1. Pengertian Sains
Ilmu alam (bahasa Inggris: natural science;
atau ilmu pengetahuan alam)
adalah istilah yang digunakan yang merujuk pada rumpun ilmu dimana obyeknya adalah benda-benda alam dengan hukum-hukum
yang pasti dan umum, berlaku kapan pun dimana pun.
Ilmu pengetahuan alam atau sains (science) diambil dari kata latin Scientia
yang arti harfiahnya adalah pengetahuan, tetapi kemudian berkembang menjadi
khusus Ilmu Pengetahuan Alam atau Sains. Sund dan Trowbribge merumuskan bahwa
Sains merupakan kumpulan pengetahuan dan proses.Sedangkan Kuslan Stone
menyebutkan bahwa Sains adalah kumpulan pengetahuan dan cara-cara untuk
mendapatkan dan mempergunakan pengetahuan itu. Sains merupakan produk dan
proses yang tidak dapat dipisahkan. "Real Science is both product and
process, inseparably Joint" (Agus. S. 2003: 11) Sains sebagai proses
merupakan langkah-langkah yang ditempuh para ilmuwan untuk melakukan
penyelidikan dalam rangka mencari penjelasan tentang gejala-gejala alam.
Langkah tersebut adalah merumuskan masalah, merumuskan hipotesis, merancang
eksperimen, mengumpulkan data, menganalisis dan akhimya menyimpulkan.
Dari sini tampak bahwa karakteristik yang mendasar dari Sains ialah
kuantifikasi artinya gejala alam dapat berbentuk kuantitas
Sains
(science) diambil dari kata latin scientia yang arti harfiahnya adalah
pengetahuan. Sund dan Trowbribge merumuskan bahwa Sains merupakan kumpulan
pengetahuan dan proses. Sedangkan Kuslan Stone menyebutkan bahwa Sains adalah
kumpulan pengetahuan dan cara-cara untuk mendapatkan dan mempergunakan pengetahuan
itu. Sains merupakan produk dan proses yang tidak dapat dipisahkan. "Real
Science is both product and process, inseparably Joint" (Agus. S. 2003:
11)
Sains
sebagai proses merupakan langkah-langkah yang ditempuh para ilmuwan untuk
melakukan penyelidikan dalam rangka mencari penjelasan tentang gejala-gejala
alam.
Langkah
tersebut adalah merumuskan masalah, merumuskan hipotesis, merancang eksperimen,
mengumpulkan data, menganalisis dan akhimya menyimpulkan. Dari sini tampak
bahwa karakteristik yang mendasar dari Sains ialah kuantifikasi artinya gejala
alam dapat berbentuk kuantitas.
Ilmu
alam mempelajari aspek-aspek fisik & nonmanusia tentang Bumi dan alam sekitarnya.
Ilmu-ilmu alam membentuk landasan bagi ilmu terapan, yang keduanya dibedakan dari ilmu sosial, humaniora, teologi, dan seni.
Matematika tidak dianggap sebagai
ilmu alam, akan tetapi digunakan sebagai penyedia alat/perangkat dan kerangka
kerja yang digunakan dalam ilmu-ilmu alam. Istilah ilmu alam juga digunakan
untuk mengenali "ilmu" sebagai disiplin yang mengikuti metode ilmiah, berbeda dengan filsafat alam. Di sekolah, ilmu alam
dipelajari secara umum di mata pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam(biasa disingkat IPA).
Tingkat kepastian ilmu alam relatif tinggi mengingat obyeknya yang
kongkrit, karena hal ini ilmu alam lazim juga disebut ilmu pasti[2].
Di samping penggunaan secara tradisional di atas, saat ini istilah
"ilmu alam" kadang digunakan mendekati arti yang lebih cocok dalam
pengertian sehari-hari. Dari sudut ini, "ilmu alam" dapat menjadi
arti alternatif bagi biologi, terlibat dalam
proses-proses biologis, dan dibedakan dari ilmu fisik (terkait dengan
hukum-hukum fisika dan kimia yang mendasari alam semesta).
2. Cabang Ilmu Sains
Cabang-cabang utama dari ilmu alam adalah:
Astronomi ialah cabang ilmu alam
yang melibatkan pengamatan benda-benda langit (seperti halnya bintang, planet, komet, nebula, gugus bintang,
atau galaksi)
serta fenomena-fenomena
alam yang terjadi di luar atmosfer
Bumi (misalnya radiasi latar
belakang kosmik (radiasi CMB)).
