Judul : INSIGHTS INTO TEACHING QUANTUM MECHANICS IN SECONDARY AND LOWER UNDERGRADUATE EDUCATION
DOI
: 10.1103/PhysRevPhysEducRes.13.010109
Permasalahan
: Pendekatan konseptual terhadap mekanika kuantum semakin banyak
diterapkan dalam mata kuliah pengantar fisika di banyak universitas di seluruh
dunia. Karena perbedaan antara sifat konseptual mekanika kuantum dan fisika
klasik, penelitian tentang miskonsepsi, tes, dan strategi pengajaran untuk
pengantar mekanika kuantum sangat penting. Perubahan mendasar dalam cara
berpikir diperlukan serta mencari cara untuk mendorong perubahan konsep fisika
klasik ke fisika kuantum.
Tujuan
:
(i)
miskonsepsi dan kesulitan siswa, (ii) penelitian berbasis instrumen untuk
menganalisis pemahaman siswa, dan (iii) strategi instruksional, praktik, dan
penggunaan multimedia yang dapat meningkatkan pemahaman siswa.
Miskonsepsi
dan Kesulitan Siswa :
· Dualisme
gelombang-partikel
Siswa
cenderung tidak mengalami kesulitan dalam menentukan perilaku gelombang dan
partikel pada cahaya dibandingkan pada elektron.
Karena
pemahaman yang tidak lengkap tentang panjang gelombang de Broglie, siswa tidak
selalu memahami pengaruh kecepatan dan massa terhadap panjang gelombang dan
pengaruh panjang gelombang terhadap pola interferensi.
Hanya
sebagian kecil siswa yang memiliki pandangan yang sesuai dengan prinsip
ketidakpastian Heisenberg yang keempat.
Pemahaman
mahasiswa yang beragam terhadap model cahaya mempengaruhi pemahaman mereka
mengenai efek fotolistrik.
· Fungsi
Gelombang
Penggambaran
dengan metode klasik menyebabkan miskonsepsi dan menimbulkan kesalahan dalam
berpikir. Banyak siswa cenderung mengalami kesulitan dalam memahami arti grafik
sumur potensial, dan menganggap sumur potensial sebagai objek eksternal.
Dalam
memahami konsep "tunneling", terdapat kesalahan pemahaman bahwa
energi akan hilang selama proses tersebut. Siswa salah mengaitkan penurunan
energi tersebut dengan (1) kerja yang dilakukan pada atau oleh partikel di
dalam sumur; atau (2) penurunan amplitudo fungsi gelombang.
· Atom
Dalam
memahami model atom kuantum, siswa sekolah menengah dan sarjana junior masih
kesulitan untuk terlepas dari model atom Bohr.
Banyak
siswa yang keliru meyakini bahwa spin kuantum adalah berputarnya sebuah
partikel di sekitar porosnya atau di sekitar inti.
· Perilaku
kuantum kompleks
Mahasiswa
sarjana kesulitan membedakan antara superposisi asli dan keadaan campuran.
Beberapa
siswa salah memahami bahwa setelah pengukuran, fungsi gelombang akan tetap sama
atau, setelah kolaps, pada akhirnya akan kembali ke kondisi awal.
Instrumen
Asesmen :
a. Tes
konsep pilihan ganda
Quantum
Mechanics Visualization Inventory (QMVI); terdiri dari 25 pertanyaan dan
berfokus pada interpretasi berbagai diagram.
The
Quantum Mechanics Conceptual Survey (QMCS); 12 pertanyaan terbukti berguna
untuk mendeteksi kesulitan siswa.
Quantum
Physics Conceptual Survey (QPCS); terdiri dari 25 butir soal, membahas
pemahaman konseptual.
b. Multivariate
analysis : Ireson merancang kuesioner berskala Likert sebanyak 40 item, dimana
29 item di antaranya menguji pemahaman konseptual mengenai dualitas gelombang-partikel,
struktur atom, dan kuantisasi.
c. Strategi
peta konsep : untuk mengevaluasi proses pembelajaran, mendiagnosis kesulitan
belajar, dan memetakan perkembangan struktur kognitif siswa.
d. Tipologi
hambatan pembelajaran : digunakan untuk menganalisis penyebab utama kesulitan
siswa. Tipologi ini didasarkan pada gagasan Ausubelian bahwa, untuk
pembelajaran yang bermakna, siswa perlu mengaitkan konsep-konsep baru dengan
pengetahuan sebelumnya.
e. Kuesioner
tentang struktur atom : Terdiri dari 14 pertanyaan open-ended; 9 di antaranya
dirancang untuk menguji pemahaman konseptual, dan pertanyaan lainnya ditujukan
untuk menguji pengetahuan algoritmik.
Strategi
pengajaran instruksional :
ü Fokus
pada interpretasi; Kurikulum ini mencakup diskusi di dalam kelas dan bukti
eksperimen, dan bertujuan untuk memahami perspektif yang berbeda, kelebihan,
dan keterbatasan materi yang sedang dibahas.
ü Fokus
pada model; Sebuah modul instruksional yang berfokus pada atom hidrogen yang dirancang
untuk membedakan model klasik dan kuantum, serta digunakan untuk menjelaskan
hubungan ketidakpastian Heisenberg sebagai prinsip dasar.
ü Fokus
pada pemahaman matematika atau konseptual; program ini terdiri dari tes
diagnostik, materi pra-kuliah, dan tugas matematis online. Hasil kerja siswa
dipantau dan dikomentari. Siswa dapat berkonsultasi dengan tutor dan, jika
diperlukan, dijadwalkan penjelasan tambahan.
