Pembelajaran abad 21 perlu memotivasi dan menginspirasi peserta didik untuk memasuki profesi science dan engenering yang secara langsung menopang pertumbuhan ekonomi. Pembelajaran yang mengintegrasikan science, teknologi, engenering, dan matematik adalah dengan pembelajaran STEM. Menurut Zasmita (2017) pendidikan STEM merupakan bentuk pendidikan yang paling sesuai untuk mempersipkan generasi yang literasi terhadap STEM demi menjawab tuntutan zaman dan perkembangan teknologi.

Jika kita bertanya tentang filosofi STEM maka kita bertanya apa, di mana, siapa, kapan, mengapa, dan bagaimana STEM itu? Oleh karena itu pada sekarang mari kita simak sejarah STEM. STEM pertama kali diluncurkan oleh National Science Foundation (NSF) Amerika Serikat (AS) pada tahun 1990-an sebagai tema gerakan reformasi pendidikan untuk menumbuhkan angkatan kerja bidang-bidang STEM, serta mengembangkan warga negara yang melek STEM (STEM literate), serta meningkatkan daya saing global Amerika Serikat dalam inovasi iptek (Hanover Research, 2011).

Kata STEM digunakan sebagai slogan reformasi pendidikan di AS Abad ke-21 untuk menghasilkan SDM (STEM-workforce) berkualitas bagi peningkatan daya saing bangsa. Gerakan reformasi pendidikan STEM ini didorong oleh laporan dari berbagai studi yang menunjukkan terjadinya kekurangan kandidat untuk mengisi lapangan kerja di bidang STEM, tingkat literasi sains, serta posisi capaian siswa sekolah menengah AS dalam TIMSS dan PISA (Roberts, 2012). Selain itu, AS juga menyadari pertumbuhan ekonominya berjalan secara datar dan akan tersaingi oleh China dan India karena perkembangan sains, teknologi, enginering dan matematika dari kedua negara tersebut yang lebih maju. (Friedman, 2005).

Berdasarkan survei yang dilakukan bahwa pertumbuhan lapangan pekerjaan di bidang STEM diproyeksikan lebih tinggi dibandingkan dengan lapangan pekerjaan non-STEM. Selain itu, dari segi penghargaan, pekerjaan di bidang STEM akan memberikan income yang juga lebih tinggi dibandingkan dengan bidang pekerjaan non-STEM.

Gambar 1. Tabel Pendapatan sarjana dan ahli madya di bidang STEM dan non STEM dan Tabel Pekerjaan dalam bidang STEM dan non STEM

Pendidikan STEM adalah pendekatan dalam pendidikan di mana Sains, Teknologi, Teknik, Matematika terintegrasi dengan proses pendidikan berfokus pada pemecahan masalah dalam kehidupan sehari-hari yang nyata serta dalam kehidupan profesional. Pendekatan dalam pendidikan dimana Sains, Teknologi, Enjenering, dan Matematika terintegrasi dengan proses pendidikan berfokus pada pemecahan masalah dalam kehidupan sehari-hari dan kehidupan professional..

Pendidikan STEM menunjukkan kepada siswa bagaimana konsep, prinsip, teknik sains, teknologi, enjiniring dan matematik digunakan secara terintegrasi untuk mengembangkan produk, proses dan sistem yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Sains artinya kajian tentang fenomena alam yang melibatkan observasi dan pengukuran. Sains dalam hal ini bisa melibatkan pelajaran biologi, fisika, dan kimia. Teknologi artinya inovasi-inovasi untuk memodifikasi alam agar memenuhi kebutuhan dan keinginan manusia. Engenering artinya pengetahuan dan keterampilan untuk mendesain dan mengkonstruksi mesin, peralatan, sistem, material, dan proses yang bermanfaat bagi manusia secara ekonomis dan ramah lingkungan. Adapun Matematika lah Ilmu tentang pola-pola dan hubungan-hubungan, dan menyediakan bahasa bagi teknologi, sains, dan enjenering.