Ilmu ini secara pokok mempelajari pelbagai sisi
dari benda-benda langit — seperti asal-usul, sifat fisika/kimia, meteorologi,
dan gerak —
dan bagaimana pengetahuan akan benda-benda tersebut menjelaskan pembentukan dan
perkembangan alam semesta.
Astronomi sebagai ilmu adalah salah satu yang
tertua, sebagaimana diketahui dari artifak-artifak astronomis yang berasal dari
era prasejarah; misalnya monumen-monumen dari Mesir dan
Nubia,
atau Stonehenge
yang berasal dari Britania.
Orang-orang dari peradaban-peradaban awal semacam Babilonia,
Yunani, Cina, India, dan Maya juga
didapati telah melakukan pengamatan yang metodologis atas langit malam. Akan tetapi
meskipun memiliki sejarah yang panjang, astronomi baru dapat berkembang menjadi
cabang ilmu pengetahuan modern melalui penemuan teleskop.
Biologi atau ilmu hayat adalah ilmu yang mempelajari
aspek fisik kehidupan.
Istilah "biologi" dipinjam dari bahasa Belanda,
biologie, yang juga diturunkan dari gabungan kata bahasa Yunani,
βίος, bios
("hidup") dan λόγος,logos ("lambang",
"ilmu"). Istilah "ilmu hayat" dipinjam dari bahasa Arab,
juga berarti "ilmu kehidupan". Obyek kajian biologi pada masa kini sangat luas
dan mencakup semua makhluk hidup dalam berbagai aspek kehidupannya.
Berbagai cabang biologi mengkhususkan diri pada
setiap kelompok organisme, seperti botani (ilmu tentang tumbuhan),
zoologi
(ilmu tentang hewan),
dan mikrobiologi
(ilmu tentang jasad renik). Perbedaan-perbedaan dan pengelompokan
berdasarkan ciri-ciri fisik kelompok organisme dipelajari dalam sistematika,
yang di dalamnya mencakup pula taksonomi dan paleobiologi.
Ekologi adalah ilmu
yang mempelajari interaksi antara organisme
dengan lingkungannya
dan yang lainnya. Berasal dari kata Yunani oikos
("habitat") dan logos ("ilmu"). Ekologi diartikan
sebagai ilmu yang mempelajari baik interaksi antar makhluk hidup maupun
interaksi antara makhluk hidup dan lingkungannya. Istilah ekologi pertama kali
dikemukakan oleh Ernst Haeckel (1834
- 1914).[1]
Dalam ekologi, makhluk hidup dipelajari sebagai kesatuan atau sistem dengan
lingkungannya.
Pembahasan ekologi tidak lepas dari pembahasan ekosistem
dengan berbagai komponen penyusunnya, yaitu faktor abiotik
dan biotik.
Faktor abiotik antara lain suhu,
air, kelembaban, cahaya,
dan topografi, sedangkan faktor biotik adalah makhluk hidup yang terdiri dari
manusia, hewan, tumbuhan, dan mikroba. Ekologi juga berhubungan erat dengan
tingkatan-tingkatan organisasi makhluk hidup, yaitu populasi, komunitas, dan
ekosistem yang saling memengaruhi dan merupakan suatu sistem yang menunjukkan
kesatuan
Fisika (bahasa Yunani: φυσικός (fysikós),
"alamiah", dan φύσις (fýsis),
"alam") adalah sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang
terluas. Fisika mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu. Para fisikawan
atau ahli fisika mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat
beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi
(fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.
Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika
merupakan sifat yang ada dalam semua sistem materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi.
Sifat semacam ini sering disebut sebagai hukum fisika.
Fisika sering disebut sebagai "ilmu paling mendasar", karena setiap
ilmu alam lainnya (biologi,
kimia, geologi,
dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang mematuhi hukum
fisika.
Misalnya, kimia adalah ilmu tentang molekul
dan zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat
molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti mekanika kuantum,
termodinamika,
dan elektromagnetika.
Geologi (berasal dari Yunani: γη- [ge-,
"bumi"] dan λογος [logos, "kata", "alasan"]) adalah Ilmu (sains) yang mempelajari bumi, komposisinya,
struktur, sifat-sifat fisik, sejarah, dan proses pembentukannya.
