## The Description of Student Understanding about Elasticity Concept

## Zainul Mustofa
SMK Al-Munawwariyyah, Bululawang, Malang
Email: zainulmustofa1993@yahoo.com

## Abstract
Different from the classical mechanic, student’s understanding related to matter elasticity has got  less  attention  in  research.  This  study  aimed  to  expose  student’s  understanding  related  to conceptual problems in matter elasticity with descriptive quantitative research method. Subject consisted  of  48  students  of  engineering  with  the  computer  and  network  competence  in 2016/2017 academic year. Data was gathered using multiple choices test. The study concluded that  student’s  understanding  related  to  elastic  and  plastic  matter  was  good,  but  student’s understanding  related  to  Hooke  law,  the  relationship  in  elasticity  formula,  and  elastic composition  matter  were  not  well  understood  by  most  students.  The  study  suggested  further research to explore the causes of student’s difficulties.
Keywords: conceptual understanding, student’s difficulties, matter elasticity

## Abstrak
Berbeda  dengan  topik  mekanika  klasik,  pemahaman  siswa  terkait  elastisitas  bahan  masih kurang  mendapatkan  perhatian  dari  para  peneliti.  Artikel  ini  bertujuan  untuk  mengungkap pemahaman  siswa  terhadap  persoalan  konseptual  terkait  elastisitas  bahan  melalui  penelitian deskriptif  kuantitatif.  Subjek  penelitian  terdiri  atas  48  siswa  kelas  teknik  dengan  kompetensi teknik komputer dan jaringan pada tahun pelajaran 2016/2017. Analisis dilakukan berdasarkan jawaban  siswa  terhadap  soal  pilihan  ganda.  Penelitian  menyimpulkan  bahwa  pemahaman siswa terkait bahan elastis dan plastis sudah baik, sedangkan pemahaman siswa terkait hukum Hooke,  hubungan  antar  besaran  elastisitas,  dan  susunan  bahan  elastis  masih  belum  dipahami dengan  baik  oleh  sebagian  besar  siswa.  Disarankan  untuk  dilakukan  penelitian  lebih  lanjut untuk mengeskplorasi secara mendalam terkait penyebab kesulitan tersebut.
Kata-kata kunci: pemahaman konsep, kesulitan siswa, elastisitas bahan

## PENDAHULUAN
Memahami  konsep  dasar  fisika  merupakan  salah  satu  kemampuan  penting  yang  harus  dikuasai siswa.  Kemampuan  memahami  konsep  ini  sangat  dibutuhkan  oleh  siswa  teknik  yang  menjadikan fisika sebagai dasar kompetensinya. Pentingnya pemahaman konsep menjadikan objek ini mendapat perhatian luas dari para peneliti sejak beberapa dekade terakhir. Docktor & Mestre (2014) membagi penelitian  bidang pemahaman  konsep  menjadi  tiga  bagian  yaitu mengidentifikasi  miskonsepsi yang terjadi  pada  siswa,  mengembangkan  dan  mengevaluasi  pembelajaran  untuk  mengatasi  miskonsepsi, dan  menjelaskan  struktur  pengetahuan  dalam  memori  siswa.  Di  antara  ketiga  topik  penelitian tersebut,  penelitian  tentang  miskonsepsi  atau  pemahaman  konseptual  merupakan  topik  yang  paling sering dilakukan. Besarnya perhatian terhadap pemahaman konsep dikarenakan telah banyak laporan
Received : 27 September 2017 Revised  : 17 May 2018 Accepted : 28 June 2018 Published : 30 June 2018
yang  menemukan  bahwa  terjadi  miskonsespsi  dalam  berbagai  bidang.  Sebagaimana  laporan Bernhard  (1997)  yang  menyatakan  bahwa  masalah  berbasis  konsep  secara  kualitatif  lebih  sulit daripada  masalah  berbasis  kuantitatif  atau  perhitungan.  Dan  terus  berlanjut  hingga  beberapa  tahun terakhir  seperti  penelitian  pemahaman  konsep  tentang  gelombang  (Sutopo  2016),  usaha  dan  energi mekanik  (Mustofa,  Sutopo,  &  Mufti  2016),  energi  dan  momentum  (Dalaklioglu,  Demirci,  & Sekercioglu 2015). Sebagian lain mengembangkan instrumen untuk mengungkap pemahaman konsep siswa,  seperti Energy  Momentum  Concept  Survey (Singh  &  Rosengrant  2003) ,  Mechanics  Baseline Test (Hestenes  &  Wells  1992) . Namun  demikian,  sebagian  besar  penelitian  memfokuskan  pada bidang  Mekanika  klasik  Newtonan  dan  masih  jarang  dilakukan  penelitian  yang  berkaitan  dengan konsep bahan seperti sifat elastisitas bahan.
