Tim Pendidikan Fisika Universitas Tadulako Kembangkan PhySTA, Instrumen untuk Mengukur Kemampuan Berpikir Sistem Mahasiswa Fisika
PALU — Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan (FKIP), Universitas Tadulako terus memperkuat pengembangan penelitian di bidang pendidikan fisika melalui riset bertajuk Development and Validation of a Physics Systems Thinking Assessment (PhySTA) for Higher Education. Penelitian ini berfokus pada pengembangan instrumen asesmen yang dirancang untuk mengukur kemampuan berpikir sistem mahasiswa dalam memahami berbagai fenomena fisika secara menyeluruh, mulai dari hubungan antarkomponen hingga perubahan dan perilaku suatu sistem dari waktu ke waktu.
Penelitian tersebut dilaksanakan oleh tim yang terdiri atas Dr. Haeruddin, S.Pd., M.Si., Muhammad Jarnawi, S.Pd., M.Pd., Drs. Syamsu, M.Si., dan Delthawati Isti Ratnaningtyas, M.Pd. Kegiatan ini juga melibatkan dua mahasiswa Program Studi Pendidikan Fisika, yakni Moh Afriansyah dari angkatan 2023 dan Mawar dari angkatan 2022. Keterlibatan mahasiswa menjadi bagian penting dalam membangun pengalaman penelitian yang menghubungkan pembelajaran di perguruan tinggi dengan pengembangan instrumen ilmiah.
Di tengah kebutuhan pendidikan tinggi untuk membekali mahasiswa dengan kemampuan berpikir kritis, analitis, dan integratif, penelitian PhySTA berangkat dari persoalan mendasar dalam pembelajaran fisika. Memahami fisika tidak cukup hanya dengan menghafal persamaan, menentukan besaran yang diketahui, atau memasukkan angka ke dalam rumus. Mahasiswa juga perlu mampu menjelaskan bagaimana komponen-komponen dalam suatu sistem saling berhubungan, bagaimana perubahan pada satu bagian memengaruhi bagian lain, serta bagaimana keseluruhan sistem menunjukkan perilaku tertentu.
Kemampuan tersebut dikenal sebagai systems thinking atau berpikir sistem. Dalam konteks fisika, pendekatan ini diperlukan untuk memahami fenomena yang melibatkan interaksi banyak komponen, proses dinamis, hubungan sebab-akibat, serta perubahan yang berlangsung sepanjang waktu. Osilasi teredam, rangkaian listrik LC, perpindahan kalor, dan gelombang merupakan beberapa contoh fenomena yang dapat dipahami lebih mendalam melalui perspektif berpikir sistem.
Persoalannya, kemampuan tersebut tidak selalu dapat diukur secara memadai melalui tes fisika konvensional yang lebih menitikberatkan pada jawaban akhir dan ketepatan perhitungan. Mahasiswa mungkin memperoleh jawaban yang benar, tetapi belum tentu memahami hubungan antarkomponen atau mekanisme yang menyebabkan fenomena tersebut terjadi. Sebaliknya, kesalahan jawaban dapat berasal dari beragam alasan, mulai dari kekeliruan memahami konsep hingga ketidakmampuan mengintegrasikan berbagai bagian dalam satu sistem.
Atas dasar itulah, tim peneliti mengembangkan PhySTA sebagai instrumen asesmen yang secara khusus diarahkan pada kemampuan berpikir sistem dalam pendidikan fisika di perguruan tinggi.
Berangkat dari Landasan Teoretis yang Terstruktur
Pengembangan PhySTA diawali dengan penyusunan landasan teoretis yang mengintegrasikan pemikiran tentang sistem dan penerapannya dalam pendidikan. Tim merujuk pada perkembangan pemikiran sistem, antara lain melalui karya Jay W. Forrester, Peter M. Senge, dan Donella H. Meadows, serta penelitian mengenai karakteristik sistem dan pengembangan kemampuan berpikir sistem.
Dalam kerangka ini, sistem dipahami bukan sekadar kumpulan benda atau komponen, melainkan kesatuan yang terbentuk melalui hubungan dan interaksi di antara bagian-bagiannya. Lima karakteristik universal yang menjadi perhatian dalam pengembangan instrumen meliputi komponen dan relasi, kausalitas melingkar atau umpan balik, keterlambatan waktu, nonlinearitas, serta sifat emergen, yaitu karakteristik keseluruhan yang tidak dapat dijelaskan hanya dengan melihat setiap komponen secara terpisah.
Tim memilih model hierarkis berpikir sistem yang dikembangkan Assaraf dan Orion sebagai kerangka teoretis utama. Model tersebut mengorganisasikan delapan kemampuan berpikir sistem ke dalam tiga dimensi yang saling berkaitan.
Dimensi pertama adalah analitik, yang menekankan kemampuan mengidentifikasi komponen serta menjelaskan hubungan antarkomponen. Dimensi kedua adalah sintetik, yang mencakup pemahaman terhadap proses dinamis, pola siklus atau umpan balik, serta aspek-aspek sistem yang tidak langsung terlihat. Sementara itu, dimensi ketiga adalah temporal-holistik, yang menekankan kemampuan melakukan generalisasi dan penyederhanaan, memahami perubahan dari waktu ke waktu, serta menyusun penjelasan menyeluruh mengenai perilaku dan sifat emergen suatu sistem.
