## Pengembangan Modul Pembelajaran Berbasis Stem pada Materi Pencemaran Lingkungan untuk Meningkatkan Literasi Sains dan Keterampilan Berpikir Kritis Siswa

## Rilla Nofita Putri*, Slamet Hariyadi, dan Imam Mudakir
*Corresponding Author: Rilla Nofita Putri Email Corresponding Author: rillanofita@gmail.com Afiliasi Authors: Pendidikan IPA, FKIP, Universitas Jember

## Article History
Reviced: 20 June 2023 Accepted: 10 October 2023 Published: 31 October 2023 Corresponding Author * Rilla Nofita Putri E-mail : rillanofita@gmail.com No. HP/WA:
085859452496

## ABSTRAK
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk  mengembangkan  modul  pembelajaran berbasis STEM yang valid, praktis, dan efektif. Pengembangan modul ini juga memiliki  fokus  untuk  memfasilitasi  siswa  agar  dapat  meningkatkan kemampuan  literasi  sains  dan  keterampilan  berpikir  kritis.  Penelitian  ini menggunakan  model four-D yang  dikembangkan  oleh  Thiagarajan  (1974) meliputi 4 tahapan, yaitu define, design, develop, dan disseminate . Data diperoleh dari  penilaian  kebutuhan  siswa  dan  guru,  angket  respon  siswa,  dan  hasil pretest-posttest .  Selain  itu,  perangkat  pembelajaran  (Silabus,  RPP,  Modul,  soal) dan  angket  respon  siswa  divalidasi  oleh  3  validator  ahli.  Kemudian,  data angket  dianalisis  menggunakan  deskriptif  kualitatif  sedangkan  hasil pretest - posttest dianalisis  menggunakan  uji-t  dan  N-gain.  Hasil  penelitian menunjukkan  modul  pembelajaran  berbasis  STEM  yang  dikembangkan  layak digunakan  karena  telah  memperoleh  persentase  91,78%  dalam  kategori valid, 86,76%  dalam  kategori  praktis,  dan  0,67  dalam  kategori  efektif.  Selain  itu, menurut  hasil posttest ,  modul  pembelajaran  juga  dapat  meningkatkan  literasi sains dan keterampilan berpikir kritis siswa.
Kata kunci: Modul, Pendekatan STEM, Literasi Sains, Keterampilan Berpikir Kritis
ISSN: 2623-0321 Doi. 10.56013/bio.v12i2.2198

## ABSTRACT
This  study  aims  to  develop  valid,  practical,  and  effective  STEM-based  learning modules.  The  development  of  this  module  also  has  a  focus  on  facilitating  students  to improve scientific literacy and critical thinking skills. This research adopts the four-D research  and  development  model  developed  by  Thiagarajan  which  includes  4  stages, namely define, design, develop, and disseminate. The data were collected from the need assessment  of  junior  high  school  students  and  teachers,  students’  response questionnaires,  and  pretest-post-test  results.  In  addition,  teaching-learning  tools (syllabus, lesson plans, modules, questions) and students’ response questionnaires were validated  by  3  expert  validators.  Then,  the  questionnaire  data  are  analyzed  using descriptive qualitative method while the pretest-post-test results are analyzed using t- test and N-gain. The results show that the developed STEM-based learning module is feasible  to  use  because  it  has  obtained  a  percentage  of  91,78% in  the  valid  category, 86,76% in the practical category, and 0,67 in the effective category. In addition, based on the results of the post-test, the modules facilitated students to improve their scientific literacy skills and critical thinking skills.
Keywords: Modul, STEM Approach, Science Literacy, Critical Thinking Skills

## I. PENDAHULUAN
Kurikulum  2013  menetapkan  siswa harus  dipersiapkan  untuk  memiliki kualitas  kepribadian  yang  sesuai  dengan
kebutuhan kecakapan Abad 21. Pembelajaran Abad 21 adalah pembelajaran yang menggabungkan
teknologi, literasi, pengetahuan,
keterampilan,  dan  sikap  (Kemendikbud, 2017).Di  abad  ke-21,  siswa  harus memahami  sains,  mengkomunikasikan, dan  menerapkan  pengetahuannya  untuk memecahkan  masalah  sehingga  mereka memiliki pengetahuan yang kuat terhadap diri sendiri dan lingkungan saat membuat keputusan  (Toharudin et  al .,  2011).  Hasil
PISA  2018  menunjukkan  bahwa  literasi sains siswa Indonesia berada di urutan ke- 70  dari  79  negara,  dengan  skor  rata-rata
396, masih di bawah rata-rata 489 (OECD, 2018).
Selain  literasi  sains,  pembelajaran abad  21  menuntut  adanya  empat  pilar keterampilan,  salah  satunya  adalah keterampilan  berpikir  kritis.  Ennis(1993) berpendapat bahwa mengukur keterampilan  berpikir  kritis  siswa  sangat penting karena dapat menentukan  tingkat berpikir  kritisnya,  memberikan  umpan balik, memberikan motivasi untuk menjadi pemikir kritis yang baik, dan memberikan informasi  kepada  guru  tentang  seberapa besar  usaha  mereka  untuk  mengajarkan keterampilan    berpikir    kritis    kepada siswa mereka.
Salah satu pendekatan pembelajaran yang  dapat  melatih  keterampilan  berpikir kritis  adalah  pendekatan  pembelajaran
STEM (Larson  &  Miller,  2011) .  Pendekatan pembelajaran  STEM  mengintegrasikan empat  bidang  yaitu  sains,  teknologi, enjinering,  dan  matematika  menjadi  satu kesatuan (Bybee, 2013; Roberts, 2012).
Pembelajaran di sekolah erat kaitannya  dengan  bahan  ajar  yang digunakan.  Salah  satu  bahan  ajar  yang dapat  mendukung  aktivitas  belajar  siswa secara  mandiri  adalah  modul.  Modul merupakan  bahan      ajar      sistematis  yang digunakan  dalam  kurikulum  tertentu  dan dikemas dalam bentuk satuan pembelajaran  terkecil  dan  memungkinkan dipelajari  secara  mandiri  dalam  satuan waktu tertentu (Purwanto et al ., 2007).
Berdasarkan  studi  pendahuluan, bahan  ajar  IPA  yang  sering  digunakan guru  terbatas  pada  buku  ajar  yang  belum memfasilitasi secara maksimal untuk siswa belajar  secara  mandiri.  55,6%  guru  juga tidak pernah menerapkan metode pembelajaran tertentu dalam
meningkatkan  keterampilan  abad  21,
seperti minimnya pembiasaan literasi sains dan tidak pernah menerapkan pendekatan pembelajaran  STEM.  Sehingga,  perlu adanya pengembangan media
pembelajaran   yang   dapat   memfasilitasi guru   dan   siswa   untuk mencapai tujuan pembelajaran abad 21.
Salah  satu  materi  IPA  yang memenuhi  unsur  STEM  adalah  materi pencemaran  lingkungan.  Berdasarkan uraian  di  atas,  penelitian  ini  bertujuan
untuk mengembangkan modul pembelajaran  berbasis  STEM  untuk
meningkatkan literasi sains dan keterampilan  berpikir  kritis  siswa  pada materi pencemaran lingkungan.

## II. METODE PENELITIAN
Penelitian ini merupakan penelitian pengembangan  untuk  menghasilkan  dan menguji  modul  pembelajaran  berbasis STEM. Penelitian ini menggunakan model four-D yang dikembangkan oleh Thiagarajan  (1974),  meliputi  4  tahapan yaitu  1) define ,  2) design ,  3) develop ,  dan  4)
disseminate .
Partisipan  pada  penelitian  ini adalah  91  siswa  SMP  kelas  VII  semester genap  di  Kabupaten  Jember  dan  8  orang guru.  Penelitian  ini  terdiri  dari  analisis kebutuhan melalui angket, observasi kelas oleh guru, dan pretest-posttest .
Tahapan-tahapan  dalam  penelitian ini adalah sebagai berikut:

## Tahap Define
Tujuan dari tahap ini adalah menganalisis tujuan  dan  batasan  materi.  Pengambilan data  pra  penelitian  dilakukan  untuk
mengidentifikasi permasalahan yang dihadapi  dalam  pembelajaran  melalui analisis kebutuhan siswa dan guru.
Tahap Design
Tahap design bertujuan  untuk  merancang perangkat pembelajaran sehingga diperoleh contoh perangkat pembelajaran.
Tahap  ini  meliputi  penyusunan  tes, pemilihan  media,  pemilihan  format,  dan perancangan awal produk yang dikembangkan.
Tahap Develop
Tahap ini bertujuan utuk mengembangkan konsep  awal  dari  modul  pembelajaran berbasis
STEM dan instrument
pendukung, meliputi validasi dan uji coba di lapangan. Tahap ini terdiri dari validasi produk dan perangkat pembelajaran yang dikembangkan  oleh  3  validator.  Selain kevalidan,  penelitian  ini  juga  mengukur tingkat kepraktisan yang dapat dilihat dari hasil analisis keterlaksanaan pembelajaran oleh 2 observer.
Tahap Disseminate Tahap ini dilakukan dengan penyebarluasan produk yang dikembangkan,  dengan  menyebarkan
produk ke 2 sekolah di Kabupaten Jember.
Pengambilan data meliputi angket kepraktisan  dan  observasi  penggunaan
modul,  serta  uji  keefektifan  dari  produk yang disebarkan.
Hasil  angket  dianalisis  dengan teknik deskriptif kualitatif, observasi pada pengujian  kepraktisan,  dan  uji-t  ( N-Gain) pada  efektifitas  modul.  Selain  itu,  uji kevalidan produk dan instrumen pembelajaran dilakukan oleh 3 validator (2 orang  ahli  dan  1  guru).  Berikut  ini merupakan  parameter  untuk  kepraktisan, kevalidan, dan keefektifan modul.

## Tabel 1. Parameter Kepraktisan
Prosentase (%) Kategori 81.25 < x ≤100 Sangat Praktis 62.5 < x ≤81.25 Praktis 43.75< x ≤62.5 Kurang Praktis 25 < x ≤43.75 Tidak Praktis (Diadaptasi dari Akbar, 2015) Tabel 2. Parameter Kevalidan Prosentase (%) Kategori 81.25 < x ≤100 Sangat Valid 62.5 < x ≤81.25 Valid 43.75< x ≤62.5 Kurang Valid 25 < x ≤43.75 Tidak Valid (Diadaptasi dari Akbar, 2015) Tabel 3. Parameter Keefektifan Interval Rerata Kriteria 0.70 ≤ (g) ≤ 1.00 Tinggi 0.30 ≤ (g) ≤ 0.70 Sedang 0.00 ≤ (g) ≤ 0.30 Rendah (Hake, 1999)

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berikut ini merupakan hasil pengumpulan  informasi  berupa  analisis kebutuhan  guru  dan  siswa,  hasil  uji
validasi produk yang dikembangkan, hasil uji kepraktisan, dan hasil uji efektivitas.
Berdasarkan analisis kebutuhan guru didapatkan data dalam tabel 4.
Tabel 4. Hasil Analisis Kebutuhan Guru No Pernyataan Persent ase (%) 1.  Bapak/Ibu guru belum pernah menggunakan modul sebagai bahan ajar 77.8 2.  Bapak/Ibu guru tidak mengetahui mengenai pendekatan STEM 32.4 3.  Bapak/Ibu guru belum pernah menerapkan pendekatan pembelajaran STEM 55.6 4.  Gambaran  literasi  sains  dan keterampilan  berpikir  kritis siswa kurang baik 87.5
Secara  keseluruhan  pengembangan modul  pembelajaran  berbasis  STEM sangat  penting.  Bapak/Ibu  guru  jarang menggunakan  modul  sebagai  bahan  ajar, pengembangan keterampilan abad 21 juga belum banyak dilakukan, serta pengetahuan  Bapak/Ibu  guru  mengenai pendekatan STEM masih kurang.

## Hasil uji validasi modul
Hasil  validasi  produk  yaitu  modul pembelajaran berbasis STEM dapat dilihat dalam tabel 5.
Tabel 5. Hasil validasi modul
Aspek Rerata Kesesuaian dengan kurikulum 95,83% Kesesuaian substansi materi pembelajaran 91,66%
Kesesuain dengan pendekatan STEM 85,42% Kesesuain dengan literasi sains dan kemampuan berpikir kritis 91,67% Kesesuaian dengan perkembangan siswa 91,67% Kelugasan 94,43% Motivasi 91,66% Keruntutan alur piker 91,67% Tujuan pembelajaran 91,67% Urutan sajian 86,11% Interaksi penyajian pembelajaran 91,67% Kelengkapan informasi 91,67% Penggunaan jenis huruf dan ukuran 97,23% Kesesuaian Layout 91,67% Kesesuaian ilustrasi, gambar, dan foto 93,75% Rerata 92,54%
Menurut  hasil  validasi  modul  diperoleh hasil rerata validasi sebesar 92.54% masuk dalam  kriteria  sangat  valid,  sehingga modul layak digunakan dalam pembelajaran.

## Hasil uji kepraktisan modul
Kepraktisan  modul  pembelajaran diukur  dari  hasil  lembar  observasi  yang dilakukan  oleh  observer  dan  angket respon siswa. Berikut merupakan hasilnya dalam tabel 6 dan tabel 7.
Tabel 6. Hasil lembar observasi
Aspek Rerata Uji Skala kecil Uji Skala besar
Guru memberikan apersepsi dan motivasi 87,5%  87,5% Guru memberikan garis besar materi 75% 75% Guru menjelaskan kepada siswa apa yang akan dilakukan 87,5% 100% Guru melaksanakan pretest/posttest 100% 100% Siswa menuliskan poin penting terkait masalah personal, local/nasional dan global yang menuntut pemahaman sains dan teknologi 87,5% 100% Siswa memberikan tanggapan terkait permasalahan terkini yang disajikan melalui artikel, gambar, atau video sederhana 75% 75% Siswa aktif mengerjakan kegiatan pembelajaran 75% 75% Siswa merancang proyek pembuatan produk penyelesaian masalah 87,5% 100% Siswa melakukan modifikasi proyek pembuatan produk penyelesaian masalah berdasarkan studi literatur atau diskusi kelompok 75% 75% Siswa menghitung takaran masing-masing bahan dalam proyek pembuatan produk penyelesaian masalah 75% 75% Guru dan siswa mengambil kesimpulan tentang materi yang diajarkan 100% 100% Guru memberikan materi yang akan diajarkan pada minggu berikutnya 100% 100% Rerata 85,4%  88,5%

## Tabel 7. Hasil angket respon siswa
Nomor urut angket Rerata Uji Skala kecil Uji Skala besar 1 88% 84,6% 2 88% 84,3% 3 93,3% 87,3% 4 87,6% 84,6% 5 83,3% 87,3% 6 80,3% 84,3% 7 83,6% 82,3% 8 87% 86,3% 9 85,3% 81,3% 10 94,3% 89,3% Rerata 87,1% 85,2%

## Hasil uji efektivitas modul
Uji  efektivitas  modul  pembelajaran dapat diukur dari hasil pretest dan posttest literasi  sains  dan  keterampilan  berpikir kritis Dapat dilihat pada tabel 8 dan tabel 9.
Tabel  8.  Hasil pretest dan posttest literasi sains
Indikator literasi sains Rerata Uji skala kecil Uji skala besar Pre  Post  Pre  Post Pengetahuan Sains 7 14,5 6,6 12 Kompetensi Sains 4 8 3,1 7 Sikap Sains 5,5 9,5 4,4 9 Konteks Sains 10 14 7,2 13 Rerata (N-gain) 0,7 0,7
Tabel  9.  Hasil pretest dan posttest berpikir kritis
Indikator berpikir kritis Rerata Uji skala kecil Uji skala besar Pre  Post  Pre  Post Elementary clarification 6,4 9,2 4,9 8,9 Basic support 5 8,9 5,8 8,7 Inference 3,4 9,4 7 9,1 Advances clarification 4,2 9,6 5,5 8,7
Strategy and tactics 3,4 8,8 8,2 9,2 Rerata (N-gain) 0,8 0,7 Berdasarkan  Tabel  8  dan  tabel  9,  modul pembelajaran berbasis STEM yang
dikembangkan  memfasilitasi  siswa  dalam aspek STEM, literasi sains, dan keterampilan berpikir kritis.
Setelah  modul  pembelajaran  dinilai valid, praktis, dan efektif, tahap selanjutnya adalah penyebarluasan produk. Berikut merupakan
hasil
kepraktisan modul tahap penyebaran.

## Hasil lembar observasi modul pada tahap
penyebaran
Tabel  10.  Hasil  lembar  observasi  tahap
penyebaran Aspek Persentase Sekolah A Sekolah B Guru memberikan apersepsi dan motivasi 91,6% 83,3% Guru menyampaikan garis besar cakupan materi 95,8% 87,5% Guru menjelaskan kegiatan yang akan dilakukan siswa 91,6% 87,5% Guru melaksanakan pretest/posttest 91,6% 91,6% Siswa menuliskan poin penting terkait masalah personal, local/nasional dan global yang menuntut pemahaman sains dan teknologi 100% 100% Siswa memberikan tanggapan terkait 79,1% 83,3%
permasalahan terkini yang disajikan melalui artikel, gambar, atau video sederhana Siswa aktif mengerjakan kegiatan pembelajaran 95,8% 79,1% Siswa merancang proyek pembuatan produk penyelesaian masalah 91,6% 83,3% Siswa melakukan modifikasi proyek pembuatan produk penyelesaian masalah berdasarkan studi literatur atau diskusi kelompok 91,6% 87,5% Siswa menghitung takaran masing-masing bahan dalam proyek pembuatan produk penyelesaian masalah 83,3% 79,1% Guru dan siswa membuat kesimpulan tentang materi yang diajarkan 95,8% 95,8% Guru memberikan materi yang akan diajarkan pada minggu berikutnya 100% 100% Rerata 92,3% 88,1% ∑ Rerata 90,2%
Hasil  angket  respon  siswa  pada  tahap
penyebaran

## Tabel 11. Hasil angket respon siswa
Nomor urut angket Rerata Sekolah A Sekolah B 1 85% 74,7% 2 81,7% 76,3% 3 85,7% 78,7% 4 86,7% 75,3% 5 88,7% 78% 6 87,7% 79,7% 7 86,3% 77% 8 85,3% 78,7%
9 86,3% 76,7% 10 88% 77% Rerata 86,1% 77,2% ∑ Rerata 81,6%
Hasil  analisis  angket  pada  2  sekolah tersebut  menunjukkan  nilai  persentase berturut-turut  sebesar  86.1%  dan  77.2%.
Hasil  analisis  tersebut  juga  menunjukkan bahwa  bahwa  modul  pembelajaran  tahap penyebaran  masuk  dalam  kategori  sangat praktis untuk digunakan dalam pembelajaran.
Selanjutnya  uji  efektivitas  tahap penyebaran. Berikut merupakan hasilnya.
Hasil pretest dan posttest literasi  sains pada tahap penyebaran
Tabel  12.  Hasil pretest dan posttest literasi sains
Indikator literasi sains Rerata Sekolah A Sekolah B Pre  Post  Pre  Post Pengetahuan Sains 7,8 12,9 9,5 12,2 Kompetensi Sains 4,6 7,8 4,5 7,5 Sikap Sains 5 8,75 6,1 8,4 Konteks Sains 7,5 12,9 7,1 10,3 Rerata (N-gain) 0,7 0,6
Hasil pretest dan posttest berpikir  kritis pada tahap penyebaran
Tabel 13. Hasil pretest dan posttest berpikir kritis
Indikator berpikir kritis Rerata Sekolah A Sekolah B Pre  Post  Pre  Post Elementary clarification 6,7 8,8 5,8 9
Basic support 6,5 7,7 7,4 9,2 Inference 5,8 7,6 7,1 8,9 Advances clarification 4,9 7,2 7,7 8,5 Strategy and tactics 4,9 7,6 7,2 8,9 Rerata 5,7 7,8 7 8,9 N-gain 0,5 0,6
Tabel 12 dan tabel 13 menunjukkan bahwa modul  pembelajaran  yang  dikembangkan memfasilitasi  siswa  dalam  aspek  STEM, literasi  sains,  dan  keterampilan  berpikir kritis.

