Proyek Pembelajaran STEM-ESD di MTs Tahfidh Putri Yanbu'ul Qur'an 2 Muria Kudus: Alat Pemantau Kualitas Udara Berbasis Arduino

Salah satu cara yang bisa dilakukan guru untuk mendorong peserta didik untuk belajar aktif dan melatih keterampilan abad ke-21 adalah dengan menerapkan pembelajaran STEM-ESD. Pembelajaran ini memfasilitasi peserta didik secara individu maupun berkelompok untuk dapat menganalisis suatu kejadian di lingkungan sekitar dan mencari solusi yang bisa mereka lakukan. Dalam kegiatan menganalisis, peserta didik dilatih untuk menerapkan pengetahuan yang telah mereka dapat untuk menjelaskan kejadian yang sedang diamati. Selanjutnya, kegiatan mencari solusi memberikan ruang bagi peserta didik melatih keterampilan berpikir kritis, kreatif, serta kolaboratif.

Materi sistem pernapasan manusia merupakan satu sub-bab pada materi struktur dan fungsi tubuh makhluk hidup. Materi ini erat kaitannya dengan tujuan menjaga kesehatan sistem pernapasan manusia. Kualitas udara yang baik adalah salah satu hal yang dapat menjaga sistem pernapasan tetap sehat. Baik buruknya kualitas udara bisa dipantau menggunakan alat pemantau kualitas udara. Sayangnya, tidak setiap tempat memiliki alat pemantau kualitas udara. Dengan demikian, membuat alat pemantau kualitas udara sederhana bisa menjadi solusinya. Materi tersebut terkait dengan dengan SDGs ke-3 yaitu Kesehatan yang Baik dan Kesejahteraan.

Pembelajaran topik “Sistem Pernapasan Manusia: Merangkai Alat Pemantau Kualitas Udara Sederhana” dilakukan dengan mengikuti model pembelajaran Science, Technology, Engineering, and Mathematics-Education for Sustainable Development (STEM-ESD). Tujuan pembelajaran ini adalah untuk mengetahui dan merangkai alat pemantau kualitas udara sederhana yang bisa digunakan di madrasah. Tahapan pembelajaran yang dilakukan diuraikan sebagai berikut:

Identifikasi Masalah

Siswa mengidentifikasi gambar alat pemantau kualitas udara yang yang ada di taman kota atau pinggir jalan di lembar kerja siswa yang dibagikan guru. Dari gambar tersebut, siswa menentukan polutan apa saja yang terdeteksi mencemari udara. Siswa juga menuliskan cara yang bisa mereka lakukan untuk mengurangi jumlah polutan yang mencemari udara. Selanjutnya, siswa mengidentifikasi kualitas udara di daerah Indonesia, khususnya kota-kota di Jawa Tengah melalui laman IQAir.com. Siswa mengamati berbagai kualitas udara di wilayah Indonesia yang terdeteksi mulai dari kualitas baik, sedang, atau tidak sehat.

Gambar 1. Lembar Kerja Siswa bagian identifikasi masalah

Gambar 2. Siswa mengakses laman IQAir.com

Pikir

Setelah mengamati alat pemantau kualitas udara yang sudah ada, siswa berpikir tentang teknologi yang bisa digunakan untuk memantau kualitas udara sederhana.



Gambar 3. Siswa berdiskusi tentang teknologi yang bisa digunakan untuk memantau kualitas udara sederhana

Desain

Siswa mengamati prototype monitor kualitas udara dengan Arduino dan sensor MQ-135 melalui video yang tersedia di YouTube yang bisa diakses melalui link https://www.youtube.com/watch?v=on4xc3oAhnc&t=27s. Selama mengamati video, siswa mengidentifikasi dan mencatat komponen apa saja yang diperlukan untuk merakit alat pemantau kualitas udara. Setelah itu, siswa menggambar rancangan perakitan komponen-komponen tersebut. Selanjutnya, siswa mencari tahu harga masing-masing komponen melalui Google.

Gambar 4.

Gambar 5. Rancangan perakitan alat

Buat

Guru memberikan komponen-komponen untuk merakit alat pemantau kualitas udara. Selanjutnya, siswa merangkai komponen-komponen yang diberikan sesuai rancangan yang telah mereka desain di pertemuan pertama. Guru memberikan arahan bagaimana cara mereka merangkai komponen-komponen dengan kabel agar bisa terhubung dengan benar. Siswa dengan bantuan bimbingan guru, mengatur perintah yang perlu dimasukkan ke Arduino agar bisa berfungsi untuk mendeteksi kualitas udara.

Gambar 6. Proses merangkai komponen Arduino, MQ-135, dan LCD 16x2

Gambar 7. Peserta didik mengatur pengaturan dan memasukkan coding ke sistem Arduino

Uji Coba

Siswa menguji dan mencatat hasil pengukuran alat pemantau kualitas udara di dua lokasi yang ditentukan. Dua lokasi yang dipilih siswa untuk menguji alat pendeteksi kualitas udara adalah di dalam ruangan kelas dan di luar kelas. Alasan memilih lokasi di dalam kelas adalah untuk mengetahui kualitas udara tempat mereka belajar setiap harinya. Dan alasan memilih lokasi kedua yaitu di luar kelas dekat area pesawahan untuk membandingkan dengan kualitas udara di dalam kelas. 

Gambar 8. Peserta didik menguji alat pemantau kualitas udara sederhana hasil buatan mereka

Re-desain

Siswa menguji Arduino dan performa kerja dari Arduino yang mereka rangkai, kemudian menganalisis kekuatan dan kelemahannya. Selanjutnya siswa mendiskusikan dan menggambar desain perbaikan alat pemantau kualitas udara yang mereka buat.

Gambar 9. Siswa berdiskusi tentang desain perbaikan

Gambar 10. Hasil diskusi siswa di lembar kerja

Serangkaian kegiatan pembelajaran STEM-ESD ini memberikan ilmu dan pengalaman yang berharga baik bagi peserta didik maupun guru. Peserta didik antusias mengikuti pembelajaran, utamanya saat merangkai alat kualitas udara sederhana. Bagi guru, metode STEM-ESD dapat menjadi ilmu yang berharga untuk meningkatkan proses pembelajaran aktif dan bermakna.

Penulis: Reefa Qudsiya dari MTs Tahfidh Putri Yanbu’ul Qur’an 2 Muria dan Anggun Zuhaida

Editor: Pohaci Puspa Nuwangi