Meskipun penelitian berkaitan dengan sifat elastisitas bahan jarang dilakukan, terdapat penelitian yang  memberikan  sumbangan  pengetahuan  yang  penting.  Penelitian  oleh  Kharida  (2009)  yang memaparkan  bagaimana  konsep  elastisitas  bahan  berikut  juga  dengan  pembelajaran  yang  dapat meningkatkan  hasil  belajar  siswa.  Khalida  (2009)  memaparkan  bahwa  pembelajaran  berbasis masalah dapat meningkatkan hasil belajar kognitif siswa.
Beberapa  buku  rujukan  popular  seperti  Serway  &  Jewett  (2010;  2014)  memaparkan  bagaimana konsep elastisitas dipelajari. Elastisitas sendiri didefinisikan sebagai kemampuan suatu benda untuk kembali  ke  bentuk  awalnya  setelah  gaya  luar  yang  diberikan  kepada  benda  tersebut  dihilangkan. Berdasarkan definisi ini benda dapat dibagi menjadi  dua yaitu  benda elastis dan  benda tidak elastis (plastis).
Pada  pembahasan  topik  mekanika  klasik,  benda  diasumsikan  kaku  dan  tidak  mengalami deformasi/perubahan  bentuk  ketika  suatu  gaya  mengenai  benda  tersebut.  Jika  dipelajari  lebih  lanjut tentang  keadaan  benda  yang  sebenarnya  tanpa  asumsi  tersebut,  maka  pembahasan  akan  semakin kompleks. Hal ini dikarenakan, pada kenyataannya benda mengalami deformasi. Pembahasan tentang deformasi  sendiri  melibatkan  tekanan  dan  regangan  yang  dialami  benda.  Tekanan  didefinisikan sebagai  besaran  yang  sebanding  dengan  gaya  yang  menyebabkan  deformasi.  Sedangkan  regangan didefinisikan sebagai ukuran dari tingkat deformasi. Dimana perbandingan kedua besaran ini dikenal sebagai  modulus  elastisitas.  Modulus  elastisitas  sendiri  bergantung  pada  jenis  bahan  yang  sedang mengalami deformasi serta sifat deformasinya. Hubungan antara ketiga besaran ini adalah
tekanan ModulusElastisitas regangan 
(1)
Setidaknya  terdapat  tiga  jenis  modulus  elastisitas  yaitu  modulus  Young,  modulus  geser,  dan modulus  Bulk  (Serway  &  Jewett  2010).  Modulus  Young  berkaitan  dengan  ukuran  resistensi  benda padat  terhadap  perubahan  panjang.  Modulus  geser  berkaitan  dengan  ukuran  resistensi  terhadap gerakan  dari  bidang-bidang  di  dalam  benda  padat  yang  saling  sejajar.  Modulus  Bulk  berkaitan dengan ukuran resistansi benda padat atau cair terhadap perubahan volumenya.
Pemahaman  siswa  secara  mendalam  terkait  konsep  elastisitas  bahan  masih  belum  mendapat perhatian  peneliti  sebelumnya.  Sebagaimana  diketahui  bahwa  konsep  elastisitas  ini  sangat  dekat dengan  kehidupan  sehari-hari  terutama  dengan  istilah  ‘elastis’.  Oleh  karena  itu,  penting  untuk mengetahui sejauh mana siswa memahami konsep elastisitas tersebut.
