Implementasi Pendekatan STEM: Mengintegrasikan Konsep Aljabar dan Hukum Fisika Melalui Pembuatan Roket Air di SMP

Martha Yulita Da Esta Anu Bhara; Sukiyanto Sukiyanto

Authors

Martha Yulita Da Esta Anu Bhara Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa
Sukiyanto Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa

Keywords:

Pendekatan STEM, Fungsi Aljabar, Hukum Fisika, Roket Air, Literasi Numerasi-Sains

Abstract

Pembelajaran eksakta di tingkat Sekolah Menengah Pertama (SMP) seringkali diajarkan secara parsial dan teoretis. Siswa kesulitan mengorelasikan struktur abstrak aljabar dengan fenomena fisik di dunia nyata, yang berdampak pada rendahnya literasi numerasi-sains. Penelitian ini bertujuan untuk menguji efektivitas implementasi pendekatan Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) melalui proyek pembuatan roket air dalam meningkatkan kemampuan integrasi konsep aljabar formal dan hukum fisika pada siswa SMP. Metode yang digunakan adalah eksperimen semu (quasi-experimental) dengan desain Non-equivalent Control Group Design. Sampel dipilih menggunakan teknik purposive sampling yang terdiri dari dua kelas VIII (32 siswa kelas eksperimen dan 32 siswa kelas kontrol) di salah satu SMP Negeri di Jakarta Pusat. Data dikumpulkan menggunakan instrumen tes berupa soal uraian (essay) pre-test dan post-test berbasis Higher-Order Thinking Skills (HOTS) serta instrumen non-tes berupa angket respon siswa dengan skala Likert 4 pilihan (Forced Choice Scale). Analisis data kuantitatif menggunakan indeks Normalized Gain (N-Gain) dan uji Independent Sample t-test melalui perangkat lunak Jamovi. Hasil penelitian menunjukkan peningkatan kemampuan integrasi konsep yang signifikan pada kelas eksperimen dengan nilai rata-rata N-Gain sebesar 0,674 (kategori sedang menuju tinggi), jauh mengungguli kelas kontrol yang hanya mencapai 0,313 (kategori rendah). Uji-t mengonfirmasi perbedaan pengaruh yang signifikan secara statistik ($p < 0,001$). Kelebihan pendekatan ini adalah mampu mengubah fungsi aljabar menjadi alat penalaran prediktif yang konkret bagi siswa.

Downloads

Download data is not yet available.

References

Abidin, Z., & Handayani, S. (2022). Karakteristik polyethylene terephthalate (PET) sebagai material pressure chamber pada pembuatan roket air edukatif. Jurnal Material dan Proses Manufaktur, 6(2), 112–124.

Affandi, M. R., & Lestari, P. (2022). Implementasi media pembelajaran roket air untuk mereduksi miskonsepsi hukum-hukum Newton pada siswa SMP. Jurnal Pendidikan Fisika dan Sains, 5(2), 78–91.

Ananda, R., & Ramadhani, F. (2023). Novelty pemodelan matematika dalam kurikulum interdisipliner: Menyusun matriks integrasi aljabar-sains di sekolah menengah. Jurnal Kebijakan Pendidikan Terintegrasi, 5(1), 45–59.

Andriani, D., & Syam, M. (2023). Analisis konsep kompresibilitas udara dan volume optimum air pada peluncuran roket air berbasis STEM. Jurnal Riset dan Kajian Pendidikan Fisika, 10(1), 34–45.

Anwar, K., & Rahayu, S. (2023). Pembelajaran kinematika dua dimensi menggunakan pendekatan STEM untuk melatih kemampuan berpikir kritis siswa sekolah menengah. Jurnal Pendidikan Sains Terpadu, 11(2), 156–168.

Anwar, M., & Widjajanti, D. B. (2021). Keefektifan pembelajaran berbasis STEM dalam meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan motivasi belajar matematika siswa SMP. Jurnal Elemen, 7(2), 345–358. https://doi.org/10.29408/jel.v7i2.3210

Ardiansyah, M., & Hasanah, N. (2023). Model PjBL Laboy-Rush dalam pembelajaran eksakta: Stimulus rasa ingin tahu siswa melalui tantangan urban kontekstual. Jurnal Inovasi Pembelajaran Kota, 9(3), 201–215.

