KERTAS CADANGAN

PELAKSANAAN AKTIVITI MAKMAL BERASASKAN MIKROKOMPUTER (MBL)

DI SEKOLAH-SEKOLAH MENENGAH SELURUH NEGERI SABAH

1.0 TUJUAN

Kertas cadangan ini disediakan untuk pertimbangan Jabatan Pelajaran Negeri Sabah

khususnya Unit Sains bagi pelaksanaan aktiviti makmal berasaskan mikrokomputer di semua

sekolah menengah di seluruh negeri Sabah bermula tahun 2016. Dana yang dipohon di bawah

peruntukan makmal Sains dan panitia Sains bagi setiap sekolah adalah sebanyak RM 50 000.00

termasuk peralatan dan kursus berkaitan dengan pengendalian serta penggunaannya.

2.0 LATAR BELAKANG

Kajian dalam bidang Sains mengenai aktiviti eksperimen makmal menunjukkan bahawa

pelajar sering mengalami miskonsepsi dalam pengetahuan sedia ada dan boleh memberi

implikasi yang negatif kepada pembelajaran. Aktiviti makmal berasaskan komputer (MBL) yang

menerapkan strategi penglibatan secara aktif telah terbukti dalam meningkatkan pemahaman

konseptual pelajar di sekolah menengah (Barton, 1998). Eksperimen yang terlibat memerlukan

interface komputer yang unik, sensor khas yang tertentu (seperti pengesan gerakan, prob daya,

accelerometer) dan software khas sebagai tambahan kepada radas sedia ada di makmal. Dengan

menggunakan MBL, pelajar dapat menggunakan mikrokomputer dan prob khas tersebut untuk

mengumpul, merekod dan menghasilkan data graf untuk menyokong konstruk konsep sains

mereka. Istilah probeware digunakan untuk menerangkan tentang prob, kotak interface dan

software yang berkaitan. Para pelajar sepatutnya menghabiskan kebanyakan masa di makmal

untuk menganalisis dan menginterpretasi data, bukannya mengumpul serta memproses data.

3.0 OBJEKTIF

3.1 Membantu pelajar untuk lebih terlibat secara aktif dalam membentuk konsep

sains.

3.2 Meningkatkan dan melengkapkan kaedah pengajaran Sains.

3.3 Menyediakan peluang kepada pelajar untuk meramal, menyoal dan mengaplikasi

konsep Sains.

3.4 Meningkatkan pembelajaran Sains, kemahiran proses Sains, kemahiran membuat

graf dan penyelesaian masalah.

4.0 JUSTIFIKASI CADANGAN PELAKSANAAN MBL

Selain daripada subjek Sains biasa, peralatan MBL juga boleh digunakan dalam subjek

Biologi, Kimia dan Fizik. Pendidikan Sains masa kini mengalami suatu perubahan yang baru

iaitu menekankan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi yang boleh dicapai melalui kurikulum yang

lebih berpusatkan kepada proses seperti analisis, soal jawab, sintesis dan penyelesaian masalah

melalui pengalaman di makmal. Para pelajar boleh dilatih untuk mengenal pasti masalah dan

cuba menyelesaikannya dengan menerapkan kaedah pengajaran MBL.

Latihan amali konvensional dalam pembelajaran Sains biasanya memerlukan pelajar

untuk mengikut prosedur yang spesifik dan menyelesaikan soalan - soalan tertentu yang

disediakan dalam manual makmal. Oleh itu, masa yang lebih lama diperlukan untuk menjalankan

rutin seperti merekod data secara manual, memplot graf dan membuat analisis data. Di dalam

sistem MBL, kesemua proses rutin tersebut diselesaikan oleh komputer sekaligus menjimatkan

masa. Aktiviti MBL boleh diprogramkan untuk menggalakkan pelajar membina soalan dan

seterusnya menyelesaikan masalah sendiri berbanding bergantung kepada skop yang terhad

dalam soalan yang disediakan pada manual eksperimen. Untuk menggunakan sistem MBL,

pelajar perlu memasang sensor prob pada suatu sistem. Prob tersebut akan disambung pada

sebuah komputer yang membolehkan pelajar mengakses arahan dan maklumat yang tertera.