ü Pembelajaran
aktif melalui interaksi teman sebaya; belajar dengan sebaya dilakukan sekali
atau dua kali seminggu selama mata kuliah mekanika kuantum.
Multimedia
Pembelajaran :
Ø PhET
(Physics Education Technology); McKagan dkk. mendeskripsikan 18 simulasi
tentang prinsip-prinsip dasar, eksperimen historis, atau aplikasi mekanika
kuantum yang dikembangkan dalam program PhET. Sebagian besar dikembangkan untuk
digunakan dalam mata kuliah tingkat sarjana.
Ø QuILTs
(Quantum Interactive Learning Tutorials); QuILT dirancang berdasarkan informasi
mengenai kesulitan siswa, dan dievaluasi dengan menggunakan pretes, postes, dan
wawancara siswa. Aplikasi multimedia yang digunakan dalam QuILT diadaptasi dari
berbagai sumber (misalnya, PhET dan Physlets).
Ø QuVis;
yang merupakan kumpulan animasi dan visualisasi interaktif untuk mahasiswa
sarjana. Kohnle dkk. mempresentasikan simulasi mengenai sistem kuantum dua
tingkat.
Ø Simulasi
struktur atom; Chen dkk memberikan aktivitas pembelajaran mekanika kuantum
menggunakan representasi 3D yang dinamis kepada siswa sekolah menengah. Ochterski
menggunakan software penelitian (GaussView) dan mendesain serta mengevaluasi
dua kegiatan untuk menjelaskan orbital dan bentuk molekul kepada para siswa
sekolah menengah.
Ø Rangkaian
pembelajaran menggunakan simulasi; Malgieri dkk menjelaskan urutan pengajaran
menggunakan metode Feynman sum over paths. Urutan ini menggunakan simulasi di
GeoGebra, yang mencakup efek fotolistrik dan percobaan celah ganda. Müller dan
Wiesner merancang dan mengimplementasikan pembelajaran di sekolah menengah
dengan menggunakan eksperimen virtual dengan interferometer Mach-Zehnder dan
celah ganda. Michelini dkk. mengemukakan urutan pengajaran sekolah menengah
menggunakan strategi perbandingan eksperimen (PEC). Urutan ini mencakup
simulasi interaksi cahaya dengan Polaroid dan hukum Malus.
Ø Game
komputer kuantum; Gordon dan Gordon mengembangkan permainan komputer
"Kucing dan Anjing Schrödinger" untuk mengajarkan konsep mekanika
kuantum dengan cara yang menyenangkan.
Kesimpulan
:
A. Kesulitan
Siswa
Banyak
penelitian telah dilakukan mengenai kesalahpahaman dualitas gelombang-partikel,
fungsi gelombang, dan atom. Namun, belum banyak penelitian yang dilakukan
terhadap kesulitan siswa dalam memahami perilaku kuantum yang kompleks, dan
belum ada penelitian yang ditemukan mengenai pemahaman siswa sekolah menengah
terhadap fungsi gelombang.
B. Alat
Penelitian
Seperti
yang bisa dilihat, tidak ada satu pun instrumen yang mencakup spektrum mekanika
kuantum yang lengkap.
Hasil
penelitian ini menunjukkan bahwa pengembangan dan evaluasi terhadap sejumlah
pertanyaan diperlukan, tidak hanya untuk mencakup semua topik utama dalam
mekanika kuantum, tetapi juga untuk memungkinkan analisis statistik.
C. Strategi
Pembelajaran
Ada
kebutuhan untuk penelitian yang lebih empiris dalam pembelajaran mekanika
kuantum dan strategi pengajaran harus diteliti untuk jenjang pendidikan
menengah dan sarjana.
Aplikasi
multimedia untuk pendidikan menengah lebih sedikit. Sebagian besar program
simulasi dievaluasi untuk penggunaan praktis; hanya beberapa simulasi yang juga
dievaluasi untuk mengetahui pengaruhnya terhadap pemahaman siswa.
D. Implikasi
Bagi Para Peneliti
Untuk
mahasiswa tingkat sarjana junior, beberapa kesulitan belajar ditemui dalam
artikel-artikel yang dipilih, namun hanya sedikit penelitian yang dilakukan
untuk mengungkap pemahaman konseptual tentang fenomena kuantum yang kompleks.
Penelitian
yang lebih empiris diperlukan untuk pengembangan lebih lanjut dari mata kuliah
tingkat sarjana junior dalam mekanika kuantum, di mana strategi pengajaran
dievaluasi dan dibandingkan dengan menggunakan instrumen asesmen yang tepat.
Untuk
tingkat sekolah menengah, diperlukan lebih banyak penelitian tentang pemahaman
fungsi gelombang dan sumur potensial, topik yang merupakan bagian dari beberapa
kurikulum sekolah menengah.
E. Implikasi
Bagi Para Pengajar
Penelitian
ini menunjukkan bahwa hanya ada sedikit penelitian empiris tentang cara-cara
untuk meningkatkan pemahaman, tetapi guru harus menyadari bahwa siswa cenderung
berpegang pada pemikiran klasik, yang mengarah pada salah tafsir konsep kuantum
yang tidak dikenal, dan mencampuradukkan fisika klasik dan kuantum.
Nama : Fithrotul Azizah
NIM : 220321810697
No comments:
Post a Comment