Rancangan Pembelajaran Smart Kunci Sukses STEM

Rancangan Pembelajaran Smart Kunci Sukses STEM

Salah satu alasan mengapa guru tertari menerapkan STEM karena ”si dia” dipandang sebagai pendekatan pembelajaran yang dapat memantik murid untuk berpikir, mengeksplorasi, mencoba, dan berusaha menemukan solusi terhadap berbagai persoalan secara holistik dan berkaitan dengan materi tersaji. Pembelajaran STEM tidak hanya mendorong murid memahami konsep, tetapi juga memberikan ruang bagi mereka untuk menghubungkan pengetahuan dengan persoalan nyata melalui aktivitas penyelidikan, perancangan, pembuatan, pengujian, dan perbaikan suatu solusi. Karakteristik tersebut membuat STEM semakin menarik bagi guru, karena dinilai selaras dengan kebutuhan pembelajaran yang menempatkan murid sebagai pembelajar aktif sekaligus mengembangkan keterampilan berpikir kritis, kreatif, kolaboratif, komunikatif, dan problem solving.

Namun, meningkatnya ketertarikan tersebut tidak selalu diikuti dengan kemudahan dalam merancang pembelajaran STEM. Ketika mulai menyusun pembelajaran, guru sering dihadapkan pada pertanyaan mendasar: ”Bagaimana saya akan memulai?, Apakah pembelajaran diawali dengan menentukan proyek STEM, memilih tema atau persoalan kontekstual, atau terlebih dahulu mengidentifikasi capaian pembelajaran yang harus dicapai?” Pertanyaan tersebut menjadi penting karena pembelajaran STEM pada dasarnya bukan sekadar menambahkan kegiatan proyek ke dalam pembelajaran. Pelajaran STEM memerlukan keterpaduan antara tujuan pembelajaran, konsep yang dipelajari, proses penyelidikan, dan proses perancangan solusi.

Dalam praktiknya, tidak sedikit guru terjebak!, karena meraka memulai dari proyek yang dianggap menarik atau dari produk yang ingin dibuat murid, kemudian berusaha mencocokkannya dengan capaian pembelajaran dari berbagai mata pelajaran. Cara tersebut memang dapat menghasilkan aktivitas yang menarik, tetapi berpotensi menyebabkan integrasi antar komponen pembelajaran menjadi kurang kuat. Proyek dapat berjalan dengan baik sebagai sebuah kegiatan, tetapi hubungan antara persoalan yang dihadapi, konsep yang harus dipahami, proses engineering design, dan capaian pembelajaran yang ditargetkan belum tentu terbentuk secara utuh. Pada titik inilah muncul kebutuhan akan suatu kerangka yang dapat membantu guru menentukan titik awal dan alur perancangan pembelajaran STEM secara sistematis, sehingga keterlibatan murid dalam menemukan solusi tetap berjalan seiring dengan ketercapaian tujuan pembelajaran.

Membangun Pengalaman Pembelajaran Tanpa Melupakan Tujuan

Tantangan utama dalam implementasi STEM bukan semata-mata terletak pada kemampuan guru menemukan ide proyek yang menarik. Tantangan terbesarnya adalah bagaimana merancang hubungan yang bermakna antara persoalan, konsep, proses berpikir, dan solusi yang dikembangkan murid. Pembelajaran STEM yang terintegrasi menuntut adanya hubungan yang jelas antara pengetahuan sains dan matematika, pemanfaatan teknologi, serta proses rekayasa dalam menghasilkan dan menguji suatu solusi. Dengan demikian, proyek dalam pembelajaran STEM seharusnya tidak ditempatkan sebagai tujuan akhir, melainkan sebagai wahana yang memungkinkan murid menggunakan pengetahuan dan keterampilan secara terpadu untuk memahami masalah dan mengembangkan solusi.

