EFEKTIVITAS MODEL PBL-STEM
DALAM MENDORONG
DEEP LEARNING PADA MATERI LAJU REAKSI
Ririn Eva Hidayati*
*MAN
1 Kota Malang, Jawa Timur, Indonesia
*E-mail: ririneva@gmail.com
Abstract
Students’
understanding of reaction rate concepts in madrasah aliyah
remains low due to learning practices that emphasize rote memorization rather
than critical and practical thinking. This paper explores the effectiveness of
applying the Problem-Based Learning model in conjunction with STEM principles
in fostering deep learning among students on the topic of reaction rates. This
study employed a quasi-experimental, nonequivalent control-group design. This
study involved 68 students from MAN 1 Kota Malang, with 34 assigned to the
experimental group (class XI-G) and 34 to the control group (class XI-F). Data
collection involved pretests and posttests comprising five-option
multiple-choice questions, as well as classroom observations and analysis of
student reflection journals. The findings revealed a notable disparity in
academic performance between the treatment and comparison groups. The treatment
group achieved an average posttest score of 77.33, with an N-Gain of 0.58,
placing it in the moderate category. In contrast, the comparison group obtained
an average score of 56.67, with a lower N-Gain of 0.28, which was categorized
as low. Observational and reflective data indicated that learners in the
treatment group were more active, collaborative, and able to transfer concepts
to real-world contexts. A key innovation of this study is the structured
implementation of the PBL-STEM model, which not only improves cognitive
achievement but also fosters deep learning through contextual learning
experiences, collaborative projects, and reflective thinking. This model proves
to be effective in chemistry instruction aligned with the Merdeka Curriculum.
Keywords: chemistry learning; deep learning; PBL-STEM; quasi-experiment;
reaction rate
Abstrak
Pemahaman siswa terhadap materi laju reaksi di madrasah aliyah masih tergolong rendah karena pembelajaran cenderung berfokus pada hafalan rumus tanpa memberikan ruang untuk berpikir kritis dan aplikatif. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengevaluasi
seberapa efektif penerapan
model pembelajaran Problem Based Learning yang terintegrasi dengan pendekatan STEM pada pembelajaran mendalam
(deep learning) siswa pada topik laju reaksi. Metode yang digunakan dalam penelitian ini
adalah kuasi eksperimen
dengan desain Nonequivalent Control Group. Sampel penelitian mencakup siswa kelas
XI di MAN 1 Kota Malang, dengan XI-F sebagai kelas kontrol
dan XI-G sebagai kelas eksperimen, masing-masing berjumlah 34 siswa.Data
dikumpulkan melalui pemberian pretest dan posttest
dalam bentuk soal pilihan ganda
lima opsi, serta melalui teknik
observasi dan penulisan jurnal refleksi.
Penelitian ini menemukan
perbedaan nyata dalam capaian pembelajaran antara kelas eksperimen dan kontrol. Nilai rerata posttest
kelas eksperimen adalah 77,33 dengan peningkatan N-Gain 0,58 (kategori
sedang), sementara kelas kontrol menunjukkan
rata-rata 56,67 dan N-Gain 0,28 (kategori rendah). Data observasi dan refleksi memberi gambaran bahwasanya siswa pada kelompok eksperimen lebih aktif, kolaboratif,
dan mampu mentransfer
konsep ke situasi nyata. Kebaruan
dari penelitian ini terletak pada penerapan sistematis langkah-langkah
PBL-STEM yang tidak hanya meningkatkan capaian kognitif, tetapi juga membentuk proses deep
learning melalui pengalaman belajar kontekstual, proyek kolaboratif, dan refleksi mendalam. Model ini
efektif diterapkan dalam pembelajaran kimia berbasis Kurikulum Merdeka.
Kata Kunci: deep learning; kuasi eksperimen; laju reaksi; PBL-STEM; pembelajaran kimia
PENDAHULUAN
Materi
laju reaksi dalam
pembelajaran kimia kelas XI merupakan
salah satu kompetensi penting dalam Kurikulum Merdeka
yang menargetkan kemampuan siswa dalam menganalisis faktor-faktor yang memengaruhi kecepatan reaksi kimia (suhu, konsentrasi,
luas permukaan, tekanan, dan katalis) serta mengaitkannya dengan berbagai fenomena kontekstual dalam kehidupan
sehari-hari. Namun, capaian
pembelajaran pada materi ini masih tergolong rendah. Penelitian Sari, et al., (2019) menunjukkan
bahwa banyak siswa mengalami kesulitan memahami
konsep abstrak seperti teori
tumbukan dan energi aktivasi, sehingga pembelajaran cenderung berfokus pada hafalan rumus daripada pemahaman konseptual. Kondisi ini berdampak
pada rendahnya hasil belajar dan kurangnya
kemampuan siswa dalam mengintegrasikan konsep kimia
dengan penerapan praktisnya.
Oleh karena itu, diperlukan
model pembelajaran yang mampu membantu
siswa membangun pemahaman konseptual secara mendalam dan aplikatif pada topik laju reaksi. Materi ini melatih kemampuan siswa dalam mengaitkan teori dengan proses nyata yang terjadi dalam reaksi kimia, termasuk bagaimana faktor-faktor seperti suhu, konsentrasi, luas permukaan, dan katalis memengaruhi kecepatan reaksi (Sari, et al., 2019).