Artikel  ini  dimaksudkan  untuk  mengungkap  pemahaman  siswa  dan  kesulitan  siswa  dalam memahami konsep tentang konsep elastisitas bahan sebagaimana disinggung di depan.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  adalah  penelitian  deskriptif  kuantitatif.  Subjek  penelitian  ini  adalah  siswa  teknik SMK  Al-Munawwariyyah  dengan  kompetensi  teknik  komputer  dan  jaringan  yang  sedang mempelajari  topik  sifat  mekanik  bahan  pada  tahun  pelajaran  2016/2017.  Sesuai  dengan  kurikulum yang berlaku, mata pelajaran fisika merupakan dasar bidang keahlian.
Jumlah  responden  sebanyak  48  siswa  yang  tersebar  dalam  dua  kelas.  Mereka  diajar  oleh  guru yang  sama  dengan  gaya  mengajar  yang  sama.  Kegiatan  pembelajaran  yang  dilakukan  oleh  guru meliputi  kegiatan  demonstrasi,  eksperimen  sederhana,  dan  penguatan  menggunakan  animasi  PhET (https://phet.colorado.edu).
Data  yang  dibahas  pada  artikel  ini  diperoleh  melalui  ujian  akhir  bab  yang  dilakukan  setelah pembelajaran topik elastisitas selesai. Soal ujian terdiri atas 11 soal pilihan ganda. Namun demikian, artikel  ini  hanya  membahas  beberapa  soal  saja.  Butir-butir  soal  yang  dimaksud  dipaparkan  pada bagian selanjutnya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pemahaman Siswa tentang Bahan Elastis dan Plastis
Butir soal untuk mengungkap pemahaman siswa tentang bahan elastis dan plastis disajikan pada GAMBAR  1.  Distribusi  jawaban  siswa  disajikan  pada  TABEL  1.  Jawaban  yang  paling  tepat  atas pertanyaan ini adalah pilihan A.
Untuk  menjawab  pertanyaan  ini  siswa  harus  memegang  definisi  elastisitas  dalam  fisika  bahwa benda dikatakan elastis apabila gaya yang diberikan padanya dilepaskan, maka segera benda tersebut kembali  pada  bentuk  semula.  Jika  dipahami  lebih  lanjut  dari  pilihan  jawaban  tersebut,  besi merupakan benda yang paling elastis dibandingkan yang lain.
GAMBAR 1 . Butir soal untuk memgungkap pemahaman siswa tentang bahan
TABEL 1. Distribusi jawaban siswa terkait pertanyaan pada GAMBAR 1
Pilihan Keseluruhan Siswa N % A* 29 60,4 B 4 8,3 C 9 18,8 D 1 2,1 E 5 10,4 Total 48 100
Terdapat  29  siswa  (sekitar  60%)  siswa  yang  mampu  menjawab  dengan  benar.  Pilihan  jawaban salah  terbanyak  terletak  pada  pilihan  C  yaitu  9  siswa  (sekitar  19%).  Ini  berarti  bahwa  siswa  masih mencampur  pemahamannya  tentang  istilah  elastis  di  kehidupan  sehari-hari  dengan  istilah  ilmiah. Siswa lebih meyakini bahwa bahan elastis itu lentur seperti halnya karet dan pegas.

## Pemahaman Siswa tentang Hukum Hooke
Pada  penelitian  ini,  pemahaman  siswa  terkait  hukum  Hooke  diungkap  melalui  butir  soal  pada GAMBAR 2. Distribusi jawaban disajikan pada TABEL 2. Pilihan jawaban yang paling tepat untuk soal ini adalah pilihan jawaban B.
