## Pengembangan Alat Pengukur Energi Mekanik Pada Pokok Bahasan Usaha Dan Energi Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno Untuk Meningkatkan Aspek Psikomotorik Siswa
Yuli Saputri 1), Yusro Al Hakim 2), Siska Desy Fatmaryanti 3)
1,2,3 Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Muhammadiyah Purworejo
Jl. K. H. ahmad Dahlan No. 3 Purworejo
email: saputriyuli021@gmil.com 1 ), hakim_2014@mail.ugm.ac.id 2 ), sd_fatmaryanti@yahoo.com 3 ).
Intisari – Telah  dilakukan  penelitian  pengembangan  guna  menghasilkan  suatu  produk  alat  pengukur  energi mekanik,  mengetahui  kelayakan  alat,  mengetahui  respon  siswa,  dan  mengetahui  peningkatan  kemampuan psikomotorik siswa. Subyek penelitian ini adalah kelas X MIA 2 MAN purworejo dengan jumlah siswa 30 orang. Metode  yang  digunakan  adalah  pengembangan  dengan  model  ADDIE  (Analysis,  Design,  Development, Implementation, Evaluation).  Validasi produk meliputi (1) validasi ahli media, (2) validasi ahli materi. Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah observasi, wawancara, angket dan penugasan.  Berdasarkan uji alat yang dilakukan dihasilkan nilai energi mekanik pada jarak 0,53 meter sebesar (0,5304±0,0006) joule, pada jarak 0,66  meter  sebesar  (0,4238±0,0001)  joule,  dan  pada  jarak  0,72  meter  sebesar  (0,4365±0,0007)  joule    dengan tingkat kesalahan pada sensor jarak sebesar 0,051% dan pada sensor waktu 0,0,681%. Hal ni menunjukkan nilai keakuratan dan presisi  yang baik. Kemudian  diperoleh rerata skor dari ahli media sebesar 3,1 dan ahli materi sebesar  82,5%  dengan  kategori  “baik”  sehingga  alat  ini  layak  digunakan  dalam  pembelajaran.  Rerata keterlaksanaan  pembelajaran  dari  tiga  orang  observer  sebesar  3,46  dengan  kategori  “  baik”,  respon  siswa terhadap  produk  yang  dikembangkan  mendapat  skor  rata-rata  3,36  dengan  kategori  “baik”,  dan  peningatan kemampuan  psikomotorik  siswa  pada  aspek  imitas  sebesar  12%,  aspek  manipulasi  sebesar  6%,  aspek  presisi sebesar  6%  dan  aspek  artikulasi  sebesar  8  %.  Dengan  demikian  alat  pengukur  energi  mekanik  berbasis mikrokontroler  arduino  uno  layak  digunakan  sebagai  media  pembelajaran  di  sekolah  dan  mampu  meningkatkan aspek psikomotorik siswa.
Kata Kunci: Alat Peraga, Arduino Uno, Usaha dan Energi, Aspek Psikomotorik

## I. PENDAHULUAN
Pembelajaran merupakan proses hubungan beberapa komponen yaitu siswa, guru, dan bahan ajar yang berlangsung dalam suatu lingkungan pembelajaran[1].Dalam  kegiatan  pembelajaran  tidak hanya dituntut dalam ranah kognitif tetapi juga dalam ranah psikomotorik. Kemampuan psikomotorik dapat diukur dengan melakukan kegiatan yang bersifat fisik seperti  praktikum[2].  Untuk  lebih  memudahkan dalam  kegiatan  praktikum  maka  dibutuhkan  media pembelajaran  berupa  alat  peraga.  Alat  peraga  adalah alat  yang  dapat  dipertunjukkan  dalam  kegiatan belajar  mengajar  dan  berfungsi  sebagai  pembantu untuk  memperjelas  konsep  atau  pengertian  contoh benda[3].  Dalam  dunia  pendidikan  atau  kegiatan belajar mengajar terutama yang berhubungan dengan gejala-gejala  alam  (fisika)  sangat  memerlukan  yang namanya alat peraga.
Berdasarkan  observasi  di  kelas  dan  wawancara guru  fisika  di  MAN  Purworejo,  masih  terdapat kekurangan  pada  alat  peraga  untuk  praktikum  usaha dan  energi.  Selain  itu,  kemampuan  psikomotorik yang dimiliki oleh siswa masih tergolong rendah. Hal ini  dikarenakan  waktu  yang  dimiliki  oleh  guru terbatas  sehingga  kegiatan  praktikum  fisika  di  MAN Purworejo jarang dilaksanakan.
Salah  satu  cara  yang  dapat  dilakukan  untuk mengatasi masalah di atas yaitu dengan mengembangkan alat praktikum yang dapat meminimalkan waktu dan meningkatkan kemampuan aspek  psikomotorik  siswa.  Oleh  karena  itu  peneliti tertarik  melakukan  penelitian  pengembangan  alat pengukur  energi  mekanik  berbasis  mikrokontroler arduino uno untuk meningkatkan aspek psikomotorik siswa.