Ketiga dimensi tersebut menjadi dasar untuk merumuskan indikator dan menyusun butir soal yang sesuai dengan karakteristik pembelajaran fisika. Dengan kerangka ini, asesmen tidak hanya diarahkan untuk mengetahui apakah mahasiswa menguasai konsep tertentu, tetapi juga untuk menelusuri bagaimana mereka membangun penjelasan tentang suatu fenomena.
Dari 32 Soal Menjadi 24 Butir Instrumen
Berdasarkan landasan teoretis tersebut, tim telah menyusun draf awal instrumen yang terdiri atas 32 soal. Setelah melalui proses penelaahan dan seleksi awal, jumlah soal dipadatkan menjadi 24 butir terpilih.
PhySTA menggunakan format pilihan ganda beralasan dua tingkat atau two-tier multiple-choice assessment. Pada tingkat pertama, mahasiswa memilih jawaban terhadap permasalahan yang disajikan. Pada tingkat kedua, mahasiswa memilih alasan yang mendasari jawaban tersebut.
Format dua tingkat ini dirancang agar proses penalaran mahasiswa dapat ditelusuri secara lebih terarah. Jawaban yang benar perlu dilihat bersama alasan yang menyertainya, sedangkan jawaban yang keliru dapat memberikan petunjuk mengenai kemungkinan kesulitan konseptual atau pola penalaran yang belum tepat.
Setiap soal diawali dengan stimulus berupa fenomena fisika. Pilihan jawaban dan alasan disusun berdasarkan kemampuan berpikir sistem yang menjadi sasaran pengukuran, termasuk untuk membedakan penjelasan yang sesuai dengan konsep ilmiah dari sejumlah konsepsi alternatif atau miskonsepsi.
Pendekatan ini diharapkan dapat membantu dosen memperoleh gambaran yang lebih terperinci mengenai kemampuan mahasiswa dalam memahami sistem fisika. Meski demikian, ketepatan interpretasi hasil tetap harus didukung oleh bukti validitas dan reliabilitas yang memadai melalui tahapan pengujian selanjutnya.
Tujuh Ahli Dilibatkan dalam Validasi Isi
Saat ini, penelitian telah memasuki tahap validasi isi dan uji keterbacaan instrumen. Untuk menilai kesesuaian butir soal dengan konstruk dan indikator yang dikembangkan, tim melibatkan tujuh ahli dari bidang pendidikan fisika, evaluasi pendidikan, dan psikometri.
Penilaian ahli dianalisis menggunakan Content Validity Ratio (CVR) yang diperkenalkan oleh Lawshe. Metode ini digunakan untuk menilai tingkat esensialitas setiap butir berdasarkan pertimbangan para ahli. Dalam penelitian ini, tim menggunakan kriteria CVR minimal 0,59 sesuai dengan acuan yang ditetapkan dalam rancangan analisis.
Proses penilaian tersebut masih berlangsung. Tim sedang menunggu hasil penilaian dan masukan dari para validator sebelum melakukan revisi instrumen. Karena itu, status PhySTA pada tahap ini masih merupakan instrumen dalam proses pengembangan, bukan instrumen yang telah dinyatakan tervalidasi secara menyeluruh.
Tahapan ini menjadi bagian penting untuk memastikan bahwa setiap soal benar-benar merepresentasikan kemampuan berpikir sistem yang hendak diukur, menggunakan konsep fisika secara tepat, dan memiliki alasan jawaban yang sesuai dengan tujuan asesmen.
Uji Keterbacaan Melibatkan 16 Mahasiswa
Selain validasi oleh ahli, tim telah melaksanakan uji keterbacaan terhadap 24 butir soal dengan melibatkan 16 mahasiswa. Tahap ini dilakukan untuk mengetahui apakah bahasa, istilah teknis, bentuk penyajian, dan ekspresi matematis dalam soal dapat dipahami oleh mahasiswa yang menjadi sasaran penggunaan instrumen.
Hasil uji keterbacaan menunjukkan sejumlah bagian yang masih memerlukan perhatian. Beberapa mahasiswa mengalami kesulitan memahami istilah teknis, antara lain hubungan umpan balik negatif dengan kecepatan yang sefase, entropi, koefisien redaman, ruang fase, dan isokron. Ekspresi matematis tertentu, seperti (A/e^{1/3}), juga menjadi bagian yang perlu ditinjau kembali dari sisi penyajian dan keterbacaannya.
Mahasiswa turut memberikan masukan mengenai penyederhanaan kalimat, alokasi waktu pengerjaan, pemeriksaan kesalahan pengetikan, penyesuaian ukuran huruf, serta penyederhanaan pilihan jawaban pada tingkat pertama.
