Pemahaman Mahasiswa Tentang Efek Fotolistrik

## Siswoyo
Program Studi Pendidikan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Jakarta, Jakarta 13220
E-mail: siswoyo@unj.ac.id

## Abstract
This  study  describes  the  student's  understanding  of  the  photoelectric  effect  theoretically  and empirically  by  using  PhET  Interactive  Simulation.  Survey  techniques  was  conduct  to  obtain data  on  students'  understanding  of    the  photoelectric  effect  on  students  of    Department  of Physics, State UNJ class of 2012. Data were taken while students were following the lecture for  30  minutes,  the  number  of  respondents  were  75  students.  Research  instrument  consist  of several questions related to the understanding of the photoelectric effect, such as, the definition of  the  photoelectric  effect,  the  use  of  PhET  Integrative  Simulation  on  the  topic  of  the photoelectric effect, the relationship between light intensity, frequency or wavelength, and the potential  difference,  analyzing,  reading  and  drawing  graphs  relationship  between  the  light intensity,  frequency  or  wavelength  and  the  potential  difference.  Data  were  analyzed qualitatively  and  quantitatively.  The  results  showed  that  the  students'  understanding  of  the photoelectric  effect  is  still  low,  especially  when  associated  with  the  use  of  interactive simulations PhET.
Keywords : Comprehension, Photoelectric Effect, PhET Interactive Simulation

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendeskripsi  pemahaman  mahasiswa  tentang  efek  fotolistrik dan  mengkajinya  secara  teoritis  maupun  empiris  dengan  menggunakan  PhET  Interactive Simulation.  Untuk  memperoleh  data  tentang  pemahaman  mahasiswa  tentang  efek  fotolistrik digunakan  teknik  survey  pada  mahasiswa  Jurusan  Fisika  FMIPA  UNJ  angkatan  2012.  Data diambil pada saat  mahasiswa  masing-masing angkatan sedang  mengikuti perkuliahan dengan menggunakan  waktu  30  menit,  dengan  jumlah  responden  sebanyak  75  mahasiswa.  Intrumen penelitian  berisi  pertanyaan-pertanyaan  yang  terkait  dengan  pemahaman  tentang  efek fotolistrik, antara lain definisi efek fotolistrik, penggunaan Simulasi Interatif PhET pada topik efek  fotolistrik,  hubungan  antara  intensitas  cahaya,  frekuensi  atau  panjang  gelombang,  dan beda  potensial,  menganalisis,  membaca  dan  menggambar  grafik  hubungan  antara  intensitas cahaya, frekuensi atau panjang gelombang dan beda potensial. Data dianalisis secara kualitatif dan  kuantitatif  sederhana.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  pemahaman  mahasiswa tentang  efek  fotolistrik  masih  rendah,  terutama  bila  dikaitkan  dengan  penggunaan  simulasi interaktif PhET.
Kata-kata kunci : Pemahaman, Efek Fotolistrik, PhET Interactive Simulation

## PENDAHULUAN
Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk mengeksplorasi dan mempelajari pemahaman siswa maupun mahasiswa tentang konsep-konsep fisika dengan tujuan yang berbeda-beda pula. Chion dan Anderson  (2009)  mempelajari  pemahaman  siswa  berdasarkan  model  mental  dan  analisis  proses
Naskah diterbitkan: 30 Juni 2015 DOI: doi.org/10.21009/1.01111
ontologi  tentang  konduksi  panas.  Johnson  dan  Hafele  (2010)  mengeksplorasi  pemahaman  siswa tentang atom dan radiasi dengan menggunakan simulasi. Foong, Wong dan Chee (2009)  melakukan kajian  secara  sistematik  tentang  pemahaman  siswa  tentang  efek  fotolistrik  untuk  mengembangkan pemahaman yang lebih mendalam tentang topik tersebut. Menurut mereka efek fotolistrik memegang peranan  penting  untuk  membangun  pemahaman  tentang  model  foton  untuk  cahaya.  Klassen  (2011) mencoba untuk memperbaiki literatur dan buku-buku teks tentang efek fotolistrik yang menurutnya masih memiliki kekurangan dan kesalahan dalam penyajian tentang fungsi kerja dan konsep tentang foton.