Orang yang mempelajari geologi disebut geolog. Mereka telah
membantu dalam menentukan umur bumi yang diperkirakan sekitar 4.5
miliar (4.5x109) tahun, dan menentukan bahwa kulit bumi terpecah
menjadi lempeng tektonik yang bergerak di atas mantel yang setengah
cair (astenosfir) melalui proses yang sering
disebut tektonik lempeng. Geolog membantu menemukan dan
mengatur sumber daya alam yang ada di bumi, seperti minyak bumi,
batu bara,
dan juga metal
seperti besi, tembaga,
dan uranium
serta mineral
lainnya yang memiliki nilai ekonomi, seperti asbestos,
perlit, mika, fosfat, zeolit, tanah liat,
pumis, kuarsa, dan silika, dan juga elemen lainnya seperti belerang,
klorin,
dan helium.
Astrogeologi adalah
aplikasi ilmu geologi tentang planet lainnya dalam tata surya (solar sistem). Namun
istilah khusus lainnya seperti selenology (pelajaran tentang bulan), areologi
(pelajaran tentang planet Mars),
dll, juga dipakai.
Kata "geologi" pertama kali digunakan
oleh Jean-André Deluc dalam
tahun 1778 dan
diperkenalkan sebagai istilah yang baku oleh Horace-Bénédict de
Saussure pada tahun 1779.
Geografi adalah ilmu
yang mempelajari tentang lokasi serta persamaan dan perbedaan (variasi)
keruangan atas fenomena fisik dan manusia di atas permukaan bumi. Kata geografi
berasal dari Bahasa Yunani yaitu gêo ("Bumi") dan graphein
("menulis", atau "menjelaskan").
Geografi juga merupakan nama judul buku
bersejarah pada subjek ini, yang terkenal adalah Geographia tulisan Klaudios Ptolemaios (abad kedua).
Geografi lebih dari sekedar kartografi,
studi tentang peta.
Geografi tidak hanya menjawab apa dan dimana di atas muka bumi, tapi juga
mengapa di situ dan tidak di tempat lainnya, kadang diartikan dengan "lokasi
pada ruang." Geografi mempelajari hal ini, baik yang disebabkan oleh alam
atau manusia. Juga mempelajari akibat yang disebabkan dari perbedaan yang
terjadi itu.
Kimia (dari bahasa
Arab: كيمياء,
transliterasi: kimiya = perubahan benda/zat atau bahasa Yunani: χημεία, transliterasi:
khemeia) adalah ilmu yang
mempelajari mengenai komposisi, struktur, dan sifat zat atau materi dari skala atom hingga molekul serta
perubahan atau transformasi serta interaksi mereka untuk membentuk materi yang
ditemukan sehari-hari.
Kimia juga mempelajari pemahaman sifat dan interaksi atom
individu dengan tujuan untuk menerapkan pengetahuan tersebut pada
tingkat makroskopik. Menurut kimia modern, sifat fisik materi umumnya
ditentukan oleh struktur pada tingkat atom yang pada gilirannya ditentukan oleh
gaya
antaratom dan ikatan
kimia.
3. Ruang Lingkup Sains
Apa
yang dimaksud dengan sains? Jawaban untuk pertanyaan ini akan sangat beragam, termasuk
jawaban dari para ilmuwan sendiri. Namun, bagi seorang guru sains jawabannya
akan sangat berarti, karena selain menunjukkan apa yang dia pahami juga akan
mempunyai pengaruh yang menentukan terhadap apa yang dia ajarkan pada siswa,
bagaimana cara dia mengajarkannya di kelas serta apa yang dia harapkan dari
siswa melalui evaluasi/penilaian. Sebagai ilustrasi rangkuman riset tentang
pengajaran sains yang dilakukan oleh Hodson (1993) menunjukkan hal yang
menarik.
Temuan
riset tentang pemahaman siswa akan sains dalam satu kelas biasanya selalu
konsisten, sedangkan pada siswa lain kelas sangat jauh berbeda, yang jelas
menunjukkan bahwa pemahaman siswa tentang sains sangat dipengaruhi oleh
pengalaman belajar yang ditentukan oleh pandangan guru tentang sains.
Pada
riset lain ditemukan, siswa-siswa dari tiga sekolah yang berbeda walaupun
diajari materi pelajaran yang sama namun diberikan oleh guru yang berbeda
menghasilkan pemahaman siswa yang beragam, hal ini terjadi karena pemahaman,
cara mengajar dan perbedaan pandangan dari guru-guru sains yang juga
berbeda-beda. Singkatnya hal ini menyimpulkan bahwa konsepsi siswa tentang
sains sangat dipengaruhi oleh pandangan guru tentang sains.
