1. Pengertian Ilmu Alam (Natural Science)

Ilmu alam (bahasa Inggris: natural science; atau ilmu pengetahuan alam) adalah istilah yang digunakan yang merujuk pada rumpun ilmu dimana obyeknya adalah benda-benda alam dengan hukum-hukum yang pasti dan umum, berlaku kapan pun dimana pun.

Sains (science) diambil dari kata latin scientia yang arti harfiahnya adalah pengetahuan.Sund dan Trowbribge merumuskan bahwa Sains merupakan kumpulan pengetahuan dan proses. Sedangkan Kuslan Stone menyebutkan bahwa Sains adalah kumpulan pengetahuan dan cara-cara untuk mendapatkan dan mempergunakan pengetahuan itu. Sains merupakan produk dan proses yang tidak dapat dipisahkan. "Real Science is both product and process, inseparably Joint" (Agus. S. 2003: 11)

Sains sebagai proses merupakan langkah-langkah yang ditempuh para ilmuwan untuk melakukan penyelidikan dalam rangka mencari penjelasan tentang gejala-gejala alam. Langkah tersebut adalah merumuskan masalah, merumuskan hipotesis, merancang eksperimen, mengumpulkan data, menganalisis dan akhimya menyimpulkan. Dari sini tampak bahwa karakteristik yang mendasar dari Sains ialah kuantifikasi artinya gejala alam dapat berbentuk kuantitas.

Ilmu alam mempelajari aspek-aspek fisik & nonmanusia tentang Bumi dan alam sekitarnya. Ilmu-ilmu alam membentuk landasan bagi ilmu terapan, yang keduanya dibedakan dari ilmu sosial, humaniora, teologi, dan seni.

2. Ilmu Terapan

a. AstronomiAstronomi ialah

cabang ilmu alam yang melibatkan pengamatan benda-benda langit (seperti halnya bintang, planet, komet, nebula, gugus bintang, atau galaksi) serta fenomena-

fenomena alam yang terjadi di luar atmosfer Bumi (misalnya radiasi latar belakang kosmik (radiasi CMB)). Ilmu ini secara pokok mempelajari pelbagai sisi dari benda-benda langit — seperti asal-usul, sifat fisika/kimia, meteorologi, dan gerak — dan bagaimana pengetahuan akan benda-benda tersebut menjelaskan pembentukan dan perkembangan alam semesta.

Astronomi sebagai ilmu adalah salah satu yang tertua, sebagaimana diketahui dari artifak-artifak astronomis yang berasal dari era prasejarah; misalnya monumen-monumen dari Mesir dan Nubia, atau Stonehenge yang berasal dari Britania. Orang-orang dari peradaban-peradaban awal semacam Babilonia, Yunani, Cina, India, dan Maya juga didapati telah melakukan pengamatan yang metodologis atas langit malam. Akan tetapi meskipun memiliki sejarah yang panjang, astronomi baru dapat berkembang menjadi cabang ilmu pengetahuan modern melalui penemuan teleskop.

b. BiologiBiologi adalah ilmu alam yang mempelajari kehidupan dan organisme

hidup, termasuk struktur, fungsi, pertumbuhan, evolusi, persebaran, dan taksonominya. Ilmu biologi modern sangat luas dan eklektik, serta terdiri dari berbagai macam cabang dan subdisiplin. Namun, meskipun lingkupnya luas, terdapat beberapa konsep umum yang mengatur semua penelitian, sehingga menyatukannya dalam satu bidang. Biologi biasanya mengakui sel sebagai satuan dasar kehidupan, gen sebagai satuan dasar pewarisan, dan evolusi sebagai mekanisme yang mendorong terciptanya spesies baru. Selain itu, organisme diyakini bertahan dengan mengonsumsi dan mengubah energi serta dengan meregulasi keadaan dalamnya agar tetap stabil dan vital.