Disamping  penelitian  terhadap  mahasiswa,  beberapa  penelitian  juga  mengkaji  pemahaman mahasiswa  calon  guru  tentang  efek  fotolistrik.  Yildiz  (2011)  melakukan  eksperimen  pembelajaran tentang  efek  fotolistrik  pada  matakuliah  pengantar  Fisika  Modern.  Baily  dan  Finkelstein  (2008) menemukan  bukti  bahwa  setelah  mempelajari  fisika  modern,  mahasiswa  akan  tetap  memiliki pemahaman  tentang  pentingnya  fisika  kuantum  dalam  mempelajari  konsep-konsep  fisika  yang  lain. Koponen  dan  Heikkinen  (2005)  menyatakan  bahwa  mengajarkan  fisika  kuantum  merupakan pekerjaan  sulit.  Banyak  siswa  mereka  yang  mengalami  kesulitan  belajar  fisika  kuantum,  untuk  itu para  guru  berupaya  untuk  mengembangkan  pem-belajaran  yang  dapat  membantu  siswanya  agar memiliki  pemahaman  yang  lebih  baik  tentang  hakekat  kuantum  dan  konsep  foton.  De  Leone  dan Oberem  (2003)  mengungkapkan  kesulihan  mahasiswa  dalam  mempelajari  efek  fotolistrik  dan hubungannya dengan model foton cahaya.
Laboratorium  memainkan  peran  yang  penting  dalam  belajar  fisika    untuk  mengembangkan konsep,  prinsip  hukum-hukum  yang  mendasari  dan  teori  tersebut.  Laboratorium  fisika  tradisional memiliki  beberapa  keterbatasan  dan  masalah  dalam  mengembangkan  konsep-konsep.  Untuk  itu diperlukan  pula  laboratorium  virtual.  Bajpai  (2013)  melakukan  penelitian  untuk  mengetahui efektivitas laboratorium virtual untuk mengembangkan konsep-konsep fisika. Temuan penelitian ini menunjukkan  bahwa  siswa  yang  belajar  konsep  efek  fotolistrik  melalui  laboratorium  virtual  dalam cara  yang  lebih  baik  dibandingkan  dengan  laboratorium  nyata.  Penelitian  ini  juga  menyarankan penggunaan  laboratorium  virtual  dalam  mengajar  fisika,  terutama  untuk  pengajaran  konsep.  Salah satu  upaya  untuk  mengembangkan  pemahaman  tentang  efek  fotolistrik  ada  dengan  menggunakan PhET Interactive Simulation yang dikembangkan oleh University of Colorado (Katherine Perkins, E. M.,  Podolefsky,  N.,  Lancaster,  K.,  &  Denison.,  C.  2010).  Dengan  menggunakan  simulasi  interaktif PhET, gejala efek fotolistrik dapat divisualisasikan dengan jelas.
Istilah  pemahaman  ( understanding )  menurut  Taksonomo  Bloom  yang  direvisi  oleh  Krathwohl (2002)  didefiniskan  sebagai  kemampuan  kognitif  untuk  menentukan  arti  pesan  pembelajaran  baik secara  lisan,  tulisan  maupun  grafik.  Pemahaman  meliputi  kemampuan  meng-interpretasikan, memberi  contoh,  mengelompokkan,  meringkas,  meng=  inferensikan,  membandingkan,  dan menjelaskan.
Berdasarkan  definisi  Bloom  yang  telah  direvisi  tersebut,  maka  disusunkan  serangkaian pertanyaan-pertanyaan untuk mengetahui pemahaman mahasiswa tentag efek fotolistrik.

