Pembelajaran STEM 5M Berbasis Model 5E

Pembelajaran STEM 5M Berbasis Model 5E

Penguatan pendidikan Sains, Teknologi, Enjinering, dan Matematika (STEM) semakin memperoleh tempat penting dalam agenda transformasi pendidikan Indonesia. Arah tersebut sejalan dengan kebutuhan untuk menyiapkan murid yang tidak hanya menguasai pengetahuan, tetapi juga mampu berpikir kritis, kreatif, berkolaborasi, memecahkan masalah, dan menggunakan pengetahuan untuk menghadapi persoalan nyata. Dalam konteks kebijakan pendidikan saat ini, penguatan STEM ditempatkan sebagai bagian dari upaya membangun sumber daya manusia yang memiliki kemampuan menghadapi perkembangan sains dan teknologi. Arah kebijakan pendidikan nasional juga dikaitkan dengan Asta Cita Presiden Prabowo, khususnya penguatan pembangunan sumber daya manusia, sains, teknologi, dan pendidikan.

Penguatan tersebut kemudian diterjemahkan melalui Program STEM Nasional yang mengusung prinsip 5M: Mudah, Murah, Menggembirakan, Mindful, dan Meaningful. Prinsip ini sekaligus berupaya mengubah persepsi bahwa pembelajaran STEM selalu identik dengan laboratorium yang lengkap, perangkat teknologi yang mahal, atau proyek yang membutuhkan biaya besar. Sebaliknya, STEM diarahkan agar dapat tumbuh dari lingkungan sekitar murid, menggunakan sumber daya yang tersedia, dan menghadirkan pengalaman belajar yang relevan dengan kehidupan mereka. Dengan demikian, tantangan pengembangan STEM tidak berhenti pada pertanyaan “apa itu STEM?”, tetapi bergeser menjadi pertanyaan yang jauh lebih praktis: “bagaimana guru dapat menghadirkan pembelajaran STEM secara nyata di dalam kelas?”

Pertanyaan tersebut menjadi penting karena STEM pada dasarnya bukan sekadar penggabungan empat mata pelajaran. Pembelajaran STEM menghendaki adanya pengalaman murid dalam mengidentifikasi persoalan, melakukan investigasi, menggunakan pengetahuan, merancang solusi, menguji gagasan, dan memperbaiki solusi berdasarkan bukti. Dengan kata lain, keberhasilan STEM sangat bergantung pada bagaimana guru merancang pengalaman belajar, bukan semata-mata pada tema atau produk yang dihasilkan.

Dalam implementasinya, Problem Based Learning (PBL) dan Project Based Learning (PjBL) telah banyak digunakan dan dikaji sebagai model yang memiliki kedekatan dengan karakteristik STEM. PBL memberikan ruang bagi murid untuk belajar melalui masalah, sedangkan PjBL memberikan pengalaman belajar melalui proses menghasilkan produk atau karya. Keduanya memiliki kontribusi penting dalam implementasi STEM.

Namun, masih terdapat ruang untuk menghadirkan alternatif yang lebih sederhana dan fleksibel. Guru tidak selalu memiliki waktu yang cukup untuk melaksanakan proyek yang panjang, sementara pembelajaran STEM tetap perlu hadir dalam pembelajaran reguler. Pada titik inilah model pembelajaran 5E menjadi menarik untuk dikaji. Model 5E menyediakan alur pengalaman belajar melalui lima fase: Engage, Explore, Explain, Elaborate, dan Evaluate. Model ini berakar pada konstruktivisme dan dirancang agar murid membangun pemahaman melalui pengalaman, eksplorasi, penjelasan, penerapan, dan evaluasi.

Tantangan Guru Menerjemahkan STEM 5M ke dalam Pembelajaran Berbasis 5E

Kehadiran kebijakan dan program STEM belum secara otomatis membuat implementasi STEM menjadi mudah bagi guru. Tantangan utamanya justru berada pada tingkat pedagogis: bagaimana prinsip STEM 5M diterjemahkan menjadi pengalaman belajar yang konkret, terstruktur, dan dapat dilaksanakan dalam keterbatasan pembelajaran sehari-hari?