Subdisiplin biologi didefinisikan berdasarkan skala organisme yang dipelajari, jenis organisme yang dipelajari, dan metode yang digunakan untuk mempelajarinya: biokimia mempelajari kimia kehidupan; biologi molekuler terkait dengan interaksiantar molekul biologis; botani mempelajari biologi tumbuhan; biologi seluler meneliti satuan dasar semua kehidupan, yaitu sel; fisiologi mempelajari fungsi fisik dan kimia jaringan, organ, dan sistem organ suatu organisme; biologi evolusioner meneliti proses yang menghasilkan keanekaragaman hayati; dan ekologi mempelajari interaksi antara organisme dengan lingkungannya.

c. EkologiEkologi adalah ilmu yang mempelajari

interaksi antara organisme dengan lingkungannya dan yang lainnya. Berasal dari kata Yunani oikos ("habitat") dan logos ("ilmu"). Ekologi diartikan sebagai ilmu yang mempelajari baik interaksi antar makhluk hidup maupun interaksi antara makhluk hidup dan lingkungannya. Istilah

ekologi pertama kali dikemukakan oleh Ernst Haeckel (1834 - 1914). Dalam ekologi, makhluk hidup dipelajari sebagai kesatuan atau sistem dengan lingkungannya.

Pembahasan ekologi tidak lepas dari pembahasan ekosistem dengan berbagai komponen penyusunnya, yaitu faktor abiotik dan biotik. Faktor abiotik antara lain suhu, air, kelembaban, cahaya, dan topografi, sedangkan faktor biotik adalah makhluk hidup yang terdiri dari manusia, hewan, tumbuhan, dan mikroba. Ekologi juga berhubungan erat dengan tingkatan-tingkatan organisasi makhluk hidup, yaitu populasi, komunitas, dan ekosistem yang saling memengaruhi dan merupakan suatu sistem yang menunjukkan kesatuan.

d. FisikaFisika adalah sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika

mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu. Para fisikawan atau ahli fisika mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.

Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua sistem materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi. Sifat semacam ini sering disebut

sebagai hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai "ilmu paling mendasar", karena setiap ilmu alam lainnya (biologi, kimia, geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu tentang molekul dan zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti mekanika kuantum, termodinamika, dan elektromagnetika.

e. GeologiGeologi adalah Ilmu (sains) yang

mempelajari bumi, komposisinya, struktur, sifat-sifat fisik, sejarah, dan proses pembentukannya.

f. GeografiGeografi adalah ilmu yang mempelajari

tentang lokasi serta persamaan dan perbedaan (variasi) keruangan atas fenomena fisik dan manusia di atas permukaan bumi.

g. Ilmu BumiIlmu Bumi adalah suatu istilah

untuk kumpulan cabang-cabang ilmu yang mempelajari bumi. Cabang ilmu ini menggunakan gabungan ilmu fisika, geografi, matematika, kimia, dan biologi untuk membentuk suatu pengertian kuantitatif dari lapisan-lapisan Bumi.

h. KimiaKimia adalah ilmu yang mempelajari mengenai komposisi, struktur, dan

sifat zat atau materi dari skala atom hingga molekul serta perubahan atau transformasi serta interaksi mereka untuk membentuk materi yang ditemukan sehari-hari. Kimia juga mempelajari pemahaman sifat dan interaksi atom individu dengan tujuan untuk menerapkan

pengetahuan tersebut pada tingkat makroskopik. Menurut kimia modern, sifat fisik materi umumnya ditentukan oleh struktur pada tingkat atom yang pada gilirannya ditentukan oleh gaya antaratom dan ikatan kimia.

i. Teknik BiologisTeknik biologis atau bioengineering merupakan aplikasi dari konsep dan

metode biologi, fisika, kimia, dan ilmu komputer untuk memecahkan masalah terkait makhluk hidup dengan menggunakan aplikasi dan analisis teknik. Dengan kata lain, ketika ilmu teknik biasanya mengaplikasikan ilmu fisika dan matematika untuk menganalisis, mendesain, dan membuat alat, struktur, dan proses terkait benda mati, teknik biologis menambahkan ilmu biologi

molekuler untuk mempelajari dan mengaplikasikan lebih lanjut makhluk biologis.