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini merupakan penelitian deskripstif dengan menggunakan teknik survey (Gall, M. D., Gall, J. P. & Borg, Q.R. 2007).  yang dilakukan terhadap mahasiswa program studi pendidikan fisika FMIPA  UNJ  angkatan  2012.  Data  diambil  pada  saat  mahasiswa  masing-masing  angkatan  sedang mengikuti perkuliahan dengan menggunakan waktu 30 menit, dengan jumlah responden sebanyak 75 mahasiswa.  Intrumen  penelitian  berisi  pertanyaan-pertanyaan  yang  terkait  dengan  pemahaman tentang efek fotolistrik, antara lain definisi efek fotolistrik, penggunaan Simulasi Interatif PhET pada topik  efek  fotolistrik,  hubungan  antara  intensitas  cahaya,  frekuensi  atau  panjang  gelombang,  dan beda  potensial,  menganalisis,  membaca  dan  menggambar  grafik  hubungan  antara  intensitas  cahaya, frekuensi atau panjang gelombang dan beda potensial. Data dianalisis secara kualitatif dan kuantitatif sederhana.
GAMBAR 1 . Tampilan PhET Efekfoto listrik.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian  menganalisis  10  pertanyaan,  dan  pembahasan  tentang  penelitian  ini  dijelaskan berdasarkan  pertanyaan-pertanyaan  penelitian.  Perhatikan  hasil  simulasi  PhET  Efek  Fotolistik dibawah ini, dan jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut:
a. Pertanyaan 1
Apakah anda mengenal PhET tentang Efek Fotolistrik? Kapan anda mengenal PhET tentang Efek Fotolistrik?
Berdasarkan  hasil  survey  ternyata  semua  mahasiswa  menyatakan  bahwa  mereka  mengetahui PhET  tentag  Efek  Fotolistrik  sejak  kuliah.  Hal  menunjukkan  bahwa  selama  di  SMA  mereka  tidak mengenal  pembelajaran  efek  fotolistrik  dengan  menggunakan PhET  Interactive  Simulation .  Namun demikian  bukan  berarti  bahwa  selama  kuliah  mahasiswa  sudah  terbiasa  menggunakan  simulasi interaktif  PhET  dalam  mempelajari  konsep-konsep  fisika  terutama  efek  fotolistrik.  PhEt  mulai dikembangkan sejak tahun 2002 hingga sekarang hampir 13 tahun.
b. Pertanyaan 2 Apa yag dimaksud dengan Efek Fotolistrik? Meskipun  mereka  telah  mempelajari  efek  fotolistrik  mulai  di  SMA  sampai  di  perguruan  tinggi, namun  masih  banyak  sekali  mahasiswa  yang  gagal  mendefiniskan  efek  fotolitrik  dengan  benar. Hanya  23%  dari  responden  yang  mendefinisikan  dengan  benar  sedangkan  sebanyak  57  %  salah dalam mendefinisikan efek fotolistrik, dan 20% sisanya tidak mampu mendefinisikan (tidak memberi jawaban).  Secara  umum  mereka  yang  benar  mendefiniskan  efekfotolistrik  sebagai  perisitiwa terlepasnya  elektron  dari  logam/materi  akibat  sinar  yang  mengenai  permukaaan  logam  tersebut. Sedang  yang  salah  dalam  mendefinisikan  efekfotolistrik  mengemukakan  berbagai  definisi  yang cukup  menarik  untuk  dipelajari.  Definisi-definisi  tersebut  antara  lain  :menyatakan  bahwa  efek fotolistrik adalah:
1. Peristiwa cahaya dalam rangkaian listrik.
2. Peristiwa pengaruh cahaya terhadap intensitas.
3. Suatu efek terlepasnya foton karena intensitas dan pengeruhnya terhadap energi.
4. Suatu fenomena yang terjadi saat sebuah cahaya dihamburkan dan akan mempengaruhi tinggi rendah potensil listrik, dipengaruhi juga oleh intensitas listrik.
5. Peristiwa  lepasnya  elektron  pada  suatu  logam  yang  dialiri  sitrik  apabila  dikenai  cahaya dengan besar yang sama atau melebihi energi ambang.
6. Suatu  partikel  yang  disinari  cahaya  dan  partikel  tersebut  terhambur,  saat  tegangan  tertentu yang menyebabkan elektron yang lain keluar.