Secara
sederhana sains dapat berarti sebagai tubuh pengetahuan (body of knowledge)
yang muncul dari pengelompokkan secara sistematis dari berbagai penemuan ilmiah
sejak jaman dahulu, atau biasa disebut sains sebagai produk.
Produk yang dimaksud adalah fakta-fakta, prinsip-prinsip, model-model,
hukum-hukum alam, dan berbagai teori yang membentuk semesta pengetahuan ilmiah
yang biasa diibaratkan sebagai bangunan dimana berbagai hasil kegiatan sains
tersusun dari berbagai penemuan sebelumnya. Sains juga bisa berarti suatu
metoda khusus untuk memecahkan masalah, atau biasa disebut sains sebagai
proses.
Metoda
ilmiah merupakan hal yang sangat menentukan, sains sebagai proses ini sudah
terbukti ampuh memecahkan masalah ilmiah yang juga membuat sains terus
berkembang dan merevisi berbagai pengetahuan yang sudah ada.
Selain
itu sains juga bisa berarti suatu penemuan baru atau hal baru yang dapat
digunakan setelah kita menyelesaikan permasalahan teknisnya, yang tidak lain
biasa disebut sebagai teknologi. Teknologi merupakan suatu sifat nyata dari
aplikasi sains, suatu konsekwensi logis dari sains yang mempunyai kekuatan
untuk melakukan sesuatu.
Sehingga biasanya salah satu definisi popular tentang sains termasuk juga
teknologi di dalamnya. Aspek-aspek lain dari sains dari kemungkinan lainnya
pada jawaban pertanyaan di atas adalah: dampak sains melalui teknologi terhadap
masyarakat, sifat sains yang terus berkembang, tujuan akhir dari sains,
karakteristik seorang ilmuwan dan lainnya.
Sejarah perkembangan sains menunjukkan bahwa sains berasal dari
penggabungan dua tradisi tua, yaitu tradisi pemikiran filsafat yang dimulai
oleh bangsa Yunani kuno serta tradisi keahlian atau ketrampilan tangan yang
berkembang di awal peradaban manusia yang telah ada jauh sebelum tradisi
pertama lahir. Filsafat memberikan sumbangan berbagai konsep dan ide terhadap sains
sedangkan keahlian tangan memberinya berbagai alat untuk pengamatan alam.
Selanjutnya, sains modern bisa dikatakan lahir dari perumusan metoda ilmiah
yang disumbangkan Rene Descartes yang menyodorkan logika rasional dan deduksi
serta oleh Francis Bacon yang menekankan pentingnya eksperimen dan observasi.
Sumbangan konsep dan ide dalam sains terbukti telah banyak mengubah
pandangan manusia terhadap alam sekitarnya. Contoh yang paling terkenal adalah
teori relativitas dari Albert Einstein. Teori relativitas umum ini misalnya
telah mengubah pandangan orang secara drastis akan sifat kepastian waktu serta
sifat massa yang dianggap tetap. Disamping kekuatan konsep dan ide, melalui
keampuhan alat dan telitinya pengamatan, kegiatan sains juga terbukti menjadi
pemicu berbagai revolusi ilmiah. Pengamatan bintang-bintang oleh Edwin Hubble
melalui teleskop di Gunung Wilson pada tahun 1920-an misalnya, membawa beberapa
implikasi seperti adanya galaksi lain selain Bimasakti dan adanya penciptaan
alam semesta secara ilmiah dengan makin populernya teori ledakan besar (Big
Bang).
Teori-teori dalam sains terus berkembang dengan pesatnya, menggantikan
berbagai teori yang ternyata terbukti salah setelah melalui konfirmasi
percobaan ataupun memperbaiki dan melengkapi teori yang telah ada sebelumnya.
