p-ISSN: 2338-4387 e-ISSN: 2580-3247

## PEMBELAJARAN FISIKA MENGGUNAKAN PEMODELAN UNTUK MENINGKATKAN PEMAHAMAN KONSEP PADA MATERI HUKUM NEWTON GRAVITASI DAN HUKUM KEPLER
Mimi Rohazal Yaumi, Sutopo, Parno e-mail: mimiryaumi@gmail.com
Universitas Negeri Malang e-mail: mimiryaumi@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  peningkatan  pemahaman  konsep peserta didik melalui pembelajaran dengan pemodelan. Pembelajaran dengan pemodelan menitikberatkan pada model untuk menjelaskan fenomena gaya gravitasi, medan gravitasi, hukum  Kepler,  dan  aplikasinya  pada  gerak  satelit.  Metode  Penelitian  yang  digunakan adalah mixed method dengan jenis embedded experimental design . Penelitian dilakukan di kelas  X  MIPA  di  salah  satu  sekolah  Kabupaten  Pasuruan  dengan  subyek  penelitian  131 peserta didik. Analisis dilakukan secara deskriptip kualitatif untuk mengetahui peningkatan pemahaman  konsep  peserta  didik,  kesulitan  peserta  didik  selama  pembelajaran,  dan kebermanfaatan  pembelajaran  dengan  pemodelan.  Hasil  penelitian  menunjukkan  terjadi peningkatan  pemahaman  konsep  peserta  didik  setelah  mengikuti  pembelajaran  dengan pemodelan  pada  materi  hukum  Newton  gravitasi  dan  hukum  Kepler.  Peningkatan pemahaman  konsep  peserta  didik  dapat  dilihat  dari  nilai d-effect  size sebesar  2,12  yang termasuk lebih besar dari rata-rata dan nilai N-gain sebesar 0,49 yang tergolong medium atas.  Pembelajaran  ini  dapat  memudahkan  peserta  didik  dalam  memahami  (1)  konsep medan gravitasi, (2) konsep gaya gravitasi, (3) hukum I, II, III Kepler, (4) aplikasi hukum III Kepler untuk menentukan kecepatan satelit. Penelitian lebih lanjut dapat dilakukan dengan menganalisis miskonsepsi pada Hukum Newton Gravitasi dan Hukum Kepler.
Kata Kunci: Pemodelan, Hukum Newton Gravitasi, Hukum Kepler, Pemahaman Konsep

## Abstract
This study aims to determine the increase in students'  conceptual understanding through  learning  by  modeling.  Learning  by  modeling  focuses  on  the model  to  explain  the phenomenon  of  gravitational  force,  gravitational  field,  Kepler's  law,  and  its  application  to satellite motion. The research method used is a mixed method with the type of embedded experimental design. The study was conducted in one of Pasuruan Regency schools with research  subjects  consist  of  131  students  of  X  MIPA.  The  analysis  was  carried  out  with qualitative descr iptive to determine the increase of the students’ conceptual understanding, students’  difficulties  during  learning,  and  the  advantages  of  learning  by  modeling.  The results  of  the  study  showed  an  increase  in  students'  conceptual  understanding  through learning  by  modeling  on  Newton's  law  of  gravity  and  Kepler's  law.  Improved  conceptual understanding  of  students  can  be  seen  from  the  value  of  the  d-effect  size  of  2.12  which includes  greater  than  average  and  N-gain  value  of  0.49  which  is  classified  as  an  upper medium.  This  way  of  learning  facilitated  students  in  understanding  (1)  the  concept  of gravitational  fields,  (2)  the  concept  of  gravitational  force,  (3) Kepler’s law I, II,  and III, (4) Kepler  III  legal  application  to  determine  satellite  speed.  Further  research  can  be  done  by analyzing misconceptions in Newton's Law of Gravity and Kepler's Law.
Keywords: Modeling, Newton's Law of Gravity, Kepler's Law, Conceptual Understanding

## PENDAHULUAN
Praktik  dalam  pembelajaran  fisika  memiliki  peranan  yang  penting  untuk mengaitkan  pada  peristiwa  sehari-hari.  Praktik  dalam  pembelajaran  fisika  memberikan pengalaman  langsung  kepada  peserta  didik  dalam  menghadapi  suatu  permasalahan. Praktik juga  dapat  membantu  peserta  didik  dalam mengaitkan fenomena  di  alam  dengan fenomena  lainnya.  Pembelajaran  fisika  di  sekolah  diharapkan  dapat  memberikan  bekal bagi  peserta  didik  dalam  menguasai  konsep  dan  cakap  dalam  menyelesaikan permasalahan  di  kehidupan  nyata  melalui  teknologi  (Kemendikbud,  2015).  Hal  ini  pun sesuai  dengan  salah  satu  tujuan  penting  dari  pembelajaran  fisika  yang  yaitu  untuk mengantarkan  peserta  didik  memahami  secara  mendalam  konsep-konsep  dasar  dalam fisika  sehingga  mampu  menerapkannya  untuk  memecahkan  masalah  (Docktor  &  Mestre, 2014)
Salah  satu  konsep  materi  yang  diajarkan  di  kelas  X  MIPA  SMA  adalah  hukum Newton  gravitasi.  Materi  hukum  Newton  gravitasi  erat  kaitannya  dengan  interaksi  antar benda  di  kehidupan  sehari-hari.  Interaksi  tersebut  dinamakan  gaya  gravitasi.  Gaya gravitasi  merupakan  interaksi  dua  benda,  namun  dua  benda  tidak  saling  bersentuhan (Serway, 2010). Hal ini menjadi masalah bagi guru dalam menjelaskannya kepada peserta didik.  Hal  tersebut  juga  menjadi  permasalahan  dalam  memahaminya  mengingat interaksinya  berupa  gaya  tarik-menarik  pada  jarak  tertentu.    Selain  itu,  gaya  gravitasi merupakan  interaksi  antar  benda  yang  tidak  dapat  dilihat  secara  kasat  mata  langsung (Serway, 2010).
Pemahaman  peserta  didik  tentang  gaya  masih  menjadi  kesulitan  panjang  dalam sejarah penelitian fisika (Brookes dan Etkina, 2009).  Dalam pembelajaran hukum Newton gravitasi di SMP,  peserta didik hanya mengonstruksi pengetahuan tentang gaya gravitasi secara kualitatif. Namun, dalam materi hukum Newton gravitasi di SMA, peserta didik tidak hanya  diajarkan  menghapal  tentang  hukum  tersebut.  Peserta  didik  juga  menganalisis konsep  gaya  dan  merepresentasikan  secara  matematis  (NGSS,  2013).  Oleh  karena  itu, strategi  khusus  diperlukan  untuk  menjelaskan  konsep  gaya  gravitasi  melalui  konsep medan dan mencegah adanya miskonsepsi pada peserta didik.
Selain  gaya  gravitasi,  materi  hukum  Newton  gravitasi  juga  membahas  tentang medan  gravitasi  dan  hukum  Kepler.  Medan  gravitasi  merupakan  alasan  adanya  gaya gravitasi  yang  merupakan  gaya  tak  sentuh.  Interaksi  gaya  antar  benda  djelaskan  melalui medan.  Peserta  didik  mengetahui  medan  sebagai  suatu  daerah.  Padahal  medan  dalam materi hukum Newton gravitasi merupakan besaran yang penting untuk menjelaskan gaya (Haliday dan Resnick, 2010). Sedangkan hukum Kepler menjelaskan tentang gerak planet. Gerak  planet  terhadap  matahari  tidak  dapat  dilihat  secara  kasat  mata.  Kepler
menggunakan  data  astronomis  untuk  menjelaskan  model  gerak  planet  (Haliday  dan Resnick, 2010). Data astronomi tersebut dijelaskan melalui penggambaran khusus.
Pembelajaran  yang  berbasis  inkuiri  (praktik)  dan  sesuai  dengan  materi  hukum Newton  gravitasi  dibutuhkan  untuk  membimbing  peserta  didik  agar  aktif  dalam mengkonstruksi  konsep  selama  pembelajaran.  Pembelajaran  konstruktivisme  berbasis penyelidikan  (inkuiri).  Salah  satu  pembelajaran  yang  konstruktivisme  adalah modeling instruction (pembelajaran  dengan  pemodelan).  Pembelajaran  pemodelan  menekankan pada  penggunaan  model  untuk  menjelaskan  suatu  fenomena.  Pembelajaran  dengan pemodelan  ini  dapat  membantu  peserta  didik  dalam  memahami  konsep.  Pengetahuan peserta  didik  akan  berkembang  jika  disertai  model  bergambar  (Oliviera,  2012).  Model merupakan  cara  ilmuwan  dalam  membangun  pengetahuan.  Ilmuwan  juga  menggunakan model  untuk  menggambarkan  pemahamannya  terhadap  sistem  (atau  sebagian  dari sistem)  dalam  penyelidikan,  untuk  membantu  mengembangkan  pertanyaan  dan penjelasan  serta  mengkomunikasikan  ide  ke  orang  lain  (NRC,  2012).  Model  juga membantu  peserta  didik  berpikir  logis,  fleksibel,  dan  sistematis  dalam  memahami  fisika (Wells  et  al,  1995).  Pembelajaran  dengan  pemodelan  ini  tidak  hanya  membantu  peserta didik  dalam  memahami  suatu  fenomena,  namun  juga  membantu  peserta  didik  dalam berargumen  tentang  fenomena  tersebut.  Pembelajaran  dengan  pemodelan  juga diharapkan  dapat  memberikan  manfaat  untuk  mempermudah  memahami  konsep  bagi semua kelompok peserta didik.

## METODE
Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah mixed  methods jenis embedded experimental  design (Creswell,  2012).  Desain  eksperimen  yang  digunakan  adalah one group pretest-posttest .Penelitian dilaksanakan di  kelas X MIPA di salah satu SMA Negeri Kabupaten  Pasuruan.  Penelitian  dilaksanakan  pada  semester  genap  tahun  pelajaran 2016-2017.    Penelitian  dilakukan  tanggal  30  Januari  2017  hingga  28  Februari  2017. Jumlah  subjek  dalam  penelitian  ini  adalah  131  peserta  didik.  Penelitian  dilaksanakan dalam  empat  tahap.  Penelitian  diawali  dengan  pretest  dengan  menggunakan  11  soal pilihan  ganda.  Penelitian  dilanjutkan  dengan  pembelajaran  dengan  pemodelan. Selanjutnya  dilakukan  posttest  dengan  soal  yang  sama.  Namun,  dalam  posttest  peserta didik  menjawab  disertai  alasan.  Tahap  terakhir  adalah  analisis  dari  hasil  data  yang diperoleh.
Instrumen  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  tes,  lembar  pengamatan, dan  foto  dan  video.  Instrumen  lembar  pengamatan  merupakan  instrumen  yang  berisi checklist keterlaksanaan  pembelajaran  dan  catatan  lapangan  pengamat.  Foto  dan  video
merupakan  instrumen  penunjang  dalam  mendeskripsikan  pembelajaran.  Foto  dan  video juga merupakan bukti fisik keterlaksanaan pembelajaran.
Analisis dilakukan secara kualitatif dan kuantitatif. Kekuatan peningkatan dari skor pretest ke posttest dapat diukur dengan menggunakan d-effect size (Morgan, et al, 2004) dan  rata-rata  gain  ternormalisasi  (Hake,  1998 )  . Nilai d-effect  size dapat  dihitung menggunakan  persamaan
(Morgan,  et  al,  2004).  Rata-rata  gain ternormalisasi  juga  mendeskripsikan  seberapa kuat  peningkatan  skor pretest ke posttest . Nilai gain  score dapat  dihitung  dengan  persamaan
(Hake,
1999). Pemahaman konsep peserta didik juga dideskripsikan dari respon jawaban peserta didik pada masing-masing soal.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Deskripsi statistik  skor  dan  nilai N-gain peserta  didik  dapat  dilihat  dalam Tabel 1. Dari hasil perhitungan, nilai rata-rata posttest lebih tinggi dari pada pretest sehingga  terjadi  peningkatan  pemahaman  konsep  pada  pembelajaran  dengan pemodelan ini.
Tabel 1. Deskripsi Statistik Skor Pretest dan Posttest Statistik Pretest Posttest N-gain Mean 4,29 7,56 0,45 Nilai Minimum 1 3 -0,6 Nilai Maksimum 8 11 1,00 Standar Deviasi 1,47 1,6 0,31 Skewness -0,13 -0,21 -0,71 Std. Error of Skewness 0,21 0,21 0,21
Catatan : Skor tes dalam skala 1 hingga 11
Hasil dari perhitungan d-effect size menunjukkan nilai 2,12 yang termasuk dalam  kategori  “  jauh  lebih  besar  dari  rata-rata”  (Morgan  et  al,  2004).  Hasil  ini menunjukkan  bahwa  pembelajaran  pemodelan  efektif  dalam  meningkatakan pemahaman konsep peserta didik pada materi hukum Newton gravitasi dan hukum Kepler.  Besar  peningkatan nilai pretest dan posttest juga  dapat  dinyatakan  dalam nilai gain rata-rata ternormalisasi ( N-gain ). Besar perhitungan N-gain dari rata-rata kelas sebesar 0,49 yang tergolong “medium atas” (Sutopo dan Waldrip, 2014).