Dalam konteks tersebut, Engineering Design Process (EDP) memiliki posisi yang strategis karena menyediakan struktur berpikir dan bertindak yang memungkinkan proses integrasi tersebut berlangsung secara nyata. Melalui EDP, murid tidak sekadar membuat suatu produk, tetapi diajak mengidentifikasi masalah, menetapkan kebutuhan dan kriteria, mengembangkan berbagai alternatif solusi, memilih dan merancang solusi, membuat prototipe, menguji, menganalisis hasil, serta melakukan perbaikan. Setiap tahapan tersebut membuka peluang bagi masuknya konsep sains, penggunaan penalaran matematis, pemanfaatan teknologi, serta keterampilan proses yang diperlukan untuk menghasilkan solusi. Dengan demikian, EDP dapat berfungsi sebagai penghubung yang membuat integrasi STEM tidak berhenti pada penggabungan beberapa mata pelajaran, tetapi berkembang menjadi pengalaman belajar yang benar-benar terpadu.

Namun demikian, menempatkan EDP sebagai penggerak pembelajaran STEM juga tidak berarti bahwa seluruh proses pembelajaran harus berangkat dari aktivitas rekayasa semata. Guru tetap perlu memastikan bahwa proses tersebut berangkat dari tujuan pembelajaran dan memberikan kesempatan yang memadai bagi murid untuk membangun pemahaman konseptual. Di sisi lain, proses penyelesaian masalah melalui EDP juga membutuhkan kemampuan murid dalam mengamati fenomena, mengajukan pertanyaan, mengumpulkan dan menganalisis data, menggunakan bukti, menarik kesimpulan, serta memberikan alasan terhadap keputusan yang diambil. Dengan kata lain, pembelajaran STEM yang kuat memerlukan keterhubungan antara Engineering Design, keterampilan proses sains, dan kemampuan penalaran ilmiah, dengan memanfaatkan teknologi digital yang dapat berperan sebagai sarana untuk memperluas proses eksplorasi, pemodelan, komunikasi, dokumentasi, dan evaluasi.

Oleh karena itu, kebutuhan yang muncul bukan sekadar bagaimana menyediakan lebih banyak contoh proyek STEM bagi guru, tetapi bagaimana membantu guru memahami bagaimana sebuah pembelajaran STEM dirancang sejak awal hingga menghasilkan pengalaman belajar yang terintegrasi. Kerangka perancangan yang diperlukan perlu mampu menunjukkan titik awal pembelajaran, hubungan antara masalah dan capaian pembelajaran, posisi konsep-konsep yang dipelajari, proses engineering design yang digunakan, keterampilan proses sains dan penalaran yang dikembangkan, serta bagaimana teknologi digital dimanfaatkan secara bermakna. Kerangka semacam ini diharapkan dapat membantu guru berpindah dari pola “mencari proyek kemudian mencocokkannya dengan pembelajaran” menuju pola “merancang pengalaman belajar berdasarkan tujuan, masalah, proses, dan kompetensi yang ingin dibangun”.

Strategi Sederhana Menyusun Rancangan Pembelajaran STEM

Berdasarkan prinsip tersebut, menyusun rancangan pembelajaran STEM dapat disederhanakan ke dalam empat langkah utama, yaitu (1) menentukan capaian pembelajaran, (2) menentukan topik pembelajaran STEM, (3) menentukan strategi pelaksanaan proses saintifik dan engineering, dan (4) menyusun rancangan pembelajaran STEM. Keempat langkah tersebut disusun secara berurutan agar pembelajaran tidak dimulai dari pemilihan proyek atau produk, tetapi dari tujuan pembelajaran yang kemudian dikembangkan menjadi pengalaman belajar yang memungkinkan murid menggunakan pengetahuan dan keterampilannya untuk memahami masalah dan menghasilkan solusi.

1. Menentukan Capaian Pembelajaran yang menjadi prioritas

Langkah pertama adalah menentukan Capaian Pembelajaran (CP) atau Tujuan Pembelajaran (TP) yang menjadi prioritas. Guru perlu mengidentifikasi pengetahuan, keterampilan, dan kemampuan yang diharapkan dikuasai murid setelah mengikuti pembelajaran. Dalam pembelajaran STEM, kurikulum tetap menjadi titik awal karena STEM merupakan pendekatan pembelajaran, bukan tujuan akhir.