Untuk menjawab butir soal ini dengan benar, selain memahami dengan baik hukum Hooke bahwa perubahan  panjang  sebanding  dengan  gaya  yang  diberikan,  siswa  juga  harus  memahami  prinsip- prinsip berikut. (1) ketika gaya yang diberikan diperbesar, maka bahan akan merespon hingga batas elastisitasnya.  (2)  jika  gaya  yang  diberikan  melebihi  batas  elastisitas  awalnya,  maka  kemungkinan benda  akan  berubah  keelastisitasannya.  (3)  jika  diberikan  gaya  semakin  besar,  kemungkinan  besar
akan melewati batas keelastisitasannya sehingga benda patah atau rusak. (4) Benda yang masih patuh terhadap hukum Hooke ditandai dengan grafik kemiringan yang tetap, sesuai dengan persamaan
F k x    (2) dengan, F = gaya tekan atau tarik (N)
x = panjang pegas (m)
k = konstanta pegas (N/m)
GAMBAR 2. Butir soal tentang Hukum Hooke
TABEL 2. Distribusi jawaban siswa terkait pertanyaan pada GAMBAR 2
Pilihan Keseluruhan Siswa N % A 14 29,2 B* 2 4,2 C 10 20,8 D 21 43,8 E 1 2,1 Total 48 100
Sebagaimana  ditunjukkan  pada  TABEL  2,  hanya  2  siswa  (sekitar  4%)  yang  memilih  jawaban benar. Sekitar 96% lainnya terindikasi mengalami miskonsepsi atau salah konsep.
Sebanyak  46  siswa  dari  48  siswa  tidak  memahami  hukum  Hooke  dengan  baik.  Pilihan  jawaban salah terbanyak terletak pada pilihan jawaban D yaitu 21 siswa (sekitar 44%) tidak memahami batas elastisitas  bahan  sehingga  berlaku  hukum  Hooke.  Pilihan  jawaban  salah  terbanyak  kedua  adalah pilihan  jawaban  A  yaitu  14  siswa  (sekitar  30%)  yang  beranggapan  bahwa  selama  masih  dapat digrafikkan dan tidak putus atau patah, maka hukum Hooke masih berlaku.

## Pemahaman Siswa tentang Hubungan antar Besaran Elastisitas
Salah  satu  butir  soal  untuk  mengakses  pemahaman  siswa  terkait  hubungan  antar  besaran  tersaji pada  GAMBAR  3.  Distribusi  jawaban  siswa  tersaji  pada  TABEL  3.  Pilihan  jawaban  yang  benar untuk soal ini adalah pilihan D.
Untuk  menjawab  butir  soal  ini  dengan  benar,  selain  harus  mengetahui  hubungan  umum modulus  elastisitas  sebagaimana  persamaan  (1)  dan  hukum  hooke  pada  persamaan  (2),  siswa  harus mampu  memanipulasi  kedua  persamaan  ini.  Mereka  yang  berhasil  menjawab  benar  harus  dapat menurunkan  kedua  persamaan  menjadi  dalam  bentuk,  (3)  siswa  harus  memegang  bahwa  elastisitas
bahan  bergantung pada  sifat  atau  struktur  bahan,  bukan  faktor  ekstrinsik  seperti  perubahan panjang dan pemberian gaya.
EA k L  (3)
dengan, E = Modulus Elastisitas (N/m 2 )
L = panjang (m) k = konstanta elastisitas bahan (N/m) A
= luas penampang (m 2 )
GAMBAR 3. Butir soal untuk mengungkap pemahaman siswa terkait hubungan antar besaran elastisitas
TABEL 3. Distribusi jawaban siswa terkiat pertanyaan pada GAMBAR 3
Pilihan Keseluruhan Siswa N % A 29 60,4 B 15 31,3 C 0 0 D* 0 0 E 4 8,3 Total 48 100
Sebagaimana dipaparkan pada TABEL 3 nampak bahwa sebagian besar siswa menjawab pilihan jawaban A dan B (sekitar 92%). Tidak terdapat satupun siswa yang dapat menjawab pertanyaan soal ini.  Siswa  yang  memilih  jawaban  A  dan  B  terjebak  hanya  pada  hukum  Hooke.  Meskipun  dengan menggunakan  hukum  Hooke  dapat  dengan  mudah  diketahui  besarnya  konstanta,  tetapi  hanya menggunakan  hukum  Hooke,  tidak  dapat  menunjukkan  besarnya  konstanta  elastisitas  bahan.  Di dalam  hukum  Hooke,  tidak  dapat  digunakan  pemahaman  bahwa  gaya  (F)  sebanding  konstanta  (k) dan perubahan panjang (∆x) benda berbanding terbalik dengan konstanta (k). Karena pada dasarnya hukum Hooke tidak pernah menjelaskan bahwa konstanta bahan sama dengan gaya dibagi perubahan panjang, tetapi  menjelaskan bahwa perubahan panjang sebanding dengan gaya yang diberikan  pada benda.