## II. LANDASAN TEORI
A. Pembelajaran Fisika
Hakekat  fisika  adalah  sama  dengan hakekat  sains,  hakekat  sains  diantaranya adalah fisika sebagai kumpulan ilmu pengetahuan  ( a  body  of  knowledge), fisika sebagai  cara  penyelidikan  ( a  way  of investigating) ,  dan  fisika  sebagai  cara berpikir ( a way of thinking) [4][5] .

## B. Usaha dan energi
Usaha  merupakan  hasil  kali  antara komponen  gaya  searah  perpindahan  gaya dengan perpindahannya[6].
 cos s F W   (1)
dengan, W = usaha (joule)
F  = gaya (N) s =  jarak tempuh (m)
 = sudut antara gaya F 
dengan s
Energi merupakan kemampuan untuk melakukan usaha. Energi potensial merupakan besaran skalar.
h g m Ep  (2) dengan, Ep = energi potensial gravitasi (joule) g = percepatan gravitasi
bumi m = massa benda (kg) h = ketinggian benda dari acuan (m)
Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda yang sedang bergerak.Besarnya energi kinetik  benda  ketika  bergerak  dengan kelajuan ( v ) dapat dihitung dengan
persamaan berikut[6]. (3) dengan, = energi kinetik benda
(joule) m = massa benda (kg)
v = kecepatan benda (
Energi mekanik adalah jumlah dari energi potensial  dan  energi  kinetik  yang  dimiliki benda.Energi mekanik dapat dihitung dengan
persamaan berikut[6] (4) (5) C. Mikrokontroler Arduino Uno Mikrokontroler  adalah  sebuah  sistem komputer fungsional dalam sebuah chip.Arduino  uno  adalah  sebuah  board mikrokontroler  yang  memiliki  14  pin input/output  yang  mana  6  pin  dapat digunakan  sebagai  output  PWM,  6  analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack  power,  kepala  ICSP,  dan  tombol  reset [7-14].  Dalam  merancang  alat  pengukur energi  mekanik  berbasis  mikrokontroler arduino uno diperlukan sensor-sensor diantaranya.
1. Sensor Ultrasonik Adalah  sensor  yang  digunakan  untuk mendeteksi  objek  dengan  cara  mengukur jarak objek.[15]
2. Photodioda
Photodioda didefinisikan sebagai suatu
jenis  dioda  yang  resistansinya  akan berubah-ubah apabila terkena sinar cahaya
yang dikirim oleh transmitter “LED”.(Datasheet) 3. Laser Dioda
Kata  LASER  merupakan  singkatan dari L ight A mplification  by S timulated E mission  of R adiation yang  artinya adalah  mekanisme  dari  suatu  alat  yang memancarkan  radiasi elektromaknetik melalui proces pancaran terstimulasi.
4. Keypad 3x4
Keypad 3x4 merupakansuatumodul keyp ad berukuran  3 kolom  x  4  baris.
Modulinidapatdifungsikansebagai input dalamaplikasisepertipengaman
digital,
absensi, pengendalikecepatan motor,
robotik, dansebagainya[16].
5. Liquid Crystal Display (LCD) LCD  (Liquid Crystal  Display )  adalah suatu jenis media tampil yang
menggunakan kristal cair sebagai penampil utama[17].
D. Kemampuan psikomotorik Aspek psikomotorik memiliki kaitan yang
erat  dengan  kemampuan  yang  dimiliki seseorang dalam melakukan kegiatan- kegiatan  yang  bersifat  fisik[18].  Misalnya dalam  praktikum  dan  rumusan  tujuan pembelajaran pada aspek psikomotor biasanya  menonjol.  Aspek  psikomotorik terdiri dari empat hierarkis kemampuan yaitu, imitasi,  manipulasi,  presisi,  dan  artikulais. Penjelasan  dari  masing-masing  aspek  adalah sebagai berikut[19]. Imitasi adalah kemampuan mempraktekkan  keterampilan  yang  diamati. Sedangkan  manipulasi  sangat  terkait  dengan kemampuan  dalam  memodifikasi  suatu keterampilan. Presisi adalah hierarki kemampuan yang memperlihatkan kecakapan dalam  melakukan  dengan  tingkat  akurasi yang  tinggi.  Artikulasi  adalah  kemampuan melakukan  aktivitas  secara  terkoordinasi secara rinci.