Pelajar berpeluang untuk menjalankan eksperimen sebenar dan membandingkan dengan

eksperimen simulasi. Oleh itu, mereka akan mendapat pengalaman pembelajaran yang baharu

dalam menjalankan eksperimen dengan menggunakan sistem MBL. Pelajar juga dapat

mengumpul dan merekod data seterusnya memplot graf pada skrin monitor komputer. Oleh

kerana aktiviti MBL boleh dipelbagaikan, guru yang membangunkan sesuatu eksperimen juga

dapat menambah pengetahuan dan kreativiti bagi eksperimen yang seterusnya. Steinberg (2003)

menyatakan bahawa guru Sains yang telah menguasai teknik MBL dan menarik perhatian pelajar

akan berpeluang untuk melibatkan pelajar secara lebih aktif lagi.

Dalam kertas cadangan ini, sistem yang akan digunakan ialah Sistem PASPORT yang

dibangunkan oleh PASCO. Sistem PASPORT mempunyai reka bentuk yang mesra pengguna

dan menyokong proses pendidikan. Ia mengandungi software Datastudio, sensor PASPORT

(probeware) dan interface USB untuk menyambungkan sensor pada komputer. MBL dijalankan

dengan mengumpul data menggunakan sensor yang disambung pada data logger. Maklumat akan

dipindahkan kepada komputer dan dipapar terus dalam bentuk grafik pada skrin. Proses ini akan

dikawal oleh software. Dengan sistem PASPORT, pelajar dapat mengumpulkan data sebenar

dalam makmal atau di lapangan. Tambahan lagi, pelajar dapat memilih beberapa jenis paparan

data (seperti paparan digit, meter, jadual dan graf) dan kaedah analisis (seperti statistik, curve

fitting). Dengan menggunakan buku kerja elektronik, pelajar dapat menghantar laporan secara

elektronik atau mencetaknya terus pada kertas.

5. Sistem PASPORT untuk MBL di Sekolah Menengah

NO. Sistem Model

1. Interface mudah alih

- berfungsi sepenuhnya sama ada

disambungkan pada komputer atau

digunakan sebagai peranti tunggal.

Xplorer GLX(PS-2002)

2. Sensor

- Suhu

- Konduktiviti

- Voltan/Arus

- pH

- Tekanan Mutlak

- Kelembapan

- Oksigen

- Cahaya

3. Fail Manual Makmal PASPORT Fizik, Biologi, Kimia

6.1 Contoh Penggunaan MBL dalam Pengajaran Fizik melalui Pendekatan Berasaskan

Projek

Pengenalan:

Pelajar akan dibahagikan kepada beberapa kumpulan untuk menjalankan projek ini

dengan menggunakan interface yang dipinjam dari sekolah. Aktiviti ini memperkenalkan konsep

sel basah kepada murid. Projek yang dibuat akan memberikan pengalaman kepada pelajar

menggunakan probeware untuk mengukur voltan serta arus dan menghasilkan sel mudah yang

diperbuat daripada pelbagai jenis buah. Pelajar akan menentukan jenis buah yang menghasilkan

arus paling banyak. Apabila dua plat logam diletak dalam suatu larutan yang mempunyai

kekonduksian, elektrik akan terhasil. Ini adalah asas kepada sel elektrokimia atau sel basah.

Suatu sel basah mengandungi elektrod negatif, elektrod positif dan elektrolit yang

mengkonduksikan ion – ion. Di dalam projek ini, logam kuprum dan zink akan digunakan

sebagai elektrod dan asid sitrik yang terdapat dalam buah segar sebagai elektrolit. Kimia di

sebalik sel buah-buahan ialah zink lebih reaktif daripada kuprum yang bermaksud zink lebih

mudah untuk membebaskan elektron berbanding kuprum. Ini menyebabkan pengoksidaan

berlaku dalam logam zink dan ia membebaskan elektron yang akan menjadi ion zink. Elektron

akan mengalir dari zink kepada kuprum melalui suatu litar. Penurunan berlaku pada kuprum dan

ion hidrogen dalam asid sitrik jus buah akan bergabung dengan elektron tersebut untuk

membentuk gas hidrogen. Dalam aktiviti ini, LED digunakan sebagai penunjuk jika sel buah

menghasilkan arus elektrik.

Langkah Keselamatan: Buah-buahan untuk projek ini tidak boleh dimakan. Langkah berhati-

hati harus diambil ketika mengendalikan elektrod logam, LED dan klip buaya.

Soalan untuk pelajar: Bagaimanakah anda menghasilkan tenaga elektrik daripada buah-buahan

untuk menyalakan LED apabila berada dalam situasi terputus bekalan elektrik pada waktu

malam dan kehabisan lilin?

Apakah itu sel bateri basah?

