Email:info@chem.upr.ac.id Web:www.chem-upr.education/ojs

## Kemampuan Bernalar Ilmiah Mahasiswa
Pada Mata Kuliah Kimia Teknik

## Maya Erliza Anggraeni
Program Studi Pendidikan Kimia, FKIP, Universitas Palangka Raya, Indonesia
Abstrak: Kemampuan  bernalar  ilmiah  ( scientific  reasoning )  diperlukan  dalam memahami sains termasuk kimia. Pola-pola penalaran ilmiah memungkinkan mahasiswa menganalisis  fakta  atau  informasi  secara  logis  dan  sistematis.  Mahasiswa  dengan kemampuan  bernalar  ilmiah  yang  baik  diharapkan  dapat  mengkonstruk  konsep  dengan lebih  baik.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendeskripsikan  kemampuan  bernalar  ilmiah mahasiswa Pendidikan Teknik Mesin pada mata kuliah Kimia Teknik. Subjek penelitian berjumlah  65  orang.  Kemampuan  bernalar  ilmiah  mahasiswa  diukur Classroom  Test  of Scientific Reasoning (CTSR). Berdasarkan skor tes CTSR ini maka tingkat perkembangan mahasiswa  dapat  dikategorikan  ke  dalam  empat  tingkat  perkembangan  yaitu  tingkat concrete , low  formal , upper  formal dan post  formal .  Hasil  penelitian  menunjukkan, sebanyak  89%  mahasiswa  masih  berada  pada  tingkat  bernalar concrete dan  hanya  11% yang  mencapai  tingkat  bernalar low  formal .  Hal  ini  menunjukkan  tingkat  kemampuan bernalar  ilmiah  mahasiswa  masih  rendah  dan  ada  keterlambatan  perkembangan kemampuan bernalar. Jenis penalaran paling rendah yaitu pola penalaran probabilitas dan pola penalaran konservasi merupakan penalaran yang paling dikuasai oleh mahasiswa.

