Scientific Thinking and Scientific Method

Scientific Thinking and Scientific Method

Untuk berhasil melewati materi ini kalian harus mengetahui konsep dasar dalam mendefinisikan science, scientific/critical thinking, scientific attitude dan scientific method.

Definisi Science

• Kumpulan fakta dan konsep tentang alam
• Investigasi yang sistematis tentang alam
• Metode untuk menguak segala kejadian yang ada di alam
• Metode untuk menemukan fakta/konsep yang dapat dipercaya  (reliable knowledge) tentang alam
• Metode yang mengacu untuk mendapatkan kebenaran tentang alam

Reliable knowledge merupakan suatu pengetahuan yang telah diakui kebenarannya karena telah diuji melalui metode yang sahih. Dengan kata lain, reliable knowledge dapat disebut juga sebagai pengetahuan yang telah teruji kebenarannya.

Kalian harus bisa membedakan antara pengetahuan yang telah teruji kebenarannya (reliable knowledge) dan kepercayaan (belief) yang salah dan belum eruji kebenarannya, juga kepercayaan yang benar namun belum teruji kebenarannya. Sebagai contoh kalian percaya  bahwa dengan memakan daun seledri, tekanan darah kalian akan menurun. Pernyataan tersebut bisa saja benar namun juga bisa salah. Untuk mendapatkan kepastian, maka hal tersebut harus diuji dengan  sebuah experiment melalui serangkaian tahapan yang disebut dengan scientific method.

Scientific method merupakan rangkaian langkah-langkah yang harus dilakukan untuk membuktikan kebenaran suatu ilmu pengetahuan (scientific knowledge). Untuk mengeksplorasi segala hal dengan menggunakan scientific method, kita perlu untuk berfikir ilmiah dan kritis. Berfikir ilmiah/kritis (scientific thinking/critical thinking) adalah sebuah cara untuk berfikir secara benar yang akan merujuk pada penemuan jawaban/solusi yang tepat dari suatu masalah. Scientific thinking dan critical thinking pada dasarnya adalah sama, namun scientific thinking lebih banyak dilakukan oleh para ilmuwan dan juga menjadi kunci bagi kesuksesan mereka dalam menemukan ilmu pengetahuan baru. Sebagai pelajar, kalian harus berfikir kritis untuk menyikapi hal-hal yang terjadi di sekitar kalian.

3 komponen utama dalam berfikir ilmiah/kritis

1. Empiricis

Yang dimaksud dengan empirisme ini adalah melakukan percobaan, mengalami dan merasakan suatu hal dengan indera kalian. Misalnya, kalian menuangkan minyak ke dalam air, dan kalian melihat bahwa minyak dan air tidak menyatu. Saat mata kalian melihat kejadian tersebut, informasi akan berjalan ke otak kalian dan membuat kalian memahami apa yang kalian lihat.

2. Rationalism

Setelah kalian melihat bahwa minyak dan air tidak menyatu, minyak berada di atas sedangkan air berada di bawah lapisan minyak. Kalian akan mulai berfikir bahwa ada sesuatu hal yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Nah, untuk mengemukakan alasan mengapa hal itu terjadi maka kalian perlu mencari informasi seputar hal tersebut. Kalian mulai membaca buku sains atau menjelajah internet untuk menemukan jawabannya. Setelah mendapatkan informasi dari berbagai sumber, kalian mulai berfikir logis untuk menjawab mengapa sesuatu hal dapat terjadi. Inilah yang disebut dengan proses rasionalisasi (rationalism).  Kalian harus memperhatikan bahwa terdapat penekana pada kata logis. Ini berarti bahwa kalian harus menyingkirkan segala dugaan-dugaan yang bersifat subjektif/personal.

3. Skepticism

Misalnya, dalam hal ini kalian menjawab bahwa yang menyebabkan air dan minyak tidak bercampur, minyak berada di atas sedangkan air berada di bawah adalah karena adanya perbedaan massa jenis. Massa jenis air lebih tinggi dari minyak. Oleh karena itu, air berada di lapisan bawah. Dalam berfikir ilmiah/kritis kalian tidak semestinya percaya begitu saja terhadap hasil tersebut. Kalian seharusnya terus bertanya-tanya, benrakan hanya massa jenis yang mempengaruhi terjadinya hal tersebut? Apakah ada hal lain? Tidakkah bentuk molekul air dan minyak yang berbeda juga menentukan?
Kalian bisa membuat kesimpulan bahwa skepticism adalah sikap tidak berhenti bertanya-tanya atas kebenaran solusi/jawaban yang telah kalian dapatkan.