Hasil
belajar siswa yang rendah
pada topik ini menunjukkan bahwa
pembelajaran yang berlangsung belum sepenuhnya mendorong pemahaman mendalam atau deep learning (Tong, et al., 2022). Peserta didik kerap fokus pada penguasaan rumus dan langkah-langkah
prosedural tanpa disertai pemahaman mendalam terhadap konsep serta relevansinya dalam konteks kehidupan sehari-hari (Sofiatunnisa & Adirakasiwi, 2025).
Pembelajaran
kimia yang ideal tidak hanya menekankan
aspek teoretis, tetapi juga
mendorong peserta didik untuk mengaitkan
konsep-konsep tersebut dengan dunia nyata dan berbagai
bidang ilmu lainnya (Byusa, et al., 2022). Pendekatan
pembelajaran yang diinginkan seharusnya tidak semata-mata menekankan pada pencapaian hasil akhir, tetapi
juga memberi ruang pada proses berpikir, pengembangan
kreativitas, serta keterampilan abad ke-21 (Herlinawati et al., 2024). Dengan demikian, penting
bagi guru untuk memilih model pembelajaran yang
efektif mengaktifkan peran siswa
secara optimal, membangun kolaborasi, dan merangsang daya pikir kritis serta
kemampuan pemecahan
masalah.
Model
pembelajaran berbasis masalah yang dipadukan dengan elemen-elemen
STEM dipandang berpotensi
memberikan solusi terhadap permasalahan
rendahnya pemahaman konseptual siswa. Namun, efektivitasnya pada konteks
pembelajaran materi laju reaksi
di madrasah aliyah masih memerlukan pengujian empiris. Kombinasi keduanya mampu menciptakan pembelajaran
yang kontekstual, interdisipliner,
dan mendorong siswa untuk
belajar secara bermakna dan mendalam
(Rehman, et al., 2024; Tairas, et al., 2025).
Beberapa
penelitian sebelumnya telah mengkaji
penggunaan model PBL berbasis
STEM. Salah satunya adalah penelitian yang dilakukan oleh Wati et al. (2024) yang mengimplementasikan
pembelajaran berbasis PBL-STEM (Wati, et al., 2024). Temuan
penelitian mengindikasikan bahwasanya penggunaan model
pembelajaran PBL-STEM terbukti efektif mendorong peningkatan keterampilan berpikir kritis dan motivasi belajar peserta didik. Rata-rata skor
posttest siswa di kelompok perlakuan
menunjukkan kenaikan yang
jauh melampaui kelompok pembanding.
Penelitian Wati, et al. (2024) menunjukkan
bahwa penerapan PBL-STEM meningkatkan keterampilan berpikir kritis dan motivasi belajar secara signifikan
melalui eksperimen berbasis
proyek. Hal ini menjadi landasan
penting untuk mengembangkan penelitian
lebih lanjut terkait efektivitas pendekatan
ini pada konteks pembelajaran materi laju reaksi di madrasah aliyah.
Penelitian
sebelumnya memiliki keterbatasan
ruang lingkup, karena mayoritas penerapan PBL-STEM dilakukan pada jenjang sekolah dasar dan belum secara spesifik
mengkaji materi laju reaksi pada pembelajaran kimia di
madrasah aliyah. Kondisi ini menunjukkan
adanya research gap yang perlu diteliti secara
empiris. Dengan demikian, penelitian
ini menawarkan kontribusi baru
dengan tidak hanya menilai peningkatan hasil belajar
secara kuantitatif, tetapi
juga mengeksplorasi indikator deep learning
melalui observasi aktivitas siswa,
proyek eksperimen kontekstual, dan jurnal refleksi.
Pendekatan evaluasi autentik
ini diharapkan dapat memberikan pemahaman
lebih komprehensif tentang efektivitas model PBL-STEM dalam membentuk
proses pembelajaran yang bermakna.deep
learning
Untuk
mengatasi kelemahan-kelemahan tersebut, penelitian ini menawarkan model
pembelajaran PBL-STEM yang dirancang lebih menyeluruh, baik dari segi
perencanaan, implementasi, maupun evaluasinya. Model
yang dikembangkan tidak hanya mengintegrasikan
konteks masalah dan konsep sains,
tetapi juga memanfaatkan
teknologi pembelajaran seperti simulasi reaksi kimia digital dan lembar
kerja elektronik untuk eksperimen
berbasis virtual. Evaluasi pembelajaran juga dirancang menggunakan pendekatan autentik yang menekankan keterpaduan antara aspek pengetahuan, sikap,
dan keterampilan secara holistik.
Selain itu, desain kuasi eksperimen digunakan dalam penelitian ini dengan pembagian subjek
ke dalam kelompok kontrol dan eksperimen
untuk memperoleh data yang lebih kuat secara
statistik dan dapat dibandingkan
secara signifikan.
Berbeda
dengan penelitian-penelitian sebelumnya, kebaruan dalam penelitian ini terletak pada penerapan model PBL
yang benar-benar terintegrasi secara utuh dengan pendekatan STEM dalam konteks
materi laju reaksi, serta pengukuran keberhasilan yang tidak hanya terbatas
pada aspek kognitif semata.