## Kata kunci: kemampuan bernalar ilmiah, kimia teknik

## Pendahuluan
Kimia teknik merupakan salah satu mata kuliah wajib pada Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Universitas Palangka Raya. Materi yang dipelajari pada mata kuliah ini adalah pengetahuan dasar kimia yang meliputi energi dan materi, stoikiometri, teori gas ideal, reaksi redoks, kimia bahan bakar, air untuk industri, minyak  pelumas,  elektrolisis,  unsur  logam  dan  paduannya  serta  limbah  industri. Mata  kuliah  ini  bertujuan  agar  mahasiswa  dapat  memiliki  kemampuan  tentang konsep-konsep dasar kimia teknik dan sifat-sifat kimia beserta pengaruh-pengaruh kimia  dalam  pemakaian  di  bidang  teknik  mesin.  Untuk  mencapai  tujuan  ini diperlukan kemampuan pemahaman konten dan juga kemampuan penalaran yang baik.  Kemampuan-kemampuan  tersebut  berhubungan  dengan  kemampuan kognitif  seperti  berpikir  kritis  dan  penalaran.  Kemampuan  penalaran    yang digunakan  dalam  bidang  sains  disebut  kemampuan  bernalar  ilmiah  ( Scientific Reasoning ).
Kemampuan  bernalar  ilmiah  adalah  (KBI)  keterampilan  kognitif  yang diperlukan untuk memahami dan mengevaluasi informasi ilmiah, yang melibatkan pemahaman dan evaluasi secara teoritis, statistik, dan hipotesis kausal (Bao et al ., 2009). KBI memungkinkan siswa untuk menganalisis fakta atau informasi secara logis dan sistematis (Lawson, 2004; Schen, 2007). Siswa yang memiliki KBI yang tinggi  cenderung lebih  mudah memproses dan  mengkonstruksi informasi  dengan benar
Email:info@chem.upr.ac.id Web:www.chem-upr.education/ojs
sehingga memungkinkan siswa memahami konsep dengan lebih baik (Cracolice et al ., 2008; Oloyede, 2012).
KBI meliputi kemampuan berpikir yang terlibat dalam tahap penyelidikan ilmiah, eksperimen, evaluasi fakta-fakta, inferensi dan argumentasi (Zimmerman, 2005). KBI sangat diperlukan dalam memahami sains termasuk kimia sebab kimia dipahami  dan  kembangkan  melalui  penyelidikan  ilmiah.  KBI  terdiri  dari keseluruhan pola penalaran yang dikarakterisasikan sebagai hipotetik-deduktif dan beberapa  subpola,  yang  merupakan  bagian  skema  operasional  formal  seperti penalaran  proporsional,  kombinasi  dan  korelasi  (Lawson,  2004:308).  Menurut Lawson  (2004)  dan  Colleta  (2013)  untuk  berpikir  ilmiah  harus  menggunakan penalaran  formal  atau  penalaran  di  atas  tingkatan  formal.  Oleh  karena  itu,  untuk memahami  sains  dengan  baik  membutuhkan  setidaknya  penalaran  pada  tahap operasi formal.
Menurut  teori  Piaget  setiap  individu  mengalami  tingkat-tingkat perkembangan  kognitif,  yaitu:  (1)  Tingkat  berpikir  sensorimotor;  usia  anak diperkirakan  0-2  tahun,  (2)  Tingkat  berpikir  praoperasional;  usia  anak diperkirakan  2-7  tahun,  (3)  Tingkat  berpikir  operasi  konkret;  usia  anak diperkirakan  7-11  tahun,  dan  (4)  Tingkat  berpikir  operasi  formal;  usia  anak diperkirakan  11  tahun  ke  atas.  Tahap-tahap  perkembangan  kognitif  tersebut bersifat  tetap,  yang  berarti  dalam  proses  perkembangan  menuju  ke  tahap  yang lebih  tinggi  individu  tidak  dapat  meloncati  tahap  perkembangan  sebelumnya (Sund  dan  Trowbridge,  1973).  Berdasarkan  teori  Piaget  ini,  maka  mahasiswa seharusnya sudah berada pada tingkat kemampuan penalaran formal.
Tingkat  penalaran  formal  atau  KBI  diukur  berdasarkan  kemampuan memahami  masalah  yang  berhubungan  dengan  konservasi  materi  dan  volume, melakukan  penalaran  proporsional,  memahami  masalah  yang  berhubungan dengan  kontrol  variabel,  menyelesaikan  penalaran  yang  berhubungan  dengan probabilitas,  melakukan  penalaran  korelasi,  dan    penalaran  hipotetik-deduktif. Berikut penjelasan pola-pola penalaran dalam KBI.
1. Kemampuan Konservasi Massa Dan Volume ( Conservation of Matter and Volume )
Persamaan  reaksi  kimia  adalah  salah  satu  konsep  yang  memerlukan kemampuan konservasi. Pada reaksi kimia berlaku hukum kekekalan massa, yaitu massa  sebelum  dan  sesudah  reaksi  adalah  sama.  Agar  memenuhi  hukum kekekalan  massa  maka  dalam  menuliskan  persamaan  reaksi,  jumlah  setiap  atom sesudah reaksi harus sama dengan jumlah atom sebelum reaksi.

## 2. Penalaran Proporsional ( Proportional Reasoning )
Penalaran  proporsional  penting  dalam  aspek  kuantitatif  kimia,  terutama untuk  memahami  derivasi  dan  penggunaan  sejumlah  besar  hubungan  fungsional dalam  kimia,  seperti  pengembangan  dan  interpretasi  data  tabulasi  dan  grafik.
Email:info@chem.upr.ac.id Web:www.chem-upr.education/ojs
(Wiji et  al .,  2014).  Penalaran  proporsional  sangat  dibutuhkan  dalam  memahami kimia  sebab  konsep-konsep  kimia  seringkali  dideskripsikan  dalam  bentuk permasalahan  kuantitatif  (Herron,  1996).  Rumus  molekul,  persamaan  reaksi  dan stoikiometri merupakan bentuk hubungan kuantitatif.