Tahapan-tahapan dalam Scientific Method

1. Merumuskan ide/masalah (define problem)
2. Mengumpulkan informasi (gather information)
3. Merumuskan hipotesis (suggest hypothesis)
4. Merancang percobaan (design experiment)
5. Melakukan percobaan (conduct an experiment)

6.    Mengumpulkan dan mengolah data (collect and record data)
7.    Melakukan evaluasi (make inferences – reject and revise hypothesis)
8.    Menarik kesimpulan (conclusion)
9.    Membandingkan dengan hasil percobaan ilmuwan lain
(compare to other scientist experiment and react)
10.  Merumuskan konsep/teori (publish new theory)

Hypothesis merupakan prediksi sementara atas solusi dari suatu masalah (predictive solution)  yang dapat diuji kebenarannya (testable). Setelah menemukan ide dan merumuskan hipotesis, maka kita harus melakukan pengujian terhadap hipotesis tersebut. Pengujian dapat dilakukan dengan dua macam cara, yaitu dengan melakukan percobaan (experiment) dan dengan melakukan observasi lebih lanjut (further observation) mengenai topic tersebut. Setelah percobaan selesai dilakukan, data-data selesai diolah, kita akan menemukan apakah hipotesis yang telah kita susun sesuai dengan hasil percobaan atau tidak. Jika hipotesis tersebut terbukti benar setelah dilakukan percobaan, maka hipotesis tersebut disebut dengan corroborated hypothesis.  Sebuah corroborated hypothesis akan berubah menjadi fakta ilmiah (scientific fact) apabila telah dibuktikan juga kebenarannya oleh ilmuwan lain melalui percobaan yang berulang-ulang dan sulit untuk disangkal keabsahannya.

Langkah akhir dari sebuah scientific method adalah munculnya sebuah teori baru. Teori ini bukanlah suatu dugaan, spekulasi atau bahkan sebuah pendapat. Teori (theory) merupakan suatu penjelasan yang bersifat konsisten terhadap pokok-pokok kejadian alam atau fenomena dan tersusun atas fakta-fakta ilmiah.

Sains dan Teknologi

Pernahkah kalian merasa ingin tahu akan suatu hal?  Rasa ingin tahu dapat mendorong seseorang untuk mencari penyelesaian (solusi) dari suatu masalah. Rasa ingin tahu tersebut merupakan urutan pernyataan dari apa (what), mengapa (why) dan bagaimana (how).

Pengamatan merupakan bagian dari serangkaian penyelidikan. Melalui proses kerja ilmiah dan dengan menggunakan metode ilmiah, para ilmuwan dapat menemukan fakta, teori, konsep dan hukum sains.

Sains secara etimologi berasal dari bahasa latin, yaitu scientia yang berarti ilmu pengetahuan. Kebenaran konsep sains sendiri bersifat relatif/nisbi. Seiring perkembangan sains, teknologi pun ikut berkembang. Keduanya saling melengkapi dan sangat erat satu sama lain. Teknologi berkembang dari masalah yang dihadapi masyarakat. Dengan menerapkan konsep sains dalam teknologi,maka diperoleh suatu solusi bagi masalah tersebut.

Metode Ilmiah
Metode ilmiah adalah langkah-langkah yang dilakukan secara sistematis untuk memperoleh ilmu pengetahuan sehingga diperoleh hasil yang benar. Kebenaran tersebut terbuka untuk diuji oleh siapapun.  Urutan langkah-langkah dalam metode ilmiah adalah sebagai berikut:

1. Melakukan observasi mengenai masalah yang akan diketahui kebenarannya
2. Mengumpulkan informasi mengenai masalah tersebut
3. Merumuskan masalah
4. Merumuskan hipotesis
5. Merancang eksperimen untuk pengujian hipotesis
6. Melakukan eksperimen
7. Menarik kesimpulan
8. Menguji kesimpulan tersebut apakah sesuai dengan hipotesis atau hasil eksperimen lain
9. Publikasi
10. Merumuskan konsep, prinsip, hukum atau teori

Definisi Sains
Sains adalah kumpulan konsep, prinsip, hukum dan teori yang dibentuk melalui proses kreatif dan sistematis dan dilanjutkan dengan proses observasi secara terus-menerus.

