86 pelajaran sains ialah Hukum Newton Kedua (biasanya ditulis sebagai F = ma), yang menyatakan bahawa pecutan, a bagi suatu objek berkadar terus dengan daya bersih, F yang bertindak kepada objek, dengan jisim, m objek itu bertindak sebagai pemalar perkadaran. Contoh lain: Hukum Boyle, yang menghubungkan tekanan suatu gas kepada isi padunya pada suhu malar. Bagi suatu sistem yang lebih kompleks, perwakilan matematik bagi sistem fizikal digunakan untuk mencipta simulasi komputer yang membolehkan saintis untuk meramalkan perilaku sistem yang sukar dikawal oleh pancaindera (sebagai contoh, kesan peningkatan karbon dioksida dalam atmosfera terhadap pertanian bagi pelbagai tempat di muka bumi). Bidang kejuruteraan turut menggunakan pemodelan matematik. Sebagai contoh, jurutera struktur mencipta model matematik bagi mereka bentuk jambatan dan bangunan berdasarkan hukum fizik untuk menguji kemampuannya, dan menyiasat had strukturannya (National Research Council, 2012). Model itu bukan sahaja memberi penjelasan tentang mengapakah sistem atau proses itu bertindak sedemikian, malah membantu untuk mengkaji kesan serta meramalkan kesudahan. Selain itu, jurutera menggunakan model untuk meneroka pelbagai pilihan yang boleh menjimatkan kos dengan tujuan untuk menilai sama ada setiap pilihan itu boleh disempurnakan dalam lingkungan bajet. Seorang jurutera enjin jet cenderung untuk mereka bentuk satu model matematik dan menjalankan simulasi komputer, berbanding dengan menanggung kos membina enjin untuk tujuan pengujian semata-mata. Model boleh dinilai dan ditambah baik melalui kitaran pelelaran (iterative cycle) sehingga dapat memberikan gambaran yang tepat bagi fenomena yang dimodelkan. Melibatkan murid-murid dengan pemodelan matematik dalam pelajaran sains membantu mereka untuk membina kefahaman yang mendalam bagaimanakah sains berfungsi. Matematik merupakan alat yang utama untuk memahami sains dan nature of science. Bagaimanakah anda membantu murid-murid untuk menggunakan matematik atau membangunkan model matematik dalam bilik darjah pada masa sekarang? Sama ada kita sedar atau tidak, terlalu banyak pemodelan matematik yang telah diterapkan sewaktu sekolah rendah seawal tahun 1 dan tahun 2. Apabila murid-murid belajar untuk menghitung, mereka boleh mula menggunakan nombor untuk mencari atau memerihalkan pola dalam alam semula jadi. Namun begitu murid-murid mula mempelajarinya secara formal dalam tahun 3. Dalam tahun 3, murid-murid belajar menggunakan perwakilan simbol untuk mewakili data, meramalkan kesudahahan dan seterusnya menerbitkan hubungan menggunakan matematik (BPK, 2017). Amalan sains yang diberi fokus Membangunkan dan menggunakan model: Kedua-dua amalan sains dan kejuruteraan adalah menggunakan dan membina model sebagai alat yang membantu untuk mewakilkan idea dan penerangan. Alat-alat ini termasuklah gambar rajah, lukisan, replika fizikal, perwakilan matematik, analogi dan simulasi komputer. Model adalah berdasarkan bukti. Apabila terdapat bukti baharu ditemukan dan tidak boleh dijelaskan oleh model berkenaan, model itu akan diubah suai.
87 Menggunakan matematik: Dalam bidang sains dan kejuruteraan, matematik merupakan alat asasi untuk mewakilkan pemboleh ubah fizikal serta hubungan antara pemboleh ubah. Matematik digunakan dalam pelbagai aspek seperti menghasilkan simulasi; menganalisis data secara statistik; serta mengecam, mengungkap dan mengaplikasi hubungan kuantitatif. Membina penjelasan: Matlamat sains ialah membina penjelasan terhadap punca-punca fenomena. Murid-murid diharap untuk membangunkan model berasaskan bukti dalam membina penjelasan. Ringkasan aktiviti A Helping of Pi Peserta diharapkan dapat menggunakan matematik dan mereka bentuk model matematik – berdasarkan bukti – untuk mewakili pemboleh ubah fizikal dan hubungannya, dan membuat ramalan kuantitatif. Dalam aktiviti ini, para peserta akan mempelajari cara menggunakan model matematik untuk mewakili situasi kehidupan sebenar. Secara khusus, para peserta akan menggunakan persamaan (rumus lilitan bulatan) untuk mewakili hubungan antara pusat, diameter dan lilitan bulatan. Dalam aktiviti ini, para peserta akan melaksanakan beberapa siri eksperimen, membuat ramalan/ andaian, memilih pendekatan matematik, mendapatkan penyelesaian, serta mengubah suai model mengikut keperluan. Aktiviti ini melibatkan para peserta dalam amalan membangunkan dan menggunakan model, menggunakan matematik dan membina penjelasan. Objektif Di akhir slot ini, peserta dapat: 1. Menjelaskan contoh dan kegunaan model matematik. 2. Menggunakan perwakilan matematik untuk mewakilkan hubungan. 3. Menggunakan bukti (contoh: pengukuran, pemerhatian, pola) untuk menyokong penerangan. 4. Menentukan lilitan bulatan tanpa mengukurnya. 5. Menentukan hubungan antara lilitan dan diameter bulatan. 6. Menakrifkan pi dan rumus lilitan bulatan. Alat dan bahan: 5 atau 6 gelung rotan pelbagai saiz , tali, kayu pengukur, kertas A4, pen marker, kalkulator, kertas mahjong Masa: 2 jam
88 Prosedur Penglibatan (Engage) Secara Individu 1. Satu bulatan dengan sebarang jejari ditayangkan di atas skrin tanpa tandaan pusat bulatan. 2. Peserta diminta untuk membina kandang biri-biri dengan sebarang bilangan atau kepungan berbentuk bulat. Tugasan ini bertujuan untuk mencari panjang pagar yang diperlukan untuk membentuk kepungan itu. 3. Peserta perlu berfikir pelbagai cara untuk menentukan jumlah bahan (panjang pagar) yang diperlukan untuk membentuk kepungan. 4. Fasilitator akan membincangkan idea bersama para peserta. 5. Peserta akan menulis idea mereka dalam buku nota sains. Soalan: • Berapakah panjang pagar yang diperlukan? • Bagaimanakah anda menentukan panjang pagar untuk membentuk kepungan tersebut? Secara berkumpulan 1. Para peserta akan berkongsi idea dalam kumpulan. Bincangkan jumlah bahan yang diperlukan untuk membina kepungan (tayangan pada skrin menggunakan pautan PADLET: https://padlet.com/samohas1502/pqar1rzrldoe). 2. Fasilitator akan mendapatkan idea daripada kumpulan untuk membina rumus lilitan bulatan dan membimbing mereka dalam perbincangan. 3. Bincangkan bagaimana saintis dan ahli matematik menggunakan rumus yang telah dibuktikan untuk menyelesaikan masalah (contoh: L = j2π). 4. Kembali kepada bulatan atas skrin (jika seutas tali diikat pada titik tetap pada pusat bulatan ke sisinya, adakah tali itu dianggap sebagai diameter atau jejari?). 5. Fasilitator akan menulis rumus atas papan putih (L = j2π). Tunjukkan setiap simbol atau huruf untuk memastikan para peserta memahami maksud setiap simbol. Soalan: • Adakah anda tahu bahawa saintis dan jurutera menggunakan rumus yang telah dibuktikan sebagai alat untuk menyelesaikan masalah? • Jika seutas tali diikat pada titik tetap pada pusat bulatan ke sisinya, adakah tali itu dianggap sebagai diameter atau jejari? (berdasarkan bulatan yang ditunjukkan pada skrin). • Jika anda tahu panjang tali itu (maklumkan kepada peserta panjang tali yang digunakan: sebarang ukuran), bolehkah kita menghitung lilitannya?
89 Penerokaan (Explore) 1. Bahagikan peserta kepada 4 orang sekumpulan dan beri setiap kumpulan gelung rotan, kayu pengukur dan seutas tali. 2. Peserta akan menggunakan alat yang dibekalkan untuk menentukan lilitan gelung rotan. 3. Peserta akan memperoleh maklumat bahawa mereka tidak akan dapat menghitung jejari dengan tepat tanpa mengetahui pusat bulatan yang tepat, justeru mereka boleh menggunakan alat yang dibekalkan untuk menentukan lilitan gelung rotan. 4. Menggunakan pengetahuan mereka tentang jejari dan diameter, dan mempertimbangkan rumus: semak kembali definisi setiap kosa kata (L = j2π). 5. Biarkan mereka berfikir sejenak, kemudian semak sama ada setiap kumpulan mendapat rumus L = dπ. Jika mereka tidak memperolehnya, bimbing mereka ke arah langkah ini dan pastikan mereka dapat menentukan lilitan gelung rotan. 6. Akhir sekali, para peserta akan menggunakan tali sebagai alat mengukur, letakkan tali itu di sekeliling gelung rotan. Sekarang mereka akan mengukur tali untuk melihat sama ada panjang tali itu sepadan dengan rumus yang dikatakan sebagai lilitan bulatan. Soalan: • Bolehkah anda menghitung jejari dengan tepat tanpa mengetahui pusat bulatan yang tepat? Kongsikan idea anda. • Adakah anda dapat melihat perbezaan di antara menggunakan rumus dan menggunakan tali sebagai alat mengukur perimeter gelung rotan? Catatan: • Setiap kumpulan akan menggunakan rumus lilitan dan menggunakan tali untuk menentukan lilitan gelung rotan • Setiap kumpulan akan membandingkan dapatan bagi kedua-dua aktiviti tersebut. • Lampiran S8-1 menjelaskan cara menentukan pusat bulatan dengan menggunakan pembaris. • Aktiviti melibatkan (i) menggunakan rumus/model L = j2π (ii) menemui 2j = d, (iii) membangunkan rumus/model L = dπ, dan kemudian (iv) menggunakan rumus/model L = dπ untuk menyelesaikan masalah. Sumber: Bahariah et al. (2017) Penerangan (Explain) 1. Setiap kumpulan akan membentangkan dapatan mereka. 2. Senaraikan ukuran setiap kumpulan pada skrin. (PADLET:https://padlet.com/samohas1502/pqar1rzrldoe)
90 3. Bincangkan, bahaskan dan justifikasikan sama ada kiraan setiap kumpulan adalah munasabah dan mengapa. 4. Peserta akan memberi idea bagaimanakah saintis dan jurutera menggunakan rumus yang telah dibuktikan sebagai alat untuk menyelesaikan masalah. Soalan: • Bagaimanakah saintis dan jurutera menggunakan model matematik? (bandingkan keduadua situasi iaitu menggunakan tali untuk menentukan lilitan gelung rotan serta menggunakan rumus). • Apakah yang anda tahu tentang kegunaan model matematik dalam kehidupan harian? Catatan: Daripada aktiviti dalam Fasa Penerokaan, setiap kumpulan akan menjelaskan perbezaan dapatan bagi kedua-dua aktiviti (menggunakan model matematik dan tanpa menggunakan matematik) Nota: Gunakan CER Rubric dalam Lampiran S8-3 untuk pentaksiran. Para peserta sepatutnya menggunakan bukti daripada Fasa Penerokaan untuk menjustifikasikan penaakulan mereka. Pengembangan (Elaborate) 1. Peserta dicabar untuk mengembangkan lagi idea untuk mereka bentuk aktiviti lain yang menunjukkan proses menggunakan model matematik dan membangunkan model matematik oleh saintis dan jurutera. 2. Setiap kumpulan akan membincangkan idea. 3. Setiap kumpulan akan membentangkan dan berkongsi idea. Soalan: • Adakah anda mempunyai sebarang idea lain bagi menjelaskan bagaimana saintis dan jurutera menggunakan model matematik?. Beri dan reka satu situasi/ contoh lain. Penilaian dan refleksi Pra aktiviti 1. Apabila anda mendengar akan model matematik, apakah yang anda fikirkan? 2. Bagaimanakah anda membantu murid-murid untuk menggunakan matematik atau membangunkan model matematik dalam bilik darjah? Semasa aktiviti 1. Berapakah panjang pagar yang diperlukan? Bagaimanakah anda menentukan panjang pagar untuk membentuk kepungan tersebut? 2. Adakah anda tahu bahawa saintis dan jurutera menggunakan rumus yang telah dibuktikan sebagai alat untuk menyelesaikan masalah? Bagaimanakah saintis dan jurutera menggunakan model matematik? 3. Apakah yang anda tahu tentang kegunaan model matematik dalam kehidupan harian?
