalah dan mengaplikasikan.  Pendekatan  scientific  dalam membelajarkan  IPA  terpadu  diharapkan  dapat membantu  peserta  didik  dalam  memahami suatu konsep materi sesuai alur berpikir ilmiah sehingga  tercapai  kompetensi  yang  sesuai
jenjang  peserta  didik  dan  untuk  masa  depan peserta didik.

## Landasan Teori
Melihat kemampuan siswa, telah menjadi  informasi  umum  jika  siswa  dari Indonesia kurang pemahaman ilmu pengetahuan  dan  teknologi  dalam  kaitannya dengan  isu  global  (Suprapto,  2016).  Siswa Indonesia  kurang  memahami  pengetahuan tentang  IPA  dan  teknologi  (pengetahuan konten),  pengetahuan  tentang  bagaimana gagasan  semacam  itu  dihasilkan  (pengetahuan prosedural)  dan  pemahaman  tentang  dasar pemikiran  untuk prosedur  ini dan pembenaran untuk penggunaannya (pengetahuan epistemis). Siswa  Indonesia  kesulitan  dalam  menjelaskan fenomena ilmiah, mengevaluasi dan merancang penyelidikan ilmiah, dan menafsirkan data dan bukti secara ilmiah. Hal tersebut juga didukung dengan semakin sedikitnya porsi sikap terhadap sains dalam kurikulum, seperti kesadaran akan isu lingkungan.
Hal yang  berbeda terdapat pada Kurikulum sains di negara Singapura.
Kurikulum  di  negara  tersebut  dari  tingkat sekolah  dasar  hingga  sekolah  menengah  atas, berpusat  pada  sains  sebagai  penyelidikan  dan fokus  pada  pengetahuan,  keterampilan  dan proses, etika dan sikap yang dibutuhkan dalam praktik sains, serta pemahaman tentang dampak sains  setiap  hari  kehidupan,  masyarakat  dan lingkungan  (Kim  Chwee  Daniel  Tan,  2016). Hal  tersebut  baik  diupayakan  termasuk  untuk pembelajaran IPA dalam menumbuhkan pemahaman  IPA  yang  komprehensif  untuk diperlukan  bagi  peserta  didik  menghadapi tantangan  masa  depan,  dan  perkembangan dunia yang cepat berubah.
Pada  kurikulum  di  negara  Amerika, siswa didorong untuk menggunakan informasi ilmiah  untuk  membuat  pilihan  tentang  isu-isu yang  muncul  dalam  kehidupan  sehari-hari, terlibat secara cerdas dalam wacana publik, dan perdebatan  mengenai  isu-isu  penting  yang melibatkan  sains  dan  teknologi  (Haridza Irving,  2017).  Keterlibatan  isu-isu  penting dalam  keseharian  siswa  dilakukan  untuk melatih  kemampuan  berpikir  kritis  terhadap lingkungan.  IPA  terpadu  seharusnya  juga mengadaptasi  proses  tersebut.  Pembelajaran IPA secara terpadu dapat memberikan pelatihan
kepada  siswa  untuk  kritis  dalam  mengadapi masalah lingkungan sekitar siswa.

## Metode Penelitian
Pembelajaran IPA perlu dilakukan secara terpadu.  Hal  tersebut  untuk  mendukung kemampuan  berpikir  peserta  didik  untuk  peka dalam  menghadapi  permasalahan  sehari-hari. Dengan pola pembelajaran terpadu harapannya peserta  didik  mampu  mengkolaborasikan pemahaman  antar  lintas  disiplin  ilmu.  Dengan adanya pemahaman tersebut maka akan muncul inovasi krativitas hasil pemikiran peserta didik.
Untuk  membantu  dalam  pembelajaran IPA  terpadu  yang  terdapat  kendala  termasuk kesulitas dalam menyusun materi dan merencanakan serta menerapkan pembelajaran IPA  secara  terpadu.  Ditawarkan  solusi  bahwa pembelajaran  IPA  terpadu  harus  secara konstekstual  dekat  dengan  kehidupan  siswa. Topik-topik IPA yang dibahas dalam pembelajaran hendaknya topik yang ada dalam kehidupan  siswa.  Dari  ha  tersebut  diharapkan kemunculan topik pembahasan IPA tidak hanya dari  guru  tetapi  dari  siswa.  Antusias  peserta didik juga dapat terbangun melalui pembelajaran  IPA  terpadu  dengan  topik  dari peserta didik.
