Pengenalan STEM

Pendidikan STEM didefinisikan sebagai pembelajaran bersepadu disiplin sains, teknologi, kejuruteraan dan matematik yang mengaplikasikan konteks dunia sebenar dengan menghubungkan institusi pendidikan, komuniti dan industri untuk melahirkan bakat dan masyarakat berliterasi STEM ke arah memacu pembangunan ekonomi negara.

Definisi ini telah dibentangkan dan dipersetujui dalam Mesyuarat Majlis Sains Negara pada 7 Februari 2017.

SCIENCE: the ideas about the natural world, warranted by empirical evidence, that have been accumulated over time and the processes by which these ideas have been generated.

TECHNOLOGY: the systems, processes and artifacts produced by human beings to serve their needs or desires.

ENGINEERING: the systematic and iterative process, informed by scientific knowledge, of designing objects and systems to achieve solutions to human problems

MATHEMATICS: the systematic study of patterns and relationships among quantities, numbers and space expressed symbolically in the form of numerals and forms and warranted through logical argument.

Buku Panduan Pelaksanaan Sains, Teknologi, Kejuruteraan dan Matematik (STEM) terbitan Bahagian Perkembangan Kurikulum, Kementerian Pendidikan Malaysia (2016) menyarankan tiga elemen utama iaitu pengetahuan, kemahiran dan nilai diintegrasikan dalam mata pelajaran STEM melalui pendekatan inkuiri, pembelajaran berasaskan projek dan pembelajaran berasaskan masalah dalam konteks dunia sebenar.

Elemen Pendidikan STEM dalam Kurikulum

Pengetahuan STEM merupakan idea, konsep, prinsip, teori dan pemahaman bidang STEM yang digubal dalam kurikulum semua mata pelajaran STEM. Kurikulum yang dirancang dan dibangunkan berhasrat memberi murid pengetahuan, kemahiran dan nilai yang mencukupi melalui aktiviti yang disediakan oleh guru di dalam atau di luar bilik darjah. Pemerolehan pengetahuan STEM yang progresif dan dinamik adalah penting supaya murid sentiasa mendapat pengetahuan dan perkembangan terkini dalam bidang STEM.


Kemahiran STEM ialah kecekapan dan kompetensi untuk meneroka, menyelesaikan masalah, mereka bentuk dan menghasilkan produk. Kemahiran tersebut boleh diperoleh melalui aktiviti, projek atau tugasan seperti yang dihasratkan dalam Pendidikan STEM. Kemahiran STEM terdiri daripada Kemahiran Proses dan Kemahiran Teknikal.


Kemahiran Proses ialah kemahiran yang digunakan dalam proses mempelajari dan mengaplikasi pengetahuan dalam menyelesaikan masalah. Kemahiran Proses melibatkan kemahiran proses sains, kemahiran proses matematik, kemahiran reka bentuk dan kemahiran pemikiran komputasional manakala kemahiran teknikal pula ialah kemahiran yang melibatkan psikomotor yang merangkumi kemahiran manipulatif, kemahiran pengurusan dan pengendalian bahan, alatan dan mesin dengan cara yang betul dan selamat.


Nilai dan Etika STEM ialah akhlak atau moral positif serta garis panduan yang harus dipatuhi oleh murid. Penerapan nilai dan etika STEM semasa PdP adalah penting dalam menghasilkan murid yang bukan sahaja berpengetahuan dan kompetens, tetapi mempunyai keperibadian tinggi. Antara nilai yang ditekankan adalah sistematik, objektif, tekal, berfikir secara rasional, tabah, beriltizam, menyahut cabaran, berani mencuba, berfikiran terbuka, inovatif, dan lain-lain. Sementara contoh etika yang harus dipatuhi oleh murid STEM ialah seperti mematuhi peraturan makmal, peraturan bengkel dan langkah-langkah keselamatan.

Kementerian Pendidikan Malaysia (2016)

Mengapa STEM Penting?

Bagi mencapai status negara maju, Pendidikan Sains, Teknologi, Kejuruteraan dan Matematik di Malaysia perlu lebih menarik bagi meningkatkan minat murid untuk melanjutkan pelajaran dalam bidang tersebut (Saat, 2012; Mohamed Nor Azhari, Aisyah, Parmin, Balamuralithara, Mohd Ikhwan, Sadiah, Haniza Hanim, Fadhil Harfiez & Nuramalina, 2018). Pendidikan STEM penting dalam menyediakan murid untuk menghadapi cabaran dan berdaya saing di peringkat global dan menjadikan Malaysia negara yang maju berteknologi tinggi.


Pendidikan STEM adalah antara agenda utama dalam Pelan Pembangunan Pendidikan Malaysia (PPPM) 2013 – 2025 yang ditekankan dalam Anjakan Pertama. Pendidikan STEM membantu perkembangan minda murid melalui aktiviti yang bermakna kerana murid secara aktif menghasilkan projek dan menyelesaikan masalah. Di samping itu, pendidikan STEM membina sikap saintifik dalam kalangan murid dan dapat melahirkan murid yang kritis dan kreatif.