91 4. Adakah anda mempunyai sebarang idea lain bagi menjelaskan bagaimana saintis dan jurutera menggunakan model matematik?. Beri dan reka satu situasi/ contoh lain. Pasca aktiviti 1. Tandakan amalan sains dan model matematik yang telah anda lalui semasa aktiviti (rujuk Lampiran S8-2: Penilaian) 2. Apakah pandangan anda tentang penggunaan matematik dan membangunkan model matematik dalam sains? 3. Apakah cabaran yang anda lihat untuk mempraktiskan amalan ini? 4. Bagaimanakah saintis dan jurutera membangun dan menggunakan model? 5. Bagaimanakah model matematik dapat digunakan dalam kehidupan seharian? 6. Bagaimanakah model matematik membantu murid-murid dalam pembelajaran? Lampiran 1. Lampiran S8-1: • Jejari, pusat dan lilitan bulatan • Cara menentukan pusat bulatan menggunakan pembaris • Rumus lilitan bulatan 2. Lampiran S8-2: Penilaian 3. Lampiran S8-3: Claims, Evidence, Reasoning Rubric Panduan untuk fasilitator Model Instruksi 5 E Bahan/ Radas/ Alat Engage [15 min] - Pengenalan kepada Pemodelan Matematik (Mathematical Modelling): Situasi pemodelan matematik yang digunakan oleh saintis dan jurutera. - Peserta diberikan suatu situasi berkaitan suatu masalah untuk membina satu kandang kambing biri-biri. - Peserta membuat pernyataan masalah (menentukan panjang pagar yang diperlukan untuk membina kepungan itu). Laptop, projector, video dan slaid PowerPoint Explore & Explain - Peserta mencari maklumat secara individu untuk menyelesaikan masalah tersebut (Research). [5 min] - Setiap kumpulan mula menjalankan eksperimen mencari lilitan gelung rotan menggunakan bahan yang diberi menggunakan pengetahuan tentang jejari, diameter, catatkan dapatan (rujuk Lampiran S8-1). [15 min] - Kemudian setiap kumpulan akan mencari lilitan bulatan menggunakan tali, catatkan dapatan. [15 min] Kertas Mahjong, marker, alat radas seperti dalam senarai (gelung rotan, pembaris dan tali)
92 - Fasilitator akan membimbing peserta mencari titik/pusat bulatan menggunakan pembaris (rujuk Lampiran S8-1). - Peserta akan membentang dan membincangkan hasil dapatan masing-masing. [20 min] Elaborate [40 min] - Peserta dicabar untuk mengembangkan lagi idea untuk mereka bentuk aktiviti lain yang menunjukkan proses menggunakan model matematik dan membangunkan model matematik oleh saintis dan jurutera. - Setiap kumpulan membentangkan idea kumpulan masingmasing. Kertas Mahjong, marker, papan putih Evaluate [10 min] Peserta membuat refleksi terhadap aktiviti yang telah dijalankan. Papan putih, marker Rujukan Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK). (2017.) Kurikulum Standard Sekolah Rendah: Dokumen Standard Kurikulum dan Pentaksiran (DSKP) Matematik Tahun 3. Putrajaya: Kementerian Pendidikan Malaysia. Bahariah Baharam, Baharizah Baharam, Nurul Jannah Ahmad, Nurazreen Mohd Tahir, & Mohd Nazri Mohd Hanafiah. (2017). Matematik Tingkatan 2. Putrajaya: Rimbunan Ilmu. National Research Council. (2012). A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington, DC: The National Academies Press. NGSS Lead States. (2013). Next Generation Science Standards: For States, By States. Washington, DC: The National Academies Press.
93 Lampiran S8-1 What is centre, circumferences and diameter? How to determine the centre of the circle using meter stick? Formula: circumference of circle.
94 Lampiran S8-2 Tajuk: “A Helping Pi” Arahan: Tandakan amalan sains dan proses pemodelan matematik yang telah anda lalui semasa aktiviti. Bil. Science Practices/ Amalan Sains Mathematical Modelling Process/ Proses Pemodelan Matematik Tandakan (/) 1. Mengenal pasti masalah 2. Merancang dan menjalankan penyiasatan 3. Menggunakan model untuk mengemukakan idea dan penjelasan (rumus lilitan bulatan untuk mengemukakan idea mencari panjang pagar untuk membina kepungan) 4. Menggunakan model matematik (L = dπ/ L = j2π) untuk menyelesaikan masalah (masalah menentukan panjang pagar sebagai kepungan kandang biri-biri) 5. Menggunakan matematik untuk mewakili pemboleh ubah fizikal dan hubungan antara pemboleh ubah ((L = dπ/ L = j2π untuk mewakili lilitan, jejari dan diameter bulatan) 6. Membuat refleksi terhadap proses pemodelan matematik dan amalan sains 7. Membanding dan membeza aktiviti menggunakan model matematik dan tanpa model matematik (aktiviti di langkah explore: menggunakan rumus dan menggunakan tali untuk mencari lilitan gelung rotan)
95 Lampiran S8-3 Pengenalan dan Penghargaan kepada Penulis: 1. Pn. Salbiah Mohamad Hasim: Mantan Penolong Pengarah Pusat STEM Negara 2. Pn. Maisarah Abdul Manas: Tunku Kurshiah College 3. En. Muhammad Fazdhly Abdul Muttalib: SMK Raja Permaisuri Bainun
96 Projek Interdisiplin 1: Sejarah, Sains dan Teknologi Norhaslinda Abdul Samad, Fathiyah Dahlan, Nor Azlina Ghazali, Salbiah Mohamad Hasim, Suraya Mohamed Sabri dan Suziela Md Tahir Pengenalan Archimedes and his bathtub, Newton and the apple, Pasteur and the child saved from rabies. . . The majority of us remember the anecdotes that have occurred in the course of science. When the history of science is invited into the classroom, it is often in a reduced format, relayed by the biographies of illustrious savants taken from numerous scholarly manuals. Otherwise, the school leaves little space for the subject of the history of science: the discoveries and the laws which describe the world are generally presented as completed works autonomous and almost eternal, but the roads that led to this achievement are too often neglected. (de Hosson & Jasmin, 2009, p. XIX) Berpandukan petikan di atas, cuba renungi apakah yang ingin disampaikan oleh penulis. Bagaimanakah persembahan sub-topik yang berkaitan dengan sejarah sains dalam buku teks? Bagaimanakah anda mengajar subtopik yang berkaitan dengan sejarah dalam sains (seperti sejarah perkembangan model atom)? Sejarah perkembangan sains dan teknologi telah membuktikan bahawa majoriti dalam kalangan ahli sejarah dan sains Barat serta sarjana Islam yakin dan percaya bahawa ahli sains masa kini bergantung kepada sumbangan ahli sains terdahulu. Ahli sains terdahulu terdiri daripada warga sains Greek dan Islam apabila mereka membina ilmu pengetahuan bagi kemajuan ketamadunan. Pengenalan kepada sejarah sains oleh Sejarawan Barat telah cuba menyampaikan serba sedikit tentang kualiti dan kuantiti sumbangan Islam dalam bidang ilmu sains dan teknologi. Sains dan teknologi Islam telah mencapai kejayaan yang cemerlang dalam semua bidang sains, daripada astronomi, sains hayat dan ilmu senibina pada zaman perkembangan Islam dalam tempoh lebih kurang antara abad ke-7 Masihi hingga ke-16 Masihi (Azhar, 2013). Salah seorang ilmuan Islam yang masyhur dalam bidang sains dan teknologi ialah Bad-alZamân b. Ismâ'l al Jazarî. Beliau juga dikenali sebagai Al-Jazari, dianggap sebagai jurutera Arab yang paling terkenal dan inovatif. Beliau dilahirkan pada pertengahan abad XII dan tinggal di wilayah Al-Jazîra, yang terletak di antara Sungai Tigris dan Efrat. Pada tahun 1174, beliau mula berkhidmat di bawah kerajaan Putera Banû Artaq yang memerintah wilayah Diyarbakir, yang kini merupakan selatan Turki. Beliau telah dilantik sebagai ketua jurutera atas kemahiran dan komitmen yang tinggi terhadap pekerjaannya. Dengan sokongan pemerintah yang berkuasa, beliau telah menjalankan penyelidikan dan penciptaan hebatnya dalam bidang mekanikal. Antara penciptaannya adalah jam air, teknologi air pancut dan mesin mengangkat air (Al-Hasani & Abattouy, 2009). Tiga prinsip yang mendominasi mekanikal dalam tradisi Arab: teori mekanikal atau statik, kajian hidrostatik dan graviti spesifik, dan sains mesin yang merupakan disiplin dan kajian bagaimana mesin berfungsi. Dalam bahasa Arab ia disebut 'ilm al-hiyal, yang bermaksud "sains proses kejuruteraan". Ia merupakan pemahaman terhadap pembinaan dan perihalan mesin serta justifikasi terhadap aplikasinya seperti mengangkat objek berat, mengepam air dari sungai dan telaga, untuk membina dan membuat jam kerja, automasi dan mesin pintar lain (Al-Hasani &
97 Abattouy, 2009). Sejarah sains dan teknologi turut menekankan proses kejuruteraan yang kini dikenali sebagai Proses Reka Bentuk Kejuruteraan (engineering design process). Bagaimanakah sejarah sains boleh diintegrasikan dalam pendidikan sains, kejuruteraan dan teknologi? Proses Reka Bentuk Kejuruteraan Menurut TeachEngineering (2020), proses reka bentuk kejuruteraan adalah satu siri langkah panduan untuk jurutera menyelesaikan sesuatu masalah. Proses reka bentuk ini adalah berbentuk ulangan (iterative) yang bermaksud kita boleh mengulangi langkah-langkahnya mengikut keperluan, membuat penambahbaikan sepanjang pembelajaran sehingga menemui suatu reka bentuk terbaik untuk menyelesaikan masalah. Konsep utama yang ditekankan dalam proses reka bentuk kejuruteraan adalah kolaborasi dalam kumpulan dan elemen reka bentuk. Ia mengukuhkan pemahaman peserta tentang reka bentuk terbuka di samping berkolaborasi untuk menyusun idea baru, menerapkan konsep sains dan matematik, menguji prototaip dan menganalisis data serta meningkatkan daya kreativiti dan komunikasi dalam penyelesaian masalah. Terdapat tujuh “langkah” dalam proses reka bentuk kejuruteraan yang dikemukakan oleh TeachEngineering (2020): • Tanya: Mengenal pasti keperluan & kekangan • Kajian masalah: Ini termasuk mendapatkan maklumat daripada individu yang mempunyai pelbagai latar belakang dan kepakaran untuk membantu meneliti produk atau penyelesaian sedia ada, atau teknologi sedia ada yang mungkin dapat disesuaikan dengan keperluan. • Imaginasi: Membangunkan penyelesaian yang mungkin • Rancang: Memilih satu penyelesaian yang munasabah • Cipta: Membina prototaip • Uji: Menguji dan menilai prototaip Rajah 1: Pam air Al-Jazari
98 • Tambah baik: Mereka bentuk semula mengikut keperluan Rajah 2: Proses reka bentuk kejuruteraan Sumber: TeachEngineering (2020) Amalan sains dan kejuruteraan yang diberi fokus Mengemukakan soalan dan mendefinisi masalah: Murid sepatutnya dapat mengemukakan soalan satu sama lain berdasarkan pembacaan mereka, ciri-ciri fenomena yang diperhatikan, dan kesimpulan yang dapat dibuat daripada model atau penyelidikan saintifik. Untuk elemen kejuruteraan, murid mengemukakan soalan untuk mengenal pasti masalah yang akan diselesaikan dan mencetuskan idea yang membawa kepada masalah tersebut serta spesifikasi penyelesaiannya (National Research Council, 2012; NGSS Lead States, 2013). Membina penjelasan dan mereka bentuk penyelesaian: Matlamat sains adalah pembinaan teori yang memberikan penjelasan mengenai fenomena dunia. Suatu teori akan diterima apabila terdapat pelbagai bukti empirikal yang dapat memberikan penjelasan yang lebih baik tentang suatu fenomena daripada teori sebelumnya. Matlamat kejuruteran adalah mereka bentuk penyelesaian. Proses mereka bentuk adalah suatu proses yang sistematik dan berulang. Aktiviti kejuruteraan termasuklah tindakan menentukan batas dan kriteria penyelesaian yang diingini, membangunkan perancangan reka bentuk, menghasilkan dan menguji model atau prototaip, memilih reka bentuk alternatif untuk mengoptimumkan kriteria reka bentuk, dan menyempurnakan idea reka bentuk berdasarkan pengujian prototaip atau simulasi (National Research Council, 2012; NGSS Lead States, 2013).
