II. Problem Solving

Fokus riset pada problem solving pertama adalah mendokumentasikan apa yang siswa lakukan ketika menyelesaikan masalah, dan kedua dengan mengembangkan dan mengevaluasi strategi pembelajaran yang ditujukan pada kesulitan siswa. Riset juga fokus pada upaya mengembangkan kemampuan untuk “berpikir seperti seorang fisikawan”. Semenjak problem solving merupakan proses kognitif yang kompleks, bidang penelitian juga saling melengkapi yang kuat dengan sesi psikologi kognitif.

Pertanyaan riset problem solving menurut kategori ahli dan awam antara lain; pendekatan apa yang siswa lakukan untuk menyelesaikan masalah?; bagaimana prosedur problem-solving yang digunakan oleh problem solver yang tidak berpengalaman kesamaan dan perbedaan bentuk dengan problem solver yang ahli?; dan bagaimana ahli dan awam menilai ketika sebuah masalah diselesaikan?. Kemudian menurut kategori bekerja berdasarkan contoh; bagaimana siswa belajar berdasarkan contoh?; bagaimana siswa menggunakan solusi dari problem solving sebelumnya ketika menyelesaikan masalah baru?; bagaimana siswa menggunakan instruksi solusi untuk menemukan kesalahan dalam solusi masalah mereka untuk pekerjaan rumah dan ujian?; dan apa dari contoh penyelesaian masalah menfasilitasi pemahaman siswa?. Sedangkan dari kategori gambaran, pertanyaan yang biasa peneliti ajukan adalah gambaran apa yang siswa bangun selama menyelesaikan masalah? Bagaimana gambaran yang digunakan oleh siswa? apa hubungan antara fasilitas dengan gambaran dan ujuk kerja problem solving? strategi pembelajaran apa yang mendorong penggunaan gambaran siswa? bagaimana kerangka problem solve siswa terhadap tugas?. Pada kategori matematika fisika; bagaimana keterampilan matematika siswa digunakan dalam pembelajaran fisika berbeda dengan keterampilan matematika yang diajarkan di pembelajaran matematika? bagaimana siswa mengiterpretasikan dan menggunakan simbol selama penyelesaian masalah kuantitatif?. Terahir menurut kategori evaluasi keefektivan strategi pembelajaran untuk mengajarkan problem solving antara lain; bagaimana strategi pembelajaran x (seperti kooperative group problem soving) berpengaruh terhadap keterampilan penyelesaian masalah siswa? untuk apa tingkat  pendekatan konseptual berpengaruh terhadap konseptual pemahaman fisika siswa? bagaimana siswa berinteraksi dengan sistem tutor kompeter online? apa kedepan sistem pekerjaan rumah berbasis web sukses dalam meningkatkan keterampilan pemecahan masalah siswa?.

Kerangka konseptual yang digunakan dalam problem solving antara lain model pemprosesan informasi, problem solving dengan analogi, model sumber dan permainan epistemik, dan situasi kognitif. untuk pemprosesan informasi didasarkan pada teori problem solving manusia, bahwa problem solving adalah sebuah proses yang berulang dari gambaran atau pencarian solusi. Teori ini mendefinisikan sebuah mental statis yang disebut ruang masalah, yang ada dari pengetahuan seseorang dan gambaran internal mereka atau pemahaman dari lingkungan, termasuk keadaan awal (diberi informasi), keadaan tujuan atau targek, dan pendekatan pengoprasial yang dapat dikerjakan. Setelah menggambarkan masalah, seorang penyelesai terlibat dalam proses pencarian selama mereka menseleksi tujuan dan sebuah metode untuk menerapkan (temasuk sebagai heuristik umum), menerapka itu, mengevaluasi hasil dari pilihan, memodivikasi tujuan atau menseleksi subtujuan, dan memproses dalam mode sampai pada solusi yang memuaskan dicapai atau masalah yang ditinggalkan.

Menyelesaikan masalah dengan analogi berarti memberikan contoh lalu siswa menganalogikan contoh dengan masalah baru. Ada tiga pandangan transfer analogi yaitu, sturktur maping, pandangan pragmatik skema, dan pandangan contoh. Dari ketiga pandangan tersebut sepakat ada tiga kreteria utama; (1) seseorang harus mengingat masalah yang lalu dan cukup mengingat kontennya; (2) mereka harus membandingkan dan mengadaptasi atributdari satu masalah ke masalah yang lain, (3) solver harus mengevaluasi keefektifan dari transfer penyelesaian ke penyelesaian yang lain.

Adapun yang dimaksut dengan model sumber dan permainan epistemilogi adalah bagaimana siswa menggunakan dan memahami simbol matematika dan persamaan fisika yang telah membangun kerangka teori.  Model ini membantu dalam menjelaskan mengapa siswa mungkin memunyai syarat pengetahuan dan keterampilan untuk menyelesaikan masalah tetapi gagal dalam bagian konteks dan menyarankan pembelajaran yang didesain untuk membuat produktif dalam menggunakan sumber-sumber siswa. Tuminaro dan Redish mengidentifikasi permainan epistemik ketika mengunakan matematika fisika yaitu, peta kebermaknaan matematika, peta matematika bermakna, maknika fisika, anlisis pictorial, stiker dan bunyi (kecil) rekursif, dan transliteration matematika. Selain itu kerangka koseptual tetang problem solving adalah situasi kognitif, dimana pengetahuan disituasikan atau dipengaruhi dari bagian tugas dan konteks dalam pembelajaran.  Peneliti menyarankan sebuah metode yang disebut magang kogntif yang terdiri dari tiga fase; modeling (mendemonstrasikan sesuatu), coacing (menyediakan kesempatan dengan melakukan bimbingan praktek dan memberikan balikan), dan fading (secara berangsur-angsur mengurangi scaffolding).