## Pemahaman Siswa tentang Susunan Bahan Elastis
Butir  soal  untuk  mengungkap  pemahaman  siswa  terkait  susunan  bahan  elastis  disajikan  pada GAMBAR 4. Distribusi jawaban siswa terkait soal pada GAMBAR 4 tersaji pada TABEL 4. Pilihan jawaban benar untuk soal ini adalah pilihan D.
Untuk dapat menjawab benar pertanyaan ini, siswa harus memahami hukum Hooke dan pengaruh susunan pegas terhadap konstanta pegas. Jika disusun  seri,  maka  pegas akan  mengalami penurunan konstanta elastisitasnya dan berlaku persamaan sebagai berikut
1 2 1 1 1 s k k k   (4)
Jika  disusun  pararel,  maka  pegas  akan  mengalami  peningkatan  konstanta  elastisitasnya  dan  berlaku persamaan
1 2 p k k k   (5)
kedua  persamaan  (4)  dan  (5)  berlaku  untuk  rangkaian  seri  dan  pararel  dengan  dua  bahan  saja.  Jika terdapat lebih dari dua, maka tinggal melanjutkan indeks saja yaitu 1, 2, 3, ….
GAMBAR 4. Butir soal untuk mengungkap pemahaman siswa tentang susunan bahan elastis
TABEL 4. Distribusi jawaban siswa terkait pertanyaan pada GAMBAR 4
Pilihan Keseluruhan Siswa N % A 2 4,2 B 6 12,5 C 13 27,1 D* 17 35,4 E 10 20,8 Total 48 100
Sesuai dengan paparan dalam TABEL 4, terlihat bahwa jumlah siswa yang menjawab benar hanya 17 siswa (sekitar 35%). Pilihan jawaban salah yang terbanyak dipilih siswa adalah pilihan C yaitu 13 siswa  (sekitar  27%).  Siswa  yang  menjawab  pilihan  jawaban  ini,  berhasil  menganalogikan pemahamannya,  bahwa  benda  elastis  yang  disusun  seri  akan  lebih  mudah  berubah.  Tetapi  siswa tersebut,  masih  beranggapan  bahwa  benda  yang  mudah  diubah  dengan  memberikan  gaya  tertentu, berarti  benda  tersebut  elastis.  Mereka  masih  memahami  konsep  elastis  sesuai  dengan  istilah  dalam kehidupan sehari-hari, bukan memahami elastisitas secara ilmiah.

## SIMPULAN
Berdasarkan  paparan  hasil  dan  pembahasan  sebagaimana  diuraikan  di  depan,  dapat  disimpulkan bahwa konsep-konsep dasar elastisitas, meliputi hukum Hooke, hubungan antar besaran, dan susunan bahan  elastis  merupakan  konsep-konsep  yang  sulit  dipahami  oleh  siswa.  Meskipun  mereka  telah mempelajari  konsep  ini  di  kelas,  sebagian  besar  siswa  masih  mengalami  kesulitan  dalam memecahkan persoalan yang dilandasi konsep-konsep tersebut. Sedangkan kemampuan siswa dalam
membedakan  bahan  elastis  dan  plastis  sudah  cukup  baik  ditandai  dengan  lebih  dari  50%  siswa, mampu menjawab soal terkait dengan benar.
Ada  beberapa  kemungkinan  penyebab  siswa  gagal  memecahkan  masalah  konsep  tersebut. Pertama,  mereka  salah  dalam  memahami  konsep  (miskonsepsi).  Kedua,  mereka  mencampur pengertian elastis dalam kehidupan sehari-hari dengan pengertian elastis secara ilmiah.
Pada  penelitian  ini,  analisis  terhadap  pemahaman  siswa  dilakukan  melalui  jawaban  siswa  pada soal  pilihan  ganda  dan  dideskripsikan  berdasarkan  pemikiran  hipotetik  peneliti  saat  memilih distraktor  soal.  Oleh  karena  itu,  perlu  eksplorasi  mendalam  dan  lebih  pasti  penyebab  kesulitan tersebut,  misalnya  metode two  tier (Sutopo  2016), three  tier (Wijaya  2016;  Wiyono  2016), think aloud (Hull, 2013) atau wawancara klinis (diSessa 2007).