99 Melibatkan diri dalam penghujahan berdasarkan bukti: Kajian sains dan kejuruteraan harus memupuk sifat ingin berhujah untuk mengajukan dan mempertahankan idea baharu atau penjelasan tentang suatu fenomena dan norma-norma untuk berhujah. Dalam sains, penaakulan dan penghujahan berdasarkan bukti sangat penting dalam mengenal pasti penjelasan terbaik untuk fenomena semula jadi. Dalam kejuruteraan, penaakulan dan penghujahan diperlukan untuk mengenal pasti penyelesaian terbaik untuk suatu masalah (National Research Council, 2012; NGSS Lead States, 2013). Murid harus berhujah untuk menjelaskan reka bentuk yang dibina, mempertahankan justifikasi bagi data tertentu dan menyokong reka bentuk yang dicadangkan. Ringkasan aktiviti Peserta diberi satu artikel berkaitan dua adik beradik yang menghadapi masalah untuk mengangkut air dari sungai ke kawasan yang lebih tinggi (ini merupakan masalah yang dihadapi oleh manusia sejak zaman dahulu untuk memperoleh sumber air). Dengan menggunakan proses reka bentuk kejuruteraan, peserta perlu mereka bentuk satu alat yang boleh membantu mereka untuk menyelesaikan masalah untuk mengangkut air ke kawasan yang lebih tinggi. Peserta akan membuat rujukan untuk mengenal pasti penyelesaian pada zaman dahulu (sebagai contoh pam air Al-Jazari). Peserta akan mengubah suai penyelesaian pada zaman dahulu, serta memanfaatkan pengetahuan dan teknologi sedia ada untuk mereka bentuk alat ciptaan mereka (penyelesaian baharu). Pendekatan ini melibatkan peserta dalam projek interdisiplin untuk membangunkan dan menggunakan kemahiran yang diamalkan oleh saintis dan jurutera (atau amalan sains dan kejuruteraan), khasnya kemahiran mengemukakan soalan dan mendefinisi masalah, membina penjelasan dan mereka bentuk penyelesaian, serta melibatkan diri dalam penghujahan berdasarkan bukti. Selain itu, pemahaman peserta tentang konsep daya dan tekanan dapat ditingkatkan. Objektif Di akhir slot ini, peserta dapat: 1. Memerihal dengan contoh interdisiplin sejarah, sains dan teknologi. 2. Mereka bentuk satu alat bagi mengangkut air dari kawasan rendah ke kawasan lebih tinggi. 3. Menjelaskan proses reka bentuk kejuruteraan dan mengaplikasikannya dalam penyelesaian masalah. 4. Menjelaskan konsep daya dan tekanan. 5. Menghubung kait antara daya dan tekanan. 6. Mengaplikasi Amalan Sains dan Kejuruteraan dalam aktiviti yang dijalankan Alat dan bahan: Komputer riba, projektor, video, kertas mahjong, pen marker, cerita Nabil dan Fadila (Lampiran S9-2), besen plastik, supple pipe, plastic taps, plastic T pipes dan picagari. (Lihat Lampiran S9-1) Masa: 4 jam
100 Prosedur Aktiviti Soalan Penglibatan - Pengenalan terhadap Sejarah Sains dalam Perlaksanaan IBSE (Pam air Al-Jazari). - Peserta diberikan suatu artikel atau cerita berkaitan suatu masalah bekalan air/ pengangkutan air dari kawasan rendah ke kawasan tinggi. (Lampiran S9-2: Cerita Nabil dan Fadila). - Peserta membuat pernyataan masalah (Ask) 1. Nyatakan seorang tokoh/saintis yang anda tahu beserta penemuannya. 2. Adakah penemuan tersebut masih digunakan sehingga kini/ ada yang masih relevan/ digunakan oleh teknologi masa kini? Penerokaan dan Penerangan (Menggunakan Proses Reka Bentuk Kejuruteraan) - Peserta mengusulkan idea dan mencari maklumat secara individu untuk menyelesaikan masalah tersebut (Research) - Peserta mereka bentuk pam bagi menaikkan air dari kawasan rendah ke kawasan tinggi dan berkongsi reka bentuk tersebut dengan ahli kumpulan (Imagine). - Satu reka bentuk pam air yang terbaik dipilih oleh setiap kumpulan dan dikongsi melalui pembentangan (Plan) - Setiap kumpulan mula menghasilkan prototaip pam air yang telah dibincang menggunakan bahan yang telah disediakan. (Create) - Prototaip pam air yang dihasilkan diuji kebolehfungsiannya dan dinilai keberkesanannya. (Test) - Prototaip pam air ditambah baik sekiranya perlu. (Improve) - Setiap kumpulan membentangkan prototaip pam air yang telah dihasilkan. 1. Bagaimanakah anda dapat membantu Nabil dan Fadila dalam menyelesaikan masalah yang dihadapi? 2. Apakah alat yang dapat mengangkut air dari kawasan rendah ke kawasan tinggi? 3. Apakah konsep sains yang diaplikasikan dalam reka bentuk alat (pam) tersebut? 4. Bagaimanakah anda menilai kebolehfungsian dan keberkesanan pam air yang dihasilkan? 5. Apakah ciri atau bahagian reka bentuk pam air yang perlu ditambah baik? Pengembangan - Peserta dicabar untuk mengembangkan lagi idea berkaitan pam air yang direka bentuk dengan mengubah pemboleh ubah seperti panjang tiub, saiz picagari dan ketinggian air yang perlu dinaikkan. Bagaimanakah anda dapat mengubahsuai pam yang telah dihasilkan untuk mengangkut air dengan lebih cepat dan lebih banyak? Penilaian - Peserta membuat refleksi terhadap aktiviti yang telah dijalankan (sumatif dan formatif) terhadap pengetahuan dan kemahiran yang diperoleh. (Sila rujuk Soalan, dan Bahagian Penilaian dan Refleksi)
101 Penilaian dan refleksi Pra aktiviti 1. Bagaimanakah persembahan sub-topik yang berkaitan dengan sejarah sains dalam buku teks? Bagaimanakah anda mengajar subtopik yang berkaitan dengan sejarah dalam sains (seperti sejarah perkembangan model atom)? 2. Apakah yang anda faham tentang interdisiplin? 3. Bagaimanakah sejarah sains boleh diintegrasikan dalam pendidikan sains, kejuruteraan dan teknologi? Pasca aktiviti 1. Apakah peningkatan pengetahuan dan kemahiran yang diperoleh melalui aktiviti ini? 2. Apakah pandangan anda berkaitan interdisiplin sejarah, sains, kejuruteraan dan teknologi? 3. Apakah cabaran yang dihadapi bagi melaksanakan aktiviti interdisiplin dalam bilik darjah? 4. Apakah implikasi melaksanakan aktiviti interdisiplin terhadap murid? Lampiran Lampiran S9-1: Senarai Alat dan Bahan Lampiran S9-2: Cerita Nabil dan Fadila Panduan untuk fasilitator Aktiviti Bahan/ Radas/ Alat Masa Penglibatan - Pengenalan terhadap Sejarah Sains dalam Perlaksanaan IBSE (Pam air Al-Jazari). - Peserta diberikan suatu cerita berkaitan suatu masalah bekalan air/ pengangkutan air dari kawasan rendah ke kawasan tinggi. (Cerita Nabil dan Fadila). - Peserta membuat pernyataan masalah Komputer riba, projektor, video, Cerita Nabil dan Fadila (Lampiran S9-2) dan bahan bacaan. 20 min Penerokaan dan Penerangan (menggunakan proses reka bentuk kejuruteraan). - Peserta sumbang saran dan mencari maklumat secara individu untuk menyelesaikan masalah tersebut (Research) [10 min] - Peserta mereka bentuk pam bagi menaikkan air dr kawasan rendah ke kawasan tinggi dan berkongsi Kertas mahjong, pen marker, alat dan radas seperti dalam 1 jam 40 min
102 reka bentuk tersebut dengan ahli kumpulan (Imagine) [10 min] - Satu reka bentuk pam air yang terbaik dipilih bagi setiap kumpulan dan dikongsi melalui pembentangan (Plan) [20 min] - Setiap kumpulan mula menghasilkan prototaip pam air yang telah dibincangkan menggunakan bahan yang telah disediakan. Rujuk Lampiran S9-1: Senarai Alat dan Bahan. (Create) [20 min] - Prototaip pam air yang dihasilkan diuji kebolehfungsiannya dan dinilai keberkesanannya. (Test) [5 min] - Prototaip pam air ditambah baik sekiranya perlu. (Improve) [5 min] - Setiap kumpulan membentangkan prototype pam air yang telah dihasilkan. [30 min] Lampiran S9-1. Pengembangan - Peserta dicabar untuk mengembangkan lagi idea berkaitan pam air yang direka bentuk dengan mengubah pemboleh ubah seperti panjang tiub, saiz picagari dan ketinggian air yang perlu dinaikkan. Alat radas seperti dalam Lampiran S9-1. 45 min Penilaian - Peserta membuat refleksi terhadap aktiviti yang telah dijalankan (sumatif dan formatif) Papan putih, pen marker 15 min Rujukan Al-Hasani, S. & Abattouy, M. (2009). Al-Jazari’s water pump. In A. Djebbar (Ed.). The Discoveries in Islamic Countries (pp. 130-135). Paris: Editions le Pommier. Azhar, A. B. (2013). Sains dan teknologi dalam ketamadunan Islam: Analisa epistemologi dan metodologi. Journal of Al-Tamaddun, 8(1), 51-36. de Hosson, C., Chesnais, L., & Fourcade, J. (2009). How to draw up water from a river? The invention of the al-Jazari pump. In A. Djebbar (Ed.). The Discoveries in Islamic Countries (pp. 136-145). Paris: Editions le Pommier.
103 de Hosson, C. & Jasmin, D. (2009). Science in operation, a living history. In A. Djebbar (Ed.). The Discoveries in Islamic Countries (pp. XIX-XXII). Paris: Editions le Pommier. Fouche, A. (2009). Children’s text. In A. Djebbar (Ed.). The Discoveries in Islamic Countries (pp. 146-147). Paris: Editions le Pommier. National Research Council. (2012). A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington, DC: The National Academies Press. NGSS Lead States. (2013). Next Generation Science Standards: For States, By States. Washington, DC: The National Academies Press. TeachEngineering (2020). Engineering design process. Retrieved from https://www.teachengineering.org/k12engineering/designprocess Pengenalan dan Penghargaan kepada Penulis: 1. Pn. Norhaslinda Abdul Samad: SMKA Sheikh Haji Mohd Said 2. Pn. Fathiyah Dahlan: Mantan Pensyarah IPGK Raja Melewar 3. Pn. Nor Azlina Ghazali: SK Seliau 4. Pn. Salbiah Mohamad Hasim: Mantan Penolong Pengarah Pusat STEM Negara 5. Pn. Suraya Mohamed Sabri: SMK Raja Mahadi 6. Pn. Suziela Md Tahir: IPGK Perempuan Melayu
104 Lampiran S9-1 Senarai Alat dan Bahan Pam Air Al-Jazari (Nota: paip dan plastic taps seharusnya boleh dihubungkan. Oleh itu, sila pastikan saiz adalah sepadan). Bil. Alat Spesifikasi Kuantiti (untuk 1 kumpulan berempat) 1 Besen plastik 2 2 Supple pipe *+- 0.5 cm diameter 3 meter 3 Plastic taps 4 4 Plastic T pipes *match with supple pipe 2 5 Picagari 50 ml & 30 ml 1 setiap saiz Rujukan: de Hosson, Chesnais & Fourcade (2009)
105 Lampiran S9-2 Cerita Nabil dan Fadila The favourite game of Nabil and his sister Fadila was to resolve the enigmas which occurred when they were observing what happened around them, or in them. They were more passionate about this, than others of their time were, a little magic was about them, like the day when they were trying to think of a machine that would draw up water for them. It all started with their favourite walk along the riverbank. It was hot that day. They decided to leave the little dry path and went down into the middle of the reeds. Their feet in the water, Fadila closed her eyes while delighting in damping her face and neck. Seeing her, Nabil, always ready to tease, suddenly had an idea. He wanted to agitate her and started by splashing her, making windmills with his arms on the water’s surface. — Stop it right now Nabil, you are such an idiot! — Didn’t I do what you wanted? Are you not refreshed now? Fadila, furious, climbed up the riverbank to seek refuge: — I am soaked, but cunning as well! Up here you can’t splash me. Nabil stopped directly. Effectively, even with the most vigorous of windmills he could not reach his sister. Puffed out, he went further into the rushes. In front of her scowling brother, Fadila came down from her refuge and approached him laughing: — So Nabil, you’re in the huff! — No, not at all, I’m thinking! I am thinking about inventing a machine to soak you, even up there! What a good idea! It could water the fields, it would be more useful than annoying me! Come on stop making that face, I am going to help you. Firstly, we have to make a windmill on the riverbank that will take the water from the surface of the river. That you know how to do, because you know about windmills! And Fadila was trying to dry her wet hair. Nabil replied to her with a grimace, then said: — After that, we have to push the water further on. But how can we do it? Fadila put her hand on his arm to signify to him, to be quiet. Coming out from behind the rushes, a man with a turban on and a blue overcoat came to sit down near them. He observed the course of the river quietly then spoke to them with a smile: — I have been watching you since you were on the riverbank. Did you know that your games provide some interesting experiments and that you have had some good ideas? I am called al-Jazari and I have made the machine that you tried to imagine. If this interests you, I can explain to you how it works. Come on! The man got up and took out from his coat some plans with toothed wheels, beams and pipes on. Nabil’s and Fadila’s eyes shone with curiosity. They got up in one bound and followed the man who disappeared with them into the rushes. What happened next has not come down to us, it was such a long time ago, the memory is lost! It only remains that al-Jazari was the first to conceive the ingenious machine to pump water . . . And in one way or another, as he accompanied Nabila and Fadilla, he can accompany you today and all those who ask the same questions. In one way or another… (Sumber: Fouche, 2009)
106 Projek Interdisiplin 2: Sains, Teknologi, Kejuruteraan dan Matematik Lay Ah Nam, Cindy Wong Chyee Chen, Nor Azlina Ghazali dan Benedict Clement D'silva Pengenalan IBSE means students progressively develop key scientific ideas through learning how to investigate and build their knowledge and understanding of the world around them. They use skills employed by scientists such as raising questions, collecting data, reasoning, and reviewing evidence in the light of what is already known, drawing conclusions, and discussing results. This learning process is all supported by an inquiry-based pedagogy, where pedagogy is taken to mean not only the act of teaching but also its underpinning justifications. (IAP, 2010, p.18) Inquiry-based learning is an education approach that focuses on investigation and problem-solving. Inquiry-based learning is different from traditional approaches because it reverses the order of learning. Instead of presenting information, or ‘the answer’, up-front, teachers start with a range of scenarios, questions and problems for students to navigate. (Department of Education, Skills and Employment Australia, 2020) Inquiry-based approaches to learning are active pedagogical strategies that develop students’ abilities to ask questions, design investigations, solve problems, interpret data and evidence, form explanations and arguments, and communicate findings. (McDonald, 2016, p.538) Inquiry-based learning is more than asking a student what he or she wants to know. It’s about triggering curiosity. And activating a student’s curiosity is, I would argue, a far more important and complex goal than mere information delivery. (Wolpert-Gawron, 2016) Berpandukan petikan-petikan di atas, cuba renung apakah matlamat pembelajaran berasaskan inkuiri? Pembelajaran berasaskan inkuiri mendorong pemahaman ilmu dan pembangunan kemahiran yang diperlukan oleh murid pada abad ke-21. Pendekatan ini sesuai digunakan dalam semua disiplin STEM bagi memberikan peluang kepada murid terlibat dalam aktiviti autentik dan bermakna yang berkaitan dengan dunia sebenar (McDonald, 2016). (Sila rujuk Lampiran S10-1.) Apabila anda dengar mengenai “STEM”, apakah yang terlintas dalam fikiran anda? Sebelum anda baca dengan lebih lanjut, sediakan pensel dan kertas. Kemudian, luangkan sedikit masa untuk menulis apa-apa sahaja yang ada dalam fikiran anda mengenai “STEM”. Buat masa ini, adakah pengajaran dan pembelajaran kelas anda mengintegrasikan STEM? Jelaskan. STEM ialah akronim yang biasa digunakan untuk menggambarkan pendidikan atau amalan profesional dalam disiplin sains, teknologi, kejuruteraan dan matematik.