Penelitian ini juga mengusung
pendekatan evaluasi pembelajaran yang lebih komprehensif, mencakup aspek berpikir
kritis, kemampuan kolaboratif, dan literasi sains, sebagai indikator tercapainya
deep learning. Harapannya, hasil penelitian ini dapat memperkaya memperkaya praktik pembelajaran kimia
melalui pendekatan yang tak hanya menghasilkan capaian akademik, tetapi juga mendorong transformasi dalam proses belajar mengajar.
Model
Problem Based Learning (PBL) menekankan penggunaan masalah kontekstual
sebagai sarana untuk mengembangkan kemampuan berpikir kritis, kolaboratif, dan pemecahan masalah melalui pendekatan
konstruktivistik (Tairas et al., 2025). Integrasi PBL
dengan pendekatan Science, Technology,
Engineering, and Mathematics (STEM) memungkinkan pembelajaran yang interdisipliner dan aplikatif, sehingga siswa dapat menghubungkan konsep kimia dengan penerapan teknologi
dan rekayasa pada situasi
nyata (Arisa & Sitinjak, 2022).
Pendekatan
ini sejalan dengan prinsip deep
learning, yaitu proses belajar bermakna yang mendorong penguasaan konseptual secara mendalam serta kemampuan mentransfer pengetahuan
ke konteks baru (Miller
& Krajcik, 2019). Dalam konteks materi laju reaksi, pendekatan
PBL-STEM berpotensi memperkuat
pemahaman konseptual siswa mengenai variabel-variabel yang memengaruhi
kecepatan reaksi dan hubungannya dengan fenomena nyata
melalui kegiatan investigatif dan eksperimen
kontekstual.
Studi
ini dimaksudkan untuk mengevaluasi
keefektifan penerapan
strategi pembelajaran berbasis masalah yang
terintegrasi dengan pendekatan STEM pada topik laju reaksi di MAN 1 Kota Malang.
Implementasi strategi ini memungkinkan peserta didik untuk memperoleh pemahaman konsep yang
lebih mendalam serta meningkatkan kemampuan berpikir kritis, kolaboratif, serta menyelesaikan permasalahan dengan cara yang ilmiah. Selain itu, hasil studi
ini diproyeksikan memberikan sumbangsih
positif dalam peningkatan mutu strategi praktik pengajaran kimia yang lebih progresif dan kontekstual, serta menjadi rujukan bagi guru dan praktisi pendidikan dalam menciptakan
pembelajaran yang mendorong deep learning di
kelas.
Masalah
utama yang dikaji dalam studi ini adalah: (1) Apakah model pembelajaran Problem
Based Learning berbasis STEM efektif dalam mengoptimalkan capaian belajar siswa dalam materi laju reaksi di MAN 1 Kota Malang? dan (2) Apakah penerapan model tersebut mampu mendorong terciptanya deep
learning yang ditunjukkan melalui pemahaman konseptual yang mendalam, daya nalar kritis, dan literasi sains siswa?
METODE
Tabel 1 Desain Penelitian
|
Kelompok |
Pretest |
Perlakuan |
Posttest |
|
Eksperimen
(XI-G) |
O1 |
X |
O2 |
|
Kontrol (XI-F) |
O1 |
- |
O2 |
Keterangan:
O1 =
pretest
O2 =
posttest
X = pembelajaran
PBL-STEM
- = pembelajaran
konvensional
Kelompok eksperimen
mendapatkan perlakuan berupa penerapan
pola pembelajaran berbasis masalah
yang dipadukan dengan STEM (PBL-STEM), di sisi lain
kelas pembanding mendapatkan pembelajaran konvensional yang biasa digunakan
oleh guru. Desain ini dipilih untuk menilai sejauh mana
intervensi pembelajaran berkontribusi terhadap peningkatan capaian belajar
serta munculnya indikasi terjadinya pembelajaran mendalam pada siswa.
Penelitian ini dilakukan di MAN 1 Kota Malang pada
paruh kedua tahun pelajaran 2024/2025. Subjek penelitian mencakup keseluruhan
peserta didik tingkat XI MIPA yang tengah mempelajari materi laju reaksi.
Pemilihan sampel menggunakan teknik purposive sampling mengacu pada kesetaraan
kemampuan awal berdasarkan nilai kimia sebelumnya dan kesediaan guru untuk
mengimplementasikan model pembelajaran sesuai dengan rancangan penelitian. Dua
kelas dipilih sebagai objek pengamatan, masing-masing ditetapkan sebagai kelompok
perlakuan dan kelompok pembanding. Kedua kelas berada
dalam level akademik yang relatif seimbang
berdasarkan hasil asesmen sebelumnya.
Data
dikumpulkan menggunakan tiga
cara, yakni penilaian
tertulis, pengamatan aktivitas, serta
kajian dokumen. Fokus utama
data yang dikumpulkan berupa capaian kemampuan kognitif peserta didik, dihimpun melalui tes awal dan
akhir berupa soal objektif terdiri
dari lima alternatif pilihan respon. Instrumen tes ini berfungsi untuk mengevaluasi penguasaan konsep laju reaksi pra
dan pasca intervensi pembelajaran diberikan.
