Sains dapat dipandang memiliki dua dimensi, yaitu dimensi dinamik dan dimensi statik (Mannoia, 1980). Dimensi dinamik dari sains menggambarkan sains sebagai aktivitas riset dan pengkajian dengan menggunakan metode ilmiah yang mengandalkan keterampilan-keterampilan proses (observasi, pengumpulkan data, klasifikasi.dsb.). Sementara itu, dimensi statik dari sains menggambarkan sains sebagai produk sistem ide-ide (konten sains), yang pada dasarnya merupakan produk dari aktivitas riset dan pengkajian dalam sains (Farmer dan Farrell, 1980). Dapat dikatakan bahwa sains pada hakekatnya merupakan proses dan produk. Produk-produk sains adalah hasil dari proses sains (Lihat Gambar 1). Kedua dimensi sains ini perlu dipandang setara pentingnya dalam pendidikan sains. Pendidikan sains tidak boleh hanya terfokus pada aspek produk sains, melainkan juga aspek proses sains.
| Proses Sains (ways of finding out) | Produk sains (system of ideas) | |
| Observasi | => | Fakta |
| Pengumpulan dan pencatatan (data) | => | Data |
| Klasifikasi | => | Konsep |
| Eksperimen | => | Hukum, prinsip, aturan |
(Dari Farmer dan Farrell, 1980) Gambar 1. Proses dan Produk Sains
Ketika seseorang melakukan tour dalam suatu pabrik, penelaahan dilakukan terhadap bagaimana pabrik beroperasi, apa produk yang dihasilkan, dan bagaimana produk tersebut digunakan. Begitupun dalam kajian terhadap hakekat sains, yang perlu meliput keseluruhan aspek sains: “Bagaimana proses sains?: “Apa produk sains?”, dan “Bagaimana produk tersebut digunakan?”
Produk Sains
a. Fakta
Fakta adalah peristiwa yang terjadi dan dicatat dengan tanpa perbedaan pendapat (Farmer & Farrell, 1980). Fakta diamati sama oleh semua observer. Bahwa logam memulai ketika dipanaskan adalah fakta. Begitupun dengan matahari yang muncul dari timur dan tenggelam di barat, diamati sama oleh manusia di Bumi. Fakta dapat dibuktikan benar salahnya diiobservasi secara empiris (Lubis, 2014). Fakta mengenai fenomena alam menjadi sumber bagi pengembangan sains. Peran fakta dalam pengembangan ilmu adalah menjadi landasan bagi verifikasi (membuktikan kebenaran) teori, dan falsifikasi (membuktikan kesalahan) teori, memodifikasi teori agar dapat menjelaskan lebih luas fenomena, bahkan melahirkan teori baru.
b. Data
Data adalah informasi yang dipertimbangkan relevan untuk penyelidikan dan dikumpulkan dalam kondisi-kondisi yang khusus (Farmer & Farrell,1980). Data merupakan fakta yang terpilih yang diperoleh dengan cara khusus untuk tujuan tertentu sesuai yang dipertimbangkan tepat oleh peneliti.
c. Konsep
Konsep adalah abstraksi sebagai generalisasi tentang sekumpulan ide, obyek, atau peristiwa, berdasarkan karakteristik esensial dari proses, obyek, atau peristiwa tersebut (Farmer & Farrell, 1980). Bahwa “asam merupakan zat yang larutannya dalam air memerahkan warna lakmus” adalah contoh konsep (abstraksi dari sejumlah zat yang memiliki karakteristik yang sama). Kata “asam” dalam konteks ini adalah suatu “label” konsep. Contoh label konsep lainnya adalah mamalia, insekta, populasi, mortalitas, atom, mineral, logam, gaya, magnet, fluida, kepolaran, massa jenis. Label konsep seringkali dinyatakan dalam bentuk lambang, seperti halnya I (kuat arus), Ar (massa atom relatif), dan λ (panjang gelombang).
Farmer dan Farrel (1980) mengklasifikasikan konsep-konsep ke dalam dua kategori, yakni “konsep berlandaskan pengamatan” (concepts by inspection) dan “konsep berdasarkan definisi” (concept by definition), yang sering disebut juga konsep teoritis (theoretical concepts) atau konstruk teoritis. Konsep berlandaskan pengamatan merupakan abstraksi dari hasil pengamatan terhadap sejumlah proses, obyek, atau peristiwa. Konsep berdasarkan definisi tidak diabstraksi dari hasil pengamatan, melainkan didefinisikan berdasarkan kesepakatan pakar, contohnya kemagnetan, kepolaran, natalitas, frekuensi.