107 Science The ideas about the natural world, warranted by empirical evidence, that have been accumulated over time and the processes by which these ideas have been generated. Technology The systems, processes and artefacts produced by human beings to serve their needs or desires. Engineering The systematic and iterative process, informed by scientific knowledge, of designing objects and systems to achieve solutions to human problems. Mathematics The systematic study of patterns and relationships among quantities, numbers and space expressed symbolically in the form of numerals and forms and warranted through logical argument. (Sumber: Harlen, 2015) Pengintegrasian teknologi dan kejuruteraan ke dalam pendidikan sains dan matematik Disiplin STEM adalah saling berkaitan (Balaban & Klein, 2006). Walau bagaimanapun, disiplin STEM diajar secara ‘silo’ di sekolah. Jadi, pendidikan STEM perlu menekankan pendekatan interdisiplin atau bersepadu (Bryan, Moore, Johnson, & Roehrig, 2016; Bybee, 2010). Pengintegrasian teknologi dan kejuruteraan ke dalam pembelajaran sains dan matematik boleh meningkatkan penguasaan kandungan dan kemahiran (Bryan et al., 2016). Integrated STEM should mean application and integration of engineering practices with the content and practices of science and mathematics (as well as other disciplines) to design technologies that solve real-world problems through collaboration and communication. (Lay & Kamisah, 2018, p.73) Dalam pendidikan STEM bersepadu, amalan kejuruteraan menjadi integrator yang menggabungkan kandungan dan amalan sains dan matematik (serta disiplin lain) secara bermakna, bagi menghasilkan teknologi yang mempunyai tujuan tertentu (Bryan et al., 2016; Moore et al., 2014). Dalam proses ini, teknologi kontemporari boleh dimanfaatkan untuk berkomunikasi, berkolaborasi, menyelesaikan masalah dan sebagai bahan pembinaan. Walau bagaimanapun, fokus pendidikan STEM bukan pada teknologi semata-mata, tetapi pemupukan literasi teknologi dan pelbagai kemahiran abad ke-21 lain seperti inovasi. Reka bentuk kejuruteraan dan pemikiran kejuruteraan Amalan kejuruteraan merangkumi reka bentuk kejuruteraan dan pemikiran kejuruteraan: a. Reka bentuk kejuruteraan secara amnya telah dilaksanakan di sekolah dalam mata pelajaran Reka Bentuk dan Teknologi (RBT). Namun begitu, reka bentuk kejuruteraan yang dipelajari dalam RBT tidak diaplikasikan secara langsung di dalam pengajaran dan pembelajaran Sains atau mata pelajaran lain. Berdasarkan teori constructionism, pembinaan idea baharu akan berlaku dengan berkesan jika murid dilibatkan dalam proses penghasilan artifak (Papert, 1991). Antara proses reka bentuk kejuruteraan yang boleh diaplikasikan untuk mereka bentuk artifak adalah seperti berikut:
108 • Proses Reka Bentuk Kejuruteraan Engineering is Elementary (EiE), Museum of Science-Boston, iaitu Ask, Imagine, Plan, Create dan Improve Rajah 1: Proses Reka Bentuk Kejuruteraan EiE, Museum of Science-Boston Sumber: https://www.eie.org/why-eie • Creative Design Spiral (Rusk, Resnick & Cooke, 2009) Rajah 2: Creative Design Spiral Sumber: Rusk, Resnick & Cooke, 2009 • Model TMI iaitu Think, Make, Improve (Martinez & Stager, 2013) Rajah 3: Think, Make, Improve Sumber: Martinez & Stager, 2013
109 • Proses Reka Bentuk Kejuruteraan TeachEngineering Rajah 4: Proses Reka Bentuk Kejuruteraan TeachEngineering Sumber: https://www.teachengineering.org/design/designprocess National Research Council (2012) dan NGSS Lead States (2013) telah mengenal pasti tiga perkara utama yang perlu ada dalam reka bentuk kejuruteraan iaitu: i. Mendefinisi dan menetapkan batas masalah kejuruteraan – Menyatakan dengan jelas masalah yang perlu diselesaikan dari segi kriteria untuk kejayaan, dan kekangan atau batas. ii. Membangunkan penyelesaian-penyelesaian yang mungkin – Menjana penyelesaian-penyelesaian yang mungkin, diikuti dengan menilai penyelesaianpenyelesaian tersebut untuk menentukan pilihan terbaik yang memenuhi kriteria dan kekangan masalah. iii. Mengoptimumkan penyelesaian – Penyelesaian diuji secara sistematik dan diperhalusi melalui proses trade-off, di mana penyelesaian akhir ditambah baik dengan mempertimbangkan pelbagai kriteria dan membuat keputusan untuk menerima kriteria yang kurang penting/tidak diingini supaya memiliki kriteria lain yang lebih penting berdasarkan situasi dan keperluan pengguna. Proses reka bentuk kejuruteraan adalah berasaskan peraturan pemikiran reka bentuk (rules of design thinking) (Meinel & Leifer, 2011): • Peraturan manusia (human rule): Pereka bentuk berkolaborasi antara satu sama lain, pereka bentuk terdahulu, dan mendapatkan input dari pengguna semasa membangunkan sesuatu inovasi. Inovasi yang dibangunkan bertujuan untuk menyelesaikan masalah manusia supaya memenuhi kehendak manusia, bukan hanya memfokuskan pada teknologi. Jadi pereka bentuk perlu memiliki sifat empati pada pengguna supaya dapat memahami keperluan dari sudut pandangan pengguna dalam membangunkan sesuatu inovasi.
110 • Peraturan ambiguiti (ambiguity rule): Pereka bentuk mesti bersifat ambiguiti. Pereka bentuk perlu mengulangi eksperimen atau ujian terhadap sesuatu inovasi (sehingga mencapai tahap pengetahuan dan titik kemampuan maksimum pereka bentuk) bagi mengetahui keberkesanan inovasinya. • Peraturan mereka bentuk semula (re-design rule): Walaupun teknologi dan keadaan sosial telah berubah dan berkembang, keperluan manusia tetap tidak berubah. Manusia sentiasa mencari penyelesaian baharu untuk menyelesaikan masalah lama bagi memenuhi keperluan. Sejak zaman dahulu, terdapat banyak penyelesaian yang berjaya bagi masalah tersebut. Oleh kerana teknologi dan keadaan sosial sentiasa berubah, maka adalah mustahak untuk memahami bagaimana masalah ditangani pada masa dahulu. Dengan ini, pereka bentuk boleh menganggarkan keadaan sosial dan teknikal yang akan kita hadapi dalam 5, 10 atau 20 tahun akan datang dengan lebih baik. • Peraturan nyata (tangibility rule): Prototaip ialah media komunikasi. Penghasilan prototaip dapat membuat idea menjadi nyata (tangible) dan membolehkan pereka bentuk berkomunikasi tentang ideanya secara lebih berkesan dengan orang lain. b. Pemikiran kejuruteraan atau engineering habits of minds merangkumi systems thinking, adapting, problem-finding, creative problem-solving, visualising dan improving (Lucas, Hanson & Claxton, 2014) (sila rujuk Lampiran S10-2). Pemikiran kejuruteraan adalah selari dengan kemahiran abad ke-21 (Katehi, Pearson & Feder, 2009). Gabungan reka bentuk kejuruteraan dan pemikiran kejuruteraan membenarkan murid untuk menjadi lebih berdikari dan menjadi pemikir reflektif yang berupaya mengintegrasikan pelbagai idea bagi menyelesaikan masalah (Bryan et al., 2016) serta menyedari kerelevanan disiplin STEM di dalam kehidupan harian. Amalan sains dan kejuruteraan yang diberi fokus Mengemukakan soalan dan mendefinisi masalah: Murid mengemukakan soalan untuk mengenal pasti masalah yang akan diselesaikan dan mencetuskan idea yang membawa kepada masalah tersebut serta spesifikasi penyelesaiannya (National Research Council, 2012; NGSS Lead States, 2013). Mereka bentuk penyelesaian: Matlamat kejuruteran adalah mereka bentuk penyelesaian. Proses mereka bentuk adalah suatu proses yang sistematik dan berulang. Aktiviti kejuruteraan termasuklah tindakan menentukan batasan dan kriteria penyelesaian yang diingini, membangunkan perancangan reka bentuk, menghasilkan dan menguji model atau prototaip, memilih reka bentuk alternatif untuk mengoptimumkan kriteria reka bentuk, dan menyempurnakan idea reka bentuk berdasarkan pengujian prototaip atau simulasi (National Research Council, 2012; NGSS Lead States, 2013). Melibatkan diri dalam penghujahan berdasarkan bukti: Kajian sains dan kejuruteraan harus memupuk sifat ingin berhujah untuk mengajukan dan mempertahankan idea baharu atau penjelasan tentang suatu fenomena dan norma-norma untuk berhujah. Dalam sains, penaakulan dan penghujahan berdasarkan bukti sangat penting dalam mengenal pasti penjelasan terbaik untuk fenomena semula jadi. Dalam kejuruteraan, penaakulan dan penghujahan diperlukan
111 untuk mengenal pasti penyelesaian terbaik untuk suatu masalah (National Research Council, 2012; NGSS Lead States, 2013). Murid harus berhujah untuk menjelaskan reka bentuk yang dibina, mempertahankan justifikasi bagi data tertentu dan menyokong reka bentuk yang dicadangkan. Ringkasan aktiviti Penggunaan tenaga dan pencemaran alam sekitar merupakan antara masalah utama yang dihadapi masyarakat kini. Dengan membina kereta yang cekap tenaga, jurutera dapat mengurangkan kesan negatif pada alam sekitar dan akhirnya meningkatkan kesejahteraan kehidupan kita. Kecekapan tenaga sesebuah kereta dipengaruhi oleh pelbagai faktor, termasuk saiz, aerodinamik, berat badan kereta, rintangan putaran roda dan lain-lain. Jurutera mesti mengetahui semua faktor ini bagi mereka bentuk kereta yang lebih baik. Dalam aktiviti ini, peserta (dalam kumpulan) mengemukakan soalan untuk mengenal pasti masalah yang akan diselesaikan, iaitu memaksimumkan kecekapan tenaga kereta. Peserta mengikuti “langkah” dalam proses reka bentuk kejuruteraan, menggunakan pemikiran kejuruteraan dan berkolaborasi semasa mereka bentuk penyelesaian. Pendekatan pembelajaran berasaskan mereka bentuk ini merupakan satu projek interdisiplin STEM. Peserta akan membangunkan dan menggunakan kemahiran yang diamalkan oleh saintis dan jurutera (atau amalan sains dan kejuruteraan), khasnya kemahiran mengemukakan soalan dan mendefinisi masalah, membina penjelasan dan mereka bentuk penyelesaian, serta melibatkan diri dalam penghujahan berdasarkan bukti (menjustifikasikan reka bentuk kereta yang dihasilkan berdasarkan konsep sains dan metematik) untuk menyelesaikan masalah. Pembelajaran berasaskan mereka bentuk merupakan satu pendekatan berasaskan inkuiri dan penaakulan ke arah menghasilkan artifak, sistem dan penyelesaian yang inovatif (Puente, van Eijck & Jochems, 2013). Aktiviti ini (yang berasaskan mereka bentuk dan inkuiri secara berkolaboratif) tidak mementingkan produk akhir tetapi menekankan proses mereka bentuk kereta. Pembelajaran akan berlaku di sepanjang proses mereka bentuk apabila peserta meneroka idea, merancang reka bentuk dan mencari penyelesaian kepada masalah. Peserta meneroka idea dan berfikir mengenai kereta yang ingin dihasilkan (berdasarkan konsep sains dan matematik) dan seterusnya mereka bentuk kereta tersebut. Kemudian, peserta perlu menguji reka bentuk yang dihasilkan dan menambah baik reka bentuk tersebut. Seterusnya, reka bentuk yang terhasil dikongsi dan dipersembahkan kepada rakan-rakan dan guru bagi mendapatkan input dan komen. Penambahbaikan kemudian dilakukan ke atas reka bentuk berdasarkan input dan komen tersebut. Akhir sekali, peserta bersama fasilitator berbincang mengenai pengalaman dan kemahiran yang diperoleh sepanjang proses mereka bentuk kereta. Proses pembelajaran ini berupaya membantu peserta menjana idea baharu (inovasi) dan mengembangkan kreativiti dalam kalangan peserta jika berlaku secara berterusan. Tambahan, aktiviti ini memberi peluang kepada peserta untuk membuat refleksi terhadap pengetahuan/idea sedia ada, dan seterusnya menstruktur semula idea. Melalui aktiviti ini, peserta diharapkan dapat melibatkan diri secara aktif dalam aktiviti interdisiplin STEM yang menimbulkan rasa ingin tahu dan membolehkan mereka mengemukakan soalan, berkolaborasi, mereka bentuk, membina, menyiasat serta
112 berkomunikasi tentang hasil/penyelesaian yang diperoleh dan kaedah yang digunakan. Tambahan, aktiviti ini dijangka dapat memupuk kemahiran abad ke-21 dalam kalangan peserta. Objektif Di akhir slot ini, peserta dapat: 1. Memerihal langkah-langkah dalam proses reka bentuk kejuruteraan. 2. Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi kecekapan tenaga sesebuah kereta. 3. Menyelesaikan masalah dengan mengintegrasikan elemen sains, teknologi, kejuruteraan dan matematik. 4. Membuat justifikasi terhadap prototaip kereta yang dihasilkan menggunakan konsep sains dan matematik. Alat dan bahan: Botol plastik, penutup botol plastik (x 4), penyedut minuman, belon, lidi sate (bamboo skewer), batang aiskrim (popsicle stick), gelang getah, pita pelekat, gam, kertas A4, pisau (cutter), gunting dan lain-lain Untuk menguji prototaip: Jam randik, landasan troli (Cadangan spesifikasi: Landasan berbingkai kayu/logam pada kedua-dua sisinya yang panjang; Berukuran panjang x lebar, 240 cm x 300 cm) Masa: 4 jam Prosedur Engage (Penglibatan) 1. Fasilitator dan peserta membincangkan: a. Why do engineers want to design energy-efficient cars? b. Apakah ciri-ciri kereta yang mempunyai kecekapan tenaga yang tinggi? 2. Fasilitator memperkenalkan cabaran dan matlamat projek: Design and build a car that will move the fastest. 3. Peserta dibahagikan kepada kumpulan kecil dan diminta mengikuti proses reka bentuk kejuruteraan dalam Lampiran S10-3 untuk menyelesaikan projek. 4. Ask: Mengenal pasti masalah dan kekangan Peserta menulis pernyataan masalah dan mempertimbangkan kekangan (seperti bahan, kos pembinaan, jangka masa dan lain-lain) Fasilitator membincangkan pemikiran kejuruteraan: Problem-finding Explore (Penerokaan) 5. Research: Apakah perbezaan reka bentuk kereta masa kini dan masa lepas? Apakah faktor-faktor yang mempengaruhi kecekapan tenaga sesebuah kereta?
113 Peserta melayari internet untuk meneliti reka bentuk kereta masa kini dan masa lepas, dan maklumat lain yang berkaitan. Peserta dikehendaki mencatatkan semua maklumat relevan yang dijumpai dan sumber laman sesawang. Contoh soalan yang boleh diajukan oleh fasilitator untuk membimbing peserta mencari maklumat: a. Bagaimanakah rintangan putaran roda mempengaruhi kecekapan tenaga sesebuah kereta? b. Bagaimanakah bentuk dan saiz kereta yang mempunyai kecekapan tenaga yang tinggi? c. Apakah ciri-ciri paling penting yang membolehkan kereta bergerak dengan laju? (What is the most important characteristic that made the cars go fast?) Peserta digalakkan untuk mendapatkan maklumat daripada individu yang mempunyai pelbagai latar belakang dan kepakaran untuk membantu meneliti reka bentuk kereta atau penyelesaian sedia ada. 6. Imagine: Membangunkan penyelesaian-penyelesaian yang mungkin. Secara individu, lakarkan reka bentuk kereta dan labelkan bahan yang digunakan. Fasilitator membincangkan pemikiran kejuruteraan: Creative problem-solving 7. Select the best solution: Sumbang saran untuk mengenal pasti reka bentuk kereta yang terbaik. Dalam kumpulan, a. bincangkan kelebihan dan kelemahan setiap reka bentuk dan tentukan reka bentuk yang terbaik (atau gabungkan kelebihan semua reka bentuk yang dihasilkan oleh ahli kumpulan) yang memenuhi objektif dan kekangan. Nota: Peserta diingati bahawa mereka perlu bersedia untuk menjelaskan dan menjustifikasikan keputusan mereka. b. rancang dan catatkan langkah-langkah untuk membina kereta. c. kenal pasti pengetahuan sains dan matematik yang diaplikasikan dalam reka bentuk kereta. 8. Create: Membina prototaip kereta. Peserta melengkapkan lukisan/pelan reka bentuk kereta yang merangkumi dimensi (ukuran) dan bahan berlabel. Pelan yang dihasilkan mesti cukup jelas supaya orang lain dapat mengetahui bahan pembinaan yang diperlukan dan cara pembinaan prototaip dengan mudah. Senaraikan bahan pembinaan yang diperlukan dan tentukan bajet/kos pembinaan. Berapakah jumlah kos pembinaan kereta? Adakah kumpulan anda mempunyai peruntukan
114 yang mencukupi? [Nota: Peserta digalakkan untuk menyimpan sejumlah dana untuk mengubah suai (membuat penambahbaikan) pada reka bentuk kereta.] Setelah melengkapkan reka bentuk akhir, a. fasilitator membincangkan pemikiran kejuruteraan: Visualising, Adapting dan Improving b. peserta menggunakan bahan yang dibeli untuk membina prototaip kereta. Peserta digalakkan menguji prototaip sepanjang proses membina prototaip. Nota: Peserta digalakkan mengenal pasti/mengecam pola/corak (pattern) prestasi kereta untuk menganalisis dan menambah baik kereta. Patterns of performance of designed products can be analyzed and interpreted to reengineer and improve the product. 9. Test and Evaluate: Menguji dan menilai prototaip. Setelah semua kumpulan menyiapkan prototaip kereta, peserta menguji prototaip mereka, serta menganalisis dan menginterpretasi data (sebagai bukti prestasi kereta). a. Setiap kumpulan dibenarkan menguji kereta sebanyak dua (2) kali. b. Ujian dilakukan dengan menggunakan landasan troli (cadangan panjang: 240 cm). c. Hitungkan laju purata kereta = 240 ; t = masa Nota: Peserta dikehendaki mewakilkan data (hasil/keputusan ujian) menggunakan paparan grafik (graphical display, seperti jadual, carta, graf dan lain-lain), dan menganalisis data tersebut untuk menentukan sama ada prototaip kereta berfungsi seperti yang dihasratkan. d. Reflect: i. How fast was your car compared to all of the other cars? ii. What are two things you would change about your car to make it work better? Explain (Penerangan) 10. Share/Communicate solutions: Three minute pitch atau Five minute pitch Setiap kumpulan membentangkan dan berkongsi reka bentuk kereta mereka dengan rakanrakan dan fasilitator untuk mendapatkan komen dan input. Setiap kumpulan dikehendaki a. menjustifikasikan reka bentuk dengan sokongan bukti (seperti konsep sains dan matematik, serta data/keputusan ujian). b. menjelaskan dua (2) perkara yang akan diubah suai terhadap reka bentuk kereta.
115 Elaborate (Pengembangan) 11. Fasilitator dan peserta membincangkan ilmu aerodinamik – kajian tentang daya yang bertindak terhadap sesuatu jasad untuk membolehkan jasad itu bergerak dengan cepat melalui bendalir (cecair, udara atau gas). a. Jurutera mereka bentuk kereta supaya menyerupai haiwan dan bentuk aerodinamik. Bolehkah anda menamakan haiwan yang berbentuk aerodinamik? (Contoh jawapan: Ikan, burung, jerung.) b. Haiwan-haiwan ini bergerak melalui udara (atau air) dengan mudah dan menggunakan sedikit tenaga (iaitu kecekapan tenaga lebih tinggi) kerana bentuk badannya. Bagaimanakah hubungan antara bentuk kereta dengan aerodinamik? 12. Fasilitator memperkenalkan pendekatan biomimicry. Peserta membaca maklumat tentang contoh biomimicry dalam pautan: https://biomimicry.org/biomimicry-examples/ Biomimicry is a practice that learns from and mimics the strategies found in nature to solve human design challenges — and find hope along the way (Biomimicry Institute, 2020). 13. Improve/Redesign: Peserta membincangkan dan membuat penambahbaikan terhadap reka bentuk kereta untuk mengoptimumkan prestasi kereta berdasarkan: (i) data/keputusan ujian (self-generated data), (ii) refleksi yang dibuat dan komen/ input kumpulan lain, (iii) pengetahuan sains dan matematik, (iv) susunan keutamaan kriteria yang ditetapkan (prioritized criteria), dan (v) pertimbangan tradeoff (tradeoff considerations). Nota: Fasilitator membincangkan sistem dan model sistem, serta pemikiran kejuruteraan Systems thinking sebelum peserta memulakan perbincangan dan penambahbaikan. Evaluate (Penilaian) dan refleksi Pra aktiviti 1. Apakah matlamat pembelajaran berasaskan inkuiri? 2. Apabila anda dengar mengenai “STEM”, apakah yang terlintas dalam fikiran anda? 3. Buat masa ini, adakah pengajaran dan pembelajaran kelas anda mengintegrasikan STEM? Jelaskan. Semasa aktiviti Car Design Worksheet: Peserta mengikuti proses reka bentuk kejuruteraan dalam lembaran kerja. Pastikan peserta menyelesaikan tugas yang berkaitan dalam lembaran kerja. Sebagai contoh, reka bentuk akhir harus merangkumi dimensi (ukuran) dan berlabel. Pasca aktiviti 1. Jelaskan pengalaman dan kemahiran yang diperoleh sepanjang proses mereka bentuk kereta. 2. Apakah yang anda faham tentang pendidikan STEM bersepadu? 3. Bagaimanakah pengajaran dan pembelajaran sains dalam kelas anda boleh ditambah baik? 4. Lampiran S10-4 menunjukkan satu petikan yang berkaitan dengan fasa ‘membangunkan penyelesaian-penyelesaian yang mungkin’ dalam proses reka bentuk kejuruteraan.