Mengapakah arus elektrik terhasil apabila dua plat logam yang berbeza

dimasukkan ke dalam jus buah-buahan?

Buah yang manakah menghasilkan keelektrikan yang paling tinggi? Buah yang

manakah menghasilkan keelektrikan yang paling rendah atau tidak menghasilkan

elektrik?

Adakah perubahan jarak antara elektrod menyebabkan arus bertambah? atau

berkurang?

Adakah saiz buah menunjukkan perbezaan? Jika ya, adakah saiz menyebabkan

arus bertambah atau berkurang?

Berapa lamakah tempoh nyalaan LED untuk setiap jenis buah? Bagaimanakah

anda dapat menambah tempoh masa nyalaan LED?

Radas dan bahan:

Pelbagai jenis buah seperti lemon, anggur, limau, tomato , mangga dan

sebagainya.

LED

klip buaya dan wayar penyambung

Elektrod kuprum dan zink

Probware MBL: Sensor voltan-arus PASPORT dan Xplorer GLX(PS-2002)

Prosedur Untuk Pelajar:

Sediakan buah-buahan untuk projek ini dengan memerah kandungan jusnya ke dalam

mangkuk sambil pelajar memerhati.

Rendamkan kedua-dua elektrod zink dan kuprum ke dalam mangkuk buah yang pertama.

Sambungkan kedua-dua elektrod dengan wayar penyambung dan klip buaya kepada

LED.

Sensor voltan-arus PASPORT juga direndam dalam jus buah untuk mengukur voltan dan

arus.

Suruh pelajar memerhatikan sebarang nyalaan LED.

Sebarang perubahan pada graf di paparan dilihat.

Keluarkan elektrod dan sensor voltan-arus PASPORT serta lap semua jus sehingga

kering.

Ulangi langkah 2 hingga 7 untuk jenis buah yang lain.

Minta pelajar untuk membuat analisis dan perbincangan untuk jadual serta graf yang

dipaparkan.

Kelebihan MBL dalam Projek berbanding Pengajaran Konvensional:

Penggunaan MBL membolehkan pelajar mendapat nilai voltan atau arus yang tepat dan

jitu berbanding penggunaan ammeter atau voltmeter yang menghasilkan ralat. Ini kerana

bacaan digital yang diperolehi menjimatkan masa dan pada masa yang sama

menghasilkan graf. Graf arus melawan masa yang dihasilkan juga membolehkan pelajar

untuk menentukan jus buah yang dapat mengekalkan elektrolitnya lebih lama.

Rujuk Lampiran A untuk contoh rancangan pengajaran harian bagi pendekatan

berasaskan projek ini.

6.2 Contoh Penggunaan MBL dalam Pengajaran Biologi melalui Pendekatan Inkuiri-

Penemuan

Pengenalan: Hidrogen peroksida menghasilkan buih apabila bertindak balas dengan enzim

yang dikenali sebagai katalase. Kebanyakan sel dalam badan mengandungi katalase. Maka,

apabila tisu menjadi rosak, enzim akan dibebaskan dan bertindak balas dengan peroksida.

Katalase menyebabkan hidrogen peroksida (H2O2) membentuk air (H2O) dan oksigen (O2). Buih

yang terhasil apabila ia dituang pada luka merupakan buih-buih gas oksigen. Darah, sel dan

sesetengah bakteria (seperti staphylococcus) mengandungi katalase namun tidak pada permukaan

kulit. Oleh itu, jika ia dituang pada permukaan kulit yang tidak luka, tiada buih yang akan

terhasil. Dalam pendekatan pembelajaran inkuiri penemuan ini, pelajar akan memperolehi

pemahaman dengan:

i. menggunakan sensor oksigen untuk mengukur amaun oksigen yang

dibebaskan semasa dekomposisi hidrogen peroksida.

ii. mengubah suhu larutan enzim dan menentukan sama ada perubahan suhu

memberi kesan kepada kadar penghasilan oksigen atau tidak.

Objektif: Pelajar akan dapat:

i. memahami bahawa enzim bertindak sebagai katalis dan mempercepatkan kadar

tindak balas.

ii. mengumpulkan bukti yang menunjukkan bahawa aktiviti enzim dipengaruhi oleh

suhu.

Soalan: Mengapakah Hidrogen Peroksida menghasilkan buih apabila dibubuh pada luka

kulit dan tidak pada permukaan kulit yang tidak luka?

Apakah kegunaan hidrogen peroksida?

Tunjukkan pelajar persamaan ini: 2H2O2 2H2O + O2(gas)

Berdasarkan persamaan, apakah yang terkandung dalam buih yang terhasil?

Apakah fungsi katalase dalam tindak balas ini?

Apakah yang terjadi sekiranya kayu uji berbara diletak pada buih tersebut?

Mengapakah berlaku sedemikian?

Jika kita ingin melihat kesan suhu ke atas enzim, mengapakah pengukuran ke atas

gas oksigen dibuat?

Radas dan bahan:

botol pensampelan

tabung uji 25ml

silinder penyukat 25 ml

hidrogen peroksida 1.5%, 60ml

air suam 35oC sehingga 40

oC

Katalase, suhu bilik, 20ml

katalase, telah dididihkan, 10ml

larutan yis

Probware MBL: Sensor gas oksigen, sensor suhu dan sistem pengumpulan data

Langkah menggunakan Sistem Pengumpulan Data:

Mulakan eksperimen baru.

Sambungkan sensor kepada sistem.

Buat calibrating pada sensor gas oksigen.

Memulakan dan memberhentikan aktiviti merekod data.

Paparkan data dalam bentuk graf.

Sesuaikan skala graf.

Cari nilai bagi suatu titik dalam graf.

Save eksperimen.

Ringkasan Prosedur:

Susun radas dan bahan untuk mengkaji aras terendah oksigen, kesan katalase dan kesan

suhu ke atas katalase.

Ukur kepekatan oksigen pada botol pensampelan tanpa enzim (hanya mengandungi

hidrogen peroksida).

Tentukan kesan katalase pada suhu bilik ke atas kadar penguraian hidrogen peroksida.

Ukur penghasilan oksigen dalam tindak balas yang dikatalisis oleh katalase panas dan

katalase mendidih.

Analisis keputusan dan tentukan sama ada suhu mempengaruhi enzim atau tidak.

Kelebihan MBL dalam Kaedah Inkuiri-Penemuan berbanding Pengajaran

Konvensional:

Penggunaan sensor oksigen adalah sangat memudahkan dan menjimatkan masa kerana

ukuran terhadap amaun gas boleh diperolehi secara digital. Graf isipadu oksigen melawan

masa dapat dilihat secara terus pada skrin. Pengulangan boleh dibuat untuk melihat kesan

suhu ke atas penghasilan oksigen dengan memanipulasi suhu enzim.

Rujuk Lampiran B untuk contoh rancangan pengajaran harian bagi pendekatan inkuiri-

penemuan ini.

6.3 Contoh Penggunaan MBL dalam Pengajaran Kimia menggunakan Demonstrasi

Pengenalan: Kaedah tunjuk cara ataupun demonstrasi adalah satu kaedah pembelajaran dengan

menunjukkan contoh atau membuat uji kaji. Kaedah tunjuk cara ialah satu kaedah yang

memerlukan penglibatan kedua-dua pihak iaitu guru dan pelajar melalui pengajaran yang

disampaikan secara praktikal. Guru dan pelajar akan sama-sama terlibat dalam melakukan

aktiviti sama ada pada waktu yang sama ataupun berbeza. Kaedah ini melihat kepada

keupayaan pelajar untuk mengingat adalah lebih baik jika mereka membuat sesuatu sendiri

berbanding dengan apa yang mereka dengar atau lihat. Kaedah serampang dua mata ini memberi

peluang untuk belajar bukan sahaja secara teori semata-mata, bahkan pelajar dapat melakukan

apa yang dipelajari secara praktikal. Guru akan memperlihatkan kemahiran menggunakan

probeware kepada pelajar dan melibatkan mereka dalam aktiviti praktikal. Demonstrasi aras pH

ini direka untuk membolehkan pelajar menguji tahap keasidan bagi kebanyakan buah-buahan,

bahan makanan dan bahan kimia di rumah. Konsep aras pH dan skala pH adalah penting untuk

mengetahui tentang asid dan alkali. Melalui demonstrasi, pelajar boleh membentuk konsep

mengenai pH tanpa diajar lebih awal. Sebagai contoh, bahan makanan yang rendah nilai pHnya

mempunyai rasa masam. Untuk membimbing pelajar dalam membentuk pemahaman, soalan-

soalan berikut dikemukakan sewaktu demonstrasi dijalankan.

Soalan Tema: Bagaimanakah anda mengklasifikasikan bahan yang berasid atau beralkali

yang boleh didapati di rumah?

Apakah pH?

Bagaimanakah anda mengukur pH?

Skala pH diukur ke atas apa?

Apakah aras pH air? Adakah air berasid, beralkali atau neutral?

Apakah bahan yang paling berasid boleh ditemui di rumah?

Apakah julat aras asid?

Apakah bahan yang paling beralkali boleh ditemui di rumah?

Apakah julat aras alkali?

Apakah rasa asid? Apakah rasa alkali?

Langkah Keselamatan:

Pengawasan yang lebih diperlukan dalam mengendalikan bahan kimia seperti larutan pembersih

tingkap dan pembersih mangkuk tandas. Larutan pembersih tidak boleh ditelan.

Radas dan Bahan:

ubat gigi

air suling

larutan pembersih tingkap dan pembersih mangkuk tandas

jus lemon

susu

cuka

garam

Probeware MBL: Sensor pH dan data logger

Prosedur:

Labelkan setiap gelas kertas dengan nama bahan yang akan diuji, contoh: susu, air, jus

lemon, pencuci mangkuk tandas, pencuci tingkap, cuka, ubat gigi.

Kemudian, tuangkan setiap bahan berdasarkan label pada setiap gelas.

Masukkan sensor pH yang disambungkan pada interface ke dalam bahan yang pertama.

Perhatikan graf yang terhasil pada skrin.

Keluarkan sensor pH dan cuci dengan air mengalir. Lap sehingga kering.

Ulangi langkah 3 hingga 5 untuk semua bahan.

Bandingkan bentuk graf.

Buat analisis dan jawab semua soalan yang diberi.

Kelebihan Penggunaan MBL dalam Demonstrasi berbanding Pengajaran

Konvensional

Pelajar dapat memusatkan sepenuh perhatian mereka terhadap apa yang guru perkatakan

dan demonstrasi yang ditunjukkan oleh guru. Pemusatan tumpuan ini adalah bertujuan

supaya pelajar tidak tertinggal langkah dan penjelasan yang dibuat oleh guru bagi

mengelakkan berlakunya kesilapan ketika giliran pelajar membuat aktiviti. Selepas

pemerhatian dilakukan, guru boleh meminta beberapa orang pelajar atau setiap pelajar

untuk menunjukkan semula cara yang sudah dilakukan oleh guru sebentar tadi. Guru

boleh menegur serta-merta jika terdapat sebarang kesalahan pelajar dalam melakukan

aktiviti sekali gus menjadi tunjuk ajar kepada pelajar yang lain untuk tidak mengulangi

kesalahan yang sama. Pelajar boleh melihat terus nilai pH melalui paparan skrin LCD dan

graf yang terhasil berbanding dengan penggunaan kertas litmus atau kertas pH dalam

demonstrasi. Masa yang lebih boleh digunakan untuk aktiviti pengukuhan seperti

meminta pelajar membuat skala pH sendiri dengan menamakan bahan kimia mengikut

aras pH.

Rujuk Lampiran C untuk contoh rancangan pengajaran harian bagi pendekatan

demonstrasi ini.

7.0 PENUTUP

Radas MBL untuk mengkaji eksperimen yang terlibat dalam subjek Fizik, Kimia dan

Biologi sekolah menengah telah berjaya dibangunkan. Adalah diharapkan agar sistem MBL ini

boleh digunakan dalam kerja praktikal di makmal sekolah di seluruh Sabah dan diteruskan

sehingga ke sekolah - sekolah rendah. Salah satu tujuan untuk amali di makmal adalah agar dapat

menyokong pelajar untuk memahami isi kandungan dan topik perbincangan. Sistem MBL sangat

memudahkan dalam menjalankan eksperimen. Sebaik sahaja radas siap dipasang dan disusun,

pelajar hanya perlu menekan butang mula pada papan menu dan prosedur seterusnya akan

dijalankan. Pelajar akan dapat memerhati perubahan pada pembolehubah - pembolehubah yang

terlibat. Kesemua perubahan tersebut akan direkodkan dan ditunjuk secara grafik pada skrin

komputer. Pada akhir eksperimen, data, graf dan keputusan boleh dicetak dalam bentuk

hardcopy. Data tersebut juga boleh dianalisis dengan Microsoft Excel. Teknik ini menggantikan

kaedah konvensional di mana pelajar perlu menghabiskan masa yang lebih untuk merekod data

dan memplot graf secara manual. Masa pengulangan juga dapat dijimatkan jika ingin melihat

kesan sesuatu pembolehubah ke atas pembolehubah yang lain. Data yang diperolehi daripada

sistem MBL ini menghasilkan keputusan dengan ketepatan yang tinggi.