Masukan tersebut menjadi informasi penting bagi tim. Instrumen yang baik tidak hanya menuntut ketepatan konsep dan kedalaman penalaran, tetapi juga harus memiliki bahasa yang jelas dan penyajian yang memungkinkan peserta memahami permasalahan secara tepat. Kesulitan membaca soal perlu dibedakan dari kesulitan memahami konsep fisika agar hasil pengukuran tidak bias akibat persoalan redaksional.
Seluruh masukan dari mahasiswa selanjutnya akan dipadukan dengan hasil validasi ahli sebagai dasar revisi sebelum instrumen memasuki pengujian empiris berikutnya.
Tahap Berikutnya: Menguji Struktur dan Kualitas Instrumen
Setelah hasil validasi ahli diterima dan revisi dilakukan, penelitian direncanakan berlanjut ke uji coba sekitar 80 mahasiswa. Data dari tahap ini akan dianalisis menggunakan Exploratory Factor Analysis (EFA) untuk mengeksplorasi struktur faktor instrumen dan menilai kesesuaiannya dengan kerangka teoretis yang mendasari pengembangan PhySTA.
Tahap berikutnya adalah pengujian skala lebih besar yang direncanakan melibatkan sekitar 200 mahasiswa. Analisis Confirmatory Factor Analysis (CFA) akan digunakan untuk menguji apakah struktur pengukuran yang diajukan memperoleh dukungan dari data empiris.
Hasil kedua tahap tersebut diharapkan dapat memberikan bukti tambahan mengenai struktur konstruk PhySTA. Penilaian kualitas instrumen secara menyeluruh tetap akan bergantung pada hasil analisis dan bukti empiris yang diperoleh, bukan semata-mata pada penyusunan soal atau penilaian ahli.
Selain instrumen, tim menargetkan penyusunan artikel ilmiah, pengajuan hak kekayaan intelektual setelah instrumen mencapai bentuk final, penyusunan panduan penilaian bagi dosen, serta pengumpulan data mengenai profil berpikir sistem mahasiswa fisika. Tim juga telah menyusun draf artikel kajian teori berjudul Berpikir Sistem dalam Pendidikan Fisika: Tinjauan Sistematis atas Landasan Teoretis dan Kerangka Implementasi untuk Pembelajaran Mahasiswa.
Kajian tersebut menggunakan pendekatan tinjauan sistematis dengan sintesis naratif mengikuti PRISMA 2020. Penelusuran pada Scopus, Web of Science, ERIC, dan Google Scholar menghasilkan 1.255 rekaman awal, dengan 82 sumber memenuhi kriteria inklusi. Sintesis awal menunjukkan bahwa bukti empiris mengenai berpikir sistem dalam pendidikan fisika masih terbatas, terutama terkait ketersediaan instrumen asesmen yang dirancang dan divalidasi secara khusus untuk konteks fisika.
Temuan kajian tersebut memperkuat alasan dilakukannya pengembangan PhySTA sekaligus memberikan landasan bagi penelitian lanjutan. Draf artikel masih dalam tahap penyempurnaan sebelum diajukan ke jurnal yang ditargetkan.
Memperkuat Budaya Riset dan Asesmen Pendidikan Fisika
Bagi Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Tadulako, pengembangan PhySTA merupakan salah satu upaya memperluas kajian asesmen pembelajaran fisika, khususnya dalam mengukur kemampuan berpikir tingkat tinggi yang berkaitan dengan hubungan, proses, dan perilaku sistem.
Keterlibatan mahasiswa dalam penelitian ini juga membuka ruang pembelajaran melalui pengalaman langsung dalam proses pengembangan instrumen, mulai dari penelusuran teori, penyusunan soal, pengumpulan masukan, hingga persiapan analisis data. Pengalaman tersebut dapat memperkuat keterkaitan antara kegiatan akademik, penelitian dosen, dan pengembangan kompetensi mahasiswa.
Apabila memperoleh dukungan bukti validitas dan reliabilitas yang memadai setelah seluruh tahapan pengujian selesai, PhySTA berpotensi menjadi salah satu perangkat bagi dosen untuk memetakan kemampuan berpikir sistem mahasiswa, mengidentifikasi aspek yang masih perlu diperkuat, serta merancang pembelajaran fisika yang lebih menekankan keterkaitan konsep dan penalaran ilmiah.
Pada akhirnya, upaya mengembangkan instrumen asesmen seperti PhySTA tidak berhenti pada menghasilkan seperangkat soal. Lebih dari itu, penelitian ini diarahkan untuk membangun cara pengukuran yang dapat membantu pendidikan fisika memahami bagaimana mahasiswa berpikir tentang sistem, menjelaskan hubungan sebab-akibat, dan mengintegrasikan berbagai konsep dalam menjelaskan fenomena alam.
Melalui proses pengembangan yang bertahap dan berbasis bukti, tim peneliti Universitas Tadulako berupaya menghadirkan kontribusi akademik bagi penguatan asesmen pendidikan fisika di perguruan tinggi. Perjalanan PhySTA masih berlanjut, dengan validasi isi, perbaikan instrumen, dan pengujian empiris sebagai tahapan penting menuju instrumen yang dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah.
Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas Tadulako
Mengembangkan penelitian, memperkuat asesmen, dan mendorong pembelajaran fisika yang lebih bermakna.