116 a. Baca petikan ini dengan teliti, kemudian buat satu rumusan tentang langkah-langkah dalam fasa ‘membangunkan penyelesaian-penyelesaian yang mungkin’. [Nota: Peserta dicadangkan merujuk kepada proses reka bentuk kejuruteraan TeachEngineering seperti di Rajah 4.] b. Bagaimanakah anda boleh membantu murid mendalami konsep sains dan matematik semasa melaksanakan fasa ini? Lampiran Lampiran S10-1: Pembelajaran berasaskan inkuiri diaplikasikan dalam disiplin STEM Lampiran S10-2: Engineering habits of mind Lampiran S10-3: Car Design Worksheet Lampiran S10-4: Developing possible solutions Panduan untuk fasilitator 1. Aktiviti yang berasaskan mereka bentuk dan inkuiri secara berkolaboratif (collaborative design and inquiry) tidak mementingkan produk akhir tetapi menekankan proses mereka bentuk kereta. Pembelajaran akan berlaku di sepanjang proses mereka bentuk apabila peserta meneroka idea, merancang reka bentuk dan mencari penyelesaian kepada masalah. 2. Peserta membuat sumbang saran dan meneroka idea reka bentuk kereta yang ingin dihasilkan (berdasarkan pengetahuan sains dan matematik yang dipelajari) dan seterusnya membina kereta tersebut. 3. Kemudian, peserta perlu menguji reka bentuk yang dihasilkan dan menambah baik reka bentuk tersebut. Seterusnya, reka bentuk yang terhasil dikongsi dan dipersembahkan kepada rakan-rakan dan fasilitator bagi mendapatkan input dan komen. Penambahbaikan kemudian dilakukan ke atas reka bentuk berdasarkan input dan komen tersebut. 4. Akhir sekali, peserta bersama fasilitator berbincang mengenai pengalaman dan kemahiran yang diperoleh sepanjang proses mereka bentuk kereta. Students learn key STEM and life skills through collaborative inquiry & design based activity. The activity also promotes: • Social interaction. This helps attention span and develops reasoning skills. Social interaction encourages students to generate their own ideas and critique in group discussions. It develops agency, ownership and engagement with student learning. • Exploration. This allows students to investigate, design, imagine and explore, therefore developing curiosity, resilience and optimism. • Argumentation and reasoning. This creates a safe and supportive environment for students to engage in discussion and debate. It promotes engagement in scientific discussion and improves learning of scientific concepts. It encourages students to generate questions, formulate positions and make decisions. • Positive attitudes to failure. The iterative and evaluative nature of many STEM problems means failure is an important part of the problem-solving process. A healthy attitude to failure encourages reflection, resilience and continual improvement. • ...
117 5. Proses pembelajaran ini berupaya membantu peserta menjana idea baharu (inovasi) dan mengembangkan kreativiti dalam kalangan peserta jika berlaku secara berterusan. Tambahan, aktiviti ini memberi peluang kepada peserta untuk membuat refleksi terhadap pengetahuan/idea sedia ada, dan seterusnya menstruktur semula idea. 6. Systems and System Models: A system is an organized group of related objects or components; models can be used for understanding and predicting the behavior of systems. • Systems can be designed to do specific tasks. • Systems have parts that work together. • A system is a group of related parts that make up a whole and can carry out functions its individual parts cannot. • A system can be described in terms of its components and their interactions. • Systems may interact with other systems; they may have sub-systems and be a part of larger complex systems. • When investigating or describing a system, the boundaries and initial conditions of the system need to be defined and their inputs and outputs analyzed and described using models. • Models (e.g., physical, mathematical, computer models) can be used to represent or/and simulate systems and interactions —such as inputs, processes and outputs— and energy, matter, and information flows within and between systems. • Models are limited in that they only represent certain aspects of the system under study. • Models can be used to predict the behavior of a system, but these predictions have limited precision and reliability due to the assumptions and approximations inherent in models. • Patterns of performance of designed systems can be analyzed and interpreted to reengineer and improve the system. Rujukan Arık, M. & Topçu, M. S. (2020). Implementation of engineering design process in the K-12 science classrooms: Trends and issues. Research in Science Education. https://doi.org/10.1007/s11165-019-09912-x Balaban, A. T., & Klein, D. J. (2006). Is chemistry “The Central Science”? How are different sciences related? Co-citations, reductionism, emergence, and posets. Scientometrics, 69(3), 615–637. http://doi.org/10.1007/s11192-006-0173-2 Biomimicry Institute. (2020). What is biomimicry? Retrieved from https://biomimicry.org/what-is-biomimicry/ Bryan, L. A., Moore, T. J., Johnson, C. C., & Roehrig, G. H. (2016). Integrated STEM education. In C. C. Johnson, E. E. Peters-Burton, & T. J. Moore (Eds.), STEM road map: A framework for integrated STEM education (pp. 23–37). New York, NY: Routledge. Bybee, R. W. (2010). Advancing STEM education: A 2020 vision. Technology and Engineering Teacher, 70(1), 30–35. Department of Education, Skills and Employment Australia (2020). What works best when teaching STEM? Retrieved from https://www.education.gov.au/national-stemeducation-resources-toolkit/what-works-best-when-teaching-stem
118 Dorier J. L., & Maass K. (2020). Inquiry-Based Mathematics Education. In S. Lerman (Ed.). Encyclopedia of Mathematics Education. Cham: Springer. https://doi.org/10.1007/978- 3-030-15789-0_176 Harlen, W. (2015). Working with big ideas of science education. Retrieved from http://www.interacademies.org/publications/26703.aspx IAP Science Education Program. (2010). Taking inquiry-based science education into secondary education. A global conference. Retrieved from https://www.interacademies.org/publication/taking-ibse-secondary-education-reportconference-york-uk Katehi, L., Pearson, G., & Feder, M. (2009). Engineering in K–12 education: Understanding the status and improving the prospects. Washington, DC: National Academies Press. Lay, A.-N., & Kamisah Osman. (2018). Integrated STEM education: Promoting STEM literacy and 21st century learning. In S. Mack & S. A. Kiray (Eds.), Research Highlights in STEM Education (pp. 66–80). Ames, IA: ISRES Publishing. Lucas, B., Hanson, J., & Claxton, G. (2014). Thinking like an engineer: Implications for the education system. London: Royal Academy of Engineering. Martinez, S. L., & Stager, G. (2013). Invent to learn: Making, tinkering, and engineering in the classroom. Torrance, CA: Constructing Modern Knowledge Press. McDonald, C. V. (2016). STEM education: A review of the contribution of the disciplines of science, technology, engineering and mathematics. Science Education International, 27(4), 530-569. Meinel, C. & Leifer, L. (2011). Design thinking research. In H. Plattner, C. Meinel, & L. Leifer (Eds.), Design thinking: Understand – Improve – Apply (pp. xiii-xxi). Heidelberg: Springer. Moore, T. J., Glancy, A. W., Tank, K. M., Kersten, J. A., Smith, K. A., & Stohlmann, M. S. (2014). A framework for quality K-12 engineering education: Research and development. Journal of Pre-College Engineering Education Research, 4(1), 1–13. http://doi.org/10.7771/2157-9288.1069 National Research Council. (2012). A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. Washington, DC: The National Academies Press. NGSS Lead States. (2013). Next Generation Science Standards: For States, By States. Washington, DC: The National Academies Press. Papert, S. (1991). Situating constructionism. In I. Harel & S. Papert (Eds.), Constructionism (pp. 1–28). Norwood, NJ: Ablex Publishing Corporation. Puente, S. M. G., van Eijck, M., & Jochems, W. (2013). A sampled literature review of design-based learning approaches: A search for key characteristics. International Journal of Technology and Design Education, 23, 717-732. https://doi.org/10.1007/s10798-012-9212-x Resnick, M. (2003). The clubhouse learning approach: Learning by designing. Retrieved from http://web.media.mit.edu/~mres/clubhouse/handouts/design-v6.pdf
119 Resnick, M., Rusk, N. & Cooke, S. (1998). The Computer Clubhouse: Technological fluency in the inner city. In D. A. Schön, B. Sanyal, & W. J. Mitchell (Eds.), High technology and low-income communities: Prospects for the positive use of advanced information technology (pp. 263–286). Cambridge, MA: MIT Press. Rusk, N., Resnick, M., & Cooke, S. (2009). Origins and guiding principles of the Computer Clubhouse. In Y. B. Kafai, K. A. Peppler, & R. N. Chapman (Eds), The Computer Clubhouse: Constructionism and creativity in youth communities (pp. 17–25. New York, NY: Teachers College. Wolpert-Gawron, H. (2016). What the heck is inquiry-based learning? Teachers use inquirybased learning to boost student engagement. Retrieved from https://www.edutopia.org/blog/what-heck-inquiry-based-learning-heather-wolpertgawron
120 Lampiran S10-1 Pembelajaran berasaskan inkuiri diaplikasikan dalam disiplin STEM Pembelajaran berasaskan inkuiri mendorong pemahaman dan pembangunan kemahiran yang diperlukan oleh murid pada abad ke-21. Pendekatan ini sesuai digunakan dalam semua disiplin STEM. Inkuiri saintifik merujuk kepada proses pemikiran atau amalan yang digunakan oleh saintis untuk menyiasat dan menjawab soalan mengenai alam semula jadi (National Research Council, 2001; NGSS Lead States, 2013), termasuklah mengemukakan soalan, mereka bentuk penyiasatan untuk menjawab soalan, menggunakan peralatan yang sesuai untuk menginterpretasi dan menganalisis data, membina penjelasan berdasarkan bukti, dan berkeupayaan untuk berkomunikasi tentang hubungan antara bukti dan penjelasan yang dibina. Melalui aktiviti inkuiri saintifik, murid dapat mengaplikasikan amalan dan pemikiran saintis, dan seterusnya menemui pengetahuan sains sendiri dan memahami cara kerja saintis. Di samping itu, murid dapat mengetahui dan memahami fenomena yang berlaku sepanjang proses penyiasatan. Inkuiri matematik telah dikonsepsikan seperti inkuiri saintifik dan biasanya merujuk kepada proses di mana murid dilibatkan dalam amalan ahli matematik dan saintis: Memerhati fenomena, mengemukakan soalan, menggunakan kaedah matematik dan saintifik untuk menjawab soalan-soalan ini (seperti menjalankan eksperimen, mengawal pemboleh ubah, melukis diagram, mengira, mencari corak dan hubungan, dan membuat konjektur dan generalisasi), menginterpretasi dan menilai penyelesaian, serta berkomunikasi dan membincangkan penyelesaian dengan berkesan (Dorier & Maass, 2020). Dalam pendidikan teknologi dan kejuruteraan, pembelajaran berasaskan inkuiri mendasari pendekatan pembelajaran berasaskan mereka bentuk (design-based learning). Pembelajaran berasaskan mereka bentuk melibatkan penghasilan artifak, sistem dan penyelesaian yang inovatif (Puente, van Eijck & Jochems, 2013). Murid dilibatkan dalam menyelesaikan masalahmasalah dunia sebenar serta mengaplikasikan proses penaakulan dan amalan reflektif. Pendekatan pembelajaran berasaskan mereka bentuk telah menarik minat para pendidik kerana aktiviti mereka bentuk • melibatkan murid sebagai peserta aktif. • menggalakkan penyelesaian masalah secara kreatif. • memudahkan hubungan peribadi dengan pengetahuan kerana rasa kepemilikan terhadap produk/idea yang dihasilkan akan terbentuk. • adalah interdisiplin dan menyatukan konsep STEM. • membangunkan sense of audience di mana murid meletakkan diri pada sudut pandangan dan perasaan orang lain. • memberikan peluang untuk membuat refleksi, berkolaboratif dan perbincangan untuk memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang pengetahuan yang berkaitan. • menubuhkan positive-feedback loop of learning: Apabila murid mereka bentuk sesuatu, murid memperoleh idea baharu dan mendorong mereka mencipta lebih banyak produk/idea. Proses ini berlaku secara berterusan dan idea baharu sentiasa berkembang (Resnick, Rusk & Cooke, 1998; Resnick, 2003).
121 Lampiran S10-2 Engineering habits of mind Engineering habits of mind Definition Systems thinking Seeing whole systems and parts and how they connect, pattern-sniffing, recognising interdependencies, synthesising Problem-fnding Clarifying needs, checking existing solutions, investigating contexts, verifying Visualising Being able to move from abstract to concrete, manipulating materials, mental rehearsal of physical space and of practical design solutions Improving Relentlessly trying to make things better by experimenting, designing, sketching, guessing, conjecturing, thought-experimenting, prototyping Creative problemsolving Applying techniques from different traditions, generating ideas and solutions with others, generous but rigorous critiquing, seeing engineering as a ‘team sport’ Adapting Testing, analysing, reflecting, rethinking, changing both in a physical sense and in mentally. Sumber: Lucas, Hanson & Claxton, 2014
122 Lampiran S10-3 Car Design Worksheet Penggunaan tenaga dan pencemaran alam sekitar merupakan antara masalah utama yang dihadapi masyarakat kini. Dengan membina kereta yang cekap tenaga, jurutera dapat mengurangkan kesan negatif pada alam sekitar dan akhirnya meningkatkan kesejahteraan kehidupan kita. Kecekapan tenaga sesebuah kereta dipengaruhi oleh pelbagai faktor. Jurutera mesti mengetahui semua faktor ini bagi mereka bentuk kereta yang lebih baik. Dalam aktiviti ini, kumpulan anda (sebagai jurutera) akan mengemukakan soalan untuk mengenal pasti masalah yang akan diselesaikan, iaitu memaksimumkan kecekapan tenaga kereta. Anda dikehendaki mengikuti proses reka bentuk kejuruteraan, menggunakan pemikiran kejuruteraan dan berkolaborasi semasa mereka bentuk penyelesaian. Engineering Habits of Mind: Problem-finding Clarifying needs, checking existing solutions, investigating contexts, verifying Ask: Mengenal pasti masalah dan kekangan Tulis pernyataan masalah dan mempertimbangkan kekangan (seperti bahan, kos pembinaan, jangka masa dan lain-lain) Pernyataan Masalah ___________________________________________________________________________ Kekangan Kereta kumpulan anda perlu direka bentuk untuk bergerak atas satu landasan dengan spesifikasi tertentu (yang akan mengehadkan saiz maksimum kereta). Kumpulan anda diberi peruntukan sebanyak RM100 untuk membeli bahan pembinaan kereta. Kumpulan anda boleh menggunakan bahan-bahan berikut dan kos bahan adalah seperti berikut: Kos Bahan Item Kos per item (RM) Botol plastik (1.5 liter) 15 Botol plastik (500 ml) 10 Penutup botol plastik 5 Belon 10 Lidi sate (bamboo skewer) 1 Batang aiskrim (popsicle stick) 2 Gelang getah 0.5 Pita pelekat 10 per 30 cm Gam 5 Kertas A4 5 Lain-lain 5
123 Research: Apakah perbezaan reka bentuk kereta masa kini dan masa lepas? Apakah faktorfaktor yang mempengaruhi kecekapan tenaga sesebuah kereta? Anda boleh melayari internet untuk meneliti reka bentuk kereta masa kini dan masa lepas, dan maklumat lain yang berkaitan. Anda dikehendaki mencatatkan semua maklumat relevan yang dijumpai dan sumber laman sesawang. Apakah ciri-ciri sepunya kereta masa kini? Apakah ciri-ciri paling penting yang membolehkan kereta bergerak dengan laju? Anda digalakkan untuk mendapatkan maklumat daripada individu yang mempunyai pelbagai latar belakang dan kepakaran untuk membantu meneliti reka bentuk kereta atau penyelesaian sedia ada. Imagine: Membangunkan penyelesaian-penyelesaian yang mungkin. Secara individu, lakarkan reka bentuk kereta dan labelkan bahan yang digunakan.