## REFERENSI
Bernhard,  J  1997,  ‘Experientially  Based  Physics  Instruction  Using  Hands  on  Experiments  and Computers’, Presented  at  the  First  European  Conference  on  Physics  Teaching  in  Engineering Education , Engineering College of Copenhagen, Copenhagen.
Dalaklioglu,  S,  Demirci,  N,  &  Sekercioglu,  A  2015,  ‘Eleventh  Grade  Students’  Difficulties  and Misconceptions  About Energy  and Momentum Concepts’, International Journal on New Trends in Education and Their Implications , vol. 6, no. 1, pp. 13–21.
diSessa,  AA  2007,  ‘An  Interactional  Analysis  of  Clinical  Interviewin’, Cognition  and  Instruction , vol. 25, no. 4, pp. 523–565, https://doi.org/10.1080/07370000701632413
Docktor,  JL,  &  Mestre,  JP  2014,  ‘Synthesis  of  Discipline-Based  Education  Research  in  Physics’, Physical  Review  Special  Topics  -  Physics  Education  Research ,  vol.  10,  no.  2, https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.10.020119
Hestenes, D,  & Wells, M  1992, ‘A Mechanics Baseline Test. The Physics Teacher’, vol. 30, no. 3, pp. 159–166, https://doi.org/10.1119/1.2343498
Hull, MM, Kuo, E, Gupta, A, & Elby, A 2013, ‘Problem-Solving  Rubrics  Revisited:  Attending  to The  Blending    of    Informal    Conceptual    and    Formal    Mathematical    Reasoning’, Physical Review Special Topics - Physics Education
Research , vol. 9, no. 1, https://doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.9.010105
Kharida,  LA,  Rusilowati,  A,  &  Pratiknyo,  K  2009,  ‘Penerapan  Model  Pembelajaran  Berbasis Masalah  untuk  Peningkatan  Hasil  Belajar  Siswa  pada  Pokok  Bahasan  Elastisitas  Bahan’, Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia , vol. 5, pp. 83–89.
Mustofa, Z, Sutopo, & Mufti, N 2016, ‘Pemahaman Konsep Siswa SMA Tentang Usaha dan Energi Mekanik’, In  Prosiding  Semnas  Pendidikan  IPA  Pascasarjana  Universitas  Negeri  Malang , Vol. 1, pp. 519–528.
Serway,  RA,  &  Jewett,  JW  2010, Physics  for  Scientists  and  Engineers  with  Modern  Physics  (8th Edition), Brooks/Cole Cengage Learning, Belmont, CA.
Serway,  RA,  Jewett,  JW,  &  Peroomian,  V  2014, Physics  for  Scientists  and  Engineers  (Ninth Edition) , Cengage Brooks/Cole, Boston, MA.
Singh,  C,  &  Rosengrant,  D  2003,  ‘Multiple-Choice  Test  of  Energy  and  Momentum  Concepts’, American Journal of Physics , vol. 71, no. 6, pp. 607–617, https://doi.org/10.1119/1.1571832
Sutopo,  2016,  ‘Pemahaman  Mahasiswa  Tentang  Konsep-Konsep  Dasar  Gelombang  Mekanik’, Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia , vol. 12, no. 1, pp. 41–53.
Wijaya,  CP,  Handayanto,  SK,  &  Muhardjito  2016,  ‘The  Diagnosis  of  Senior  High  School  Class  X MIA B Students Misconceptions About Hydrostatic Pressure Concept Using Three-Tier’, Jurnal Pendidikan IPA Indonesia , vol. 5, no. 1, pp. 14–21.
Wiyono  FM,  Sugiyanto,  Yulianti  E  2016,  ‘Identifikasi  Hasil  Analisis  Miskonsepsi  Gerak Menggunakan  Instrumen Diagnostik  Three Tier  pada Siswa SMP’, Jurnal Penelitian  Fisika dan Aplikasinya , vol. 06, no. 2, pp. 61-69.