## 3. Kontrol Variabel ( Control of Variables )
Pengontrolan  variabel  penting  dalam  perencanaan,  pelaksanaan  dan interpretasi  (Wiji et  al .,  2014).  Pengontrolan  variabel  merupakan  proses pengontrolan  variabel-variabel  independen  yang  mempengaruhi  keberlanjutan kondisi selama pengujian hipotesis (Piraksa et al ., 2014).
4. Penalaran Probabilitas ( Probability Reasoning )
Interpretasi  data  dari  temuan,  pengamatan,  atau  percobaan  sering membutuhkan  penalaran  probabilistik  (Wiji et  al .,  2014).  Penalaran  probabilitas memungkinkan individu  memprediksikan  kemungkinan  yang muncul dari  proses tertentu yang menghasilkan hasil tertentu ketika diulangi pada kondisi yang sama (Piraksa et al ., 2014).
5. Penalaran Korelasional ( Correlation Reasoning )
Penalaran  korelasional  didefinisikan  sebagai  pola  pikir  individu  gunakan untuk menentukan kekuatan hubungan timbal balik antar variabel (Lawson, 2004). Penalaran korelasional  berperan dalam perumusan hipotesis dan interpretasi  data yang perlu mempertimbangkan hubungan antar variabel (Wiji et al ., 2014).
6. Penalaran Hipotetik-Deduktif ( Hypothetico-Deductive Reasoning )
Penalaran  hipotetik-deduktif  memungkinkan  individu  yang  berada  pada tahap  operasi  formal  dapat  menyusun  hipotesis  (dugaan  terbaik)  tentang  cara untuk  memecahkan  masalah  dan  menarik  kesimpulan  secara  sistematis (Mutammam & Budiarto, 2013).

## Metode Penelitian
Penelitian  ini  menggunakan  desain  deskriptif  untuk  mendeskripsikan tingkat  kemampuan bernalar mahasiswa. Subjek  penelitian ini adalah mahasiswa Pendidikan  Teknik  Mesin  pada  mata  kuliah  Kimia  Teknik  yang  berjumlah  65 orang.  Instrumen  yang  digunakan  adalah The  Classroom  Test  Of  Scientific Reasoning ( CTSR ) edisi revisi tahun 2000  yang dikembangkan oleh  Lawson dan telah  diterjemahkan  ke  dalam  Bahasa  Indonesia.  CTSR  terdiri  dari  24  butir  soal pilihan ganda. Instrumen ini sudah umum dan efektif digunakan untuk mengukur KBI siswa dan mahasiswa biologi (Lawson et al ., 2007), fisika (Bao et al ., 2009), kimia (Oloyede, 2012) dan sains (Liao & She, 2009). Berikut aspek  yang diukur dalam CTSR .
Email:info@chem.upr.ac.id Web:www.chem-upr.education/ojs

## Tabel 1. Kisi-kisi Tes Kemampuan Berpikir Ilmiah
No  Aspek Berpikir yang Diukur Nomor Soal 1 Konservasi 1, 2, 3, 4 2 Berpikir proporsional 5, 6, 7, 8 3 Identifikasi dan kontrol variabel 9, 10 4 Identifikasi dan kontrol variabel serta berpikir probabilitas 11, 12, 13, 14 5 Berpikir probabilitas 15, 16, 17, 18 6 Berpikir  korelasional  (mencakup  juga  berpikir  proporsional dan probabilitas 19, 20 7 Berpikir hipotetik-deduktif 21, 22, 23, 24
Teknik  penskoran  pada  tes  KBI  adalah  dengan  memberikan  skor  1  pada setiap item soal yang dijawab dengan benar dan skor 0 pada setiap item soal yang dijawab salah. Dengan demikian, skor tertinggi adalah 24 dan terendah adalah 0. Tingkat  KBI  siswa  ditentukan  berdasarkan  kriteria  yang  disajian  pada  tabel  2 berikut.  Hasil  uji  reliabilitas  tes  KBI  menunjukkan  koefisien  α- cronbach antara 0,71-0,78 (Asnawi, 2015; Lawson, 2004) yang menggambarkan bahwa reliabilitas temasuk kategori tinggi.