124 Engineering Habits of Mind: Creative problem-solving Applying techniques from different traditions, generating ideas and solutions with others, generous but rigorous critiquing, seeing engineering as a ‘team sport’ Select the best solution: Sumbang saran untuk mengenal pasti reka bentuk kereta yang terbaik. Dalam kumpulan, a. bincangkan kelebihan dan kelemahan setiap reka bentuk dan tentukan reka bentuk yang terbaik (atau gabungkan kelebihan semua reka bentuk yang dihasilkan oleh ahli kumpulan) yang memenuhi objektif dan kekangan. Nota: Kumpulan anda perlu bersedia untuk menjelaskan dan menjustifikasikan keputusan yang dibuat. b. rancang dan catatkan langkah-langkah untuk membina kereta. c. kenal pasti pengetahuan sains dan matematik yang diaplikasikan dalam reka bentuk kereta. Create: Membina prototaip kereta. Lukiskan pelan reka bentuk kereta kumpulan anda di atas kertas mahjong. Lukisan atau pelan reka bentuk kereta hendaklah merangkumi dimensi (ukuran) dan bahan berlabel. Nota: Pelan yang dihasilkan mesti cukup jelas supaya orang lain dapat mengetahui bahan pembinaan yang diperlukan dan cara pembinaan prototaip dengan mudah. Senaraikan bahan pembinaan yang diperlukan dan tentukan bajet/kos pembinaan. Berapakah jumlah kos pembinaan kereta? Adakah kumpulan anda mempunyai peruntukan yang mencukupi? Nota: Kumpulan anda digalakkan untuk menyimpan sejumlah dana untuk mengubah suai (membuat penambahbaikan) pada reka bentuk kereta.
125 Item Kos per item (RM) Kuantiti yang dibeli Jumlah (RM) Botol plastik (1.5 liter) 15 Botol plastik (500 ml) 10 Penutup botol plastik 5 Belon 10 Lidi sate (bamboo skewer) 1 Batang aiskrim (popsicle stick) 2 Gelang getah 0.5 Pita pelekat 10 per 30 cm Gam 5 Kertas A4 5 5 5 JUMLAH Setelah melengkapkan reka bentuk akhir, binakan prototaip kereta peserta menggunakan bahan yang dibeli. Nota: Anda digalakkan menguji prototaip sepanjang proses membina prototaip. Tahukah Anda Pattern: Patterns of performance of a prototype can be analyzed and interpreted to reengineer and improve the prototype. Engineering Habits of Mind: a. Visualising: Being able to move from abstract to concrete, manipulating materials, mental rehearsal of physical space and of practical design solutions b. Adapting: Testing, analysing, reflecting, rethinking, changing both in a physical sense and in mentally. c. Improving: Relentlessly trying to make things better by experimenting, designing, sketching, guessing, conjecturing, thought-experimenting, prototyping
126 Test and Evaluate: Menguji dan menilai prototaip. Setelah semua kumpulan menyiapkan prototaip kereta, setiap kumpulan akan menguji prototaip kereta, serta menganalisis dan menginterpretasi data (sebagai bukti prestasi kereta). a. Setiap kumpulan dibenarkan menguji kereta sebanyak dua (2) kali. b. Ujian dilakukan dengan menggunakan landasan troli (panjang: 240 cm). c. Hitungkan laju purata kereta = 240 ; t = masa Nota: Anda dikehendaki mewakilkan data (hasil/keputusan ujian) menggunakan paparan grafik (graphical display, seperti jadual, carta, graf dan lain-lain), dan menganalisis data tersebut untuk menentukan sama ada prototaip kereta berfungsi seperti yang dihasratkan. b. Reflect: i. How fast was your car compared to all of the other cars? ii. What are two things you would change about your car to make it work better? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Share/Communicate solutions: Three minute pitch atau Five minute pitch Setiap kumpulan membentangkan dan berkongsi reka bentuk kereta mereka kepada rakanrakan dan fasilitator untuk mendapatkan komen dan input. Setiap kumpulan dikehendaki a. menjustifikasikan reka bentuk dengan sokongan bukti (seperti konsep sains dan matematik, serta data/keputusan ujian). b. menjelaskan dua (2) perkara yang akan diubah suai terhadap reka bentuk kereta. Perbincangan: Jurutera mereka bentuk kereta supaya menyerupai haiwan dan bentuk aerodinamik. Bolehkah anda menamakan haiwan yang berbentuk aerodinamik? Bagaimanakah hubungan antara bentuk kereta dengan aerodinamik? Tahukah Anda Engineers often use the natural world as inspiration for design. Biomimicry has resulted in many creative products, such as the material inspired by the slick leaves of the lotus plant and its natural capacity to wash away dirt particles with every rainfall, and the Velcro hook-and-loop system inspired by the prickly plant burrs that stick to our clothes. Maklumat dan contoh biomimicry: https://biomimicry.org/biomimicry-examples/
127 Engineering Habits of Mind: Systems thinking Seeing whole systems and parts and how they connect, pattern-sniffing, recognising interdependencies, synthesising Improve/Redesign: Bincang dan buat penambahbaikan terhadap reka bentuk kereta untuk mengoptimumkan prestasi kereta berdasarkan: (i) data/keputusan ujian (self-generated data), (ii) refleksi yang dibuat dan komen/input kumpulan lain, (iii) pengetahuan sains dan matematik, (iv) susunan keutamaan kriteria yang ditetapkan (prioritized criteria), dan (v) pertimbangan tradeoff (tradeoff considerations). Tahukah Anda Systems: A system is an organized group of related objects or components. • Systems can be designed to do specific tasks. • Systems have parts that work together. • A system is a group of related parts that make up a whole and can carry out functions its individual parts cannot. • A system can be described in terms of its components and their interactions. • Systems may interact with other systems; they may have sub-systems and be a part of larger complex systems. • When investigating or describing a system, the boundaries and initial conditions of the system need to be defined and their inputs and outputs analyzed and described using models. System Models: Models can be used for understanding and predicting the behavior of systems. • Models (e.g., physical, mathematical, computer models) can be used to represent or/and simulate systems and interactions —such as inputs, processes and outputs—and energy, matter, and information flows within and between systems. • Models are limited in that they only represent certain aspects of the system under study. • Models can be used to predict the behavior of a system, but these predictions have limited precision and reliability due to the assumptions and approximations inherent in models. Paterns: Patterns of performance of designed systems can be analyzed and interpreted to reengineer and improve the system.
128 Penilaian dan refleksi 1. Jelaskan pengalaman dan kemahiran yang diperoleh sepanjang proses mereka bentuk kereta. 2. Apakah yang anda faham tentang pendidikan STEM bersepadu? 3. Bagaimanakah pengajaran dan pembelajaran sains dalam kelas anda boleh ditambah baik? 4. Lampiran S10-4 menunjukkan satu petikan yang berkaitan dengan fasa ‘membangunkan penyelesaian-penyelesaian yang mungkin’ dalam proses reka bentuk kejuruteraan. a. Baca petikan ini dengan teliti, kemudian buat satu rumusan tentang langkah-langkah dalam fasa ‘membangunkan penyelesaian-penyelesaian yang mungkin’. Nota: Anda dicadangkan merujuk kepada proses reka bentuk kejuruteraan TeachEngineering seperti di Rajah 4. b. Bagaimanakah anda boleh membantu murid mendalami konsep sains dan matematik semasa melaksanakan fasa ini? Pengenalan dan Penghargaan kepada Penulis: 1. Dr. Lay Ah Nam: IPGK Pendidikan Teknik 2. Dr. Cindy Wong Chyee Chen: IPGK Rajang 3. Pn. Nor Azlina Ghazali: SK Seliau 4. En. Benedict Clement D'silva: IPGK Raja Melewar
129 Lampiran S10-4 Developing possible solutions Engineers conduct research on the problem and on the solutions used in the past rather than offering the first solution that comes to their minds in the design process. They determine what they need to develop these solutions (Hynes et al. 2011). For this reason, it is significant to conduct studies which define and analyse the science concepts that students need in engineering education studies in the field of science education. Students identify the needs of the problem; describe the science and mathematics content they need. There is no single correct solution to engineering design problems in real life, there are often many solutions and the process of producing possible solutions to the needs emerges as a process in which engineers develop solutions by using their creativity (Dym et al. 2005). After identifying many possible solutions, engineers must decide on the correct solution according to the design criteria and limitations (Silk, Schunn & Cary, 2009). Identification of the needs of the problem, developing possible solutions and selecting the best solution fall under the “generation of design solutions” phase (Katehi et al. 2009). At this phase, students should carry out a process in which they apply their scientific knowledge, instead of benefiting only trial and error method. This provides the opportunity to assess science content knowledge along with teaching engineering concepts (Boesdorfer and Greenhalgh 2014). For this reason, teaching and learning activities are organized to make students gain the necessary concepts of science and mathematics to develop the design solution in this phase. A wide range of different teaching methods can be used at this phase. (Sumber: Arık & Topçu, 2020)
130 Teaching Science as Inquiry and Developing 21st Century Skills Lay Ah Nam, Akmar Abd Rashid, Faridah Sa'ad, Suriana Buang dan Mohammad Shahril-Lizan Azahan Pengenalan Kemunculan era maklumat yang berasaskan teknologi maklumat dan komunikasi (TMK) telah mentransformasi ekonomi dunia dari ekonomi berasaskan pembuatan kepada k-ekonomi. Perkembangan TMK turut mempercepatkan globalisasi dan mentransfomasikan cara bekerja. Dalam era globalisasi, seseorang perlu mengaplikasikan TMK dengan berkesan untuk berkongsi pengetahuan dan maklumat, berkomunikasi, berkolaboratif dan bekerja sepasukan dengan pakar pelbagai bidang, rakan sejawat dan pelanggan dari seluruh dunia bagi mempergiatkan inovasi pengetahuan, produk dan perkhidmatan. Impak perkembangan pesat TMK telah menuntut agar pelajar mempelajari ilmu dan kemahiran baharu yang diperlukan dalam pasaran pekerjaan abad ke-21. Malaysia amat bergantung kepada modal insan yang berpengetahuan sains dan berkemahiran abad ke-21 bagi menggerakkan transformasi ekonomi negara dan melonjak Malaysia kepada sebuah negara inovasi. Oleh itu, pelajar Malaysia perlu menguasai pengetahuan sains dan kemahiran abad ke-21. Apabila anda dengar mengenai “kemahiran abad ke-21”, apakah yang terlintas dalam fikiran anda? Apakah kemahiran abad ke-21 yang perlu dipelajari di sekolah? Menurut CEO Forum on Education & Technology (2001), kemahiran abad ke-21 ialah set kemahiran baharu yang diperlukan bagi menyediakan pelajar untuk hidup dan bekerja di era digital. Terdapat banyak kajian dan projek telah dilaksanakan untuk mengenal pasti kemahiran abad ke-21 yang perlu dikuasai oleh pelajar. Model-model kemahiran abad ke-21 a. Kemahiran abad ke-21 enGauge NCREL dan Metiri Group (2003) telah mengenal pasti kemahiran abad ke-21 yang dikenali sebagai kemahiran abad ke-21 enGauge seperti dalam Rajah 11.1. Kemahiran abad ke-21 enGauge terdiri daripada empat kelompok kemahiran abad ke-21. Setiap kelompok kemahiran mengandungi sub-kemahiran yang memberikan panduan mengenai pencapaian yang perlu dicapai oleh pelajar seperti dalam Jadual 11.1. Bagi NCREL dan Metiri Group (2003), kemahiran abad ke-21 enGauge adalah hasil pembelajaran abad ke-21.