Pertama, guru perlu memiliki alur pembelajaran yang jelas. Kedua, guru membutuhkan model yang mampu menjaga keseimbangan antara penguasaan konsep dan pengalaman praktis. Ketiga, model pembelajaran yang sesuai dengan prinsip STEM 5M. Keempat, pembelajaran perlu menyediakan ruang untuk refleksi dan evaluasi. Tantangan tersebut menunjukkan bahwa yang dibutuhkan bukan sekadar tambahan aktivitas STEM, tetapi kerangka pembelajaran yang dapat mengorkestrasi seluruh pengalaman tersebut secara sistematis. Apakah model pembelajaran 5E sanggup menjawab tantangan tersebut?

Menggunakan Model 5E sebagai Kerangka Implementasi STEM 5M

Model Pembelajaran 5E dikembangkan oleh Rodger W. Bybee dan tim dari Biological Sciences Curriculum Study (BSCS) sebagai pengembangan dari learning cycle yang berakar pada teori konstruktivisme. Model ini dirancang untuk membantu peserta didik membangun pemahaman melalui serangkaian pengalaman belajar yang terstruktur dalam lima fase, yaitu engage, explore, explain, elaborate, dan evaluate (Bybee et al., 2006; Bybee, 2015). Oleh karena itu, pembelajaran perlu dirancang untuk memberikan kesempatan kepada peserta didik mengalami secara langsung proses pembentukan pengetahuan tersebut.

Landasan konstruktivisme menempatkan murid bukan sebagai penerima informasi secara pasif, tetapi sebagai individu yang membangun pemahaman berdasarkan pengalaman dan interaksinya dengan lingkungan. Karena itu, pembelajaran dimulai bukan semata-mata dari penjelasan guru, melainkan dari pengalaman yang dapat membangkitkan rasa ingin tahu, mendorong eksplorasi, dan memunculkan kebutuhan untuk memahami suatu konsep. Kelima fase 5E membentuk suatu siklus pengalaman belajar.

Urutan tersebut bukan sekadar lima langkah kegiatan, tetapi menggambarkan perkembangan pengalaman murid dari tertarik terhadap fenomena, mengalami dan menyelidiki, membangun penjelasan, menerapkan pengetahuan, kemudian merefleksikan dan mengevaluasi pembelajaran.

Hal tersebut memiliki kesesuaian dengan karakteristik pembelajaran STEM. Dalam STEM, murid diharapkan mengidentifikasi masalah nyata, mengumpulkan dan menganalisis data, mengembangkan alternatif solusi, merancang dan menguji solusi, serta mengevaluasi efektivitasnya. Seluruh proses tersebut dapat memperoleh struktur pedagogis melalui model 5E.

Syarat Lingkungan Belajar yang Sesuai untuk Menerapkan 5E

Penerapan 5E dalam STEM tidak terutama ditentukan oleh kelengkapan fasilitas, tetapi oleh karakteristik lingkungan belajar yang dibangun guru.

Tabel 1. Lingkungan belajar yang mendukung setidaknya memiliki lima karakteristik.

Karakteristik tersebut sejalan dengan arah STEM 5M. Lingkungan belajar tidak harus menggunakan perangkat mahal. Bahan sederhana dari lingkungan sekitar justru dapat menjadi media untuk melakukan pengamatan, eksperimen, dan rekayasa. Program STEM resmi Kemendikdasmen juga menekankan bahwa penerapan STEM dapat menggunakan alat dan bahan lokal serta prosedur yang aman.

Dengan demikian, STEM 5M bukan hanya persoalan bahan yang murah, tetapi juga bagaimana guru menciptakan lingkungan belajar yang mudah diakses, menggembirakan, membangun kesadaran berpikir, dan memiliki makna bagi murid.

Prosedur Belajar Menggunakan Model Pembelajaran 5E

Secara konseptual, terdapat keselarasan yang kuat apabila model pembelajaran 5E diintegrasikan Ke dalam pembelajaran STEM. Keduanya menempatkan peserta didik sebagai aktor utama dalam proses pembelajaran melalui kegiatan investigasi, pemecahan masalah, serta pengembangan solusi terhadap permasalahan dunia nyata (Bybee, 2013). Penggunaan model 5E dalam pembelajaran STEM juga dinilai mampu mendukung pengembangan keterampilan abad ke-21 karena setiap fase memberikan ruang bagi peserta didik untuk berpikir kritis, berargumentasi, berkolaborasi, dan mengomunikasikan ide secara ilmiah.

Dalam STEM, peserta didik diharapkan mampu:

• Mengidentifikasi masalah nyata;
• Mengumpulkan dan menganalisis data;
• Mengembangkan alternatif solusi;
• Merancang dan menguji produk atau prosedur;
• Mengevaluasi efektivitas solusi yang dihasilkan.

Proses tersebut pada dasarnya terakomodasi dalam tahapan-tahapan pembelajaran 5E. Oleh karena itu, model 5E dapat dipandang sebagai kerangka pedagogis yang membantu guru mengimplementasikan pendekatan STEM secara sistematis.

Gambar 1. fase proses belajar menggunakan model 5E

Engage Merupakan Fase Membangun Rasa Ingin Tahu.

Fase engage bertujuan membangkitkan perhatian, minat, dan rasa ingin tahu murid terhadap fenomena atau masalah yang akan dipelajari.

Guru tidak harus memulai dengan definisi atau rumus. Pembelajaran dapat dimulai dengan fenomena sederhana, demonstrasi, gambar, video, data lingkungan, atau persoalan lokal.

Misalnya, pada topik kualitas udara, guru dapat mengajak murid membandingkan kondisi lingkungan sekolah yang banyak pepohonan dengan lingkungan yang didominasi kendaraan bermotor. Dari fenomena tersebut muncul pertanyaan: Mengapa kondisi udara pada kedua tempat tersebut dapat berbeda?

Dalam konteks STEM, engage menjadi pintu masuk menuju persoalan nyata. Rasa ingin tahu yang muncul kemudian menjadi energi untuk melakukan investigasi.

Explore merupakan Fase Menyelidiki dan Menghasilkan Bukti

Pada fase explore, murid melakukan investigasi untuk memperoleh pengalaman dan data.

Aktivitas dapat berupa:

• observasi;
• eksperimen sederhana;
• pengukuran;
• pengumpulan data;
• diskusi kelompok;
• pencarian informasi;
• perbandingan hasil;
• pengujian dugaan.

Guru tidak segera memberikan jawaban, tetapi memberikan ruang kepada murid untuk menemukan pola berdasarkan bukti.

Dalam konteks STEM, fase explore menjadi ruang berkembangnya keterampilan proses sains. Murid belajar bahwa pengetahuan tidak hanya diperoleh dari apa yang dikatakan guru, tetapi juga melalui bukti yang diperoleh dari proses penyelidikan.

Explain Merupakan Fase Mengonstruksi dan Mengomunikasikan Pemahaman

Setelah memperoleh pengalaman, murid masuk ke fase explain.

Murid menjelaskan apa yang ditemukan, mempresentasikan data, membandingkan hasil kelompok, dan menghubungkan temuan dengan konsep.

Pada tahap ini guru mulai memperkenalkan istilah, prinsip, atau teori yang diperlukan. Dengan demikian, penjelasan guru bukan menjadi titik awal pembelajaran, tetapi memperkuat pemahaman yang sedang dibangun murid berdasarkan pengalaman sebelumnya.

Fase ini juga memberikan ruang bagi keterampilan komunikasi ilmiah. Murid belajar menjawab pertanyaan:

Apa yang kami temukan?
Bukti apa yang mendukungnya?
Mengapa hasilnya demikian?

Elaborate  merupakan Fase Menerapkan Pengetahuan melalui Engineering

Fase elaborate merupakan titik penting untuk memperkuat karakter STEM karena murid menggunakan pengetahuan yang telah dibangun untuk menghadapi situasi baru atau merancang solusi.

Murid dapat:

• membuat prototipe;
• mengembangkan model;
• merancang alat;
• menguji alternatif;
• memperbaiki desain;
• membuat rekomendasi berbasis data.

Dengan demikian, engineering tidak harus selalu berupa proyek besar. Sebuah desain sederhana yang lahir dari kebutuhan untuk menyelesaikan masalah sudah dapat menjadi pengalaman engineering, selama murid menggunakan proses merancang, mencoba, menguji, dan memperbaiki.

Di sinilah 5E memiliki posisi yang menarik dalam STEM. Jika explore menghasilkan pemahaman dan bukti, maka elaborate membawa pemahaman tersebut menuju penciptaan dan pengujian solusi.

Evaluate  Merupakan Fase Menilai, Merefleksi, dan Memperbaiki

Fase evaluate tidak seharusnya dipahami hanya sebagai tes akhir.