Aplikasi yang cukup penting dan sering dilakukan adalah analisis dan solusi cost-effective dari masalah terkait kesehatan manusia, namun cakupan ilmu teknik biologis lebih luas dari itu. Misal biomimetika adalah cabang teknik biologis yang bergerak pada usaha pencarian struktur dan fungsi dari makhluk hidup untuk digunakan sebagai model untuk desain material dan mesin. Cabang lainnya seperti biologi sistem menggunakan aplikasi ilmu teknik untuk mencari kemiripan struktur, fungsi, dan proses yang ada pada makhluk hidup.

j. Teknik PertanianTeknik pertanian atau keteknikan pertanian adalah penerapan dasar-dasar teknik dalam bidang pertanian mencakup bidang teknik mesin budidaya pertanian, teknik sumber daya alam pertanian, teknik proses hasil pertanian/pangan, energi dan listrik

pertanian,

perbengkelan dan instrumentasi di bidang pertanian, ergonomika alat dan mesin pertanian, sistem dan manajemen keteknikan pertanian, lingkungan dan bangunan pertanian, serta teknik tanah dan teknik sumber daya air[1]. Teknik pertanian adalah suatu cara untuk meningkatkan efisiensi usaha pertanian guna meningkatkan produktivitas, mutu, kontinuitas pasokan produk-produk pertanian, kesejahteraan petani, dan kelestarian lingkungan. Efisiensi tersebut meliputi lahan, tenaga kerja, energi, dan sumber daya (benih, pupuk, dan air).

k. Teknik KimiaTeknik kimia adalah cabang ilmu

teknik atau rekayasa yang mempelajari pemrosesan bahan mentah menjadi barang yang lebih berguna, dapat berupa barang jadi ataupun barang setengah jadi. Ilmu teknik kimia diaplikasikan terutama dalam perancangan dan pemeliharaan proses-proses kimia, baik dalam skala kecil maupun dalam skala besar seperti pabrik. Insinyur teknik kimia yang pekerjaannya bertanggung

jawab terhadap perancangan dan perawatan proses kimia pada skala pabrik dikenal dengan sebutan "insinyur proses" (process engineer). Selain itu, insinyur teknik kimia modern juga melakukan penelitian yang bertujuan untuk menemukan material-material dan teknik-teknik baru, yang kadang-kadang juga berhubungan dengan berbagai disiplin ilmu lainnya, seperti nanoteknologi, sel bahan bakar, dan teknik biomedis. Pada teknik kimia, ada 2 subgrup besar yang diantaranya: 1) mendesain, membangun, dan mengoperasikan pembangkit/pabrik dan proses-proses kimia di dalamnya dan 2) mengembangkan substansi baru atau pengembangan dari substansi sebelumnya pada berbagai produk yang rentangnya mulai dari makanan dan minuman sampai kosmetik, pembersih, dan obat-obatan.

l. Teknik BiomedisTeknik biomedis adalah pengaplikasian

teknik dan prinsip teknik dalam bidang medis. Bidang ini menggabungkan kemampuan desain dan pemecahan masalah seorang insinyur dengan ilmu medis dan ilmu biologi di bidang kedokteran, seperti diagnosa, pengawasan, dan terapi.

Teknik biomedis terbilang suatu cabang ilmu medis yang baru jika dibandingkan dengan ilmu teknik lainnya, merupakan suatu hal yang lumrah ketika dua cabang ilmu membentuk ilmu interdisipliner baru. Aplikasi teknik biomedis yang paling ternama yaitu prostetik biokompatibel, berbagai peralatan medis seperti implan mikro, alat pencitraan seperti Magnetic Resonance Imaging dan Electroencephalogram, pertumbuhan jaringan regeneratif, obat-obatan farmasi, dan terapi biologis.