Data mengenai proses
deep learning dikumpulkan melalui lembar observasi
aktivitas belajar siswa dan jurnal refleksi individu. Lembar observasi
dirancang berdasarkan indikator deep learning
yang meliputi: (1) pemahaman
konseptual yang mendalam, ditandai dengan kemampuan
menjelaskan hubungan antar konsep dan fenomena kontekstual; (2) kemampuan menalar secara kritis, yang tercermin dari kemampuan mengajukan pertanyaan bermakna,
memberikan justifikasi ilmiah,
dan menyusun argumen berbasis data; serta (3) literasi sains, ditunjukkan melalui kemampuan menginterpretasi data, merancang
strategi pemecahan masalah, dan menyimpulkan
hasil eksperimen. Instrumen observasi
divalidasi oleh dua ahli pendidikan kimia, dan penilaian dilakukan menggunakan rubrik skala empat (1 = rendah sampai 4 = sangat baik). Data jurnal refleksi dianalisis menggunakan teknik analisis konten untuk mengidentifikasi pola keterlibatan kognitif dan proses pembentukan pemahaman mendalam.
Dokumentasi berupa foto kegiatan dan catatan lapangan
digunakan sebagai data pendukung. Instrumen tes telah divalidasi oleh ahli.
Validitas isi diuji melalui penilaian ahli, sementara reliabilitas instrumen
dianalisis menggunakan koefisien Alpha Cronbach.
Data hasil belajar siswa dianalisis dengan uji
statistik inferensial. Analisis data diawali dengan uji normalitas
(Kolmogorov-Smirnov) dan uji homogenitas sebagai prasyarat sebelum dilakukan
pengujian hipotesis. Penguji hipotesis ditempuh melalui Independent Samples
t-test untuk mengetahui perbedaan hasil belajar antara kelas eksperimen dan
kelas kontrol secara signifikan. Selain itu, untuk mengetahui tingkat
efektivitas model pembelajaran PBL-STEM, digunakan perhitungan nilai N-Gain,
yang dikategorikan ke dalam kriteria rendah, sedang, dan tinggi. Seluruh
analisis data dilakukan dengan bantuan perangkat lunak SPSS.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil
Penelitian
Rancangan
pembelajaran PBL-STEM dilaksanakan dalam enam kali pertemuan pada kelompok eksperimen.
Pada setiap sesi pembelajaran, siswa mengikuti
tahapan PBL yang meliputi orientasi masalah, penyusunan hipotesis, penyelidikan, penyusunan solusi,
dan presentasi hasil. Pembelajaran diawali dengan pemaparan masalah kontekstual
terkait laju reaksi,
seperti fenomena pencoklatan
apel dan penggunaan katalis
dalam industri makanan. Selanjutnya, siswa bekerja dalam kelompok kecil
untuk merancang dan melakukan eksperimen
mengenai pengaruh variabel suhu, konsentrasi, luas permukaan, dan katalis terhadap kecepatan reaksi menggunakan alat praktikum sederhana serta simulasi digital PhET. Hasil eksperimen dianalisis dan dipresentasikan
dalam format poster ilmiah, kemudian
ditutup dengan penulisan jurnal refleksi untuk mengevaluasi pemahaman konseptual dan proses berpikir
mereka. Sementara itu, kelas kontrol menerima pembelajaran konvensional
melalui penjelasan konsep, contoh soal, dan latihan terstruktur tanpa
kegiatan investigatif ataupun proyek
kolaboratif.
Deskripsi pelaksanaan pembelajaran ini menjadi
dasar untuk memahami perbedaan capaian
pembelajaran yang ditunjukkan oleh data berikut. Data
nilai uji kognitif sebelum dan setelah pembelajaran ditampilkan sebagaimana
tercantum pada Tabel 2.
Tabel 2. Data nilai uji kognitif.
|
Kelompok |
Rata-rata |
n-gain |
Kategori |
Signifikansi |
|
|
Pretest |
Posttest |
||||
|
Eksperimen |
44,67 |
77,33 |
0,58 |
Sedang |
p = 0,000 |
|
Kontrol |
39,83 |
56,67 |
0,28 |
Rendah |
|
Berdasarkan hasil tes kemampuan kognitif, terdapat
peningkatan skor pembelajaran yang signifikan pada kelompok eksperimen
dibandingkan kelompok kontrol. Rata-rata nilai posttest kelompok
eksperimen meningkat dari 44,67 menjadi 77,33 dengan N-Gain 0,58 (kategori
sedang), sedangkan kelompok kontrol meningkat dari 39,83 menjadi 56,67 dengan
N-Gain 0,28 (kategori rendah). Hasil uji Independent Samples t-test menunjukkan
nilai signifikansi 𝑝 = 0,000 < 0,05, yang berarti terdapat perbedaan
capaian belajar yang signifikan antara kedua kelompok.
Sebelum
perlakuan diberikan, kedua kelas terlebih dahulu
mengikuti pretest untuk mengukur pemahaman
awal siswa terhadap materi laju reaksi. Kelas
eksperimen (XI-G) memperoleh skor rata-rata sebesar 44,67, sementara kelas
kontrol (XI-F) memperoleh rata-rata 39,83. Uji normalitas dan homogenitas yang
dilakukan mengindikasikan bahwasanya hasil dari kedua kelompok memiliki
distribusi normal dan varians yang homogen. Dengan demikian, dapat disimpulkan
bahwa tingkat kompetensi awal peserta didik di kedua kelas berada pada kondisi
yang sebanding.
