HAKIKAT SAINS

Banyak di antara kita yang memandang IPA (sains) sebagai kumpulan pengetahuan (fakta, konsep, hukum, teori) tentang fenomena alam. Pikiran seperti itu tidak salah, namun kurang lengkap.

Sesungguhnya IPA memiliki dua dimensi, yaitu “dimensi dinamik” dan “dimensi statik” (Mannoia, 1980). Dimensi dinamik dari IPA menggambarkan IPA sebagai aktivitas penyelidikan (investigasi) atau inkuiri ilmiah dengan menggunakan metode-metode ilmiah, yang mengandalkan keterampilan- keterampilan proses saintifik, seperti observasi, pengumpulkan data, klasifikasi, eksperimentasi, dsb.). Sementara itu, dimensi statik dari IPA menggambarkan IPA sebagai produk sistem ide-ide (konten IPA), yang pada dasarnya merupakan produk dari aktivitas penyelidikan ilmiah (Farmer dan Farrell, 1980).  Oleh sebab itu dapat dikatakan bahwa IPA pada hakikatnya merupakan proses (penyelidikan ilmiah) dan produk (pengetahuan saintifik). Produk-produk IPA adalah hasil dari proses IPA, sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 1.

Produk Sains

1. Fakta

Fakta adalah peristiwa yang terjadi dan dicatat dengan tanpa perbedaan pendapat. Fakta diamati sama oleh semua pengamat. Bahwa logam memuai 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 melalui observasi saintifik. Fakta mengenai fenomena alam menjadi sumber bagi pengembangan IPA. Peran fakta dalam pengembangan IPA adalah menjadi landasan bagi verifikasi (membuktikan kebenaran) teori, dan falsifikasi (membuktikan kesalahan) teori, modifikasi teori agar dapat menjelaskan lebih luas fenomena, bahkan melahirkan teori baru.

2. Data

Data adalah informasi yang dipertimbangkan relevan untuk suatu penyelidikan, dan dikumpulkan dalam kondisi-kondisi yang khusus Farmer & Farrel,1980). Data merupakan fakta yang terpilih yang diperoleh dengan cara khusus untuk tujuan tertentu sesuai yang dipertimbangkan tepat oleh peneliti.

3. 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.

4. 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 IPA. Contoh lain bagi prinsip empirik adalah hubungan kuantitatif antara bahang (kalor) dan pemuaian, sebagaimana dideskripsikan dalam formula Pt  = Po  (1 + λt).

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.

5. Teori

Teori merupakan “generalisasi-generalisasi konseptual” (Mannoia, 1980), oleh karenanya teori bersifat abstrak dan umum, serta 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 (eksplanasi terhadap fakta) sebagai langkah awal dari keseluruhan proses inkuiri ilmiah.

6. Model

Model dalam IPA 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-Proses IPA

A. Observasi

Observasi adalah menggunaan indera manusia dan peralatan yang memperkuatnya (mikroskop, teleskop, dan instrumen-intrumen canggih) untuk memperoleh informasi tentang aspek alam 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 dan dicatat dalam bentuk kata-kata tertulis atau simbol-simbol yang dicatat secata sistematik. Sedangkan data kuantitatif dikumpulkan secara sistematik dari pengukuran- pengukuran dengan alat-alat ukur dan prosedur 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 ilmuwan 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. Ilmuwan 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 IPA memperlihatkan banyak hukum dalam IPA diformulasi berdasarkan temuan-temuan eksperimen, seperti halnya hukum Mendel, hukum Lavoisier, hukum Kirchhoff, dan hukum Henry.

Sifat Pengetahuan IPA

Kajian hakikat IPA meliput juga karakteristik pengetahuan ilmiah dalam IPA. Sintesis dari pikiran sejumlah penulis (Wenning, 2015; Poh, 2005; menunjukkan karakteristik pengetahuan ilmiah antara lain:

Empirik: Pengetahuan-pengetahuan dalam IPA berlandaskan observasi, sebab merupakan hasil interpretasi-interpretasi terhadap fenomena alam. Walaupun pengetahuan ilmiah melibatkan abstraksi- abstraksi, namun validitasnya dibuktikan oleh konsistensi penjelasan ilmiah dengan menggunakan pengetahuan tersebut dengan bukti empirik.

Tentatif: Walaupun pengetahuan ilmiah didukung oleh banyak data pengamatan dan eksperimentasi, tidak dapat dipandang bersifat final. Pengetahuan ilmiah pada saat yang sama stabil dan lentur.

Komunitas ilmuwan secara terus menerus menguji kebenaran pengetahuan-pengetahuan tersebut.

Walapun tahan lama (durable) dan tangguh (robust), namun pengetahuan ilmiah terbuka untuk revisi dan perubahan sesuai dengan bukti baru yang didapat.

Terbatas: IPA tidak dapat menyediakan jawaban terhadap semua persoalan manusia. Pengetahuan ilmiah berdasarkan bukti empirik dan cocok untuk memahamai dunia fisik, tetapi tidak cocok untuk memahami fenomena supernatural, moral, estetika, seni, filsafat, dsb.

Imajinatif dan Kreatif: IPA memerlukan imajinasi dan kreativitas, khususnya dalam melakukan inferensi terhadap fenomena yang diobservasi. Observasi mendeskripsikan apa yang diinderai, sedangkan inferensi dibuat berdasarkan interpretasi terhadap data observasi secara imajinatif dan kreatif.

Teruji: Pengetahuan saintifik harus dapat diuji. Laporan penemuan ilmiah harus dilaporkan secara jelas prosedurnya dalam jurnal ilmiah, sehingga ilmuwan lain dapat menginvestigasi ulang terhadap persoalan yang sama. Pengetahuan ilmiah menjadi kokoh jika banyak peneliti lain membuktikan kebenaran pengetahuan baru yang ditemukan.

Parsimoni: Saintist menjelaskan fenomena alam secara sederhana dan koheren, bukan secara rumit, sehingga mudah dimengerti.

Subyektif: Pengetahuan ilmiah merupakan upaya manusia, sehingga proses, metode, dan pengetahuan ilmiah tidak terlepas dari subyektivitas manusia. Oleh sebab itu bukan tidak mungkin ilmuwan  berbeda memberikan interpretasi berdeda terhadap set data yang sama. Di samping itu pengetahuan ilmiah juga dihasilkan dalam konteks sosial, budaya, dan politik tertentu, sehingga faktor-faktor tersebut dapat turut berpengaruh terhadap pengetahuan ilmiah.

Demikian penjelasan tentang hakikat sains.
Barangkali bermanfaat ...

Penulis : Hari Firman

Demikian sedikit penjelasan tentang materi ini, jika mau membaca materi yang lainnya silahkan klik DISINI

Terima Kasih