Pembelajaran
IPA Terpadu dapat melibatkan  potensi  lingkungan  siswa  beserta teknologinya. Pembelajaran dengan melibatkan konsep IPA yang dipadukan lingkungan beserta teknik  dan  teknologi  yang  ada  disekitar  siswa dapat dilaksanakan dengan pedekatan Science, Technology,  Environment  and  Mathematic (STEM)(Chalmers,  Carter,  Cooper,    Nason, 2017). Pembelajaran STEM dapat dilaksanakan dengan melihat berbagai penerapan sains pada lingkungan sekitar.

## Hasil Dan Pembahasan
Potensi  pembelajaran  IPA  Terpadu  di Indonesia dapa mengadopsi teknologi lingkungan wilayah indonesia. Wilayah Indonesia  sebagian  besar  merupakan  wilayah agraris  dan  perairan  (Suparlan,  2002).  Pada wilayah  agraris  terdapat  banyak  teknologi pertanian yang dapat diangkat untuk pembelajaran  IPA  Terpadu.  Salah  satu teknologi pertanian yang dapat diangkat dalam pembelajaran IPA Terpadu yaitu alat pertanian “Pacul”  (Cangkul).  Dalam  pembelajaran  IPA Terpadu  terdapat  tema  Usaha  dan  Pesawat
Sederhana dalam Kehidupan Sehari-hari. Pacul sebagai  alat  pertanian  yang  sangat  umum  dan hampir  semua  siswa  mengerti  dengan  alat pertanian  tersebut.  Penggunaan  pacul  dapat dianalisa  gaya,  usaha  dan  gerakan  pengguna pacul  (petani).  Dengan  analisa  terhadap komponen  tersebut  diharapkan  siswa  dapat memahami pemanfaatan konsep dengan membuat  perhitungan  tentang  pacul  yang efektif terhadap energi yang dikeluarkan petani. Menurut gaya pada proses pencangkulan terdiri  dari  tiga  komponen  gaya  utama  yaitu gaya  untuk  merobek  tanah,  gaya  untuk mengangkat  tanah,  dan  gaya  akibat  berat cangkul.  Analisa  gaya  yang  bekerja  pada  saat proses pencangkulan ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Analisa gaya pada proses pencangkulan (sumber: Roni,2001)
Berdasarkan  ketiga  gaya  tersebut  maka total gaya yang terjadi pada proses pencangkulan  dapat  didekati  dengan  jumlah resultan gaya yang bekerja secara statis dengan variabel gaya akibat berat tanah ( W v ), A sebagai bidang kerja gaya ( Sr ), sudut cangkul (α ), sudut hasil  pencangkulan (β ),  kemiringan  tanah  (μ) yang dinyatakan dengan persamaan 1 (Kurniadi,1990)
F = 𝑆 𝑟 ∗ 𝐴 + 𝑊𝑣 − 𝐺 𝑟 …(1)
Dimana  untuk S r merupakan  gaya dukung  tanah  sedangkan G r merupakan  Gaya akibat daya dukung tanah. Resultan gaya pada proses pencangkulan di tanah datar ditunjukan pada persamaan 2 dan 3.
( )  − = 90 1 Cos G G v r …(2)
( )  − = 90 1 Cos S S v r …(3)
Menurut  Effendi  (1983)  besarnya  gaya pencangkulan  pada  tanah  datar  yaitu  385  N sedangkan  pada  tanah  miring  265  N.  Gaya untuk  mencangkul  dipengaruhi  oleh  berat cangkul dan sudut kemiringan cangkul.
Kebutuhan Energi pada
Proses Pencangkulan  kebutuhan  pengeluaran  energi pada  proses  pencangkulan  dihitung  dengan menggunakan  persamaan  Wier,  seperti  pada persamaan 4.
) 93 , 20 (
100 92 , 4 ) ( 2 2 e O O V E − = …(4)
Dimana  untuk E =  Pengeluaran  energy (kkal/min), V O2 =Volume  udara  pernapasan (ltr/menit) O 2e =  Kadar  oksigen  udara pernapasan  (udara  kering)  (%).  V O2 dihitung dengan persamaan 5.
2 2 2 1 1 1 T P V
T P V = …(5)
Dimana  untuk  V 1 =  Volume  udara pernapasan  terukur  yang  ditunjukkan  oleh Respirometer  (ltr/min),  P 1 =  Tekanan  udara lingkungan  yang  ditunjukkan  oleh  Barometer (mm  Hg),  T 1 =  Temperatur  udara  hasil pernapasan,  ditunjukkan  oleh  thermometer pada Respirator ( o K), V 2 = V O2 (Volume udara penapasan  absolute)  (ltr/min),  P 2 =  Tekanan absolut  (760  mm  Hg),  dan  T 2 =  Temperatur absolute (270 o K).
Menurut  Sigit  (1981)  besarnya  tenaga yang  dibutuhkan  pada  kondisi  tanah  yang berbeda-beda  adalah  300  –  475  watt.  Bila efisiensi  pencangkulan  20%  maka  beban pencangkulan sebesar 60 – 95 watt (0,08 – 0,13 HP)  termasuk  kategori  beban  sedang,  dengan kerja  efektif  6  jam/hari.  Sedangkan  menurut Effendi (1983) besarnya tenaga untuk mencangkul pada tanah datar adalah 484,5 watt dengan kapasitas olah 0,993 m 2 per menit dan besarnya  tenaga  untuk  mencangkul  tanah miring adalah 242,4 watt dengan kapasitas olah 0,608 m 2 per menit.
Besarnya  gaya  dan  tenaga  pada  proses pencangkulan  sangat  dipengaruhi  kemiringan
tanah dan sudut cangkul. Gambar cangkul dan ukurannya dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 3. Cangkul dan ukurannya (sumber: Roni,2001)
Analisis  gerak  dan  pesawat  sederhana pada  proses  mencangkul  merupakan  bagian dari  konsep  gerak  dan  pesawat  sederhana. Pesawar  sederhana  mengidentifikasi  bagian beban,  kuasa  dan  titik  tumpu  suatu  alat  yang membantu meringankan kerja manusia. Analisis  komponen  pesawat  sederhana  pada proses  pencangkulan ditunjukan  pada  Gambar 4.  Berdasarkan  Gambar  4  bahwa  proses mencangkul termasuk dalam kategori pengungkit jenis 2 dengan posisi kuasa diantara beban dan titik tumpu.
Gambar 4. Analisis komponen pada proses mencangkul (sumber: Roni,2001)
Proses  CTL  tidak  semata-mata  sebagai pembelajaran knowledge  transferakan tetapi experience transfer . Hal ini sejalan dengan teori Piaget,  seorang  anak  dapat  menjadi  tahu  dan memahami lingkungannya melalui jalan berinteraksi dan beradaptasi dengan lingkungan tersebut  (Aiken,  1988:  228).  Berdasarkan  hal tersebut  maka  pembelajaran  IPA  terpadu hendaknya memperhatikan lingkungan kehidupan  nyata.  Lingkungan  nyata  yang
Kuasa Pengungkit Beban
dimiiki  peserta  didik  menjadi  faktor  penting dalam keberhasilan hasil belajar. Hal ini dapat digunakan  sebagai  dorongan  guru  untuk menentukan  rancangan  pembelajaran  khusus IPA  menggabungkan  konsep  dengan  berbagai bentuk pengalaman nyata peserta didik. Dalam pembelajaran  seperti  itu,  peserta  didik  dapat menemukan  hubungan  yang  bermakna  antara konsep  dan  pengalaman  dalam  dunia  nyata melalui  proses  menemukan,  memperkuat,  dan mengaitkan.

