Peran pembelajaran IPA dalam penguasaan keterampilan abad 21 sangat strategis, terutama dalam menyiapkan peserta didik yang kritis, kreatif, kompetitif, mampu memecahkan masalah serta berani mengambil keputusan secara cepat dan tepat. Pembelajaran IPA yang baik akan meningkatkan kompetensi siswa untuk mampu senantiasa berkembang dan produktif. Pendidikan IPA harus dapat menjadi wahana bagi peserta didik untuk mempelajari diri sendiri dan alam sekitar, serta prospek pengembangan lebih lanjut dalam menerapkannya di dalam kehidupan sehari-hari.

Di abad 21, pembelajaran IPA sebaiknya dilaksanakan pendekatan yang berpusat pada peserta didik, untuk melatih dan menumbuhkan kemampuan berfikir kreatif dan kritis, mampu memecahkan masalah, melatih kemampuan berinovasi dan menekankan pada pentingnya kolaborasi dan komunikasi.

Sebagai sebuah tren yang sedang berkembang dalam dunia pendidikan, STEM dipercaya dapat mengatasi situasi dunia nyata melalui sebuah desain berbasis proses pemecahan masalah seperti yang digunakan oleh insinyur dan ilmuwan. Pendidikan STEM menerapkan pembelajaran berbasis pemecahan masalah yang sengaja menempatkan penyelidikan ilmiah dan penerapan matematika dalam konteks merancang teknologi. Pembelajaran berbasis STEM dapat melatih peserta didik dalam menerapkan pengetahuannya untuk membuat desain sebagai bentuk pemecahan masalah terkait lingkungan dengan memanfaatkan teknologi (Kapila, et al., 2014).

Project Based Learning atau Pembelajaran Berbasis Proyek adalah model pembelajaran yang melibatkan peserta didik dalam suatu kegiatan (proyek) yang menghasilkan suatu produk. Dalam implementasi kurikulum 2013, model Project Based Learning (PjBL) merupakan model yang disarankan dalam pembelajaran, sedangkan STEM merupakan sebuah strategi pembelajaran. Karakteristik dari STEM yaitu menekankan pada proses mendesain, enjiniring atau merekayasa.

Konsep kemagnetan ini merupakan konsep yang penting karena penerapannya banyak digunakan pada teknologi dalam kehidupan sehari hari. Untuk memahami konsep kemagnetan membutuhkan penguasaan konsep konsep dasar yang benar. Meskipun materi kemagnetan merupakan kajian yang dianggap sulit, tetapi merupakan bidang yang sangat berkaitan dengan teknologi, sehingga sangat dibutuhkan penguasaan di bidang ini. Namun dalam penerapannya perlu memperhatikan aspek sains dan teknologi. Serta memperhatikan sifat aplikatifnya yaitu cara mengaplikasikan melalui proses rekayasa/desain.

Dalam upaya memfasilitasi peserta didik untuk menguasai keterampilan abad 21, pembelajaran konsep kemagnetan untuk kelas IX di SMPN 2 Cilaku menggunakan model pembelajaran PjBL (Project Based Learning) dengan pendekatan STEM. Proyek yang diberikan kepada peserta didik adalah harus membuat simple electromagnetic crane/derek elektromagnetik sederhana dengan design yang sedemikian rupa sehingga dapat menjawab/mengatasi beberapa permasalahan yang diberikan karena terdapat beberapa tantangan yang harus mereka atasi. Proyek ini merupakan aktivitas STEM yang mudah untuk membuat derek elektro-magnetik untuk memahami fungsi elektromagnetik.

Sintaks pembelajaran PjBL STEM (Laboy-Rush, 2010) tentang kemagnetan dalam proyek Simple Electromagnetic Crane:

Tahap 1. Reflection

Tujuan dari tahap pertama untuk membawa siswa ke dalam konteks masalah dan memberikan inspirasi kepada siswa agar dapat segera mulai menyelidiki/investigasi. Pada tahap ini peserta didik diperlihatkan video cara kerja crane yang bisa memindahkan, serta menyusun mobil rongsokan. Beberapa siswa bertanya, “Bagaimana cara memindahkan mobil rongsokan tersebut?”, siswa yang lain menjawab “dengan menggunakan magnet, kan mobilnya jadi menempel”. Siswa diberi stimulan oleh guru, kalau menggunakan magnet, mana bisa mobil tersebut lepas untuk disusun. Pada tahap ini terjadi diskusi yang sangat interaktif antar siswa sampai mereka bisa mengeluarkan pengetahuan sebelumnya tentang bagaimana cara membuat magnet yang salah satunya adalah dengan cara dialiri arus listrik, atau disebut elektromagnetik. Elektromagnetik ini dapat menyebabkan sifat magnet bisa tiba-tiba muncul saat diperlukan, dan bisa tiba-tiba hilang saat sudah tidak diperlukan.