Sesudah enam kali sesi pembelajaran,
dilakukan posttest guna mengevaluasi peningkatan tingkat penguasaan materi
peserta didik pasca perlakuan. Hasil
evaluasi memperlihatkan adanya disparitas
yang signifikan antar kedua kelompok. Kelas
eksperimen memperoleh skor rata-rata sebesar 77,33, sedangkan kelas kontrol
hanya mencapai rata-rata 56,67. Perbedaan nilai rata-rata posttest serta nilai
signifikansi hasil uji statistik menunjukkan adanya peningkatan capaian belajar
pada kedua kelompok dengan tingkat peningkatan yang berbeda.
Analisis
kemajuan pencapaian belajar
peserta didik dilakukan dengan memanfaatkan
rumus N-Gain. Nilai rata-rata N-Gain pada kelas eksperimen tercatat
sebesar 0,58 yang tergolong dalam kategori sedang, sementara kelas kontrol
hanya mencapai rata-rata 0,28 dan termasuk dalam kategori rendah.
Pengujian hipotesis dilaksanakan
melalui analisis Independent Samples t-test untuk mengetahui adanya selisih
signifikan dalam capaian pembelajaran antar kelompok perlakuan dan pembanding.
Hasil pengujian mengindikasikan nilai signifikansi sebesar 0,000, yang berada
di bawah ambang batas 0,05. Berdasarkan hal tersebut, hipotesis nol (H₀) ditolak dan hipotesis alternatif (H₁) diterima, menandakan adanya perbedaan hasil belajar
yang bermakna antar peserta didik yang memperoleh pembelajaran melalui model
PBL-STEM dengan mereka yang mengikuti model konvensional. Temuan ini mendukung
asumsi bahwa penerapan model PBL-STEM memberikan kontribusi positif terhadap
peningkatan capaian belajar siswa pada materi laju reaksi.
Selain
capaian kognitif, penelitian ini juga menunjukkan indikasi peningkatan deep
learning pada kelompok eksperimen berdasarkan
hasil observasi aktivitas siswa
dan analisis jurnal refleksi, seperti yang ditampilkan dalam Tabel 3.
Tabel
3
Resume Indikator Deep learning pada Kelompok Eksperimen
dan Kontrol
|
Indikator Deep
learning |
Instrumen |
Kelompok |
Rata-rata Skor |
Kategori |
Perubahan |
|
Pemahaman konseptual mendalam |
Observasi aktivitas &
jurnal refleksi |
Eksperimen |
3,5 |
Tinggi |
+1,4 |
|
|
|
Kontrol |
2,1 |
Rendah |
+0,3 |
|
Daya
nalar kritis |
Observasi berbasis rubrik |
Eksperimen |
3,6 |
Tinggi |
+1,5 |
|
|
|
Kontrol |
2,0 |
Rendah |
+0,2 |
|
Literasi sains |
Angket skala Likert |
Eksperimen |
82,4%
respon positif |
Tinggi |
+1,4 |
|
|
|
Kontrol |
48,3%
respon positif |
Sedang |
+0,8 |
Sebagian
besar siswa pada kelas eksperimen
menunjukkan keterlibatan
yang tinggi dalam diskusi ilmiah
dan penyelidikan eksperimen
terbuka. Berdasarkan lembar observasi,
rata-rata skor daya nalar kritis siswa meningkat
dari 2,1 (kategori rendah) menjadi 3,6 (kategori tinggi) pada skala 4,0. Siswa mampu mengemukakan hipotesis, menyusun argumen berdasarkan data, serta
melakukan evaluasi terhadap kesimpulan
kelompok lain. Selain itu, respon angket
literasi sains menunjukkan bahwa 82,4% siswa menyatakan pembelajaran berbasis
PBL-STEM membantu mereka memahami
hubungan konsep laju reaksi
dengan konteks nyata, seperti penggunaan
katalis dalam industri dan fenomena perubahan kimia dalam kehidupan sehari-hari. Contoh
pernyataan reflektif siswa
adalah: “Melalui eksperimen katalis
dan pengukuran waktu reaksi,
saya baru memahami mengapa pabrik makanan menggunakan enzim untuk mempercepat produksi. Saya bisa menjelaskan alasannya dengan data dan grafik.”
Sementara
itu, pada kelas kontrol, aktivitas pembelajaran didominasi oleh mendengarkan penjelasan guru dan latihan soal,
dengan rata-rata skor observasi aktivitas berpikir kritis tetap rendah, yaitu 2,0 pada skala 4,0.
Data ini menunjukkan fenomena
keterlibatan siswa secara mendalam dalam proses ilmiah,
yang memberikan konteks penting terhadap
perbedaan capaian belajar yang ditunjukkan
pada data kuantitatif.
2.
Pembahasan
Temuan penelitian ini mengindikasikan bahwa penerapan model pembelajaran berbasis
Problem Based Learning yang terintegrasi dengan pendekatan
STEM (PBL-STEM) mampu memberikan kontribusi positif terhadap peningkatan capaian belajar siswa dalam
materi laju reaksi. Hal ini
tercermin dari perbedaan signifikan pada skor rata-rata posttest kelompok perlakuan (77,33) dengan kelompok pembanding
(56,67), serta nilai N-Gain
masing-masing 0,58 (kategori sedang) dan 0,28 (kategori rendah), yang menunjukkan bahwasanya stategi PBL-STEM efektif dalam memperkuat
penguasaan konsep peserta didik.