d. Prinsip, Hukum, dan Aturan
Prinsip, hukum, dan aturan adalah pernyataan yang memprediksi antarhubungan konsep-konsep (Farmer dan Farrell, 1980). Terdapat dua kategori prinsip, yakni prinsip empirik dan prinsip teoretik. Prinsip empirik merujuk hanya pada antarhubungan konsep-konsep berdasarkan pengamatan, tetapi tidak menyediakan penjelasan terhadap antarhubungan yang diprediksikan. Contohnya adalah hukum Ohm: “Arus listrik dalam suatu rangkaian berbanding lurus dengan gaya gerak listrik (electromotive force) dan berbanding terbalik dengan hambatan”, I = E/R. Prinsip ini melibatkan antarhubungan berbagai konsep dan memprediksi apa yang akan terjadi dalam interaksi antarkonsep tersebut. Istilah prinsip, hukum dan aturan seringkali dipertukarkan satu sama lain dalam literatur sains. Contoh lain bagi prinsip empirik adalah hubungan kuantitatif antara bahang (kalor) dan pemuaian, sebagaimana dideskripsikan dalam formula Pt = Po (1 + λ t).
Sementara itu prinsip teoretik merujuk pada konsep-konsep teoretik yang menyediakan penjelasan di samping memprediksi. Contohnya adalah prinsip berikut: “Pada temperatur di atas nol absolut (Absolute Zero), gerakan molekul gas bersifat acak baik dalam kecepatan maupun arah”. Prinsip teoritis tidak menggambarkan relasi kuantitatif seperti halnya Hukum Ohm, tetapi mempunyai daya eksplanasi terhadap berbagai fenomena terkait. Hukum Mendel adalah contoh prinsip empirik, sementara teori genetika modern memberikan eksplanasi terhadap fenomena yang dideskripsikan oleh hukum Mendel.
f. Teori
Teori merupakan “generalisasi-generalisasi konseptual” (Mannoia, 1980), oleh karenanya teori bersifat abstrak dan umum, dan mengeliminasi detail-detail (partikularitas). Teori kinetik molekul (the molecular kinetic theory) berlaku umum terhadap gas tanpa mempersoalkan jenis zatnya. Begitupun dengan teori gravitasi Newton, yang mengabaikan bentuk dan warna benda.
Pada dasarnya, teori merupakan sistem penalaran logis yang dikontruksi secara hati-hati dengan asumsi-asumsi tertentu tentang sifat alam. Asumsi ialah hal-hal masuk akal yang diterima secara tentatif tanpa bukti-bukti yang menunjangnya (Farmer dan Farrell, 1980). Teori kinetik molekul mengasumsikan gas terdiri atas molekul-molekul dan ruang, dan molekul tersebut bergerak lurus hingga bertumbukan secara elastik sempurna dengan dengan molekul sejenisnya atau dengan dinding wadahnya. Teori kinetik molekul digagas oleh Robert Clausius dengan menggunakan penalaran abduktif (abductive reasoning), yakni proses inferensi logis dari observasi menuju teori (Mannoia, 1980).
Teori menjelaskan tentang apa yang terjadi di alam, atau penjelasan mengapa gejala terjadi. Oleh karenanya teori dapat dipandang sebagai jawaban terhadap pertanyaan “mengapa”. Mengapa dalam kondisi tertentu gas-gas memenuhi hukum-hukum gas ideal, PV = nRT, dapat dijelaskan oleh teori kinetik molekul. Lebih luas lagi, teori memegang peranan penting dalam mengarahkan observasi, merangkum pengetahuan, memprediksi, dan mengendalikan fakta. Oleh karenanya, kedudukan teori sangat penting dalam riset ilmiah, teori terutama dirujuk untuk menggagas hipotesis (jawaban sementara terhadap masalah yang dikemukakan) sebagai langkah awal dari keseluruhan proses riset ilmiah.
g. Model
Model dalam sains adalah representasi dari suatu fenomena (obyek, proses, sistem) sesuai dengan teori yang melandasinya. Model dikonstruksi untuk memberikan gambaran yang lebih jelas tentang fenomena (Gilbert, Boulter & Elmer, 2000). Model tatasurya dari atom Bohr dikonstruksi untuk merepresentasikan (lebih kongkrit & visual) teori atom Bohr. Begitupun dengan model orbital s (bulat), dan orbital-orbital p (seperti halter) yang dikonstruksi untuk merepresentasikan kedua macam orbital tersebut menurut teori atom berbasis mekanika kuantum. Perlu dicatat bahwa sangat sukar untuk memodelkan teori secara sempurna, sehingga model selalu mengandung sedikit kesalahan. Dalam pendidikan, dikenal berbagai model mengajar/pembelajaran (teaching models) sebagai representrasi proses pembelajaran yang sesuai dengan teori relevan, sehingga setiap model pembelajaran mempunyai sintaks (langkah-langkah proses) tertentu.