Metodologi penelitian tentang problem solving antara lain, penelitian dasar untuk memahami bagaimana siswa menyelesaikan masalah dan mengidentifikasi kesulitan yang terjadi di luar kelas. Penelitian pedagogi dan perlakukan kulikuler dilakukan untuk menghubungkan antara pekerjaan rumah dan ujian. Partisipan penelitian biasanya adalah sarjana atau siswa SMA atau kadang melibatkan ahli dalam penelitian ahli-awam.

Sumber data berasal dari tulisan penyelesaian siswa dalam menyelesaikan masalah fisika yang telah desain oleh peneliti atau adaptasi dari sumber masalah yang ada. Dalam banyak kasus masalah didesain dengan pertanyaan esai, ada pula yang multiple choice. Data dianalisis dengan skor tertentu tergantung pada kreteria, seperti ditentukan dengan membandingkan tulisan solusi dengan ideal solusi. Selian itu ada pula yang menggunakan sumber data yang luas, khususnya penelitian tentang kognitif, seperti interviu think-aloud problem solving, untuk menyelesaikan masalah partisipan diberi pertanyaan secara verbal yang direkan melaui video atau rekaman suara. Transkip interviu dianalisis menggunaan standar kualitatif seperti studi kasus dan grounded teori untuk menjelaskan tema umum atau pendekatan problem solving dari pernyataan-pernyataan. Penelitian yang membandingkan antara ahli dan awam dalam problem solving telah secara tradisional telah menggunakan katagori yang memerlukan partisipan grop problem pada masalah yang sama.  Beberapa penelitian terbaru telah menggunakan alternatif tugas kategori, seperti mensleksi yang mana dari dua masalah yang diselesaikan seperti sebuah model masalah, multiple choice atau ranking pada dua masalah yang sama pada skala numerik. Beberapa kategori dianalisis secara qualitatif. beberapa juga membandingkan dengan quantitatif .

Temuan dari penelitian problem solving antara lain; studi ahli-awan baik dalam mengkategorikan ahli-awam atau menerapkan metode yang digunakan oleh ahli untuk digunakan ke siswa atau juga mengukur metakognisi dimana ahli memonitor perkembangan mereka ketika menyelesaikan masalah dan mengevaluasi alasan alasan dari siswa pemula. Temuan yang lain adalah strategi pembelajaran yang menemukan pendekatan alternatif tipe masalah (masalah diberikan dalam teksbook bebera tipe yang malin masalah dikembangkan menurut konteks yang lebih real, beberapa konteks penyaan masalah sepeti contex-rich problem, experiment problem, jeopardy problem, problem posing, ranking taks, real-word problem, thinking problem, dan sintesis problem), pendekatan kerangka problem solving (model diorganisasi kedalam langkah-langkah problem solving dan menguatkan dengan kerangka melalui pembelajaran seperti problem solving polya), pendekatan qualitatif (menekankan analisis qualitatif masalah sebelum menuliskan persamaan quantitatif  seperti case study physics, hierarchical problem analysis based on principle, strategy writing), Pembelajaran problem-solving (pembelajaran problem solving skill, cooperative group solving, active learning problem sheet), kompetur tutor (Web-based homework, computer assisted personalized assisted program, mastering physics, and Cyber turot).

Kekuatan dari penelitian ini adalah penelitian yang mapan dalam sub bidang penelitian fisika dengan sejarah yang kuat dan berhubungan dengan beberapa bidang seperti matematika dan kognitif sains. Sebagai hasilnya adalah informasi yang kuat. Sedankan kelemahannya adalah banyak kesimpulan yang digambarkan dari penelitian menggunakan jumlah subjek yang sedikit, keterbatasan tipe dan topik masalah, pengukuran yang tidak konsisten terhadap unjuk kerja, gagal secara sitematis dalam mempertibangkan masalah yang akan datang.

Ada banyak area untuk melanjutkan penelitian diantaranya gap yang menonjol termasuk penelitian tentang bekerja berdasarkan contoh, gambaran multi, mengurangi beban memori, dan mengadopsi perbaikan pembelajaran. Pengaruh bekerja berdasarkan contoh jarang dan sedikit pedoman bagaimana mendesain instruktur yang terbaik. Penelitian gambaran multi baik jarang dan juga bertentangan dengan sedikit bukti tentang hubungan antara gambaran dengan perfoma problem solving. Bidang penelitian lainnya mengembangkan strategi efektif yang mengurangi beban memori namun masih dianggap aspek yang penting dari problem solving. Meskipun ada beberapa strategi pembelajaran dan kurikulum untuk mengajarkan problem solving, mengadopsi dari pratek tersebut tidak terlalu luas dan menjamin tambahan penelitian.

 Lanjut ke Kurikulum dan Pembelajaran dalam Fisika