## IV. KESIMPULAN
Hasil  dari  pengembangan  modul
berbasis STEM yang dilakukan memberikan kontribusi terhadap
peningkatan kemampuan literasi sains dan berpikir  kritis  siswa.    Berdasarkan  hasil analisis  N-gain,  terdapat  peningkatan perolehan  skor  siswa  pada  skor posttest .
Selain  itu,  modul  pembelajaran  berbasis STEM  yang  dikembangkan  memperoleh persentase  sekurang-kurangnya  dalam kategori valid dan praktis.
Meskipun  pengembangan  modul pada  penelitian  ini  menunjukkan  hasil yang  valid,  praktis  dan  efektif,  penelitian sejenis  perlu  dilakukan  untuk  perbaikan. Misalnya,  pada  penelitian  ini,  efektifitas modul  hanya  diuji  pada  kelas  yang  sama ( One  group  pretest-posttest  design) .  Untuk
itu,  peneliti  menyarankan  agar  penelitian selanjutnya  dapat  dilakukan  dengan menggunakan  dua  kelas  yang  berbeda, sehingga modul yang telah dikembangkan dapat  mengalami  perbaikan-perbaikan untuk hasil yang lebih baik lagi.

## DAFTAR PUSTAKA
Akbar,  S.  (2015). Instrumen  Perangkat
Pembelajaran . PT. Remaja Rosdakarya.
Bybee,  R.  W.  (2013). The  Case  For  STEM Education: Challenges and Opportunity . National Science Teachers Association (NSTA).
Ennis,  R.  H.  (1993).  Critical  thinking assessment. Theory  Into  Practice ,
32 (3),
179–186.
https://doi.org/10.1080/004058493 09543594/ASSET//CMS/ASSET/3 4175E03-2EE6-450D-B4DC- 56501E46E697/00405849309543594.F P.PNG Hake,  R.  R.  (1999). Analyzing  Change/Gain
Scores . AREA-D American
Education  Research  Association’s
Division.  D,  Measurement  and
Research Methodology.
Kemendikbud RI. (2017). Panduan
Implementasi  Kecakapan  Abad  21 Kurikulum  2013  di  Sekolah  Menengah Atas .  Dirjen  Pendidikan  Dasar  dan Menengah Atas.
Larson,  L.  C.,  &  Miller,  T.  N.  (2011).  21st
Century Skills: Prepare Students for the  Future. Kappa  Delta  Pi  Record ,
47 (3),
121–123. https://doi.org/10.1080/00228958.2 011.10516575 OECD.  (2018). PISA        2018        Insights and Interpretations .
Purwanto,  Rahadi,  A.,  &  Lasmono,  S.
(2007). Pengembangan  Modul .  Pusat Teknologi Informasi dan Komunikasi Pendidikan (PUSTEKKOM) Depdiknas.
Roberts,  A.  (2012).  A  Justification  for STEM  Education. Technology  and Engineering Teacher , 71 (8).
Thiagarajan,
S. (1974). Instructional Development  for  Training  Teachers  of Exceptional  Children:  A  Sourcebook .
Council for Exceptional Children.
Toharudin,  U.,  Hendrawati,  S.,  & Rustaman,  A.  (2011). Membangun Literasi Sains Peserta Didik .
Humaniora.