Evaluasi dalam 5E dapat dilakukan sepanjang proses maupun pada akhir pembelajaran. Murid dapat diminta merefleksikan:

• Apa yang telah saya pelajari?
• Bukti apa yang saya peroleh?
• Bagaimana saya sampai pada kesimpulan?
• Apa kesulitan saya?
• Apa yang tidak berhasil?
• Apa yang perlu saya perbaiki?
• Bagaimana strategi saya jika mengulanginya?

Dengan demikian, evaluasi menjadi bagian dari pembelajaran reflektif. Draft yang kita susun juga telah menghubungkan fase ini dengan gagasan refleksi Kolb, Schön, dan Gibbs serta pengembangan kesadaran metakognitif.

4. Memetakan 5E dengan STEM 5M

Pemetaan tersebut menunjukkan bahwa 5E bukan STEM itu sendiri, tetapi dapat berfungsi sebagai kerangka pedagogis untuk mengorkestrasi pengalaman STEM.

1. Tabel2.  Matriks Utama Model Pembelajaran 5E

Bagaimana Guru Menilai Hasil Belajar Murid?

Jika pembelajaran STEM menggunakan 5E, maka cara menilai hasil belajar juga perlu bergeser. Guru tidak cukup menilai apakah murid memperoleh jawaban yang benar atau menghasilkan produk yang bagus.

Yang perlu dilihat adalah perkembangan murid sepanjang proses.

Tabel 3. Lima aspek yang menjadi fokus asesmen:

Dengan demikian, asesmen dapat menggunakan kombinasi observasi, jurnal proses, lembar kerja, dokumentasi proses, produk/prototipe, presentasi, rubrik, dan refleksi diri.

Hal yang penting adalah guru menilai proses dan produk secara bersamaan. Dalam STEM, kegagalan sebuah desain bukan otomatis menunjukkan kegagalan belajar. Sebaliknya, kegagalan dapat menjadi bukti bahwa murid sedang melakukan proses pengujian dan belajar dari hasilnya.

Di sinilah fase evaluate memiliki posisi strategis. Evaluasi bukan hanya bertanya “berapa nilai yang diperoleh?”, tetapi juga:

“Apa yang berubah dalam cara murid memahami masalah, menggunakan bukti, merancang solusi, dan merefleksikan proses belajarnya?”

Pertanyaan tersebut membuat asesmen menjadi bagian dari pembelajaran, bukan sekadar aktivitas setelah pembelajaran selesai.

Penutup

Program STEM 5M memberikan arah baru bagi pengembangan pembelajaran STEM di Indonesia. Prinsip Mudah, Murah, Menggembirakan, Mindful, dan Meaningful menegaskan bahwa STEM tidak harus hadir melalui fasilitas yang mahal atau proyek yang kompleks. Yang lebih penting adalah bagaimana murid memperoleh pengalaman belajar yang nyata, relevan, aktif, dan mendorong mereka menggunakan pengetahuan untuk memahami serta menyelesaikan persoalan. Program resmi Kemendikdasmen sendiri menempatkan penguatan kompetensi guru sebagai bagian penting agar STEM dapat diterapkan secara kontekstual dan berdampak bagi murid.

Nah guru, pada akhirnya tantangan implementasi STEM adalah “bagaimana membuat mereka mengalami proses berpikir, menyelidiki, menjelaskan, merancang, menguji, memperbaiki, dan merefleksikan”. Dalam kerangka tersebut, 5E menawarkan sebuah jalan yang relatif sederhana tetapi sistematis. Prinsipnya adalah mengubah rasa ingin tahu menuju pemahaman, dari pemahaman menuju solusi, dan dari solusi menuju refleksi. Di situlah STEM 5M berpotensi hadir secara lebih dekat dengan realitas kelas dan kehidupan murid.

Daftar Pustaka Awal

Bybee, R. W. (2013). The Case for STEM Education: Challenges and Opportunities. Arlington, VA: NSTA Press.

Bybee, R. W. (2015). The BSCS 5E Instructional Model: Creating Teachable Moments. Arlington, VA: NSTA Press.

Gibbs, G. (1988). Learning by Doing: A Guide to Teaching and Learning Methods. London: Further Education Unit.

Kolb, D. A. (1984). Experiential Learning: Experience as the Source of Learning and Development. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall.

National Research Council. (2012). A Framework for K–12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas. Washington, DC: National Academies Press.

Schön, D. A. (1983). The Reflective Practitioner: How Professionals Think in Action. New York: Basic Books.