Hakikat pendidikan STEM yaitu merupakan integrasi dari Sains, Teknologi, Enjiniring, dan Matematika ke dalam subjek transdisipliner baru di sekolah, STEM memberikan kesempatan kepada peserta didik untuk memahami penomena alam daripada hanya sekedar mempelajari subjek secara terpisah-pisah, serta STEM berusaha menciptakan peluang pembelajaran abad 21. Pembelajaran STEM mampu menciptakan pembelajaran yang melibatkan dan melatih peserta didik bekerja sama, berpikir kritis, kreatif, mampu menyelesaikan masalah, memiliki rasa ingin tahu serta mampu berkomunikasi.

Jika kita bertanya mengapa STEM itu penting? STEM itu penting karena tantangan teknologi, STEM itu kunci kemajuan dan inovasi, STEM penting untuk kesejahteraan, penting dalam pengembangan sumber daya manusia, peningkatan kemahiran dan pemahaman saintifik, serta transformasi pendidikan. Tantangan teknologi yang terus berkembang dengan pesat mengisyaratkan pembelajaran perlu mengenalkan dan melatihkan teknologi kepada peserta didik sehingga mereka nanti menjadi generasi penerus bangsa yang mampu mengembangkan teknologi di masa depan untuk memecahkan masalah.

STEM menjadi keharusan bagi peserta didik dalam menghadapi kenyataan yang penuh masalah agar siap dalam persaingan global. Hal ini dikarenakan Sains, teknologi, rekayasa, dan matematika adalah saling berkaitan dalam memecahkan masalah dalam kehidupan nyata. Pendidikan STEM merupakan pembelajaran bermakna bagi peserta didik.

Tujuan pendidikan STEM menurut Bybee (2013) adalah (1) memiliki pengetahuan, keterampilan untuk mengidentifikasi pertanyaan dan masalah dalam kehidupan nyata, menjelaskan fenomena alam, mendesain serta menarik kesimpulan berdasarkan bukti mengenai isu terkait STEM; (2) memiliki karakteristik khusus STEM sebagai bentuk pengetahuan, penyelidikan, disain yang digagas manusia; (3) memiliki kesadaran bagaimana disiplin-disiplin STEM membentuk lingkungan material, intelektual, dan kultural; (4) memiliki keinginan untuk terlibat dalam kajian yang terkait isu-isu STEM (misalnya efisiensi energi, kualitas lingkungan, keterbatasan sumber daya), sebagai warga yang kontruksktif, peduli, serta reflektif dengan menggunakan gagasan sains, teknologi, rekayasa, dan matematika. Adapun Hannover (2003) menjelaskan tujuan pendidikan STEM adalah untuk menunjukkan pengetahuan yang bersifat holistik antara subjek dan STEM.

Stholmann, Moore dan Roehrig (2012) mengidentifikasi 4 faktor yang perlu dipertimbangkan pendidik sehingga pembelajaran STEM berlangsung sukses. Empat faktor tersebut adalah aspek support (dukungan), aspek teaching atau pembelajaran, aspek efficacy terkait kepercayaan peserta didik dalam pembelajaran STEM, dan aspek material. Aspek dukungan berkaitan dengan berbagai kegiatan yang berkaitan dengan STEM, serta keikutsertaan dalam pelatihan yang relevan, kolaborasi dengan sekolah atau intitusi lain seperti universitas atau industri, serta kesempatan untuk berkolaborasi guru-guru mata pelajaran sains dan matematika dalam sekolah yang sama. Aspek pembelajaran menitikberatkan pada persiapan pembelajaran dan implementasi pembelajaran di kelas. Aspek efficacy berkaitan dengan kepercayaan peserta didik dalam pembelajaran STEM yang dapat dipengaruhi oleh tingkat penguasaan materi pembelajaran, pedagogik, serta komitmennya dalam melaksanakan pembelajaran. Adapun aspek material terkait dengan kesiapan sarana dan prasarana penunjang pembelajaran STEM.

Pola pelaksanaan STEM ada 4 yaitu pola STEM 1.0, pola STEM 2.0, pola STEM 3.0, dan pola STEM 4.0. Pola STEM 1.0 yaitu sains, teknologi, engenering, dan matematika dipelajari secara terpisah. Pola STEM 2.0 yaitu integrasi dua komponen yaitu bisa sains-teknologi, teknologi-engenering, engenering-matematika, sains-engenering, sains- matematika, teknologi- matematika, atau teknologi-matematika. Pola STEM 3.0 yaitu integrasi 3 komponen seperti sains-teknologi-engenering, atau sains- teknologi- matematika, atau teknologi, engenering, matematika. Sedangkan pola STEM 4.0 yaitu integrasi 4 komponen yaitu sains-engenering-teknologi-dan matematika.