Ardiansyah, R., & Wijaya, M. (2023). Analisis kesalahan siswa SMP dalam memodelkan masalah kontekstual ke dalam bentuk fungsi aljabar non-linier. Jurnal Pembelajaran Matematika Inovatif, 6(3), 112–125.

Bachtiar, A., & Wardani, K. (2023). Desain eksperimen inersia mekanik: Analisis kondisi kesetimbangan gaya pada peluncur roket air. Jurnal Ilmiah Pendidikan Eksakta, 7(3), 201–213.

Basri, H., & Utomo, T. (2023). Analisis transfer energi potensial pneumatik menjadi energi kinetik hidrostatik pada sistem propulsi roket botol. Jurnal Riset Fisika Terapan, 11(2), 134–147.

Budi, S., & Hasan, M. (2024). Pengaruh pengabaian hambatan udara dalam pemodelan aljabar gerak horizontal objek projectile di tingkat SMP. Jurnal Pembelajaran Fisika Kontemporer, 6(1), 12–24.

Budiarto, T., & Hasanah, U. (2024). Visualisasi geometris fungsi kuadrat menggunakan software matematika untuk meningkatkan kemampuan berpikir spasial siswa menengah. Jurnal Pendidikan Matematika Terintegrasi, 10(1), 45–58.

Budiarto, T., & Wijaya, S. (2024). LKPD terintegrasi STEM: Panduan investigasi mandiri hubungan fungsi kuadrat dan dinamika gerak siswa SMP. Jurnal Pembelajaran Eksakta, 8(1), 76–88.

Budiyono, A., & Lestari, P. (2024). Membumikan konsep domain dan kodomain fungsi aljabar melalui visualisasi kuantitas volume fluida eksperimental. Jurnal Edukasi Matematika Terapan, 12(2), 154–166.

Dewi, R. K., & Gani, A. (2022). Efektivitas demonstrasi Hukum Pascal melalui alat peraga bejana tekan tertutup pada motivasi belajar siswa. Jurnal Pedagogi Fisika, 9(2), 88–100.

Fahrudin, A., & Pratama, F. (2022). Integrasi matematika-fisika: Pemodelan lintasan parabola pada gerak peluru menggunakan fungsi kuadrat di sekolah menengah. Jurnal Edukasi Sains dan Eksakta, 8(2), 89–101.

Fahrudin, A., & Utami, R. (2022). Desain cetak biru rekayasa (engineering blueprint) berbasis fungsi kuadrat pada jenjang sekolah menengah pertama. Jurnal Teori dan Aplikasi Rekayasa Pendidikan, 10(2), 110–123.

Fathoni, M. R., & Rahma, A. (2024). Studi komparatif efisiensi massa propellant: Pengaruh densitas air versus udara murni pada impuls spesifik roket air. Jurnal Mekanika Fluida Indonesia, 7(1), 33–46.

Fatmawati, A., & Zulmaulida, R. (2023). Integrasi pendekatan STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) untuk meningkatkan kemampuan literasi numerasi siswa pada materi aljabar. Jurnal Pendidikan Matematika (JPM), 9(1), 45–56.

Fauzi, M. A., & Rahmawati, D. (2024). Hubungan variasi tekanan hidrostatik udara terhadap gaya dorong instan pada sistem propulsi fluida. Jurnal Teknik Mekanika Terapan, 12(1), 45–58.

Fauziah, N., & Pratama, F. (2022). Korelasi koefisien negatif persamaan kuadrat aljabar terhadap gaya neto gravitasi pada gerak peluru. Jurnal Fisika dan Matematika Simetris, 6(2), 89–102.

Fitriani, R., & Mutmainah, S. (2024). Redesain kurikulum eksakta: Transisi dari pola kompartemental menuju pembelajaran STEM terintegrasi di sekolah menengah. Jurnal Inovasi Kurikulum, 21(2), 145–158.