Proses Sains
a. Observasi
Observasi adalah menggunaan indera manusia dan peralatan yang memperkuatnya (mikroskop, teleskop, dan instrumen-intrumen canggih) untuk memperoleh informasi tentang aspek alam fisik yang tengah diteliti. Perkembangan dalam alat-alat observasi dan pengukuran turut menentukan peningkatan akurasi dan presisi data. Kehadiran instrumen-instrumen canggih untuk menganalisis difraksi sinar X, mikroskop elektron, spektrofotometer-spektrofotometer canggih, menyebabkan kajian terhadap struktur material, termasuk struktur belitan ganda (double helix) DNA diketahui. Tanpa teleskop canggih sukar dibayangkan struktur galaksi kita bahkan struktur alam semesta diketahui.
b. Pengumpulan Data
Pengumpulan data merujuk pada aneka proses dan teknik untuk secara sistematik mengumpulkan dan mencatat data, serta pada kondisi apa data dikumpulkan. Walaupun observasi sebagai proses dasar untuk memperoleh fakta/peristiwa tentang alam, pengumpulan data (data gathering) berbeda dengan observasi. Pertimbangan perlu dilakukan sebelum proses pengumpulan data dimulai untuk menentukan fakta mana yang relevan, bagaimana dan bilamana observasi akan dilakukan. Data deskriptif dikumpulan secara sistematik dalam bentuk kata-kata tertulis atau simbol-simbol yang dicatat secata sistematik. Data kuantitatif dikumpulkan secara sistematik dari pengukuran-pengukuran dengan alat ukur dan proses pengukuran secara konsisten.
c. Analisis dan Interpretasi Data
Data adalah penting, namun data tidak berarti sebelum dianalisis sehingga pola data dipahami, dan maknanya ditafsirkan. Analisis dan interpretasi data melibatkan “reduksi data”, yakni aplikasi matematika/statistika untuk mengungkap pola-pola dari data mentah (raw data) berdasarkan data yang tersedia, serta interpolasi dan ekstrapolasi data berdasarkan pola-pola data tersebut. Kehadiran program-program aplikasi komputer analisis data membantu dalam manajemen dan analisis data untuk menemukan relasi-relasi antarvariabel penelitian.
d. Klasifikasi
Proses klasifikasi obyek-obyek, peristiwa-peristiwa, dan ide-ide dengan menggunakan ciri-ciri khusus yang dipilih membantu saintis menarik generalisasi-generalisasi, yang melahirkan kategorisasi-kategorisasi dan konsep-konsep baru.
e. Eksperimen
Pada dasarnya eksperimen merupakan program dengan desain terencana untuk menguji hipotesis yang diturunkan dari teori. Hipotesis adalah pernyataan prediktif dalam bentuk “jika-maka, yang diturunkan sebagai konsekuensi teori. Saintis menggunakan proses eksperimen untuk menemukan efek suatu variabel bebas terhadap variabel bergantung, dengan mengendalikan (mengontrol) faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi variabel bergantung (Carey, 2015).
Eksperimen menyediakan bukti-bukti empiris yang mengkonfirmasi atau menyanggah hipotesis (Carey, 2015). Kontrol terhadap faktor-faktor yang diduga turut berpengaruh merupakan kunci suatu eksperimen. Semakin baik pengendalian (kontrol) serta akurasi pengukuran terhadap variabel- variabel eksperimen, semakin cermat temuan-temuan eksperimen itu. Sejarah sains memperlihatkan banyak hukum dalam sains diformulasi berdasarkan temuan-temuan ekseprimentasi, seperti halnya hukum Mendel, hukum Lavoisier, hukum Kirchhoff, dan hukum Henry.
Rujukan
Carey, S. S. (2015). Kaidah-kaidah metode ilmiah ( Terjemahan Irfan M. Zakkie). Bandung: Nusa Media.
Farmer. W. A., & Farrell, M. A. (1980). Systematic instruction in science for the middle and high school years. Reading, MA: Addisson-Wesley.
Gilbert, J. K., Boulter, C. J., & Elmer, R. (2000). Positioning models in science education and design and technology education. Dalam J. K. Gilbert & C. J. Boulter, Developing models in science education. Dordrecht: Kluwer Academic.
Lubis, A. Y. (2014). Filsafat ilmu: Klasik hingga kontemporer. Jakarta: RajaGrafindo Persada.
Mannoia, V. J. (1980). What is science?: An introduction to the structure and methodology of science. Lanham, MD: University Press of America
Sumber:
HAKIKAT SAINS
[Bahan Kuliah Fisafat Ilmu]
Harry Firman
FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia
