FRAMEWORK PENYUSUNAN SOAL BERBASIS STEM (SCIENCE, TECHNOLOGY, ENGINEERING, MATHEMATICS)Oleh: Heri Setiadi, M.Si

OUTLINE MATERI

• Penyegaran Karakteristik Pembelajaran STEM

• Engineering Design Process (EDP)

• Framework Penyusunan Soal Berbasis STEM

Mengapa STEM itu

PENTING?

STEM 1.0; 2.0; 3.0; 4.0

The Basics: STEM 1.0

Sains, Teknologi, Enjiniring, dan Matematikadipelajari secara terpisah

STEM Discipline 2.0Integrasi 2 komponen Sains + Matematika; Sains+Enjiniring; Sains+Matematika; Teknologi+Enjiniring; Teknologi+Matematika; Enjiniring+Matematika

STEM Disciplines 3.0

Integrasi 3 komponen Science, Technology, and EngineeringScience, Engineering, and MathTechnology, Engineering, and Math; Math, Technology, and Science

STEM DISCIPLINE 4.0Integrasi 4 komponen Science, Technology, Engineering, and Math Programs

Karakteristik Pembelajaran STEM secara umum…

• Integrasi Sains, Teknologi, Enjiniring, dan Matematikadalam satu pengalaman belajar

• Pembelajaran bebasis Proyek -> bukan satu-satunya model• Kontekstual dengan kehidupan nyata (Real World

Application) dan Real World Problem• Menyiapkan siswa untuk menjadi SDM yang mampu

integratif• Mengembangan softskill dan keterampilan teknis• Pengetahuan Konsep Sains dan Matematika untuk

menjawab permasalahan dijembatani Teknologi danEnjiniring

Sumber: Labov, Reid, and Yamamoto, 2010

New Biology Era

STEM &

SAMPLE OF PRIORITY AREAS (1)

Energy

“Creating and securing environmentally sustainable energy supplies, and improving efficiency of power generation, transmission and use.

An adequate and secure supply of energy is essential for development but must be achieved with minimum adverse environmental impact. Society must move from an economy based on fossil fuels to a more sustainable energy mix. This will require scientists and engineers to develop sustainable energy solutions and to find more efficient ways of producing and using existing fuels during the transition.”

The challenges▪ Energy efficiency▪ Energy conversion and storage▪ Fossil fuels▪ Nuclear energy▪ Nuclear waste▪ Biopower and biofuels▪ Hydrogen▪ Solar energy▪ Wind and water

Food

“Creating and securing a safe, environmentally

friendly, diverse and affordable food supply.

By 2030 the world's population will have increased by

1.7 billion to over 8 billion. The growth in population,

increasing affluence, climate volatility and limited land

and water availability mean we will soon be facing a

food crisis.

The greatest technological challenge humanity faces

is to sustainably meet energy and food demands,

without permanently damaging the environment. The

application of chemistry and engineering is a key part

of the solution.”

The challenges

▪ Agricultural productivity

▪ Healthy food

▪ Food safety

▪ Process efficiency

▪ Supply chain waste

Future cities

“Developing and adapting cities to meet the emerging

needs of citizens.

Half of humanity now lives in cities, a figure which is

expected to increase into the future. As a result, it is a

great challenge to provide adequate resources and

services to these urban populations.”

The challenges

▪ Resources

▪ Home energy

generation

▪ Home energy use

▪ Construction

materials

▪ Mobility

▪ ICT

▪ Public safety and

security

Human health

“Improving and maintaining accessible health,

including disease prevention.

Thanks to improvement in health care, people are

healthier and live longer today than ever before.

However, the progress in health over recent decades

has been deeply unequal. Considerable and growing

health inequalities exist in many parts of the world.

The nature of health problems is also changing.

Longer lives and the effect of ageing have increased

the burden of chronic disorders. While urbanisation

and globalisation have

Accelerated worldwide

transmission of

communicable diseases.”

The challenges

▪ Ageing

▪ Diagnostics

▪ Hygiene and infection

▪ Materials and prosthetics

▪ Drugs and therapies

▪ Personalised medicine

SAMPLE OF PRIORITY AREAS (2)

Penilaian dalam Pembelajaran STEM

Authentic Assesment

An assessment requiring students to use the same competencies, or combinations of knowledge, skills, and attitudes that they need to apply in the criterion situation in professional life.

Gulikers, Bastiaens, and Kirschner, (2004, p. 69)

Konteks Autentik

• Realistis Situasi Nyata;

• Tugas yang kompleks yang kontekstual dan konsisten;

• Permasalahan Seputar kehidupan sehari-hari;

• Peserta didik harus menggabungkan pengetahuan, keterampilan, dansikap untuk memecahkan masalah;

• Memerlukan Pertimbangan dan inovasi

Gulikers, Bastiaens, and Kirschner, (2004, p. 70)

Framework for designing authentic assessment

1. The task;

2. A physical context;

3. A social context;

4. The assessment result or form;

5. Criteria and standards;

Gulikers, Bastiaens and Kirschner (2004, pp. 70-77)

Step by Step: Creating Authentic Assesment

Ruang Lingkup Penilaian

Pengetahuan

Ketrampilan

Sikap

• Tes Praktek• Projek• Portofolio

▪ Observasi▪ Penilaian diri▪ Peni antarpeserta didik▪ Jurnal

▪ Tes Tulis▪ Tes Lisan▪ Penugasan

KARAKTERISTIK KESUKSESAN PEMBELAJARAN STEM

• Pembelajaran STEM berfokus pada perfokus pada permasalahan dalamkonteks dunia nyata.

• Berpedoman pada EDP (engineering design process)

• Mengajak siswa dalam penyelidikan langsung dan eksplorasi secaraterbuka.

• Pembelajaran STEM mengharuskan siswa bekerja kolaboratif dan produktif

• Pembelajaran STEM mengaplikasikan konsep Sains dan Matematika secaranyata untuk menyelesaikan permasalahan kontekstual.

• Pembelajaran STEM memungkinkan beberapa alternatif solusipermasalahan dan membingkai kegagalan sebagai bagian penting daripembelajaran.

Education Week, 2014

Important skills in STEM disciplines

• Critical Thinking

• Reading comprehension

• Active listening

• Speaking

• Complex problem solving

• Judgment and decision making

• Writing

• Monitoring

• Active learning

• Time management

• Coordination

• Systems analysis

• Mathematics

• Social perceptiveness

• Systems evaluation

• Instructing

• Science

• Learning strategies

Higher Order Thinking Skills

MENGAPA HARUS HOTS ??

Untuk melatih cara belajar mandiri

Agar memiliki kemampuan life long learning

Agar memiliki kemampuan Memecahkanpermasalahan hidup

Butir Soal BerbasisHOTS VS STEM

Higher Order Thinking Skills (keterampilan berpikir tingkat tinggi)

24

Categories of higher-order thinking (Brookhart, 2010):

1. Analysis, evaluation, and creation (the "top end" of Bloom's taxonomy).

2. Logical reasoning.

3. Judgment and critical thinking.

4. Problem solving.

5. Creativity and creative thinking.

Mencipta

Evaluasi

Analisis

Aplikasi

Memahami

Mengingat

Higher Order Thinking Skills

25

CIRI HOT, Proses berfikir yang tidak sekedar

RECITE (merujuk)

RESTATE(menyatakan kembali)

RECALL(mengingat)

Bagaimana dengan soal-soal yang berbasis STEM ?

Competence

“Peserta Didik mampu mengaplikasikan KeterampilanMatematika dan Sains dalam Permasalahan Enjiniring”

Institute of Education Sciences (IES) –

(National Center for Education Statistics)

S

E

T

M

How do engineers propose to solveproblems (in engineering)?

• The Engineering Design Process• Many MODELS• Many SOLUTIONS• ADDING VALUE and

REDUCING COST

Core Stem task

1. Focus attention on identifying and solving real problems

2. Apply spesific grade-level science and math concepts

3. Use an engineering-design process to guide their thinking & problem solving

4. Create and test prototypes (technologies) as solution.

(www.edweek.org)

STEM INDICATORS

1. Come up with saveral different possible solutions for a problem

2. Combine materials and ideas in clever and imaginative ways to create a solution

3. Design a prototype and test it to see if this device solves the problem

4. Successfully evaluate their testing results, and analyze and interpret their data

5. Recognize things that can do to change and improve their design of prototype

6. Communicate the ideas in new and inovative ways

PROYEK YANG DIRENCANAKAN ?

• SD : Optimalisasi Proses perkecambahan;

Pengeras Suara Sederhana;

Pembuatan Perangkap Nyamuk Sederhana, dll.

• SMP : Seismograf; Alat Pemurnian Air;

Rumah tahan gempa; Ahli Gizi; Bioteknologi Pangan.

• SMA : Pembuatan Purwarupa Perahu Layar; Ahli Gizi;

Bio-hidroponik; Baterai buah; dll.

Cara penyusunan Soal STEM

1. Tentukan masalah yang akan diangkat

2. Tentukan alternatif proyek untuk memecahkan masalah

3. Identifikasi konsep-konsep yang dibutuhkan untuk memahami project dalam memecahkan masalah

4. Tentukan konsep-konsep yang cocok untuk dimunculkan pada setiap indikator yang akan diujikan

5. Rancang secara umum konten yang akan ditanyakan

6. Susun pertanyaan

RANCANGAN SOAL BERBASIS STEM

Masalah Project Materi Indikator Rancangan pertanyaan

Bagaimanakah cara mengatasi air kotor agar layak minum?

Penjernihan air secara :Fisika (material fisik berlapis dlm botol yng dilubangi & dibalik)Kimia(menggunakan tawas)Biologi(menggunakan biji kelor)

TekananDifusiKoloid Jaringan dan sel

Sosiologi

Ekonomi

1. Come up with several different possible solutions for a problem

2. Combine materials and ideas in clever and imaginative ways to create a solution

1.........................

2........................

Pelajari informasi di bawah ini!

• Sebagian (13,70 %) masyarakat jawa barat banyak yang membeli air mineral sebagai ‘air bersih”untuk kebutuhan minum dan memasak sehari-hari. Hal tersebut disebabkan karena air ledeng PDAM dinilai kurang menunjang kesehatan bila dikonsumsi. Air sungai, mata air dan sebagian air sumur telah terpolusi. Rata-rata penduduk Jawa Barat menghabiskan 3 galon air (16X3 liter) per-minggu. Dengan konsumsi rata-rata 1 liter per-orang/hari.

Sumber : ......(tuliskan sumber dan tahun informasi di atas)

• Berdasarkan informasi tersebut, jawablah pertanyaan berikut.

Identify the problem (Identifikasi Permasalahan):• Apakah masalah yang dihadapi oleh penduduk Jawa Barat terkait artikel

tersebut? • Apabila penduduk Jawa Barat berjumlah 46.000.000,- berapakah dana yang

diperlukan untuk meminum “air bersih” dalam satu bulan?

Come up with several different possible solutions for a problem(Kemungkinan memberikan solusi permasalahan)• Tuliskan beberapa upaya yang mungkin dapat dilakukan untuk mengatasi

masalah tersebut!• Pilihlah upaya terbaik dari beberapa upaya tersebut di atas, kemukakan

alasan mengapa upaya tersebut paling tepat untuk mengatasi masalah?

Design a prototype and test it to see if this device solves the problem

• Rancang satu projek yang sesuai sebagai upaya untuk mengatasi masalah. Projek tersebut menggunakan material yang mudah ditemukan atau tersedia di lingkungan.

Successfully evaluate their testing results, and analyze and interpret their data

• Apa kelebihan teknologi yang digunakan dalam memecahkan masalah?

• Apa kekurangan teknologi yang digunakan dalam memecahkan masalah?

Recognize things that can do to change and improve their design of prototype

• Apakah yang perlu diperbaiki dari rancangan tersebut?

Communicate the ideas in new and inovative ways

Susunlah famlet yang komunikatif untuk mensosialisassikan teknologi tersebut?

• Combine materials and ideas in clever and imaginative ways to create a solutionPertanyaan seperti apa yang dapat diajukan?

Design a prototype and test it to see if this device solves the problempertanyaan seperti apa yang dapat diajukan?

Recognize things that can do to change and improve their design of prototypePertanyaan seperti apa yang dapat diajukan?

Bentuk soal berbasis STEM untuk Penguatan Konten Sains dan Matematik

• Peserta didik mampu menjelaskan bukti kualitatif dan kuantitatif yang disajikan• Sebab-Akibat

• Pemodelan Matematis

• Probabilitas suatu kejadian

Contoh Soal

Indikator Soal:

a. Disajikan teks tentang ciri fisik organisme, peserta didik mampu menentukan penyebabvariasi pada sifat makhluh hidup.

b. Peseta didik mampu menjelaskan hubungan antara faktor genetik dan lingkungan dalammempengaruhi variasi sifat pada makhluk hidup

Soal:

Citah (Acinonyx jubatus) merupakan hewan keluarga kucing (Felidae) yang berburu mangsadengan mengandalkan kecepatan dan bukan taktik mengendap-endap atau bergerombol.Hewan ini adalah hewan yang tercepat di antara hewan darat dan dapat mencapai kecepatan110 km/jam dalam waktu singkat sampai 460 m, dengan akselerasi 0 – 100 km/jam dalamwaktu 3,5 detik, bisa memperlambat dan mempercepat gerakan dalam waktu singkat.Perbedaan sifat pada hewan ini bisa disebabkan oleh lingkungan dan pengaruh genetik.

a) Jelaskan mengapa faktor genetik bisa menyebabkan variasi pada individu Citah danBagaimana faktor ini bisa menyebabkan adanya variasi !

b) Jelaskan Bagaimana keterkaitan antara faktor genetik dan lingkungan dalammempengaruhi variasi sifat pada Citah ?

Citah dapat berlari lebih cepat dari 110 km/jam, namun generasi sebelumnya tidak

memiliki kemampuan berlari secepat saat ini. Pernyataan berikut yang paling tepat

menjelaskan bagaimana Citah masa kini memiliki kemampuan berlari cepat adalah….

A. Citah selalu berlari lebih cepat pada generasi berikutnya

B. Citah belajar berlari cepat untuk menangkap mangsa yang cukup untuk bertahan

hidup

C. Citah yang lari lebih cepat bisa menangkap mangsa lebih banyak dan memiliki

kesintasan yang tinggi

D. Citah mengembangkan otot-otot yang lebih kuat untuk bisa berlari lebih cepat

Kunci : C

Pemodelan Matematis

• Berikut disajikan grafik rata-rata kecepatanlari Citah

Gambarkanlah kemungkinan grafik kecepatanrata-rata dari populasi Rusa yang menjadimangsa dari Citah !

Kerangka Indikator yang bisa dikembangkanuntuk Menyusun soal berbasis STEM

1. Dimulai dengan beberapa alternative solusi untuk suatupermasalahan

2. Menggabungkan materi dan ide cerdas secara imajinatif sebagaijalan menghasilkan solusi

3. Merancang sebuah purwarupa (prototipe) dan mengujikeberhasilan rancangan dalam memecahkan permasalahan.

4. Berhasil dalam mengevaluasi hasil pengujian, menganalisis, danmenginterpretasikan data hasil percobaan.

5. Mengenali dan mengidentifikasi hal-hal yang bisa dilakukan untukmengubah dan meningkatkan desain / purwarupa

6. Mengkomunikasi ide dengan cara yang baru dan inovatif

• Korespondensi:

HERI SETIADI

Programme and Training Division

SEAMEO Regional Centre for QITEP in Science

Jl. Diponegoro No. 12 Bandung 40115

Email: setiadiheri@g,ail.com / WA: 085220868634

TUGAS PESERTA

- Buatlah soal pilihan ganda empat pilihan berdasarkan project Bapak/ibu.

- Masing-masing soal memuat indikator berikut:1. Mengidentifikasi masalah yang dapat dipecahkan dengan teknologi2. Mengajukan alternatif pemecahan masalah 3. Merancang alat dan bahan untuk memecahkan masalah 4. Mendesain dan menguji teknologi untuk memecahkan masalah 5. Mengevaluasi hasil pengujian dan menafsirkan data6. Mengenali sesuatu yang dapat dikembangkan untuk meningkatkan kualitas

teknologi yang telah dihasilkan 7. Mengkomunikasikan hasil dengan berbagai cara yang inovatif

• Soal didasarkan pada dua atau lebih stimulus/informasi (gambar, data, kasus, artikel), dll. Pertanyaan yang diajukan didasarkan pada stimulus/informasi tersebut.

• Pertanyaan sebaiknya mewakili konsep-konsep sains yang digunakan untuk project tersebut.

• Soal dikumpulkan besok dalam bentuk soft file :

setiadiheri@gmail.com• 5 penulis soal terbaik berdasarkan hasil pemeriksaan akan dibahas untuk

topik Seminar Selasaan Berikutnya.