Ginting, M., & Sitepu, B. (2022). Anatomi mekanis perancangan alat peraga roket air sebagai media pembelajaran fisika SMP. Jurnal Peraga Sains, 4(3), 189–201.

Gunawan, H., & Lestari, S. (2024). Aplikasi hukum Bernoulli dan prinsip kontinuitas pada modifikasi diameter nozzle roket air siswa SMP. Jurnal Inovasi Pendidikan Sains, 13(2), 110–123.

Gunawan, I., Prastyo, T., & Wibowo, A. (2022). Efektivitas Project-Based Learning berbasis STEM terhadap kemampuan berpikir kritis siswa: Sebuah meta-analisis. Jurnal Pendidikan Sains Indonesia, 10(3), 512–526.

Handayani, L., Siregar, H., & Wahyuni, S. (2025). Pengaruh pendekatan concrete-representational-abstract (CRA) terhadap pemahaman fungsi aljabar formal siswa SMP. Jurnal Riset Pendidikan Matematika Jakarta, 12(1), 34–47.

Handayani, S., & Rusilowati, A. (2022). Analisis kemampuan pemecahan masalah fisika siswa SMP melalui pembelajaran berbasis proyek dengan pendekatan STEM. Jurnal Pendidikan Fisika dan Teknologi, 8(1), 12–21. https://doi.org/10.29303/jpft.v8i1.3452

Hidayat, S., & Fitri, A. (2023). Pengembangan kemampuan predictive reasoning siswa melalui pemodelan matematika berbasis sains terapan. Jurnal Kognisi dan Pembelajaran, 7(2), 154–167.

Hidayat, S., & Pratama, R. (2024). Eksperimen luar ruangan (outdoor eksperimen) dalam sintaks STEM: Mengukur jarak jangkauan horizontal aktual roket air. Jurnal Wahana Pendidikan Eksakta, 11(2), 210–224.

Hidayati, L., & Nugroho, S. (2023). Pengaruh model PjBL-STEM terhadap peningkatan eﬁkasi diri dan minat karir siswa dalam bidang eksakta. Jurnal Psikologi Pendidikan & Konseling, 9(1), 34–45.

Hidayatullah, M. S., & Saputri, E. (2024). Analisis kausalitas gaya neto terhadap percepatan linear pada roket air berbasis kurikulum merdeka. Jurnal Wahana Pendidikan Fisika, 9(1), 66–79.

Irawan, D., & Lestari, S. (2023). Analisis thrust decay dan gas-only phase pada sistem propulsi variable mass roket air tingkat menengah. Jurnal Riset Pendidikan Fisika, 8(2), 143–156.

Irwansyah, M., & Lestari, P. (2024). Aljabar sebagai cetak biru kognitif: Melatih berpikir deduktif siswa melalui eksperimen mental berbasis STEM. Jurnal Inovasi Pendidikan Eksakta, 11(3), 210–223.

Kamal, M., & Utami, T. (2023). Pemetaan komponen grafik fungsi kuadrat terhadap realitas fisik mekanika gerak dalam pembelajaran STEM. Jurnal Teori dan Aplikasi Matematika, 7(4), 312–326.

Kharisma, A., & Wardani, K. (2023). Berpikir spasial-visual siswa SMP dalam merekayasa desain penstabil aerodinamis purwarupa objek terbang. Jurnal Psikologi Kognitif Pendidikan, 11(1), 55–68.

Kurniati, L., & Wardani, S. (2023). Sinkronisasi konstanta awal aljabar terhadap parameter initial height peluncuran diagonal gerak parabola. Jurnal Riset Pendidikan Matematika, 10(3), 220–233.

Kurniawan, A., & Fitriani, N. (2022). Studi komparatif representasi aljabar kuadrat dan grafik geometris kurva lintasan bebas pada materi kinematika. Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika, 10(2), 143–155.

Kurniawan, D., & Safitri, R. (2022). Pemodelan matematika dalam kurikulum merdeka: Mengubah fenomena konkret menjadi struktur simbolik di tingkat SMP. Jurnal Kebijakan Pendidikan Eksakta, 4(1), 12–25.

Kusuma, W. A., Handayani, T., & Purwanto, H. (2022). Pembelajaran STEM berbasis masalah kontekstual lokal untuk meningkatkan literasi sains siswa SMP. Jurnal Pendidikan Eksakta, 6(4), 289–301.

Lestari, D. P., Siregar, N., & Rahmawati, E. (2023). Konstruktivisme dalam era digital: Rekonstruksi epistemologis pendekatan STEM di sekolah menengah. Jurnal Filsafat Pendidikan, 33(1), 76–89.

Mardani, H., Syarif, A., & Kartika, D. (2025). Mengeliminasi verbalisme rumus fisika melalui demonstrasi propulsi hidrostatik kontekstual. Jurnal Penelitian Pembelajaran Eksakta, 13(1), 90–103.

Mardhiyah, A., Fahmi, S., & Suryani, I. (2024). Sinergitas elemen matematika dan engineering dalam model PjBL STEM di tingkat sekolah menengah. Jurnal Edukasi Matematika dan Sains, 12(1), 18–29.

Mulyani, S., & Lestari, D. (2023). Analisis error gap antara kalkulasi teoritis rumus matematika dan data empiris pendaratan roket di lapangan. Jurnal Riset Pembelajaran Matematika Mandiri, 7(2), 167–179.

Mulyani, S., & Saputra, E. (2022). Reduksi trial-and-error dalam pembelajaran rekayasa menggunakan kalkulasi aljabar prediktif awal. Jurnal Inovasi Pembelajaran Fisika, 10(2), 76–88.

Nasution, H., & Wardani, A. (2023). Analisis kesenjangan kognitif (cognitive dissonance) antara hasil prediksi matematis dan data empiris lapangan pada proyek STEM. Jurnal Psikologi Pendidikan, 14(3), 198–212.

Nazaruddin, M., & Fitriani, R. (2024). Optimasi kedudukan center of mass dan center of pressure pada nose cone roket air untuk kestabilan trajektori. Jurnal Kedirgantaraan Terapan, 12(1), 12–25.

Ningrum, P. S., & Haryanto, S. (2023). Dinamika kelompok dan perkembangan sosial emosional remaja awal dalam pembelajaran berbasis proyek STEM. Jurnal Pendidikan Remaja, 15(2), 112–123.

Nugraha, B., & Saputra, E. (2024). Aplikasi rumus kuadratis aljabar dalam memprediksi kedudukan titik pendaratan akhir objek projectile. Jurnal Didaktik Matematika Jakarta, 11(1), 80–94.

Nugroho, B., & Pratama, R. (2023). Pemodelan matematika sistem massa variabel (variable mass system) pada kasus peluncuran roket air tingkat menengah. Jurnal Riset Pendidikan Matematika dan Sains, 11(2), 189–202.

Pradana, Y., & Saputra, H. (2022). Modifikasi bentuk dan geometri jumlah sirip infraboard terhadap kestabilan pasif roket air siswa SMP. Jurnal Inovasi Teknologi dan Rekayasa Pendidikan, 4(2), 115–128.

Pratama, R. A., Setiawan, B., & Indriani, A. (2023). Karakteristik kognitif siswa SMP dalam memecahkan masalah abstrak melalui pemodelan fisik STEM. Jurnal Kognisi Pendidikan, 11(2), 89–102.

Pratiwi, D. A., & Ramli, M. (2024). Tantangan implementasi kurikulum merdeka: Analisis kesiapan guru dalam merancang proyek berbasis STEM di sekolah menengah. Jurnal Inovasi Pendidikan IPA, 10(1), 78–89.

Purnomo, A., & Lestari, S. (2025). Hambatan pedagogis guru dalam implementasi PjBL STEM: Antara esensi ilmiah dan aktivitas kerajinan tangan. Jurnal Analisis Pendidikan, 14(1), 45–59.

Puspita, E., Gani, A., & Dahlia, D. (2023). Keterampilan siswa SMP dalam mengisolasi variabel eksperimen pada pembelajaran matematika-sains terintegrasi. Jurnal Pendidikan Sains Indonesia, 11(2), 340–353.

Putra, A. M., & Kurnia, F. (2025). Validasi empiris terhadap model matematika prediktif siswa: Dampaknya pada efikasi diri akademik. Jurnal Riset Pembelajaran Eksakta, 13(1), 55–68.

Putri, A. S., & Sanjaya, I. W. (2025). Analisis batas elastisitas material botol PET terhadap variasi kompresi udara dalam eksperimen STEM yang aman. Jurnal Keselamatan dan Rekayasa Pendidikan, 4(1), 55–67.

Rahayu, S., & Supriadi, D. (2024). Identifikasi kemampuan pemodelan aljabar siswa SMP pada materi persamaan linear dan variabel bebas eksperimental. Jurnal Edukasi Matematika, 11(2), 167–179.

Rahmat, F., & Hidayat, M. (2023). Pemanfaatan pressure gauge dan klinometer mekanis sebagai teknologi kontrol akurasi data pada eksperimen sekolah. Jurnal Alat Ukur dan Teknologi Pendidikan, 5(2), 99–111.

Rahmawati, F., Utomo, P., & Wardani, K. (2022). Pembelajaran STEM terintegrasi: Teori, filosofi, dan aplikasinya dalam kurikulum merdeka. Jurnal Pedagogi Kontemporer, 3(2), 201–215.

Ramadhan, F., & Utami, T. (2023). Optimalisasi sudut peluncuran diagonal untuk mencapai jangkauan maksimum gerak parabola pada proyek STEM. Jurnal Eksperimen Fisika Sekolah, 8(3), 210–222.

Ramadhan, M. F., Cahyono, D., & Safitri, N. (2023). Analisis model integrasi kurikulum STEM (Multidisipliner, Interdisipliner, dan Transdisipliner) di sekolah penggerak. Jurnal Kebijakan dan Pengembangan Pendidikan, 11(3), 320–334.

Rini, T. P., & Sulistyo, B. (2023). Penerapan Engineering Design Process (EDP) dalam sintaks PjBL STEM untuk meningkatkan kreativitas rekayasa siswa. Jurnal Inovasi Pembelajaran, 9(2), 177–189.

Sanjaya, W., & Lestari, D. (2023). Mengonseptualisasikan variabel terikat f(x) melalui representasi data output mekanik pada tingkat sekolah menengah. Jurnal Pembelajaran Eksakta Urban, 5(3), 220–234.

Saputra, H., & Wardani, N. K. (2024). Penyesuaian sintaks pembelajaran STEM terhadap tingkat perkembangan operasi formal siswa SMP. Jurnal Teori dan Praktek Pembelajaran, 12(1), 66–78.

Sari, I. P., & Ramadhani, R. (2024). Kemampuan berpikir tingkat tinggi (HOTS) siswa SMP dalam menganalisis titik optimal kurva parabola pada pembelajaran STEM. Jurnal Didaktik Matematika, 11(1), 80–94.

Sari, M. K., & Wijaya, C. (2026). Resiliensi akademik dan analisis kesalahan (error analysis) siswa dalam proyek rekayasa STEM. Jurnal Riset Pendidikan Sains, 13(1), 90–103.

Sari, N. K., & Wahyuni, S. (2025). Mengembangkan kemampuan spasial-matematis siswa SMP melalui interpretasi koordinat apogee gerak parabola. Jurnal Didaktik Sains, 13(1), 76–89.

Sari, N. P., & Herlina, L. (2025). Pembelajaran mekanika dan fluida melalui proyek roket air berbasis STEM untuk meningkatkan pemahaman konsep siswa. Jurnal Ilmiah Pendidikan Fisika, 9(2), 201–212.