Pemahaman  konsep  peserta  didik  juga  dapat  diketahui  dari  respon jawaban  peserta  didik.  Frekuensi  jawaban  benar  peserta  didik  dapat  dilihat  pada Gambar  1.  Gambar  tersebut  juga  menunjukkan  gambaran  peningkatan  jawaban benar peserta didik.
Gambar 1. Frekuensi jawaban benar peserta didik
Gambar  1  menunjukkan  skor  yang  tinggi  pada  soal  nomor  9.  Soal  nomor  3 memiliki peningkatan yang rendah. Untuk mengetahui respon peserta didik pada soal-soal tersebut, maka dilakukan analisis kualitatif. Soal nomor 9 dimaksudkan untuk mengetahui pemahaman peserta didik dalam hukum I dan II Kepler. Peningkatan terjadi karena peserta didik  telah  mengetahui  pernyataan  secara  mendetail  pada  masing-masing  hukum. Pergeseran jawaban peserta didik dapat dilihat pada crosstabulation Tabel 2 berikut.
T abel 2. Crosstabulation Jawaban Peserta didik pada Soal No. 9
Post Test Total A B* C D E PRETEST A 2 41 5 2 0 50 B* 0 18 3 1 0 22 C 0 30 4 1 1 36 D 0 9 1 0 0 10 E 0 11 2 0 0 13 Total 2 109 15 4 1 131
* Jawaban yang benar
Tabel  2  menunjukkan  terdapat  22  peserta  didik  yang  menjawab  benar  pada pretest .  Jumlah  tersebut  meningkat  pada posttest menjadi  109  peserta  didik.  Selain  itu, terdapat  18  peserta  didik  yang  konsisten  menjawab  benar  pada  pretest  dan  posttest. Pemahaman peserta didik dipertegas pada alasan jawaban  yang dituliskan  peserta didik. Pada  alasan  jawaban  peserta  didik,  sebagian  besar  peserta  didik  memberikan  alasan dengan menuliskan pernyataan hukum I, II, dan III Kepler. Sebagian peserta didik lainnya menuliskan  kesesuaian  hukum  I,  II,  dan  III    pada  maisng-masing  pernyataan.  Sebagai contoh  pada  pernyataan  5,  peserta  didik  menuliskan  bahwa  pernyataan  tersebut  sesuai dengan  hukum  I  Kepler  yang  menyatakan  bahwa  planet  mengelilingi  Matahari  dengan lintasan elips dengan Matahari pada salah satu fokus elips.
Soal  nomor  3  bertujuan  untuk  mengetahui  pemahaman  peserta  didik  terhadap konsep  gaya  gravitasi.    Soal  ini  mengukur  pemahaman  konsep  peserta  didik  tentang
rumusan  gaya  gravitasi  dan  gaya  gravitasi  pada  masing-masing  benda.  Rumusan  gaya gravitasi menunjukkan bahwa nilai gaya antara kedua benda adalah sama. Dan dari  gambar  telah  diketahui  bahwa  gaya  antara  dua  benda  tersebut  saling  berlawanan arah  ( .  Pergeseran  jawaban  peserta  didik  dapat  dilihat  dari crosstabulation pada Tabel 3.