Pada tahap ini guru tidak perlu terlebih dahulu memikirkan proyek atau produk yang akan dibuat murid. Pertanyaan utama yang perlu dijawab adalah: “Apa yang harus dipelajari dan dikuasai murid?” Setelah CP atau TP utama ditentukan, guru dapat mengidentifikasi konsep atau kompetensi dari disiplin lain yang dapat mendukung pencapaiannya. Dengan demikian, integrasi STEM dibangun berdasarkan kebutuhan pembelajaran, bukan karena keinginan untuk memasukkan semua unsur STEM ke dalam satu kegiatan.

2. Menentukan Topik Pembelajaran STEM

Setelah CP atau TP ditentukan, langkah berikutnya adalah memilih topik pembelajaran yang memungkinkan capaian tersebut dikembangkan melalui pendekatan STEM. Topik tidak hanya dipahami sebagai materi yang akan diajarkan, tetapi sebagai konteks yang dapat menghadirkan fenomena atau masalah nyata yang memungkinkan murid menggunakan pengetahuan dari berbagai disiplin ilmu secara terpadu.

Pada tahap ini guru terlebih dahulu mengidentifikasi topik atau fenomena yang memiliki keterkaitan dengan capaian pembelajaran yang telah ditentukan. Selanjutnya, guru mencari masalah nyata yang dapat digunakan sebagai konteks pembelajaran. Masalah tersebut sebaiknya dekat dengan kehidupan murid, cukup kompleks untuk memerlukan lebih dari satu perspektif keilmuan, serta memungkinkan dikembangkan menjadi tantangan yang dapat diselesaikan melalui proses engineering.

Misalnya, pada topik pencemaran lingkungan, guru dapat mengangkat persoalan pencemaran udara di lingkungan sekolah melalui pertanyaan:

“Bagaimana mengurangi pencemaran udara di lingkungan sekolah?”

Masalah tersebut kemudian dapat dikembangkan menjadi tantangan STEM, misalnya:

“Rancang dan buat alat penyaring udara sederhana dari bahan yang mudah diperoleh untuk membantu mengurangi partikel pencemar di ruang kelas.”

Setelah topik dan masalah ditentukan, guru memetakan hubungan interdisipliner yang diperlukan untuk memahami masalah dan mengembangkan solusi. Pemetaan ini dilakukan dengan mengidentifikasi kontribusi masing-masing disiplin terhadap satu persoalan yang sama. Dengan demikian, integrasi tidak dilakukan dengan sekadar menempatkan beberapa mata pelajaran dalam satu proyek, tetapi dengan menemukan hubungan fungsional antardisiplin.

Sebagai contoh, persoalan pencemaran udara dapat melibatkan beberapa disiplin sebagai berikut:

Tabel 1. Contoh topik Pencemaran udara untuk pembelajaran STEM

Hubungan tersebut menunjukkan bahwa setiap disiplin memiliki fungsi yang berbeda tetapi saling bergantung dalam proses penyelesaian masalah. Pengetahuan Science membantu murid memahami mengapa masalah terjadi; Mathematics membantu mereka menentukan seberapa besar atau bagaimana masalah dapat diukur; Technology membantu memperoleh, mengolah, dan menggunakan informasi atau data; sedangkan Engineering membantu murid menentukan bagaimana solusi dapat dirancang, dibuat, diuji, dan diperbaiki.

Pada tahap ini guru juga perlu memastikan bahwa hubungan antardisiplin tersebut memiliki kontribusi terhadap pencapaian CP atau TP. Tidak semua unsur STEM harus selalu muncul dengan bobot yang sama dalam setiap pembelajaran. Suatu pembelajaran dapat memiliki dominasi Science dengan dukungan Mathematics dan Engineering, atau sebaliknya, selama hubungan antardisiplin tersebut memiliki tujuan yang jelas dan memberikan kontribusi terhadap penyelesaian masalah.

Dengan demikian, hasil utama dari langkah kedua bukan hanya berupa topik pembelajaran, tetapi juga masalah atau tantangan STEM serta peta hubungan interdisipliner yang menunjukkan bagaimana berbagai disiplin ilmu saling berkontribusi dalam membangun pemahaman dan menghasilkan solusi.