7. Peristiwa pemindahan foton.
8. Sumber cahaya/sinar dalam rangkaian listrik
9. Penghamburan  cahaya  yang  membawa  elektron  dengan  beda  potensial  dan  frekuensi  dalam sebuah plat.
10. Pengaruh cahaya pada listrik terhadap intensitas dan frekuensi.
Berdasarkan  definisi-definisi  yang  dikemukakan  oleh  mahasiswa  tersebut,  dapat  dinyatakan bahwa:
1. Mahasiswa beranggapan bahwa dalam peristiwa efek fotolistrik berlaku hubungan V=I.R.
2. Mahasiswa tidak memahami hubungan antara intensitas, frekuensi dan energi kinetik elektron.
3. Mahasiswa tidak memahami peran dan fungsi beda potensial dari percobaan efek fotolistrik.
4. Mahasiswa tidak memahami interakasi antara gelombang dan materi.
c. Pertanyaan 3
Bila intensitas sumber cahaya, frekuensi atau panjang gelombang dan beda potensional semuanya sama dengan nol. Jelaskan apa yang akan terjadi?
Menjawab  pertanyaan  ini  sebanyak  76%  responden  menjawab  benar  yaitu  terjadi  apa-apa,  tidak tampak  elektron  yang  keluar  dari  logam  emiter.  Sedangkan  siswa  sebanyak  24%  menjawab  salah atau  tidak  menjawab  kurang  tepat.  Fakta  ini  masih  lebih  baik  jika  dibanding  dengan  kemampuan mendefinisikan efek fotolistrik.
d. Pertanyaan 4
Bila  Intensitas  sumber  cahaya  100  %  (maksimum),  beda  potensial  sama  dengan  nol,  apa  yang akan terjadi bila frekuensi sinar datang diperbesar dari nol sampai frekuensi maksimum?
Kondisi seperti ini dapat digambarkan dengan PhET sebagai berikut:
GAMBAR 2 . Tampilan PhET bila frekuensi sinar diperbesar, elektron yang keluar semaikin banyak.
Berdasarkan  gambar  tersebut  dapat  diidentifikasi  bahwa  bila  frekuensinya  nya  diperbesar  dari kecil  hingga  besar  maka  mulai  frekuensi  tertentu  elektron  yang  keluar  dari  logam  semakin  banyak dan ini berarti jumlah energi kinetik elektron juga bertambah berbanding lurus dengan frekuensi sinar datang.  Dalam  peristiwa  ini  berlaku 0 maks EK W hf   . Berdasarkan  hasil  penelitian  hanya  53% responden  yang  menjawab  benar  tetapi  sebagian  besar  hanya  menyatakan  bahwa  elektron  yang keluar bertambah banyak dan sebanyak 47% responden menjawab salah.
e. Pertanyaan 5
Bila  intensitas  sumber  cahaya  100%  (maksimum),  beda  potensial  sama  dengan  nol,    frekuensi sinar  datang  diperbesar  dari  nol  sampai  frekuensi  maksimum.  Gambarkan  grafik  hubungan  antara Energi elektron terhadap frekuensi sinar datang. Kondisi seperti ini dapat digambarkan grafik dengan PhET, maka hasilnya seperti GAMBAR 3.
GAMBAR 3 . Grafik hubungan antara frekuensi sinar datang dengan energi kinetik elektron.
GAMBAR 4 . Kesalahan jenis I,  grafik hubungan frekuensi sinar da t ang dengan energi kinetik elektron.
Berdasarkan hasil survey hanya 8% responden yang menjawab benar, sedangkan 92% menjawab salah. Kesalahan pertama, sebanyak 51% responden menjawab salah seperti pada GAMBAR 4.
Berdasarkan  GAMBAR  4,  dapat  diduga  mahasiswa  mengetahui  bahwa  frekuensi  berbanding luruh  dengan  energi  kinetik  elektron,  tetapi  mereka  kurang  teliti  bahwa  hal  tersebut  dapat  terjadi setelah frekuensi sinar datang lebih besar dari frekuensi ambang dari logam yang disinari.
Kesalahan  kedua,  sebanyak  20%  responden  berpikir  bahwa  kejadian  tersebut  sama  seperti distribusi Planck.
Kesalahan  ketiga,  mahasiswa  beranggapan  bahwa  besar  energi  kinetik  selalu  tetap,  tidak tergantung pada frekuensi sinar yang mengenai logam.
GAMBAR 5 . Kesalahan jenis II,  grafik hubungan frekuensi sinar datang dengan energi kinetik elektron.
GAMBAR 6 . Kesalahan jenis III,  grafik hubungan frekuensi sinar datang dengan energi kinetik elektron.
Kesalahan  keempat,  mahasiswa  berpikir  bahwa  besar  energi  kinetik  berbanding  terbaik  dengan frekuensi sinar yang mengenai logam.
GAMBAR 7 . Kesalahan jenis IV,  grafik hubungan frekuensi sinar datang dengan energi kinetik elektron.
f. Pertanyaan 6
Bila  Intensitas  sumber  cahaya  100  %  (maksimum),  beda  potensial  sama  dengan  nol,    frekuensi sinar  datang  diperbesar  dari  nol  sampai  frekuensi  maksimum.  Gambarkan  grafik  hubungan  antara arus  terhadap beda potensial. Grafik yang dihasilkan adalah seperti tampak pada GAMBAR 8.
GAMBAR 8 . Grafik hubungan antara arus dengan beda potensial.
Berdasarkan hasil survey hanya 5% responden yang menjawab benar.
g. Pertanyaan 7
Bila  frekuensi  sinar  datang  tetap  pada  posisi  dimana  elektron  dapat  keluar  dari  plat  logam  dan beda  postensial  sama  dengan  nol,  tetapi  intensitasnya  diubah-ubah  dari  minimum  ke  maksimum. Gambarkan  grafik  hubungan  antara  arus  dengan  intensitas  cahaya.  Grafik  yang  dihasilkan  adalah seperti tampak pada GAMBAR 9.
GAMBAR 9 . Grafik hubungan antara arus dan intensitas cahaya.
Berdasarkan hasil survey hanya 5% responden yang menjawab benar.
h. Pertanyaan 8
Bila  frekuensi  sinar  datang  tetap  pada  posisi  dimana  elektron  dapat  keluar  dari  plat  logam  dan intensitas  dibuat  tetap  (maksimum).  Tetapi  beda  potensialnya  diubah-ubah  dari  -8  Volt  menjadi  +8 Volt.  Grafik  hubungan  antara  arus  dengan  beda  potensial  digambarkan  sebagai  berikut.  Jelaskan mengapa demikian.
GAMBAR 10 . Grafik hubungan antara arus dengan beda potensial (stopping potential dengan pendekatan simulasi PhET).
Berdasarkan hasil survey hanya 3 % rensponden yang menjawab benar.
i. Pertanyaan 9
Perhatikan tiga grafik  berikut.  Berdasarkan  grafik-grafik tersebut Jelaskan peristiwa yang terjadi terkait dengan variabel-variabelnya.
GAMBAR 11 . Grafik hubungan antara arus, frekuensi dan beda potensial
Grafik pada GAMBAR 11, ini menggambarkan: (1) hubungan antara arus dan beda tegangan, (2) hubungan  antara  arus  dengan  instensitas,  dan  (3)  hubungan  antara  energi  kinetik  elektron  dengan
frekuensi.  Dalam  kejadian  tersebut  intensitas  tetap,  beda  potensial  sama  dengan  nol  dan  frekuensi sinar  datang  berubah  dari  nol  sampai  maksimum.  Berdasarkan  hasil  survey  hanya  2%  responden yang dapat menjawab dengan benar.
j. Pertanyaan 10 Jelaskan arti grafik berikut ini.
GAMBAR 12 . Grafik Stopping Potential (dengan pendekatan simulasi PhET).
Grafik pada GAMBAR 12  ini menggambarkan stopping potential yang dibuat tidak secara tepat sesuai  teori,  namun  hanya  menggunakan  pendekatan  simulasi.  Grafik  yang  tepat  tentang  stopping potensial digambarkan sebagai berikut.
GAMBAR 13 . Grafik Stopping Potential berdasarkan teori dan ekperimen sesungguhnya.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  dapat  disimpulkan  bahwa  pemahaman  mahasiswa  tentang  efek fotolistrik  masih  rendah.  Hal  ini  terlihat  dari  kemampuan  mendefinisikan  efek  fotolistrik  dan memahami hubungan antara intensitas, frekuensi sinar datang dan beda potensial baik secara konsep maupun grafik.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Terima  kasih  kepada  Ketua  Jurusan,  Dosen  dan  Mahasiswa  Program  Studi  Pendidikan  Fisika Universitas Negeri Jakarta yang telah membantu terlaksanakan penelitian ini.

## REFERENSI
Chiou, G. L., & Anderson, O. R., 2009,  ‘A study of undergraduate physics students’ understanding of  heat  conduction  based  on  mental  model  theory  and  an  ontology–process  analysis’. Science Education , pp. 825-854.
Bajpai, M., 2013, ‘Developing concepts in physics through virtual lab experiment: an effectiveness study’. Techno Learn International Journal of Educational Technology , vol.3 no. 1, pp. 43-50.
Klassen,  S.,  2011,  ‘The  photoelectric  effect:  reconstructing  the  story  for  the  physics  classroom’,
Science & Education, pp.719–731.
Koponen,  I.  T.,  &  Heikkinen,  M.  H.,  2005,  ‘Understanding  the  photon  concept  and  the  quantum nature of light: a case study of learning during an instructional unit designed for student teachers’, Journal of Baltic Science Education , vol.2, no. 8, pp. 46-53.
Krathwohl, D. R., 2002,  ‘A revision of bloom's taxonomy: an overview’, Theory Into Practice , vol. 41, no. 4, pp. 212-218.
Wieman, C. E., Adams, W. K., & Perkins, K. K., 2008,  ‘PhET: simulations that enhance learning’, Scienc e, vol. 322 no. 31.
Gall, M. D., Gall, J. P. & Borg, Q.R., 2007,  “ Educational Research” . Boston: Pearson
Gronlund,  N.  E.,  &  Linn,  R.  L,  1990,  “ Measurement  and  Evaluation  in  Teaching”, New  York:
McMillan Company
Johnson, A., & Hafele, A., 2010, ‘Exploring student understanding of atoms and radiation with the atom builder simulator’, Physics Education Research Conference , pp.177 – 180
Baily, C., & Finkelstein, N. D., 2008, ‘Student perspectives in quantum physic’, Physics Education Research Conference , pp. 67-70.
Foong,  S.  K.,  Lee,  P.,  Wong,  D.,  &  Chee,  Y.  P.,  2009,    ‘On  the  conceptual  understanding  of  the photoelectric  effect’, International Conference on Physics  Education, pp. 114 – 117
Katherine  Perkins,  E.  M.,  Podolefsky,  N.,  Lancaster,  K.,  &  Denison.,  C.,2010,  ‘Towards  research- based  strategies for using PhET  simulations  in middle school physical science  classes’, Physics Education Research Conference , 295 - 298.
De  Leone,  C.  J.,  &  Oberem,  G.  E.,  2003,  ‘Toward  understanding  student  conceptions  of  the photoelectric effect’, Physics Education Research Conference , pp. 85-88..
Lin, S.-Y., Maries, A., & Singh, C., 2010,  ‘Student difficulties in translating between mathematical and graphical representations in introductory physics’, Physics Education Research Conference , pp.250-253.
Yildiz,  A.,  2011,    ‘The  level  of  understanding  of  the  photoelectric  phenomenon  in  prospective teachers and the effects of "writing with learning" on their success rates’, Educational Sciences: Theory & Practice vol. 1, no.4, pp. 2268-2274.