Tabel 3. Crosstabulation Jawaban Peserta didik pada Soal No. 3 Post Test Total A* B C D PRETEST A* 0 6 4 1 11 B 7 11 11 1 30 C 8 20 34 2 64 D 5 6 6 4 21 E 0 2 1 2 5 Total 20 45 56 10 131
* Jawaban yang benar
Peserta  didik  menjawab  benar  pada pretest sebanyak  11  peserta  didik, sedangkan  saat posttest terdapat  20  peserta  didik  yang  menjawab  benar.  Peserta  didik yang menjawab benar telah memahami aksi-reaksi pada gaya gravitasi antar  dua benda. Namun,  sebagian  benar  peserta  didik  terkecoh  pada  perbedaan  massa  pada  kedua benda.  Sebagain besar peserta didik menjawab bahwa benda 2 yang mempunyai massa yang  lebih  besar  akan  menghasilkan  gaya  gravitasi  yang  lebih  besar  pula.  Namun, jawaban tersebut adalah salah jika berhubungan dengan gaya interaksi antar dua benda. Dalam  hal  ini  peserta  didik  mengalami naïve  conceptions .  Pada  awal  pembelajaran, peserta didik menganalisis besaran yang mempengaruhi gaya gravitasi. Dari pembelajaran awal  tersebut,  peserta  didik  mengetahui  bahwa  gaya  dan  massa  sebanding  sehingga pemikiran  tersebut  juga  digunakan  pada  gaya  gravitasi  pada  dua  benda. Naïve conceptions terjadi  karena  peserta  didik  berpatokan  pada  pengetahuan  awal  tanpa memikirkan  konten  yang  dibahas  (Reiner,  2000).  Hal  ini  pun  memunculkan  miskonsepsi pada gaya gravitasi dua benda.

## SIMPULAN
Kesimpulan dari penelitian ini adalah peningkatan pemahaman konsep  tergolong rendah  ( d-effect  size sebesar  2.12)  dan  tergolong  medium  ( N-gain sebesar  0.49).
Pembelajaran  pemodelan  memerlukan  waktu  untuk  mebantu  peserta  didik  dalam memahami konsep. Guru sebaiknya lebih sering dalam berkomunikasi secara tanya jawab maupun  diskusi  kecil.  Guru  lebih  menambah  pertanyaan  konsep  untuk  menguatkan peserta didik dalam membangun konsep melalui pemodelan. Penelitian selanjutnya dapat dilkukan dengan menganalisis lebih mendalam pada miskonsepsi hukum Newton gravitasi dan hukum Kepler.

## DAFTAR PUSTAKA
Brookes,  D.  T.,  &  Etkina,  E.  2009. “ Force,”  Ontology,  and  Language .  Physical  Review Special Topics-Physics Education Research, 5(1), 010110.
Docktor,  J.L.  &  Mestre,  J.P.  2014.  Synthesis  Of  Discipline-Based  Education  Research  in Physics .  Physical  Review  Special  Topics  -  Physics  Education  Research ,  10  (2): 020119.
Halliday ,  D.,  Walker,  J.,  &  Resnick,  R.  (2013). Fundamentals  of  physics .  John  Wiley  & Sons.
Hake,  R.  R.  1998.  Interactive-engagement  versus  traditional  methods:  A  sixthousand- student survey of mechanics test data for introductory physics courses. American journal of Physics , 66(1), 64-74.
Hestenes, D. 1987. Toward a Modeling Theory of Physics Instruction. American Journal of Physics. 5 (5), 440-454.
Hestenes,  D.  1997.  Modeling  methodology  for  physics  teachers . In  AIP  Conference Proceedings (pp. 935-958). IOP Instiutute of Physics Publishing LTD.
Kemendikbud.  2014. Peraturan  menteri  pendidikan  dan  kebudayaan  republik  indonesia nomor 59 tahun 2014 tentang kurikulum 2013 sekolah menengah atas/madrasah aliyah. Jakarta.
Morgan, A. G., Leech, L. N., Gloeckner, W. G. & Barret, C. K. 2004. SPSS for Introductory Statistic  Use  and  Interpretation  (Second  edition) .  London: Lawrence  Erlbaum Associates Inc.
NGSS  Lead  States.  2013. Next  generation  science  standards:  For  states,  by  states . National Academies Press.
NRC. 2012. A Framework for K-12 Science Education . United States of America: National Academy Press.
Reiner,  M.,  Slotta,  J.  D.,  Chi,  M.  T.,  &  Resnick,  L.  B.  2000.  Naive  physics  reasoning:  A commitment to substance-based conceptions. Cognition and instruction, 18(1), 1- 34.
Serway ,  R.  A.,  &  Jewett,  J.  W.  (2018). Physics  for  scientists  and  engineers  with  modern physics . Cengage learning.
Sutopo  &  Waldrip,  B.  2014.  Impact  of  A  Representational  Approach  on  Students’ Reasoning  and  Conceptual  Understanding  in  Learning  Mechanics . International Journal  of  Science  and  Mathematic  Education, 12:  741-765,  (Online),  diakses pada 25 November 2016.
Wells,  M.,  Hestenes,  D.  &  Swackhamer,  G.  1995.  A  Modeling  Method  For  High  School Physics Instruction . American Journal of Physics . 606-619.