## Tabel 2. Kriteria Tingkat KBI Mahasiswa Berdasarkan Skor CTSR
No Skor CTSR Tingkat KBI 1 0 – 9 Concrete 2 10 – 14 Low formal 3 15 – 19 Upper formal 4 20 – 24 Post formal

## Hasil Penelitian Dan Pembahasan
Berdasarkan  kriteria  tingkat  KBI  yang  diusulkan  oleh  Lawson,  tingkat perkembangan  mahasiswa  digolongkan  menjadi  dua  yaitu  tingkat concrete dan low formal . Belum ada mahasiswa yang telah mencapai tingkat Upper formal dan Post  formal .  Tingkat  perkembangan  KBI  mahasiwa  disajikan  pada  tabel  3, sedangkan  grafik  skor  total  KBI  berdasarkan  jenis  penalaran  disajikan  pada gambar 1 berikut.

## Tabel 3. Tingkat Perkembangan Kemampuan Bernalar Mahasiswa
Tingkat KBI Jumlah Persentase Concrete 58 89% Low formal 7 11% Upper formal 0 0% Post formal 0 0%
Berdasarkan tabel 3, tingkat kemampuan bernalar ilmiah mahasiswa masih rendah.  Usia  mahasiswa  semester  satu  pada  mata  kuliah  Kimia  Teknik  berkisar antara 18–21 tahun. Berdasarkan tahap perkembangan kognitif  Piaget, pada usia ini  seharusnya  mahasiswa  sudah  berada  pada  tahap  kemampuan  berpikir  formal. Menurut  Lawson  (2004)  mahasiswa  yang  sudah  berada  di  atas  usia  18  tahun bahkan  telah  melampaui  tahap  perkembangan  operasi  formal.  Mahasiswa  pada semester  satu  seharusnya  sudah  berada  pada  tahap  perkembangan post  formal . Namun penelitian menunjukkan adanya keterlambatan perkembangan kemampuan  bernalar  pada  mahasiswa.  Temuan  ini  sejalan  dengan  beberapa penelitian sebelumnya (Valanides, 1997; Lawson, 2004 dan Asnawi, 2015).
Menurut  Lawson, et  al (2000),  individu  yang  memiliki  level  KBI post formal akan  mampu  memahami  konsep  yang  bersifat  deskriptif  (dapat  diamati), teoritik,  dan  hipotetik.  Individu  yang  berada  pada  level upper  formal dan low formal mampu  memahami  konsep  yang  bersifat  deskriptif  dan  hipotetik sedangkan  individu  yang  berada  pada  level  concret  hanya  mampu  memahami konsep  deskriptif.  Berdasarkan  karakteristik  materi  kimia  teknik  ini  maka mahasiswa  yang  masih  berada  pada  tahap  berpikir concrete akan  mengalami kesulitan  memahami  mata  kuliah  kimia  yang  sarat  akan  konsep  abstrak,  teoritik, dan hipotetik serta banyak menerapkan konsep dalam hubungan kuantitatif.
Mahasiswa  yang  memiliki  tingkat  berpikir concrete membutuhkan referensi,  objek,  dan  sifat  deskriptif  yang  familiar.  Pada  tingkat  ini,  penalaran mahasiswa  diawali  dengan  pengamatan.  Mahasiswa  yang  berada  pada  tingkat penalaran  transisi  berada  pemikiran  konkret  atau  hanya  mampu  melakukan penalaran  formal  secara  parsial  (Tajudin,  2015).  Mahasiswa  yang  berada  pada level upper  formal dan low  formal diduga  masih  berada  pada  tahap  transisi sehingga  memungkinkan  untuk  mengalami  kesulitan  memahami  konsep  abstrak. Dengan  demikian,  rendahnya  tingkat  perkembangan  kemampuan  bernalar mahasiswa menyebabkan kesulitan memahami mata kuliah Kimia Teknik.
Gambar 1. Grafik Skor Total KBI Berdasarkan Jenis Penalaran
0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 5 6 7 Series1 Pola Penalaran S k o r t o t a l K B I
Email:info@chem.upr.ac.id Web:www.chem-upr.education/ojs
Gambar  1  menunjukkan  penalaran  paling  rendah  yaitu  pola  penalaran probabilitas  sedangkan  pola  penalaran  konservasi  merupakan  penalaran  yang paling  dikuasai  oleh  mahasiswa.  Penalaran  konservasi  yang  baik  memungkinkan mahasiswa  memahami  dan  menyetarakan  persamaan  reaksi  kimia.  Hal  ini ditunjukkan  dalam  proses  pembelajaran,  mahasiswa  tidak  mengalami  kesulitan berarti  ketika  diminta  menyetarakan  persamaan  reaksi.  Mahasiswa  telah memahami  hukum  dasar  kimia  yaitu  massa  sebelum  dan  setelah  reaksi  adalah sama sehingga jumlah atom sebelum dan setelah reaksi juga harus sama.
Penalaran  probabilitas  membantu  mahasiswa  dalam  memprediksikan kemungkinan suatu proses atau data ketika diulangi pada kondisi yang sama. Jenis penalaran  ini  membantu  mahasiswa  dalam  memahami  konsep  yang  memerlukan pemahaman  konsep  yang  berupa  interpretasi  data  contohnya  pada  Teori  Gas. Penalaran probabilitas yang lemah menyebabkan mahasiswa mengalami kesulitan menggeneralisasikan  konsep  berdasarkan  data  atau  grafik.  Hal  ini  terjadi  dalam proses  pmbelajaran  materi  Hukum  Gas  Ideal,  sebagian  mahasiswa  tidak  dapat menginterpretasikan hubungan antara tekanan, volume, suhu dan jumlah molekul berdasarkan data atau grafik.
Pola-pola  penalaran  kemampuan  bernalar  memungkinkan  mahasiswa dapat  memahami  kimia  dengan  lebih  baik.  Oleh  karena  itu  proses  pembelajaran seharusnya  melibatkan  perkembangan  skemata  formal  (Adey  &  Shayer,  1990). Hubungan antara metode pembelajaran dan pengembangan pola penalaran ilmiah telah  banyak  dipelajari  dan  menunjukkan  bahwa  pembelajaran  sains  berbasis penyelidikan ( inquiry ) dapat mengembangkan kemampuan penalaran ilmiah (Bao,
et al ., 2009).
Pentingnya  mengembangkan  kemampuan  bernalar  karena  memiliki dampak  jangka  panjang  pada  penguasaan  konsep  dan  kemampuan  memecahkan masalah  (Colleta  &  Philips,  2005).  Kemampuan  penalaran  ilmiah  dan  kebiasaan bernalar merupakan inti dari literasi ilmiah, yang melibatkan: (1) kemampuan dan kebiasaan  bernalar  untuk  mengkonstruksi  pemahaman,  (2)  memahami  konsep sains  secara  utuh,  dan  (3)  kemampuan  berkomunikasi  untuk  menginformasikan dan meyakinkan orang lain untuk mengambil tindakan terkait dengan konsep dan teori tersebut.

## Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  analisis  data,  maka  dapat  disimpulkan  beberapa  hal sebagai berikut. (1) tingkat kemampuan bernalar ilmiah mahasiswa masih rendah dan  ada  keterlambatan  perkembangan  kemampuan  bernalar.  (2)  pola  penalaran konservasi merupakan penalaran yang paling dikuasai oleh mahasiswa. Penalaran paling rendah yaitu pola penalaran probabilitas.
Email:info@chem.upr.ac.id Web:www.chem-upr.education/ojs

## Implikasi Hasil Penelitian
Kemampuan  bernalar  ilmiah  mahasiswa  masih  rendah  menyebabkan kesulitan memahami konsep dasar kimia seperti stoikiometri dan hukum gas. Oleh karena  itu,  perlu  dilakukan  kajian  mendalam  tentang  bahan  ajar  dan  desain pembelajaran  yang  dapat  mengembangkan  kemampuan  pemahaman  konten  dan juga  kemampuan  bernalar.  Pembelajaran  yang  dapat  mengembangkan  skemata formal  seperti  konservasi,  kontrol  variabel,  penalaran  korelasional  seperti  pada scientific  approach dapat  dipertimbangkan.  Kemampuan  bernalar  tidak  hanya memudahkan  mahasiswa  memahami  konsep  tetapi  juga  menyelesaikan  masalah dalam kehidupan sehari-hari.