3. Menentukan Strategi Pelaksanaan Proses Saintifik dan Engineering

Langkah ketiga adalah menentukan bagaimana murid akan belajar melalui proses saintifik dan engineering. Pada tahap ini guru merancang pengalaman belajar yang memungkinkan murid tidak hanya memahami konsep, tetapi juga menggunakan pengetahuan tersebut untuk menyelidiki masalah dan mengembangkan solusi.

Gambar 1. Alur Pembelajaran STEM Terintegrasi

Gambar 1 menunjukkan strategi pengintegrasian proses saintifik dan engineering. Proses saintifik dapat diwujudkan melalui kegiatan mengamati fenomena, mengajukan pertanyaan, mengidentifikasi informasi yang diperlukan, melakukan penyelidikan atau pengukuran, mengumpulkan dan menganalisis data, menggunakan bukti, serta menarik kesimpulan. Sementara itu, proses engineering dapat dilakukan melalui kegiatan memahami masalah, menetapkan kriteria dan batasan, mengembangkan alternatif solusi, memilih dan merancang solusi, membuat prototipe, menguji, mengevaluasi, dan memperbaiki desain.

Kedua proses tersebut tidak harus berjalan sebagai dua kegiatan yang terpisah. Justru, kekuatan pembelajaran STEM terletak pada bagaimana proses saintifik dan engineering saling mendukung. Murid menggunakan proses saintifik untuk memperoleh pengetahuan dan bukti yang diperlukan dalam merancang solusi, sementara proses engineering memberikan konteks dan kebutuhan nyata bagi murid untuk menggunakan pengetahuan tersebut.

Pada tahap ini guru juga menentukan bagaimana teknologi digital dimanfaatkan secara fungsional dalam pembelajaran. Teknologi dapat digunakan untuk mencari dan mengorganisasi informasi, melakukan pengukuran melalui sensor, mencatat dan mengolah data, membuat simulasi atau model, mendokumentasikan proses desain, berkolaborasi, maupun mengomunikasikan hasil. Dengan demikian, teknologi digital tidak ditempatkan sebagai tambahan kegiatan, tetapi digunakan ketika mampu memperkuat proses saintifik atau engineering.

Hasil utama dari langkah ketiga adalah strategi dan alur pengalaman belajar murid, termasuk proses saintifik, Engineering Design Process, penggunaan teknologi, serta keterampilan yang akan dikembangkan.

4. Menyusun Rancangan Pembelajaran STEM

Langkah terakhir adalah mengintegrasikan hasil dari ketiga langkah sebelumnya ke dalam rencana pembelajaran STEM yang utuh. Pada tahap ini guru menyusun tujuan pembelajaran, kegiatan pembelajaran, sumber dan media belajar, pengorganisasian murid, pemanfaatan teknologi, serta asesmen.

Rencana pembelajaran disusun dengan memastikan adanya keterkaitan yang jelas antara capaian pembelajaran, topik dan masalah, proses saintifik, proses engineering, serta bukti ketercapaian belajar. Setiap aktivitas yang dirancang perlu memiliki fungsi yang jelas dalam membantu murid mencapai tujuan pembelajaran.

Asesmen juga dirancang tidak hanya untuk menilai produk akhir, tetapi untuk memperoleh bukti mengenai proses dan perkembangan belajar murid. Aspek yang dapat dinilai meliputi pemahaman konsep, keterampilan proses sains, kemampuan menggunakan bukti dan penalaran, kemampuan merancang dan memperbaiki solusi, penggunaan matematika dan teknologi, kolaborasi, komunikasi, serta refleksi terhadap proses dan hasil.

Dengan demikian, rencana pembelajaran STEM bukan sekadar rencana kegiatan membuat suatu produk. Rencana pembelajaran merupakan sebuah skenario untuk memberikan pengalaman belajar yang menghubungkan tujuan pembelajaran dengan masalah nyata, proses saintifik, proses engineering, pemanfaatan teknologi, dan asesmen dalam suatu alur pembelajaran yang terpadu.