Hasil
uji hipotesis juga memperkuat
temuan ini dengan ditolaknya
H₀, yang berarti terdapat
perbedaan nyata antara pembelajaran menggunakan PBL-STEM dan pembelajaran konvensional.
Secara
teoritis, model PBL-STEM berbasis
konstruktivisme memberikan ruang kepada siswa untuk membangun pengetahuan secara aktif melalui keterlibatan langsung dalam penyelesaian
masalah yang otentik. PBL memfasilitasi
proses berpikir kritis dan kolaboratif (Fareza et
al., 2024; Gunawan, et al., 2025; Rehman et al., 2024), sementara pendekatan
STEM memperkuat hubungan antar-disiplin
dan mendorong aplikasi konsep sains
ke dalam konteks teknologi dan rekayasa
(Arisa
& Sitinjak, 2022; Tairas et al., 2025; Wati et al., 2024). Kombinasi
keduanya menciptakan lingkungan
belajar yang mendorong deep learning sebagaimana dikemukakan oleh
Arisa & Sitinjak (2022), yakni
pembelajaran yang bermakna, reflektif,
dan berorientasi pada pemahaman
konsep secara utuh.
Keberhasilan mendorong deep
learning dalam penelitian ini tidak terlepas dari implementasi
sistematis model PBL-STEM yang dilaksanakan
dalam lima tahapan utama. Pertama, pada tahap
orientasi dan identifikasi masalah, siswa dihadapkan pada fenomena kontekstual yang relevan
dengan konsep laju reaksi,
seperti mengapa buah yang dipotong cepat berubah
warna atau bagaimana katalis mempercepat
reaksi dalam industri.
Pemilihan masalah kontekstual ini memicu
rasa ingin tahu dan mengaktifkan
skemata awal siswa.
Kedua,
pada tahap pengorganisasian belajar dan pembentukan tim proyek, siswa dibagi ke dalam
kelompok dan didorong untuk menyusun
pertanyaan-pertanyaan kunci. Dalam tahapan ini, terjadi aktivasi
pengetahuan awal dan keterlibatan sosial dalam
membangun pemahaman bersama.
Ketiga, saat penyelidikan mandiri dan perancangan solusi berbasis STEM,
siswa melakukan eksperimen
sederhana untuk menguji peran suhu,
luas permukaan, maupun katalis dalam memengaruhi kecepatan reaksi. Mereka juga merancang alat atau simulasi sederhana menggunakan pendekatan rekayasa untuk memperkuat pemahaman konseptual.
Keempat, pada tahap presentasi solusi dan
komunikasi ilmiah, siswa mempresentasikan hasil proyek dan
temuan mereka secara ilmiah
di depan kelas. Aktivitas ini melatih kemampuan berpikir reflektif,
mengembangkan argumentasi berbasis data, serta mengasah literasi sains dan
komunikasi. Kelima, dalam tahap refleksi dan evaluasi, siswa menuliskan jurnal
reflektif terkait proses yang telah dilalui, pembelajaran yang diperoleh, serta
tantangan yang dihadapi.
Dukungan terhadap efektivitas model
PBL-STEM juga diperoleh dari hasil observasi kelas. Siswa pada kelas eksperimen
menunjukkan keterlibatan aktif dalam diskusi kelompok, perencanaan eksperimen,
dan presentasi hasil. Mereka tidak hanya mampu menjawab soal, tetapi juga
menjelaskan alasan ilmiah di balik fenomena yang diamati. Berdasarkan lembar
observasi dan indikator deep learning, sebagian besar siswa memenuhi
kriteria: (1) terlibat secara aktif dalam eksplorasi ide dan refleksi, (2)
mampu menjelaskan keterkaitan antar-konsep dalam laju reaksi, (3) menunjukkan
kemampuan mentransfer pengetahuan ke konteks baru, dan (4) menunjukkan
kepedulian terhadap proses belajar, bukan hanya hasil akhir.
Data
dari observasi mendukung bahwa tahapan-tahapan
tersebut secara nyata mengakomodasi deep learning.
Misalnya, dalam indikator keterlibatan
aktif, siswa kelas eksperimen
aktif bertanya, mendiskusikan, dan membandingkan hasil eksperimen.
Pada aspek pemahaman konseptual,
siswa mampu menjelaskan
bagaimana suhu memengaruhi energi kinetik partikel yang berujung pada
perubahan kecepatan reaksi.
Dalam
indikator transfer pengetahuan, siswa dapat mengaitkan prinsip laju reaksi
dengan kasus-kasus dunia nyata, seperti pemrosesan
makanan atau efisiensi bahan bakar.
Jurnal reflektif siswa memperkuat hal ini, seperti
pernyataan: “Saya jadi paham kenapa es batu lebih cepat mencair
di air panas. Sekarang saya tahu
ini berkaitan dengan energi partikel
yang saling bertumbukan.”
Salah satu siswa menulis, “Saya jadi lebih paham kenapa reaksi
lebih cepat kalau dipanaskan. Ternyata
bukan karena suhu tinggi semata, tapi karena partikel jadi lebih sering
bertumbukan. Saya juga jadi suka belajar kimia karena praktiknya tidak
membosankan.” Siswa lain menuliskan,
“Tugas proyeknya bikin saya belajar berpikir bareng teman, berdiskusi, dan berani ngomong
di depan kelas.”