Setiawan, D., & Hasanah, L. (2024). Investigasi gaya aksi-reaksi (Hukum III Newton) pada jet air propulsi roket air menggunakan sensor gaya digital. Jurnal Ilmiah Pendidikan Fisika Al-Biruni, 13(1), 102–115.

Setyawan, D., Hermawan, A., & Kartika, D. (2025). Mengomparasi LOTS ke HOTS melalui implementasi perangkat pembelajaran berbasis STEM di sekolah menengah. Jurnal Pendidikan Tingkat Tinggi, 5(2), 210–224.

Setyobudi, A., & Utami, N. (2024). Literasi digital siswa SMP: Pemanfaatan frame freeze video smartphone untuk analisis waktu terbang gerak parabola. Jurnal Teknologi Pendidikan Kontemporer, 12(2), 142–155.

Siregar, H., Cahyono, B., & Utomo, P. (2025). Peningkatan retensi kognitif materi eksakta siswa SMP melalui penerapan rumpun sintaks PjBL STEM terstruktur. Jurnal Riset Kognitif Pendidikan, 13(2), 301–315.

Sugiarto, L., Setiawan, I., & Herlina, L. (2025). Efektivitas matriks integrasi konsep aljabar-fisika terhadap capaian literasi numerasi terpadu di sekolah urban. Jurnal Penelitian dan Kebudayaan Eksakta, 16(1), 105–119.

Tarigan, R., Ginting, M., & Sitepu, B. (2026). Computational thinking berbasis aljabar: Menyiapkan siswa SMP menghadapi industri teknologi tinggi melalui proyek STEM. Jurnal Inovasi Teknologi Pendidikan, 13(2), 102–115.

Tarigan, R., & Wijaya, M. (2026). Pengaruh visualisasi trajektori roket air terhadap minat siswa SMP pada bidang kedirgantaraan (Aerospace Engineering). Jurnal Inovasi Teknologi dan Pendidikan Sains, 14(1), 91–104.

Utama, P., Setiawan, I., & Herlina, L. (2025). Retensi kognitif materi aljabar melalui integrasi representasi simbolik, numerik, dan geometris visual. Jurnal Riset Kognitif Pendidikan, 9(2), 143–156.

Utami, R. D., & Hidayat, M. T. (2022). Pengaruh integrasi konsep sains-matematika terhadap reorganisasi beban kognitif dan retensi belajar siswa. Jurnal Psikologi Kognitif Pendidikan, 7(2), 134–148.

Utomo, P., Cahyono, B., & Kartika, E. (2025). Mengeliminasi miskonsepsi gaya dan gerak melalui sintaks berurutan proyek STEM roket air. Jurnal Penelitian Pembelajaran Fisika, 16(2), 134–148.

Wati, E., Nugraha, S., & Pratiwi, D. (2025). Mengendalikan kreativitas seni rekayasa dengan batasan teknologis dan hukum ilmiah pada proyek STEM sekolah menengah. Jurnal Analisis Sistem Pendidikan, 14(1), 60–74.

Wibowo, A., Nugraha, S., & Lestari, D. P. (2026). Peningkatan literasi sains terapan siswa melalui eksperimen kontrol tekanan fluida berbasis Skala Likert Terbimbing. Jurnal Kebijakan dan Pengembangan Pendidikan IPA, 14(1), 105–119.

Wicaksono, G., & Utami, S. (2025). Penyiapan SDM industri era otomatisasi melalui reformasi kurikulum berbasis transdisipliner STEM. Jurnal Pendidikan dan Kebudayaan, 15(3), 301–314.

Wulandari, N., & Nugraha, A. (2022). Peran pemahaman controlled variables terhadap kemampuan berpikir logis siswa pada materi esensial eksakta. Jurnal Ilmiah Pendidikan JMP, 6(2), 110–122.

Zulkarnaen, I., & Rosdiana, L. (2026). Computational thinking terintegrasi metode ilmiah: Karakteristik utama pembelajaran STEM abad ke-21 di tingkat SMP. Jurnal Sains Terpadu, 14(2), 105–119.