m. Teknik ListrikTeknik listrik atau teknik elektro adalah salah satu bidang ilmu teknik mengenai aplikasi listrik untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Teknik listrik melibatkan konsep, perancangan, pengembangan, dan produksi perangkat listrik dan elektronik yang dibutuhkan oleh masyarakat. Insinyur listrik adalah kaum profesional yang memegang peranan penting dalam mengembangkan dan memajukan teknologi tinggi dalam dunia komputer, laser, penjelajahan angkasa,

telekomunikasi, energi,

dan aplikasi lainnya dari perangkat dan sistem elektronik. Teknik listrik bekerja sama dengan insinyur dari area lain seperti teknik kimia, teknik mesin, dan teknik sipil untuk merancang, mengembangkan, dan membantu produksi berbagai macam produk dan jasa seperti sistem distribusi energi, komputer pribadi, sistem satelit, radio genggam, sistem radar, mobil listrik, jantung buatan, dan lain-lain yang melibatkan komponen listrik dan elektronik.

n. Teknik MesinTeknik mesin atau Teknik mekanik adalah ilmu teknik mengenai aplikasi

dari prinsip fisika untuk analisis, desain, manufaktur dan pemeliharaan sebuah sistem mekanik. Ilmu ini membutuhkan pengertian mendalam atas konsep

utama dari cabang ilmu mekanika, kinematika, teknik material, termodinamika dan energi. Ahli atau pakar dari teknik mesin biasanya disebut sebagai insinyur (teknik mesin), yang memanfaatkan pengertian atas ilmu teknik ini dalam

mendesain dan menganalisis pembuatan kendaraan, pesawat, pabrik industri, peralatan dan mesin industri dan lain sebagainya.

o. Rekayasa GenetikaRekayasa genetika dalam arti paling luas adalah penerapan genetika untuk

kepentingan manusia. Dengan pengertian ini kegiatan pemuliaan hewan atau tanaman melalui seleksi dalam populasi dapat dimasukkan. Demikian pula penerapan mutasi buatan tanpa target dapat pula dimasukkan. Walaupun demikian, masyarakat ilmiah sekarang lebih bersepakat dengan batasan yang lebih sempit, yaitu penerapan teknik-teknik biologi molekular untuk mengubah susunan genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan pada kemanfaatan tertentu.Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh- tumbuhan. Bidang

kedokteran dan farmasi paling banyak berinvestasi di bidang yang relatif baru ini. Sementara itu bidang lain, seperti ilmu pangan, kedokteran hewan, pertanian (termasuk peternakan dan perikanan), serta teknik lingkungan juga telah melibatkan ilmu ini untuk mengembangkan bidang masing-masing.

p. BioteknologiBioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk

hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.

Perubahan sifat Biologis melalui rekayasa genetika tersebut menyebabkan "lahirnya organisme baru" produk bioteknologi dengan sifat - sifat yang menguntungkan bagi manusia. Produk bioteknologi, antara lain : Jagung resisten hama serangga Kapas resisten hama serangga Pepaya resisten virus Enzim pemacu produksi susu pada sapi Padi mengandung vitamin A Pisang mengandung vaksin hepatitis.

q. BiokimiaBiokimia adalah kimia makhluk

hidup. Biokimiawan mempelajari molekul dan reaksi kimia terkatalisis oleh enzim yang berlangsung dalam semua organisme. Lihat artikel biologi molekular untuk diagram dan deskripsi hubungan antara biokimia, biologi molekular, dan genetika.

Biokimia merupakan ilmu yang mempelajari struktur dan fungsi komponen selular, seperti protein, karbohidrat, lipid, asam nukleat, dan biomolekul lainnya. Saat ini biokimia lebih terfokus secara khusus pada kimia reaksi termediasi enzim dan sifat-sifat protein.

Saat ini, biokimia metabolisme sel telah banyak dipelajari. Bidang lain dalam biokimia di antaranya sandi genetik (DNA, RNA), sintesis protein, angkutan membran sel, dan transduksi sinyal.

r. BotaniBotani adalah ilmu tumbuh-tumbuhan. Dengan demikian, dalam botani

dipelajari semua disiplin ilmu biologi, seperti genetika, pertumbuhan, reproduksi, metabolisme, perkembangan, interaksi dengan komponen biotik

dan komponen abiotik, serta evolusi yang berhubungan dengan tumbuhan.

Seperti bentuk-bentuk kehidupan lain dalam biologi, tumbuhan hidup dapat dipelajari dari perspektif yang

berbeda, dari tingkat molekul , genetika dan biokimia melalui organel , sel , jaringan , organ , individu, populasi tumbuhan , dan komunitas tumbuhan. Pada setiap tingkat ini seorang ahli botani mungkin prihatin dengan klasifikasi ( taksonomi ), struktur ( anatomi dan morfologi ), atau fungsi ( fisiologi ) dari kehidupan tumbuh-tumbuhan.

s. EpidemiologiEpidemiologi adalah ilmu yang mempelajari pola kesehatan dan penyakit

serta fakor yang terkait di tingkat populasi. Ini adalah model corestone penelitian kesehatan masyarakat, dan membantu menginformasikan kedokteran berbasis bukti (eveidence based medicine) utnuk mengidentifikasikan faktor risiko penyakit serta menentukan pendekatan penanganan yang optimal untuk praktik klinik dan untuk kedokteran preventif. Menurut Dr. Anton Muhibuddin (Universitas Brawijaya), saat ini epidemiologi telah berkembang pesat baik pendalaman ilmunya maupun perluasan ilmunya. Perluasan ilmu epidemiologi saat ini juga mencakup epidemiologi bidang pertanian agrokompleks (termasuk perikanan, perkebunan, prikanan) dan mikrobiologi. Perluasan tersebut dirasa perlu karena manfaat epidemiolgi sangat nyata dirasakan dalam bidang-bidang ilmu tersebut. Pendalaman epidemiologi

diantaranya meliputi peramalan berbasis komputer dan pengelolaan agroekosistem.

t. PaleontologiPaleontologi atau palaeontologi adalah ilmu yang mempelajari kehidupan

prasejarah. Paleontologi mencakup studi fosil untuk menentukan evolusi suatu organisme dan interaksinya dengan organisme lain dan lingkungannya (paleoekologi). Pengamatan paleontologi telah didokumentasikan sejak abad ke 5 sebelum masehi. Sains paleontology berkembang pada abad ke 18 ketika Georges Cuvier melakukan anatomi komparatif, dan berkembang secara cepat di abad ke 19.

Paleontologi berada pada batas antara biologi dan geologi, namun berbeda dengan arkeologi karena paleontologi tidak memasukkan kebudayaan Homo sapien modern. Paleontologi kini mendayagunakan berbagai metode ilmiah dalam sains, mencakup biokimia, matematika, dan teknik. Penggunaan berbagai metode ini memungkinkan paleontologi untuk menemukan sejarah evolusioner kehidupan, yaitu ketika bumi menjadi sesuatu yang mampu mendukung terciptanya kehidupan, sekitar 3.800 juta tahun silam Dengan pengetahuan yang terus meningkat, paleontologi kini memiliki subdivisi yang terspesialisasi, beberapa fokus pada jenis fosil tertentu, yang lain mempelajari sejarah lingkungan dalam paleoekologi, dan yang lain mempelajari dalam iklim dalam paleoklimatologi.

u. FarmasiFarmasi merupakan salah satu bidang profesional kesehatan yang

merupakan kombinasi dari ilmu kesehatan dan ilmu kimia, yang mempunyai tanggung-jawab memastikan efektivitas dan keamanan penggunaan obat. Ruang lingkup dari praktik farmasi termasuk praktik farmasi tradisional seperti peracikan dan penyediaan sediaan obat, serta pelayanan farmasi modern yang berhubungan dengan layanan terhadap pasien (patient care) di antaranya layanan klinik, evaluasi efikasi dan keamanan penggunaan obat, dan penyediaan informasi obat. Kata farmasi berasal dari kata farma (pharma). Farma merupakan istilah yang dipakai pada tahun 1400 - 1600an.