## III. METODE PENELITIAN
Penelitian ini merupaka penelitian pengembangan  degan  metode ADDIE  (Analysis, Design, Development,
Implementation, Evaluation ).  Penelitian  ini  dilaksanakan  pada bulan  April-Mei  2017.  Subyek  penelitian  ini adalah  siswa  kelas  X  MIA  2  Madrasah  Aliyah Negeri Purworejo dengan jumlah siswa sebanyak 30  orang.  Tahapan  -  tahapan  penelitian  dan pengembangan dtunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Bagan Prosedur Penelitian
Faktor  yang  diteliti  yaitu  kelayakan  alat, respon  siswa  dan  keterlaksanaan  pembelajaran, dan eningkatan aspek psikomotorik siswa.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAn

## A. Analysis
Berdasarkan  analisis  masalah  tersebut ditemukan kendala – kendala dalam melakukan  praktikum    yaitu    laboratorium yang  berbeda  lokasi  dengan  tempat  kegiatan belajar  mengajar  dan  belum  adanya  alat praktikum    usaha  dan  energi.  Dengan  adanya kendala tersebut, maka siswa sering kali dibuat kesulitan  jika  akan  melaksanakan  praktikum. Selain  kendala  di  atas,  aspek  psikomotorik yang  dimiliki  siswa  masih  tergolong  rendah sehingga  perlu  adanya  alat  yang  mampu digunakan  untuk  mendorong  siswa  agar  lebih aktif,  sehingga  peneliti  perlu  membuat  alat pengukur energi mekanik berbasis mikrokontroler arduino uno untuk menjelaskan tentang  energi  potensial,  energi  kinetik  serta energi  mekanik  untuk  memudahkan  siswa dalam melaksanakan praktikum.

## B. Design
Design  alat  dilakukan  secara  hardware berupa  rancangan  bentuk  fisik  alat  dan software  berupa  rancangan  program  pada mikrokontroler arduino uno. Secara garis besar rancangan  alat  peraga  ini  ditunjukkan  pada Gambar 2.
Gambar 2. Desain perencanaan alat pengukur energi mekanik
Bagian input alat  peraga  beruapa  sensor yang digunakan ntuk mengukur jarak/ketinggian  dengan  mengguakan  sensor ultrasonik HC-SR04, input massamenggunakan keypad 3x4, sensor waktu/stopwatch dengan menggunakan photodioda  yang  dihubungkan  dengan  laser dioda. Dan output dari alat ditampilkan melalui LCD. C. Development
Dalam pembuatan produk tentunya memerlukan  komponen  -  komponen  yang memiliki  peranan  penting  dalam  proses pembuatan.  Adapun  alat  dan  komponen  yang diperlukan adalah sebagai berikut:
1. Sensor  Ultrasonik  HC-SR04,  digunakan sebagai sensor jarak.
2. Board  Arduino,  digunakan  sebagai  alat untuk  menyambungkan  semua  komponen yang  digunakan  yang  dimasukkan  ke masing-masing pin yang dimiliki arduino.
3. Photodioda  +  Laser  Dioda,  digunakan sebagai sensor waktu (stopwatch).
4. Keypad , digunakan untuk input massa.
5. LCD 16x2, digunakan untuk menampilkan output hasil praktikum.
6. Button,  digunakan  untuk  me reset dan menggeser tampilan LCD.
7. Potensiometer,  digunakan  unutk  mengatur kontras pada LCD.
8. Sketch,  digunakan  sebagai  program  yang mengontrol semua komponen.
9. Kabel jumper, digunakan untuk menghubungkan antar rangkaian pada alat.
10. Kayu, digunakan sebagai papan alas.
11. Paku,digunakan  untuk  menyambungkan dan mengencangkan kerangka alat.
12. Triplek,  digunakan  untuk  membuat  board komponen.
13. Double tape , lakban, lem kayu, lem bakar,
digunakan untuk
merekatkan/menempelkan komponen.
14. Tinol/timah, digunakan untuk menempelkan/
menyambungkan
komponen pada PCB.
15. Per/Pegas,  digunakan  sebagai  penahan bantalan benda.
16. Mur/Baut,  digunakan  untuk  memperkuat komponen pada kotak komponen.

## Gambar 3 .Kotak Komponen
Tampilan  alat  pengukur  energi  mekanik berbasis mikrokontroler Arduino Uno dipaparkan dalam Gambar 4.
Gambar 4. Alat Pengukur Energi

## Mekanik
D. Implementation
1. Pengujian alat
a. Pengujian Sensor Ultrasonik Pada pengujian sesnor ultrasonik HC- SR04  yang  dibandingkan  dengan mistar diperoleh kesalahan pegukuran sebesar  0,051%.  Grafik  hubungan pengukuran  sensor  dengan  mistar disajikan dalam Gambar 3.
Gambar 3. Grafik Hubungan Pengukuran Sensor ultrasonik dengan Mistar b. Pengujian Stopwatch Pada sensor waktu yang dibandingkan dengan stopwatch manual  diperoleh  tingkat    kesalahan 0,681%.  Grafik  hubungan  sensor waktu  dengan  stopwatch  manual disajikan dalam Gambar 4.
Gambar 4 . Grafik Hubungan Pengukuran Sensor Waktu dengan Stopwatch c. Pengujian Sistem Hasil  pengukuran  energi  mekanik pada  0,37  meter  energi  mekanik sebesar  (0,2530±0,0003333)  joule. Pada jarak 0,560 meter diperoleh nilai energi mekanik sebesar (0,3700±0,002660)  joule.  Pada  jarak 0,680  meter  diperoleh  nilai  energi mekanik  sebesar  (0,4430±0,00100) joule. Pada jarak 0,77 meter diperoleh nilai energi mekanik sebesar (0,5000±0,001188) joule. 2. Hasil Validasi Ahli
a. Ahli media
Hasil  validasi  oleh  ahli  media  diperoleh rerata  skor  pada  aspek  manfaat  3,38,  aspek penampilan fisik 3,10, aspek penyajian data 3,13  dan  aspek  kepraktisan  3,00  dengan kategori  “  baik”.  data  hasil  validasi  ahli media dipaparkan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Data Hasil Validsi Ahli Media
Dari validasi ahli materi dapat diketahui  bahwa  persentase  penilaian  oleh kedua  validator  sebesar  82,5%  dengan kategori  sangat  baik  dan  tingkat  reliabilitas 91,4  %  dengan  kategori  sangat  baik.  Data validasi ahli materi disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Data Hasil validasi Ahli Materi
3. Keterlaksanaan Dari  ketiga  observer  pada  aspek pendahuluan  diperoleh  rerata  nilai  3,67 dengan  kategori  sangat  baik,  aspek  inti
diperoleh rerata nilai 3,60 dengan kategori sangat  baik  dan  pada  aspek  penutup diperoleh rerata nilai 3,07 dengan kategori baik. Data hasil keterlaksanaan pembelajaran disajikan dalam Tabel 3.
Tabel 3. Data Hasil Keterlaksanaan Pembelajaran
4. Respon siswa Persentase  untuk  aspek  manfaat 85,1%,  aspek  penampilan  fisik  82,7%, aspek  penyajian  data  79,4%,  aspek kepraktisan  88,3,  dan  aspek  psikomotorik 84,4  %  dengan  rerata  dari  kelima  aspek
84%  dengan  kategori  sangat  baik.  Data respon siswa disajikan dalam Tabel 4.
Tabel 4. Data Respon Siswa
5. Peningkatan Aspek Psikomotorik Siswa Aspek  imitasi  mengalami  peningkatan sebesar  12%,  aspek  manipulasi  mengalami peningkatan  6%,  aspek  presisi  6%,  dan aspek artikulasi mengalami peningkatan 8%. Hal ini berarti alat pengukur energi mekanik berbasis mikrokontroler Arduino Uno mampu  meningkatkan  aspek  psikomotorik siswa.  Data hasil  peningkatan aspek psikomotorik siswa disajikan dalam Tabel 5.
Tabel 5 . Data Hasil Peningkatan Aspek Psikomotorik Siswa

## E. Evaluation
Berdasarkan  data  di  atas,  maka  alat pengukur energi mekanik berbasis
mikrokontroler  arduino  uno  dapat  digunakan sebagai  media  pembelajaran  khususnya  proses praktikum  di  sekolah  agar  pelaksanaan praktikum  dapat  lebih  mudah.  Alat  pengukur energi mekanik berbasis mikrokontroler Arduino  Uno  pada  kegiatan  praktikum  telah selesai  dikembangkan.  Rerata  dari  validator diperoleh  angka  3,15  untuk  validator  ahli media  dan  3,30  untuk  validator  ahli  materi. Kedua  hasil  validasi  tersebut  mengindikasikan bahwa  alat  pengukur  energi  mekanik  tersebut memiliki  kelayakan  yang  baik  dilihat  dari aspek  media,  materi,  manfaat,  penampilan fisik,  penyajian  data,  serta  kepraktisan  yang dimiliki  alat  sehingga  alat  pengukur  energi mekanik berbasis mikrokontroler Arduino Uno layak  digunakan  sebagai  media  pembelajaran praktikum fisika di SMA.

## V. KESIMPULAN
Alat  pengukur  energi  mekanik  berbasis mikrokontroler arduino uno dikembangkan dengan  metode  ADDIE  yaitu  terdiri  dari  lima tahap  yaitu  : Analysis,  Design,  Development, Implementation, Evaluation .
Berdasarkan  asil  penelitian  diperoleh  rerata skor  dari  ahli  media  dan  maeri  menu  jukkan bahwa  alat  pengukur  energi  mekanik  layak digunakan  sebagai  media  pembelajaran  dengan sedikit  revisi.  Sedangkan  berdasarkan  rerata keterlaksanaan,  data  praktikum,  dan  penilaian aspek  psikomotorik  terhadap  produk  yang dikembangkan  maka  alat  pengukur  energi mekanik  berbasis  mikrokontroler  arduino  uno dapat  dikategorikan  “  baik”  dan  layak  digunakan sebagai alat praktikum yang mampu meningkatkan aspek psikomotorik siswa.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada  Eko Setyadi Kurniawan, M.Pd.Si., sebagai reviewer jurnal ini dan MAN Purworejo sebagai tempat penelitian.

## PUSTAKA
[1]  Zulhelmi,  2009. Penilaian  Psikomotorik  dan Respon Siswa dalam Pembelajaran Sains Fisika Melalui  Penerapan  Penemuan  Terbimbing  di SMP Negeri 20 Pekanbaru. Jurnal Geliga Sains,
Vol. 3 No. 2. FKIP Universitas Riau.
[2]  Dahniar,  Nani.  2006. Pertumbuhan  Aspek Psikomotorik dalam Pembelajaran Fisika
Berbasis  Observasi  Gejala  Fisis  pada  Siswa SMP. Jurnal Pendidikan Inovatif, Vol. 1 No. 2.
[3] Solikhun, Ahmad. 2015. Pengembangan Alat Peraga GLB dan GLBB Berbasis Sensor LDR (Light Dependent Resistor). Universitas Muhammadiyah Purworejo.
[4]  Sari,  E.  A.  2016. Pengembangan  Modul
Praktikum  Computer  Based  Laboratory  (CBL)
Pada  Kegiatan  Praktikum  Mekanika  dan Gelombang. Universitas
Muhammadiyah
Purworejo.
[5]  Sarwanto  dan  Rufaida.  2013. Fisika  Peminatan Matematika  dan  Ilmu  Alam  Untuk  SMA/MA Kelas X. Jakarta: CV. Mediatama.
[6] Widodo T. 2009. Fisika untuk SMA/MA . Jakarta: CV. Mefi Caraka.
[7]  Sethuramalingan,  T.K  dan  Karthighairasan  M. 2012. Automatic  Gas  Valve  Control  System Using Arduino Hardware. Bonfring International  Journal  of  Power  System  and
Integrated  Circuit,  Vol.  2,  No.  3,  September 2012.
[8]  Maksood,  F.  Z.,  dkk.  2015. Prototype  For  a Personal  Safety  Gadget  Using  Arduino  Uno. International  Journal  of  Applied  Information System (IJAIS), Vol. 10, No. 1, November 2015.
[9]  Gadgil, S.S., dkk. 2016. Arduino Application for Smart  Cities. International  Journal  of  Computer Sciences  and  Engineering,  Vol.4,  Special  Issue 4, June 2016.
[10]ChalakShakir  and  WahidBoskany.  2015. Design and  Implementation  of  Counter  System  using Arduino  Wireless  Motion  Sensor. University  of Kirkuk  and  University  of  Sulaimani,  Iraq. International Journal of Advanced Scientific and Technical  Research,  Vol.  3,  Issue  5,  May-June 2015.
[11]Turang  D.  A.  O.  2015. Pengembangan  Sistem Relay pengendalian dan Penhematan pemakaian Lampu  Berbasis  Mobile. Teknik  Informatika, Sekolah  Tinggi  Teknologi  Bontang.  Seminar Nasional Informatika UPN “Veteran” Yogyakarta. 14 November 2015.
[12]Jain,  K,  dkk.  2015. Design  dan  Implementation of  Microcontroller  Based  Speed  Data  Logger. Assistant  Professor,  ECE  Departement,  Amity University  Haryana,  India.  G-E  International Journal of Engineering Research Vol. 3, Issue. 5, May 2015.
[13]Rajan,  B,  dkk.  2015. A  Review:  Comparative Analysis of Arduino Micro Controller in Robotic
Car. International  Journal  of  Mecanical,
Acrospace, Industrial, Mechatronic and
Manufacturing Engineering, Vol. 9 No. 2, 2015.
[14] Swetha, B. R, dkk. 2017. Density Based Traffic Control System Using Arduino Uno. Departement of Electronics And Instrumentation Engineering.  SSRG  International  Journal  of Industrial
Engineering-(IRTECITA-2017),
March 2017.
[15]  Wicaksono,  Ardhi  dan  Rifai  I.N.  2013. Pembuatan  Alat  Peraga  Pendidikan  Fisika  Sub Materi Gerak Jatuh Bebas Berbasis mikrokontroler arduino Uno. Universitas Gadjah Mada.
[16] Gangopadhyay  s, dkk. 2015. Simple Hand-Held Calculating  Unit  To  Aid  The  Visually  Impaired With  Voice  Output. Departement  of  Electronics &  Communication  Engineering,  Techno  India, Salt  Lake,  Kolkata.  International  Journal  of
Embedded  System  and  Applications  (IJESA) Vol. 5 No. 3, September 2015.
[17]Dinata,  I.  dan  Sunanda  W.  2015. Implementasi Wireless  Monitoring  Energi  Listrik  Berbasis
Web  Database. Jurusan  Teknik  Elektro,
Fakultas  Teknik  Universitas  Bangka  Belitung. ISSN:2302-2949 Vol.4 No. 1, Maret 2015.
[18]Yuniarti,  B.  2014. Pengembangan  Instrumen
Penilaian  Psikomotorik  pada  Pelaksanaan Praktikum  Fisika  Kelas  X  SMA  Negeri  5 Purworejo  Tahun  Pelajaran  2013/2014. Jurnal Radiasi, Vol. 5 No. 1.Universitas Muhammadiyah Purworejo . [19]Pribadi, Benny A. 2015. Desain dan Pengembangan Program PelatihanBerbasis
Kompetensi:  Impelemntasi  Model  ADDIE. Jakarta: Prenada Media Group.