Suatu teori adalah suatu konstruksi yang biasanya dibuat secara logis dan
matematis yang bertujuan untuk menjelaskan fakta ilmiah tentang alam sebagai
mana adanya. Suatu teori yang baik harus mempunyai syarat lain selain dapat menjelaskan,
yaitu dapat memberikan adanya prediksi; contohnya dengan pertanyaan: Bila saya
melakukan hal ini apa yang terjadi? Sebagai contoh, teori kuno yang menyatakan
alam ini terdiri dari empat unsur yaitu tanah, udara, api dan air memenuhi
syarat dapat menjelaskan komposisi alam, namun gagal bila mencoba memperkirakan
dari mana semua unsur itu berasal dan bagaimana interaksinya dalam mahluk hidup
misalnya. Sedangkan teori relativitas umum dari Einstein selain bisa
menjelaskan bagaimana gaya gravitasi bekerja dan pergerakan benda langit secara
tepat dibanding hukum gravitasi Newton, ternyata juga bisa memprediksikan
adanya pembelokan cahaya bintang oleh matahari karena kuatnya gaya gravitasi
dan hal itupun telah sukses dibuktikan.
Namun terkadang teori juga tidak bisa berbuat banyak karena konsekuensinya
terlalu rumit bahkan untuk sekedar diramalkan. Untuk mengatasi hal ini para
ilmuwan mengembangkan apa yang disebut dengan model. Model merupakan
penyederhanaan dari suatu teori yang menjelaskan alam semesta misalnya secara
lebih mudah akan satu aspek tertentu, namun menghilangkan aspek lainnya. Model
berguna karena perilakunya yang cukup sederhana untuk dipahami dan diramalkan,
walaupun terkadang model bisa menjadi tidak terlalu berguna karena banyak hal
tidak berhubungan langsung dengan kenyataannya. Model atom merupakan salah satu
contoh keterbatasan model yang terjadi dalam sejarah ilmu pengetahuan modern
yang biasa disampaikan pada siswa pada pelajaran kimia dan fisika. Dimulai dengan
model atom seperti bola yang dikemukakan oleh John Dalton. Model bola pada abad
ke-19 direvisi oleh J.J. Thomson dari penelitiannya tentang sinar katoda, dia
mengusulkan model atom berbentuk seperti roti kismis dimana bola bermuatan
positif (roti) yang ditempeli oleh electron (kismis) yang bermuatan negatif.
Awal abad ke-20, Rutherford mengusulkan model bahwa atom hampir mirip ruang
kosong dengan inti yang merupakan pusat masa berisi proton dengan elektron
berada pada orbit (tidak menempel seperti kismis seperti pada model Thomson)
berdasarkan percobaannya yang menembakkan sinal alfa pada lempeng emas; lalu
dikembangkan lagi oleh Bohr dengan model atom mekanika gelombang dimana orbit
menjadi orbital dan kemudian hilangnya sifat partikel dari elektron dan lebih
bersifat gelombang.
Perkembangan teori atom memberikan kita contoh nyata tentang tentatifnya
suatu teori dalam ilmu pengetahuan. Mengapa hal ini bisa terjadi? Hal ini
disebabkan karena teori-teori atau hukum-hukum alam dalam sains adalah suatu
generalisasi atau ekstrapolasi dari pengamatan, dan bukan pengamatan itu
sendiri. Sedangkan pengamatan itu sendiri selalu tidak akurat atau tidak
menjelaskan semua aspek yang seharusnya diamati. Apa yang dijelaskan dengan
model atom Thomson contohnya, hanya berdasar pengamatan dari percobaan sinar
katoda saja; model ini direvisi oleh Rutherford setelah dia membuktikan
keberadaan inti. Sehingga unsur ketidakpastian dan kerelatifan menjadi hal yang
penting dalam ilmu pengetahuan modern yang membuatnya terus berkembang.
4. Kedudukan Sains
Ilmu berkembang dengan pesat, yang pada dasarnya ilmu berkembang dari dua
cabang utama yaitu filsafat alam yang kemudian menjadi rumpun ilmu-ilmu alam
(the natural sciences) dan filsafat moral yang kemudian berkembang ke dalam
ilmu-ilmu sosial (the social sciences). Ilmu-ilmu alam membagi menjadi dua
kelompok yaitu ilmu alam (the physical sciences) dan ilmu hayat (the biological
sciences) (Jujun. S. 2003).
Ilmu alam ialah ilmu yang mempelajari zat yang membentuk alam semesta
sedangkan ilmu hayat mempelajari makhluk hidup di dalamnya.
Ilmu alam kemudian bercabang lagi menjadi fisika (mempelajari massa dan
energi), kimia (mempelajari substansi zat), astronomi (mempelajari benda-benda
langit dan ilmu bumi (the earth sciences) yang mempelajari bumi kita.