131 Rajah 11.1 Kemahiran abad ke-21 enGauge Sumber: NCREL & Metiri Group, 2003 Jadual 11.1 Kemahiran abad ke-21 enGauge Literasi Era Digital • Literasi asas, saintifik, ekonomi dan teknologi • Literasi visual and maklumat • Literasi pelbagai budaya dan kesedaran global Pemikiran Inventif • Keupayaan menyesuaikan diri dan pengurusan kompleksiti • Terarah kendiri • Sifat ingin tahu, kreativiti, dan berani mengambil risiko • Pemikiran aras tinggi dan penaakulan logik Komunikasi Berkesan • Bekerja dalam pasukan, berkolaboratif, dan kemahiran interpersonal • Tanggungjawab peribadi, sosial dan sivik • Berkomunikasi secara interaktif Produktiviti Tinggi • Menyusun mengikut keutamaan, merancang, dan mengurus untuk mencapai matlamat • Menggunakan peralatan sedia ada dengan efektif • Berkeupayaan menghasilkan produk yang relevan dan berkualiti tinggi b. Kerangka pembelajaran abad ke-21 P21 Satu organisasi yang terkenal dalam menganalisis kemahiran abad ke-21, iaitu Partnership for 21st Century Skills (P21), turut mengemukakan Kerangka Untuk Pembelajaran Abad ke-21 seperti dalam Rajah 11.2. Kemahiran abad ke-21 yang dikemukakan oleh P21 termasuklah pengetahuan isi kandungan, kemahiran, kepakaran dan literasi yang perlu dikuasai oleh pelajar untuk berjaya dalam kerja dan hidup abad ke-21. Kemahiran abad ke-21 yang telah dikenal pasti adalah seperti dalam Jadual 11.2.
132 Rajah 11.2 Kerangka untuk pembelajaran abad ke-21 Sumber: Partnership for 21st Century Skills, 2007 Jadual 11.2 Kemahiran abad ke-21 oleh Partnership for 21st Century Skills Subjek Akademik Teras Subjek teras: Bahasa Kebangsaan, Bahasa Inggeris, Seni, Matematik, Ekonomi, Sains, Geografi, Sejarah serta Sivik dan Kewarganegaraan Tema Abad Ke-21 Tema abad ke-21 yang perlu dimasukkan ke dalam subjek teras untuk meningkatkan pemahaman isi kandungan akademik di peringkat yang lebih tinggi: • Kesedaran global • Literasi kewangan, ekonomi, perniagaan dan keusahawanan • Literasi sivik • Literasi kesihatan • Literasi alam sekitar Kemahiran Belajar dan Inovasi • Kreativiti dan inovasi • Pemikiran kritis dan penyelesaian masalah • Komunikasi dan kolaboratif Kemahiran Maklumat, Media dan Teknologi • Literasi maklumat • Literasi media • Literasi TMK Kemahiran Hidup dan Kerjaya • Fleksibiliti dan mempunyai keupayaan menyesuaikan diri • Berinisiatif dan terarah kendiri • Kemahiran sosial dan antara-budaya • Produktiviti dan akauntabiliti • Kepimpinan dan tanggungjawab
133 c. Kemahiran abad ke-21 ATC21S Melalui Projek Assessment and Teaching of 21st Century Skills (ATC21S), sepuluh kemahiran abad ke-21 telah dikenal pasti dan dikategorikan kepada empat kumpulan (Binkley et al., 2012) seperti dalam Jadual 11.3. Kerangka kemahiran abad ke-21 ATC21S turut mengenal pasti definisi operasi setiap kemahiran abad ke-21 berdasarkan Model KSAVE, iaitu Knowledge, Skill, dan Attitude/Value/Ethic. Jadual 11.3 Kemahiran abad ke-21 ATC21S Cara Berfikir • Kreativiti dan inovasi • Pemikiran kritis, penyelesaian masalah, membuat keputusan • Belajar cara belajar, metakognitif Cara Bekerja • Komunikasi • Kolaboratif, kerja berpasukan Alat untuk Bekerja • Literasi maklumat • Literasi TMK Kehidupan dalam Dunia • Kewarganegaraan – tempatan dan global • Hidup dan kerjaya • Tanggungjawab sosial dan individu d. Model kemahiran abad ke-21 di Malaysia Di Malaysia, Kamisah dan Neelavany (2010) telah mengenal pasti lima domain kemahiran abad ke-21 penting yang sesuai dengan konteks Malaysia untuk diintegrasikan dalam Kurikulum Sains Malaysia, iaitu (1) literasi era digital, (2) pemikiran inventif, (3) komunikasi berkesan, (4) produktiviti tinggi, dan (5) nilai kerohanian. Empat domain yang pertama adalah berasaskan kemahiran abad ke-21 enGauge (NCREL & Metiri Group, 2003) manakala domain yang kelima telah ditambahkan secara empirikal. Selain itu, Kementerian Pendidikan Malaysia (2013) turut mengenal pasti kemahiran dan nilai yang perlu ada pada setiap pelajar untuk menghadapi abad ke 21 dengan memberi fokus kepada kemahiran berfikir serta kemahiran hidup dan kerjaya yang berteraskan amalan nilai murni (seperti di Jadual 11.4). Kemahiran berfikir bertujuan untuk menyediakan pelajar untuk menghadapi kehidupan yang semakin mencabar serta persekitaran kerja masa kini. Kemahiran hidup dan kerjaya pula memerlukan lebih dari kemahiran berfikir dan pengetahuan. Pelajar membangunkan kemahiran hidup dan kerjaya bagi menghadapi kehidupan yang kompleks dan persekitaran kerjaya dalam dunia yang semakin mencabar. Manakala nilai merupakan garis panduan untuk pelajar menjadi seorang individu berpewatakan mulia yang mampu membuat keputusan dan tindakan sebagai melaksanakan tanggungjawab kepada keluarga, masyarakat dan negara. Kemahiran abad ke-21 bermatlamat untuk melahirkan pelajar yang mempunyai ciri-ciri yang dinyatakan dalam profil murid seperti dalam Jadual 11.5 supaya berupaya bersaing di peringkat global (Kementerian Pendidikan Malaysia, 2016).
134 Jadual 11.4 Kemahiran dan nilai abad ke-21 Kementerian Pendidikan Malaysia Kemahiran Berfikir • Kreatif • Kritis • Menaakul • Inovatif • Penyelesaian Masalah • Membuat Keputusan Kemahiran Hidup dan Kerjaya • Kemahiran Komunikasi • Teknologi Maklumat dan Komunikasi • Bekerjasama • Keusahawanan • Kepimpinan • Belajar Sepanjang Hayat • Keluwesan • Kemampuan Menyesuaikan Diri • Berinisiatif dan Terarah Kendiri Nilai • Kerohanian • Berperikemanusiaan • Patriotik • Berintegriti • Bertanggungjawab • Bersatu Padu Jadual 11.5 Profil murid Profil murid Penerangan Berdaya tahan Mereka mampu menghadapi dan mengatasi kesukaran, mengatasi cabaran dengan kebijaksanaan, keyakinan, toleransi, dan empati. Mahir berkomunikasi Mereka menyuarakan dan meluahkan fikiran, idea dan maklumat dengan yakin dan kreatif secara lisan dan bertulis, menggunakan pelbagai media dan teknologi. Pemikir Mereka berfikir secara kritikal, kreatif dan inovatif; mampu untuk menangani masalah yang kompleks dan membuat keputusan yang beretika. Mereka berfikir tentang pembelajaran dan diri mereka sebagai pelajar. Mereka menjana soalan dan bersifat terbuka kepada perspektif, nilai dan tradisi individu dan masyarakat lain. Mereka berkeyakinan dan kreatif dalam menangani bidang pembelajaran yang baharu. Kerja sepasukan Mereka boleh bekerjasama secara berkesan dan harmoni dengan orang lain. Mereka mengalas tanggungjawab bersama serta menghormati dan menghargai sumbangan yang diberikan oleh setiap ahli pasukan. Mereka memperoleh kemahiran interpersonal melalui aktiviti kolaboratif, dan ini menjadikan mereka pemimpin dan ahli pasukan yang lebih baik. Bersifat ingin tahu Mereka membangunkan rasa ingin tahu semula jadi untuk meneroka strategi dan idea baru. Mereka mempelajari kemahiran yang diperlukan untuk menjalankan inkuiri dan penyelidikan, serta menunjukkan sifat berdikari dalam pembelajaran. Mereka menikmati pengalaman pembelajaran sepanjang hayat secara berterusan. Berprinsip Mereka berintegriti dan jujur, kesamarataan, adil dan menghormati maruah individu, kumpulan dan komuniti. Mereka bertanggungjawab atas tindakan, akibat tindakan serta keputusan mereka. Bermaklumat Mereka mendapatkan pengetahuan dan membentuk pemahaman yang luas dan seimbang merentasi pelbagai disiplin pengetahuan. Mereka meneroka pengetahuan dengan cekap dan berkesan dalam konteks isu tempatan dan global. Mereka memahami isu-isu etika / undang-undang berkaitan maklumat yang diperoleh. Penyayang / Prihatin Mereka menunjukkan empati, belas kasihan dan rasa hormat terhadap keperluan dan perasaan orang lain. Mereka komited untuk berkhidmat kepada masyarakat dan memastikan kelestarian alam sekitar. Patriotik Mereka mempamerkan kasih sayang, sokongan dan rasa hormat terhadap negara. Sumber: Kementerian Pendidikan Malaysia, 2016
135 Walaupun terdapat perbezaan dalam pengelasan dan interpretasi kemahiran yang diperlukan dalam abad ke-21, namun masih terdapat kesamaan seperti kreativiti/kreatif, komunikasi, kolaboratif/berkerjasama dan literasi TMK. Apakah pendekatan atau model yang dapat membangunkan kemahiran ini dalam pendidikan sains? Mencipta pengalaman praktik kemahiran abad ke-21 melalui pedagogi berpusatkan pelajar. Pelbagai pendekatan yang dapat memberikan pengalaman kepada pelajar untuk mengamalkan kemahiran abad ke-21 telah disarankan oleh para penyelidik dalam pemupukan kemahiran abad ke-21. Antaranya termasuklah pembelajaran berasaskan inkuiri (DeHaan, 2009; Kamisah, Lee & Rian, 2013; Kuhlthau, 2010; Lee & Kamisah, 2013; Partnership for 21st Century Skills, 2009), pembelajaran berasaskan projek (Bell, 2010; CEO Forum on Education & Technology, 2001; Pacific Policy Research Center, 2010; Partnership for 21st Century Skills, 2009; Shear et al., 2010), pembelajaran berasaskan masalah (Kamisah, Lee & Rian, 2013; Pacific Policy Research Center, 2010; Partnership for 21st Century Skills, 2009; Rian & Kamisah, 2014), dan pembelajaran melalui mereka bentuk (Brennan & Resnick, 2013; Pacific Policy Research Center, 2010; Resnick, 2003). Model instruksi seperti BSCS 5E Instructional model (Bybee et al., 2006) dan Needham's Five Phase Constructivist Model (Needham & Hill, 1987) turut dicadangkan. Pendekatan dan model tersebut sebenarnya berlatarbelakangkan teori pembelajaran konstruktivisme dan constructionism. Pembangunan kemahiran abad ke-21 melalui pembelajaran berasaskan inkuiri Addressing the need to develop 21st-century workforce skills will require students to have experience with activities, investigations, and experiments. In a word, science teaching needs to be inquiry-oriented. (Bybee, 2010, p.135) Pembelajaran melalui inkuiri saintifik merujuk kepada proses membina pemahaman dengan mengembangkan dan menggunakan kemahiran inkuiri yang digunakan oleh saintis (atau amalan sains) seperti mengemukakan soalan, mengumpulkan data, menaakul dan mengkaji semula bukti berdasarkan apa yang sudah diketahui, membuat kesimpulan dan membincangkan hasil. Pemahaman inkuiri di sini berkaitan dengan pengembangan idea saintifik (atau 'big idea') yang membolehkan murid memahami peristiwa dan fenomena di dunia sekitarnya (Fibonacci Project, 2012). Pembelajaran berasaskan inkuiri melibatkan pelajar menjalankan penyiasatan. Mereka menggunakan kemahiran inkuiri seperti mengemukakan soalan, menyatakan hipotesis, merancang eksperimen untuk menguji hipotesis, mengakses dan menganalisis data, membuat inferens, membuat kesimpulan berdasarkan eviden, menjana penjelasan dan membuat justifikasi, serta membuat pelaporan untuk tujuan berkomunikasi (Kamisah, Lee & Rian, 2013; Lee & Kamisah, 2013). Penglibatan dalam proses inkuiri membolehkan pelajar memahami nature of science (Holbrook & Rannikmae, 2009) dan memupuk pelbagai kemahiran abad ke21 seperi literasi sains, literasi maklumat, belajar cara belajar, metakognitif, kemahiran bersosial dan kreativiti dapat dipupuk (DeHaan, 2009; Kuhlthau, 2010; Murcia, 2007). Secara ringkasnya, bilik darjah sains yang berorientasikan inkuiri dapat memberi peluang kepada pelajar untuk mempelajari kemahiran abad ke-21 di samping memperoleh pengetahuan sains.