## Daftar Pustaka
Adey, P., & Shayer, M. 1990. Accelerating the development of formal thinking in middleand  high  school  students.  Journal  of  Research  in  Science  Teaching, 27(3), 267 - 285.
Asnawi,  R.  2015.  Miskonsepsi  pada  Materi  Elektrokimia  Ditinjau  dari Kemampuan  Berpikir  Ilmiah  Siswa.  Tesis  tidak  diterbitkan.  Malang: Pascasarjana Universitas Negeri Malang.
Bao, L., T. Cai, K. Koenig, K. Fang, J. Han, J. Wang, Q. Liu. 2009. Learning and scientific reasoning. Science, 323 (5914): 586–587.
Coletta, V. P., & Phillips, J. A. 2005. Interpreting FCI Scores: Normalized Gain, Preinstruction  Scores,  And  Scientific  Reasoning  Ability.  American  Journal of Physics, 73(12), 1172-1182.
Cracolice,  Mark  S.;  Deming,  John  C.;  Ehlert,  Brian.  2008.  Concept  Learning versus  Problem  Solving:  A  Cognitive  Difference.  Journal  of  Chemical Education, 85(6): 873-879.
Lawson,  A.E.  2000.  The  Generality  Of  Hypothetico-Deductive  Reasoning: Making  Scientific  Reasoning  Explicit. The  American  Biology  Teacher , 62(7):482-495.
Lawson,  A.  E.  2004.  The  Nature  And  Development  Of  Scientific  Reasoning:  A Synthetic  View.  International  Journal  of  Science  and  Mathematics Education 2(3): 307–338.
Lawson,  A.  E.,  Banks,  D.  L.,  &  Logvin,  M.  2007.  Self-Efficacy,  Reasoning Ability,  And  Achievement  In  College  Biology.  Journal  of  Research  in Science Teaching, 44(5), 706-724.
Liao,  Y.  W.  &  She,  H.  C.  2009.  Enhancing  Eight  Grade  Students'  Scientific Conceptual  Change  and  Scientific  Reasoning  through  a  Web-based Learning Program. Educational Technology & Society 12(4): 228-240.
Mutammam,  M.  B  dan  Budiarto,  M.  T.  2013.  Pemetaan  Perkembangan  Kognitif Piaget  Siswa  Sma  Menggunakan  Tes  Operasi  Logis  (TOL)  Piaget  Ditinjau Dari Perbedaan Jenis Kelamin. E-journal Unesa, 2(2).
Oloyede,  O.  I.  2012.  The  Relationship  between  Acquisition  of  Science  Process Skills, Formal Reasoning Ability and Chemistry Achievement. International Journal of African & African- American Studies, 8(1): 1-4.
Email:info@chem.upr.ac.id Web:www.chem-upr.education/ojs
Piraksa,  C.,  Srisawasdi,  N.  &  Koul,  R.  2014.  Effect  of  Gender  on  Students’ Scientific Reasoning Ability : A Case Study in Thailand. Procedia  - Social and Behavioral Sciences 116: 486 – 491.
Schen, M.S. 2007. Scientific Reasoning Skills  Development  In The  Introductory Biology  Courses  For  Undergraduates.  Unpublished  Doctoral  Dissertation, The Ohio State University.
Sund & Trowbridge. 1973. Teaching Science by Inquiry in the Secondary School. Columbus: Charles E. Merill Publishing Company.
Tajudin,  N.M  &  Chinnappan,  M.  2015.  In  M.  Marshman,  V.  Geiger,  &  A. Bennison (Eds.). Mathematics education in the margins (Proceedings of the 38th  annual  conference  of  the  Mathematics  Education  Research  Group  of Australasia), pp. 603–610. Sunshine Coast: MERGA.
Wiji.,  Liliasari.,  Sopandi,  W.,  Martoprawiro,  M.  A.  K..  2014.  Kemampuan Berpikir  Logis  dan  Model  Mental  Kimia  Sekolah  Mahasiswa  Calon  Guru. Cakrawala Pendidikan 33(1): 147-156.
Zimmerman,  C.  2005. The  development  of  scientific  reasoning:  What psychologists contribute to an understanding of elementary science learning.
Paper  commissioned  by  the  National  Academies  of  Science  (National Research  Council’s  Board  of  Science  Education,  Consensus  Study on Learning Science, Kindergarten through Eighth Grade).