Sains sebagai ilmu terdiri atas produk dan proses. Produk terdiri atas fakta, konsep, prinsip, prosedur, teori dan postulat. Keseluruhan produk tersebut diperoleh melalui serangkaian proses penemuan ilmiah melalui metode ilmiah yang didasari oleh sikap imiah.

Sains sebagai ilmu pengetahuan memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

• Empiris, yaitu berdasarkan pada penemuan, percobaan dan pengamatan

• Sistematis, yaitu teratur menurut system

• Objektif, yaitu bebas dari prasangka perorangan, dapat dibuktikan kebenarannya oleh setiap orang

• Analisis, yaitu dapat membedakan pokok permasalahan ke dalam bagian-bagian yang lebih rinci

• Verifikatif, yaitu mengarah pada tercapanya kebenaran

Sikap Ilmiah

• Mengenali fakta dan opini

Fakta adalah sesuatu yang benar-benar terjadi. Fakta dapat berupa hasil pengamatan yang telah diuji kebenarannya secara empiris. Di lain pihak, opini adalah pendapat yang berkembang pada sebagaian besar masyarakat.

• Berani dan santun dalam bertanya dan berargumentasi

• Mengembangkan keingintahuan

• Peduli terhadap lingkungan alam, sosial dan budaya.

Elements, Compounds and Mixtures

Materi tersusun dari unsur (element). Unsur merupakan bagian terkecil dari suatu zat yang masih memiliki sifat zat tersebut. Unsur tidak dapat lagi dibagi menjadi bagian yang lebih sederhana, bahkan dengan reaksi kimia sekalipun. Unsur dapat digolongkan ke dalam unsur logam, non logam dan metaloid.

Contoh unsur logam: Krom, tembaga, kadmium, timbal, bismuth

Contoh unsur non-logam: klor, bromin, iodin

Contoh unsur metaloid: boron, silikon, arsen, antimon, telurium

Di alam, unsur ditemukan dalam bentuk atom tunggal yang disebut monoatomik. Unsur juga ditemukan dalam bentuk molekul unsur yang merupakan gabungan dari dua atau lebih atom-atom unsur yang sejenis. Jika atom-atom unsur yang bergabung berbeda, maka disebut molekul senyawa.

Beberapa unsur yang berbeda bergabung secara kimia dengan perbandingan tertentu membentuk zat baru yang disebut senyawa. Suatu senyawa dilambangkan dengan rumus kimia. Rumus kimia  menggambarkan komposisi, jumlah dan jenis atom yang dikandung oleh suatu senyawa. Setiap senyawa memiliki sifat khas yang berbeda dari sifat-sifat unsur pembentuknya.

Suatu materi yangterdiri atas beberapa komponen dengan komposisi yang tidak tertentu disebut dengan campuran (mixtures). Berbeda dengan senyawa yang memiliki komposisi penyusun tetap, komposisi unsur penyusun campuran tidak tertentu sehingga rumus kimia suatu campuran tidak dapat ditentukan. Campuran terbentuk secara fisika sehingga dapat dipisahkan dengan cara yang sama. Campuran dapat dibagi menjadi campuran homogen dan heterogen bedarsarkan kesamaan bagian-bagian penyusunnya. Campuran dapat berupa gabungan unsur dengan unsur, unsur dengan senyawa dan senyawa dengan senyawa. Wujud dari campuran dapat berupa padat, cair dan gas. Berdasarkan hal tersebut, kita dapat juga menemukan campuran dalam bentuk larutan, koloid dan suspensi yang dibedakan berdasarkan ukuran partikel penyusun masing-masing.

Ukuran partikel larutan kurang dari 10nm, koloid 10-1000nm dan suspensi lebih dari 1000nm