## Kesimpulan
Pembelajaran  IPA  di  Indonesia  telah didukung  oleh  kurikulum,  hanya  saja  perlu perhatian khusus untuk membantu guru dalam menerapkan  pembelajaran  IPA  secara  terpadu dengan baik dan benar. Pembelajaran IPA dapat dilakukan  dengan  keterpaduan  IPA  yang dirancang  dengan  memperhatikan  hubungan konsep dan lingkungan peserta didik. Pembahasan  proses  mencangkul  yang  sudah ada dilingkungan peserta didik dapat memberikan  nuansa  pembelajaran  yang  dapat memberikan  pengetahuan  bahwa  IPA  dapat diaplikasikan  dalam  kseharian  mereka.  Alat “Pacul”  bisa  diidentifikasi  teknik  penggunaan dengan analsis pesawat sederhana dan aplikasi matematis  untuk  mendapat  solusi  efisiensi energi  petani.  Dengan  proses  pembelajaran yang  dekat  dengan  kehidupan  peserta  didik maka peserta didik memiliki kesempatan untuk mengkaitkan  konsep  yang  diterima  dengan kehidupan nyata.

## Daftar Pustaka
Chalmers,  C.,  Carter,  M.  (Lyn),  Cooper,  T.,
Nason, R. (2017). Implementing “Big Ideas” to  Advance  the  Teaching  and  Learning  of Science,  Technology,  Engineering,  and Mathematics (STEM). International Journal of  Science  and  Mathematics  Education ,  15, 25–43.  https://doi.org/10.1007/s10763-017- 9799-1
Effendi, R., (1983). Studi perbandingan kebutuahan energi  dua  tipe  cangkul  pada  tanah  ladang datar  dan  miring  [Skripsi]. Fakultas
Teknologi  Pertanian.  Bogor  :  Institut Pertanian Bogor.
Haridza, R.,  Irving, K. E. (2017). The Evolution of  Indonesian  and  American  Science Education  Curriculum :  A  Comparison Study. International Journal for Educational Studies , 9(2), 95–110.
Hungerford.H.T.  Volk  and    J.Ramsay.  (1990).
Science  Technology  Society:  Inverstigating and Evaluating STS Issue and Solutions . IL:
Stipes Publishing.co.
Kim  Chwee  Daniel  Tan,  T.  W.  T.  and  C.-L.  P. (2016). Singapore Science Education. (M.-H. Chiu, Ed.), Science Education Research and Practice in Asia. Singapore: Media Singapore Pte Ltd . https://doi.org/10.1007/978-981-10-0847-4
Kurniadi,  Darus.  (1990). Mempelajari  Pengaruh Berat  Cangkul  Yang  Berbeda  Terhadap Pengeluaran  Energi  Tubuh,  Kapasitas,  dan Efisiensi Kerja Pencangkulan[Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
Prasetyo, K.Z. (2013). Pembelajaran Sains Berbasis kearifan Lokal. Seminar Fisika dan Pendidikan  Fisika  2013 .  Program  Studi Pendidikan Fisika FKIP-Universitas Sebelas Maret.
Roni  A.,  Abdul.  (2001). Analisis  Gaya  dan Kebutuhan Energi pada Proses Mencangkul . Jambi: Balai Pelatihan Pertanian. Sigit,  A.A.,(1981). Mempelajari  kebutuhan  energy manusia  dalam  mengolah  tanah  dengan cangkul  pada  kondisi  tanah  yang  berbeda [Skripsi] .  Fakultas  Teknologi  Pertanian.
Bogor : Institut Pertanian Bogor.
Suparlan, P. (2002). Menuju Masyarakat Indonesia yang Multikultural 1. Antropologi Indonesia ,
(3), 16–19. Suprapto,  N.  (2016). What  should  educational reform  in  Indonesia  look  like ?  -  Learning from  the  PISA  science  scores  of  East-Asian countries and Singapore, 17(1), 1–21.
Suyanto,  S.  (2017).  A  reflection  on  the implementation  of  a  new  curriculum  in Indonesia:  A  crucial  problem  on  school readiness. AIP  Conference  Proceedings , 1868. https://doi.org/10.1063/1.4995218
Trowbidge,  L.W.  and  Bybee.  R.W.  (1990).
Becaming  a  scondary  School  Science Teacher . Ohio: Meryl Publishing Company.