Tahap 2. Research

Tahap kedua adalah bentuk penelitian siswa. Guru memberikan pembelajaran sains, memilih bacaan, atau metode lain untuk mengumpulkan sumber informasi yang relevan. Pada tahap ini, siswa mulai mengembangkan pemahaman konseptual dan relevan berdasarkan proyek. Siswa menggunakan pengetahuannya tentang pembuatan magnet dengan cara elektromagnetik, dan mengingat kembali praktikum sederhana yang pernah dilakukan yaitu paku yang dialiri arus listrik, kemudian didekatkan dengan klip penjepit kertas maka penjepit kertas akan menempel pada paku yang merupakan indicator paku tersebut telah menjadi magnet, dan apabila arus listrik dimatikan, maka klip kertas yang tadi menempel akan lepas, hal ini merupakan prinsip dasar dari cara kerja electromagnetic crane.

Simple Electromagnetic Crane adalah derek sederhana yang memanfaatkan hubungan antara listrik dan magnet untuk menghasilkan gaya yang diperlukan untuk mengangkat benda berat. Proyek ini dapat menjadi eksperimen yang mampu menjelaskan bahwa muatan bergerak menghasilkan medan magnet, salah satu prinsip utama elektromagnetisme.

Tahap 3. Discovery

Pada tahap penemuan ini melibatkan proses menjembatani research dan informasi yang diketahui dalam penyusunan proyek. Ketika siswa mulai belajar mandiri dan menentukan apa yang masih belum diketahui (Satchwell & Loepp, 2002). Model STEM PjBL ini membagi siswa menjadi kelompok kecil untuk menyajikan solusi yang mungkin untuk masalah, berkolaborasi, dan membangun kerjasama antar teman dalam kelompok (Fortus, Krajcikb, Dershimerb, Marx, & Mamlok-Naamand, 2005). Dalam tahap ini siswa berkolaborasi untuk membuat rancang bangun electromagnetic crane, serta menemukan pengetahuan baru yang belum diajarkan, yaitu pengaruh jumlah lilitan dan besar kuat arus listrik terhadap daya tarik magnet. Setiap desain siswa dapat dioptimalkan dari segi rancang bangun, bagaimana cara bergeraknya, dan bahan apa yang dipakai, sampai waktu yang telah ditentukan,

Tahap 4. Application

Setelah rancang bangun selesai, pada tahap selanjutnya, yaitu, tahap aplikasi tujuannya untuk menguji produk/solusi dalam memecahkan masalah. Dalam beberapa kasus, siswa menguji produk yang dibuat dari ketentuan yang ditetapkan sebelumnya, hasil yang diperoleh digunakan untuk memperbaiki langkah sebelumnya (Diaz & King, 2007). Pada tahap ini, siswa ditantang untuk dapat mengangkat klip kertas sebanyak banyaknya serta bagaimana fleksibilitas alat yang mereka buat terlihat dari cara pergerakannya yang lentur atau kaku. Kelompok dengan proyek yang terbaik mendapatkan reward berupa bintang penghargaan, yang dikumpulkan pada pembelajaran akhir semester untuk penambahan nilai dan motivasi dalam belajar.

Tahap 5. Communication

Mengkomunikasikan merupakan tahap akhir dalam setiap proyek dalam membuat produk/solusi. Presentasi merupakan langkah penting dalam proses pembelajaran untuk mengembangkan keterampilan komunikasi dan kolaborasi maupun kemampuan untuk menerima dan menerapkan umpan balik yang konstruktif (Diaz & King, 2007). Semua kelompok mempresentasikan proyeknya dan menjelaskan konsep yang ada di dalamnya serta menginformasikan kelebihan dan kekurangan proyek yang dibuat.

Setelah semua tahap PjBL dilaksanakan, siswa merasa senang belajar konsep kemagnetan, melalui proyek yang mereka kerjakan mereka dapat ,menemukan pengetahuan sendiri, dapat membuat rancang bangun dan memahami aplikasi sains dalam teknologi sehari hari. Sesuai dengan tujuan pembelajaran STEM yaitu agar dapat membentuk karakter peserta didik yang mampu mengenali sebuah konsep atau pengetahuan (science) dan menerapkan pengetahuan tersebut dengan keterampilan (technology) yang dikuasainya untuk menciptakan atau merancang suatu cara (engineering) dengan analisa dan berdasarkan perhitungan data matematis (math) dalam rangka memperoleh solusi atas penyelesaian sebuah masalah sehingga pekerjaan menjadi lebih mudah.

Dari proyek ini, siswa menjadi paham dan menguasai konsep sains elektromagnetik yang dalam kehidupan sehari hari di aplikasikan dalam teknologi berupa derek elektromagnetik atau electromagnetic crane. Untuk menguji pemahaman mengenai elektriomagnetik, siswa di tugaskan merancang sebuah derek elektromagnetik sederhana yang dalam pembuatannya harus memperhitungkan konsep matematis, agar electromagnetic crane yang dibuat sedemikian rupa sehingga bisa mengangkat beban yang berat dan bisa memindahkan beban tersebut, dan dari ( Indikatornya crane bisa mengangkat klip kertas dalam jumlah yang banyak dan dapat bergerak memindahkan klip tersebut). Setelah melaksanakan proyek tersebut siswa bisa menyimpulkan hubungan matematis anatara banyaknya lilitan dan kuat arus listrik terhadap kuat medan magnet.