Guru
kimia yang menjadi mitra
dalam penelitian ini juga menyampaikan bahwa pembelajaran berbasis proyek mampu memotivasi
peserta didik untuk belajar
bukan semata-mata demi memperoleh
nilai, melainkan untuk
membangun pemahaman konsep yang lebih mendalam. Guru menyatakan, “Siswa
saya biasanya pasif kalau
materi seperti ini, tapi selama pembelajaran
berlangsung mereka aktif dan banyak bertanya. Bahkan
siswa yang pendiam jadi mau menyampaikan pendapatnya karena merasa dilibatkan.”
Komentar ini memperkuat data
kuantitatif yang telah dianalisis sebelumnya. Secara praktis, model PBL-STEM
menghadirkan pembelajaran yang lebih aplikatif dan kontekstual, sekaligus
membangun iklim belajar yang kolaboratif. Model ini menstimulasi peserta didik
untuk lebih dari sekadar memahami teori reaksi kimia, melainkan juga mengaitkan
teori tersebut dengan kehidupan nyata, seperti peran katalis dalam industri
makanan, pengaruh suhu dalam penyimpanan bahan kimia, dan efisiensi energi
dalam reaksi kimia. Pengalaman belajar ini lebih berkesan dan melekat dalam
ingatan karena diperoleh melalui pengalaman langsung, bukan sekadar paparan
materi. Ini selaras dengan profil pelajar Pancasila dan tuntutan Kurikulum
Merdeka yang menekankan pentingnya pembelajaran melalui proyek dan pengalaman
autentik.
Temuan ini diperkuat
oleh penelitian Tarias et
al. (2025) yang mengungkapkan bahwasanya
penerapan strategi pengajaran
PBL-STEM mampu memperkuat pemahaman konseptual, kemampuan menalar secara kritis, dan kreativitas peserta didik. Dukungan serupa juga ditunjukkan dalam penelitian
Arisa & Sitinjak (2022) yang menyatakan bahwasanya pendekatan PBL-STEM
efektif dalam menumbuhkan literasi
sains dan pemahaman kimia melalui proyek berbasis eksperimen kontekstual. Pada kajian ini, peserta didik pada kelompok perlakuan terlibat aktif pada proyek penyelidikan terhadap berbagai variabel yang memengaruhi kecepatan reaksi, seperti temperatur, area permukaan, dan penggunaan katalis, melalui eksperimen sederhana berbasis alat dan bahan yang mudah dijangkau.
Model
PBL-STEM terbukti bukan saja menunjukkan
efektivitas dalam mendorong
pencapaian hasil belajar peserta
didik, melainkan pula mampu menumbuhkan proses deep
learning melalui keterlibatan aktif, kolaborasi, pemecahan masalah,
dan refleksi. Penggunaan pendekatan
ini sejalan dengan prinsip
Kurikulum Merdeka yang menekankan kegiatan belajar berbasis proyek, serta sangat relevan diterapkan
di madrasah sebagai upaya membangun kompetensi sains
yang kuat dan berakar pada nilai-nilai
kontekstual.
KESIMPULAN
Berdasarkan
hasil penelitian dan analisis data, disimpulkan bahwa penerapan model Problem Based Learning yang
terintegrasi dengan pendekatan STEM (PBL-STEM)
efektif dalam meningkatkan capaian
belajar peserta didik pada
materi laju reaksi di MAN 1
Kota Malang, dibandingkan pembelajaran konvensional. Efektivitas
tersebut tercermin pada perbedaan signifikan
nilai posttest antara
kelompok eksperimen (rerata
77,33; N-Gain 0,58 kategori sedang) dan kelompok kontrol (rerata 56,67; N-Gain
0,28 kategori rendah). Penelitian ini juga menemukan bahwa model PBL-STEM mampu mendorong terjadinya deep
learning, yang ditunjukkan melalui peningkatan pemahaman konseptual, daya nalar kritis, dan literasi sains siswa berdasarkan observasi
aktivitas dan jurnal refleksi.
Penelitian
ini memiliki beberapa keterbatasan:
(1) pelaksanaan dilakukan dalam periode
enam kali pertemuan sehingga
belum dapat mengamati dampak jangka panjang; (2) desain kuasi eksperimen
tidak sepenuhnya mengontrol
faktor eksternal seperti variasi
motivasi; dan (3) indikator deep learning diperoleh melalui observasi dan
jurnal refleksi yang berpotensi
subjektif.
Berdasarkan
hasil dan keterbatasan tersebut, direkomendasikan
agar guru kimia di Madrasah Aliyah mengimplementasikan model PBL-STEM secara berkelanjutan dengan dukungan
evaluasi autentik berbasis proyek untuk mengembangkan kemampuan berpikir tingkat tinggi. Penelitian selanjutnya disarankan
untuk memperluas cakupan
pada topik kimia lainnya serta
menggunakan instrumen pengukuran
deep learning yang lebih kuat seperti portofolio
digital dan analisis performa praktikum
berbasis rubrik. Selain
itu, penelitian lanjutan dapat
dilakukan dalam jangka waktu lebih panjang untuk mengetahui stabilitas
capaian deep learning siswa.
DAFTAR
PUSTAKA
Arisa, S., &
Sitinjak, D. S. (2022). Implementation of the
STEM-PBL Approach in Online Chemistry Learning and its Impact on Students’
Critical Thinking Skills. Jurnal Pendidikan Kimia Indonesia, 6(2),
88–96. https://doi.org/10.23887/jpki.v6i2.44317
Byusa, E., Kampire, E., & Mwesigye, A. R. (2022).