Alur tersebut memberikan titik awal yang jelas bagi guru sekaligus mencegah pembelajaran STEM dirancang hanya berdasarkan proyek yang menarik. Proyek atau produk menjadi bagian dari proses pembelajaran, sedangkan arah keseluruhan pembelajaran tetap ditentukan oleh capaian yang ingin dicapai dan pengalaman belajar yang diperlukan murid untuk mencapainya.

Apakah Pembelajaran STEM Kita Berorientasi pada Proyek atau pada Pembelajaran?

Pada praktiknya, pembelajaran STEM terkadang dimulai dari sesuatu yang ingin dibuat, bukan dari sesuatu yang ingin dipelajari. Guru sering lupa, bahwa dalam pembelajaran, yang ingin dituntaskan adalah capaian pembelajaran. Guru mungkin memiliki gagasan yang menarik, seperti “Saya ingin membuat robot,” “Saya ingin membuat hidroponik,” atau “Saya ingin membuat jembatan dari stik es krim.” Gagasan tersebut tentu bukan sesuatu yang keliru. Justru proyek-proyek semacam itu dapat menjadi pengalaman belajar yang menarik bagi murid. Persoalan muncul ketika proyek telah ditentukan terlebih dahulu, kemudian guru mencari-cari Capaian Pembelajaran (CP) atau tujuan pembelajaran yang dianggap sesuai dengan proyek tersebut.

Pola seperti ini perlu menjadi bahan refleksi. Ketika proyek menjadi titik awal sekaligus pusat pembelajaran, integrasi antardisiplin berpotensi dilakukan secara dipaksakan. Guru mungkin dapat menyisipkan Science, Mathematics, Technology, dan Engineering hanya agar pembelajaran tampak seperti pembelajaran STEM.

Pada saat itu, asesmen yang digunakan menjadi kurang jelas untuk mengukur apa?  Karena lebih mudah dan terlihat adalah mengukur keberhasilan produk. Sementara itu pengetahuan dan keterampilan yang seharusnya dibangun melalui proses pembelajaran belum tentu terukur. Akibatnya, kegiatan dapat berlangsung menarik dan menghasilkan produk yang baik, tetapi tidak seluruh capaian pembelajaran atau tujuan pembelajaran yang direncanakan benar-benar tercapai. Bahkan karena terlalu serius membangun produk,guru menjadi lupa dengan capaian pembelajaran yang akan dituntaskan.

Penutup

Nah guru pada implementasi pembelajaran STEM. Panjenengan tidak memulai dari proyek yang menarik. Panjenengan dapat mulai dari merancang kompetensi yang akan dikuasai oleh murid, masalah nyata, dan solusi  bermakna. STEM merupakan sarana untuk menuntaskan capaian pembelajaran melalui pemecahan masalah nyata dengan memadukan proses saintifik dan proses rekayasa.

Penting bagi guru untuk mampu membedakan pembelajaran yang berorientasi pada proyek (project-oriented) dan pembelajaran yang berorientasi pada proses belajar (learning-oriented). Sehingga pembelajaran yang dirancang dapat memberikan pengalaman belajar yang menggembirakan, mindfull dan meaningfull.

Daftar Pustaka

Bybee, R. W. (2013). The case for STEM education: Challenges and opportunities. NSTA Press.

Kelley, T. R., & Knowles, J. G. (2016). A conceptual framework for integrated STEM education. International Journal of STEM Education, 3(11), 1-11. https://doi.org/10.1186/s40594-016-0046-z

National Research Council. (2012). A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. National Academies Press.

Ministry of Education and Culture Republic of Indonesia. (2022). Keputusan Kepala Badan Standar, Kurikulum, dan Asesmen Pendidikan Nomor 008/H/KR/2022 tentang capaian pembelajaran pada pendidikan anak usia dini, jenjang pendidikan dasar, dan jenjang pendidikan menengah pada Kurikulum Merdeka. Kemendikbudristek.

Capraro, R. M., Capraro, M. M., & Morgan, J. R. (Eds.). (2013). STEM project-based learning: An integrated science, technology, engineering, and mathematics (STEM) approach (2nd ed.). Sense Publishers.

Wells, J. G. (2016). PIRPOSAL model of integrative STEM education. Technology and Engineering Teacher, 75(6), 12-19.