Bagaimana karakteristik dari pendidikan STEM? Karakteristik pendidikan STEM yaitu adanya integrasi sains, teknologi, engenering, dan matematika dalam satu pengalaman belajar, pembelajaran berbasis proyek, merupakan pembelajaran kontekstual dengan kehidupan nyata (real word aplication), menyiapkan siswa menjadi SDM yang mampu bersikap integratif, mengembangkan softskill dan keterampilan teknis.

Bagaimana pelaksanaan STEM dalam pembelajaran? Pelakasanaan STEM dalam pembelajaran dilaksanakan secara integratif dari pelajaran sains, engenering, teknologi, dan matematika. Contoh untuk materi SMA: Suhu dan Kalor.

Proyek : Membuat termometer manual dan digital.

Sains : Konsep pemuaian, penggunaan NaCl dalam penurunan titik beku, konsep rangkaian listrik sederhana (untuk membangun termometer digital).

Matematika : menentukan skala, membuat grafik, menentukan persamaan

.

Teknologi : konstruksi teknologi sederhana dalam pembuatan termometer manual, mikrokontroler termometer digital

Engineering : model termometer manual digital , desain program Arduino pengukuran suhu dengan mikrokontroler.

Pendidikan STEM mengaitkan proses sains dan desain proses engenering. Proses sains seperti mengajukan pertanyaan, mengajukan hipotesis, membuat prediksi, melakukan prediksi, dan membuat kesimpulan serta mengaplikasikan. Proses engenering yaitu meliputi menemukan kembali masalah, merencanakan solusi, membuat model, menguji model, melakukan refleksi dan mendesain kembali.

Proses pembelajaran STEM dengan menggunakan model project based learning. Sintaks PBL untuk pembelajaran STEM akan dirinci sebagai berikut.

Refleksi: melatih peserta didik menemukan konteks masalah untuk memulai penyelidikan/investigasi

Reseach: melatih peserta didik memilih bacaan atau memilih informasi dari sumber yang relevan

Discoveri: melatih peserta didik menemukan proses pembelajaran dan menentukan apa yang belum diketahui

Aplication: siswa memodelkan pemacahan masalah untuk melatihkan siswa pemecahan masalah, siswa menguji model yang dirancang berdasarkan hasil pengujian siswa dapat mengulang ke langkah sebelumnya.

Communication: siswa mempresentasikan model dan solusi mengembangkan keterampilan komunikasi, kolaborasi, serta kemampuan menerima dan menerapkan umpan balik yang dibangun.

Penerapan STEM mendukung pelaksanaan Kurikulum 2013. Dukungan STEM dalam K-13 yaitu dalam proses pembelajaran mendukung implementasi 4 pilar pendidikan, pendidikan karakter, dan pembelajaran abad 21. Dari segi standart proses STEM biasanya dilaksanakan melalui model discovery leaning dan HOTS, dari segi standart penilaian menerapkan penilaian otentik dan HOTS, serta pembelajaran mencakup KI 3 dan KI 4. Yang tidak kalah pentingnya STEM juga mendukung pelaksanaan literasi di sekolah yang meliputi literasi baca tulis, literasi sains, literasi digital, literasi nomerasi, literasi finansial, serta literasi budaya dan kewarganegaraan. Oleh karena itu STEM selain penting juga mendukung pelaksanaan Kurikulum 2013 sehingga sangat perlu untuk dilaksanakan dalam pembelajaran di Indonesiaa.

.

.

DAFTAR PUSTAKA

Bybee, R. (2013), The case for STEM education: Challeges and Opportunity, NSTA press; Arlington, Virginia

Hanover Research (2011). K-12 STEM education overview.

Stohlmann, M., Moore, T.J & Roehrig, G.H. (2012). Conciderations for Teaching Integrated STEM Education. Journal of Pre-College Engineering Education Research (J-PEER), 2(1), hlm. 28-33. Diakses melalui http;//dx.doi.org/10.5703/1288284314653.

Zasmita, Adelia Alfama. 2017.Increasing Persistence of Collage Students in Science Technology Engineering and Mathematic (STEM). Curicula Journal od Teaching and Learning. Hal 22—31 (Online).