Game-based learning approach on students’ motivation and understanding of
chemistry concepts: A systematic review of literature. Heliyon, 8(5),
e09541. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09541
Fareza, F. S., Van Hayus, E. S., Ari Syahidul Shidiq, Sri
Yamtinah, Mohammad Masykuri, Maria Ulfa, … Bakti Mulyani. (2024). Problem-Based
Learning Model on Students’ Chemical Literacy and Critical Thinking on Reaction
Rate Material. JPI (Jurnal Pendidikan Indonesia), 13(3), 426–435.
https://doi.org/10.23887/jpiundiksha.v13i3.79331
Fitriani, A., & Santiani. (2025). Analisis Literatur:
Pendekatan Pembelajaran Deep learning dalam Pendidikan. Jurnal Ilmiah
Nusantara (JINU), 2(3), 50–57. Retrieved from
https://doi.org/10.61722/jinu.v2i3.4357
Gunawan, H. S.,
Maylia, E. C., Amelia, A. P., & Anasta, N. D. C. (2025). Project-Based Learning ( PBL ) Model in
Improving Critical Thinking of Elementary School Students in Indonesian
Language Learning. Jurnal Review Pendidikan Dasar: Jurnal Kajian Pendidikan
Dan Hasil Penelitian, 11(1), 86–100.
Herlinawati, H., Marwa, M., Ismail, N., Junaidi, Liza, L. O.,
& Situmorang, D. D. B. (2024). The integration of 21st century skills in
the curriculum of education. Heliyon, 10(15),
e35148. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e35148
Jelita, J., &
Nuraida, N. (2023). The Effect of a
Scientific Approach Based on Problem Based Learning Models on Students Science
Problem Solving Skills at Madrasah Ibtidaiyah. Jurnal Pendidikan Sains
Indonesia, 11(4), 755–766. https://doi.org/10.24815/jpsi.v11i4.31734
Jumhur, A. A., Avianti, R. A., Nurfitri, P. E., & Mahir,
I. (2024). Implementation of Problem-based Learning to Improve Critical
Thinking Ability of Vocational Students in Jakarta. European Journal of
Education and Pedagogy, 5(5), 16–24.
Kusumadani, A. I., Affandy, H., Sunarno, W., Suryana, R.,
& Andiena, R. Z. (2024). Novel Approach in Enhanching Science Education
Through Problem-Based Creative Learning and Delphi Evaluation. Jurnal Pendidikan
IPA Indonesia, 13(4), 668–679.
https://doi.org/10.15294/jpii.v13i4.852
Langitasari, I.,
& Robandi, B. (2023). Analysis
of The Student’s Ability to Interconnect Macro-Submicro-Symbolic Representation
on Electrolyte Solution Concept. EduChemia (Jurnal Kimia Dan Pendidikan),
8(1), 84. https://doi.org/10.30870/educhemia.v8i1.19974
Liu, Y., & Pásztor, A. (2022). Effects of problem-based
learning instructional intervention on critical thinking in higher education: A
meta-analysis. Thinking Skills and Creativity, 45(December 2021).
https://doi.org/10.1016/j.tsc.2022.101069
Miller, E. C., & Krajcik, J. S. (2019). Promoting deep
learning through project-based learning: a design problem. Disciplinary
and Interdisciplinary Science Education Research, 1(1), 1–10. https://doi.org/10.1186/s43031-019-0009-6
Rehman, N., Huang, X., Mahmood, A., AlGerafi, M. A. M., &
Javed, S. (2024). Project-based learning as a catalyst for 21st-Century skills
and student engagement in the math classroom. Heliyon, 10(23),
e39988. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e39988
Sari, W. K.,
Supriatna, A., & Hendayana, S. (2019). Analysis of students difficulties based on respondents
ability test on the topic of factors affecting reaction rate. Journal of
Physics: Conference Series, 1157(4), 1–7.
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1157/4/042032
Sofiatunnisa, U., & Adirakasiwi, A. G. (2025). Analysis
of Students ’ Ability To Identify Symbolic. EMTEKA: Jurnal Pendidikan
Matematika, 6(1), 7–10.
Tairas, N., Rohaeti, E., Prodjosantoso, A. K., Ikhsan, J.,
& Ningthias, D. P. (2025). STEM-Integrated Problem-Based Learning in Green
Chemistry to Enhance Chemical Literacy and Scientific Attitudes. Jurnal
Penelitian Pendidikan IPA, 11(3), 615–626.
https://doi.org/10.29303/jppipa.v11i3.10666
Tong, D. H., Uyen, B. P., & Ngan, L. K. (2022). The
effectiveness of blended learning on students’ academic achievement, self-study
skills and learning attitudes: A quasi-experiment study in teaching the
conventions for coordinates in the plane. Heliyon, 8(12),
e12657. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12657
Wati, P.,
Nusantara, T., & Utama, C. (2024). Efektivitas PjBL-STEM Terhadap
Keterampilan Berpikir Kritis dan Motivasi Belajar Siswa Sekolah Dasar. Cetta: Jurnal Ilmu Pendidikan, 7(2), 126–143.
https://doi.org/10.37329/cetta.v7i2.3264