Bagaimana Pelaksanaan Pendidikan STEM?

Kajian metaanalisis oleh Norazla, Zaleha, Zaidatun dan Mohd Nihra (2015) tentang strategi pengajaran yang digunakan dalam pendidikan STEM mendapati kebanyakan guru menggunakan pendekatan pembelajaran berasaskan projek, pembelajaran berasaskan masalah dan pembelajaran berasaskan inkuiri. Penyelidikan tersebut juga mendapati bahawa pembelajaran berasaskan projek merupakan pendekatan yang paling ketara dalam kajian-kajian STEM. Pembelajaran berasaskan reka bentuk juga merupakan satu bentuk pembelajaran berasaskan projek yang berkaitan dengan isu dunia sebenar. Bentuk pembelajaran ini dapat memberi peluang kepada murid-murid untuk mengambil bahagian, membuat kajian, mereka bentuk dan menghasilkan penyelesaian (Kolodner, Camp, Crismond, Fasse, Gray, Holbrook, Puntambekar & Ryan, 2003). Namun begitu, kajian tersebut mendapati pelaksanaan STEM di sekolah kurang memberi penekanan kepada elemen kejuruteraan iaitu proses mereka cipta sesuatu projek. Johnson dan Sonderson (2016) mendapati kekurangan ilmu dan kemahiran dalam bidang Kejuruteraan menjadikan guru Sains dan Matematik ini tidak dapat mengajar secara berkesan dalam pelaksanaan STEM di Amerika Syarikat.


Pembelajaran berasaskan inkuiri bukan sahaja berlaku dalam proses inkuiri saintifik malah dalam proses reka bentuk kejuruteraan. Melalui pendekatan ini, murid-murid dapat menemui pengetahuan dan penyelesaian baharu melalui penerokaan yang mendalam bagi menjawab soalan-soalan berbangkit yang berkaitan dengan situasi yang dikaji. Pendekatan berasaskan masalah pula melibatkan murid-murid dalam situasi yang memerlukan mereka menyelesaikan masalah dalam bentuk soalan yang kompleks dan tidak berstruktur, mencari penyelesaian yang munasabah dan berkongsi hasil dapatan pada akhir sesi pembelajaran. Murid dapat membina pengetahuan isi kandungan mata pelajaran berkaitan serta memupuk kemahiran penyelesaian masalah. Pengalaman daripada pembelajaran berasaskan masalah amat berguna kepada murid-murid yang bakal memilih kerjaya yang berkaitan dengan STEM (Asghar, Ellington, Rice, Johnson & Prime, 2012).


Menurut Moore, Roehrig, Lesh, and Guzey (2010), menyediakan murid menghadapi masalah dalamkehidupan, memberi peluang kepada mereka menangani masalah melalui pengalaman yang bermakna, menarik dan dapat melibatkan mereka dalam keempat-empat disiplin STEM. Pengasingan disiplin itu menghasilkan situasi yang tidak bermakna yang secara umumnya tidak berlaku di luar bilik darjah. Manakala, integrasi keempat-empat disiplin tersebut menghasilkan suasana pembelajaran yang lebih autentik. Kajian-kajian (Sanders, 2009; Stohlmann, 2012) menunjukkan bahawa pendidikan STEM dapat mengembangkan kemahiran menyelesaikan masalah, menggalakkan pembelajaran berpusatkan murid dan mencungkil kemahiran berfikir aras tinggi. Hal ini kerana pendekatan merentas disiplin atau kurikulum yang bersepadu memberi pengalaman yang lebih relevan dan dapat merangsangkan murid agar berdaya saing dan kompetatif.


Modul ini akan memperkenalkan Pembelajaran Berasaskan Masalah Berorientasikan Projek yang memberi penekanan kepada keupayaan murid untuk mengenal pasti dan menyelesaikan masalah dalam kehidupan sebenar (Lehmann, Christensen, Du & Thrane, 2008).

Bagaimana Pelaksanaan Pendidikan STEM?

Kajian metaanalisis oleh Norazla, Zaleha, Zaidatun dan Mohd Nihra (2015) tentang strategi pengajaran yang digunakan dalam pendidikan STEM mendapati kebanyakan guru menggunakan pendekatan pembelajaran berasaskan projek, pembelajaran berasaskan masalah dan pembelajaran berasaskan inkuiri. Penyelidikan tersebut juga mendapati bahawa pembelajaran berasaskan projek merupakan pendekatan yang paling ketara dalam kajian-kajian STEM. Pembelajaran berasaskan reka bentuk juga merupakan satu bentuk pembelajaran berasaskan projek yang berkaitan dengan isu dunia sebenar. Bentuk pembelajaran ini dapat memberi peluang kepada murid-murid untuk mengambil bahagian, membuat kajian, mereka bentuk dan menghasilkan penyelesaian (Kolodner, Camp, Crismond, Fasse, Gray, Holbrook, Puntambekar & Ryan, 2003). Namun begitu, kajian tersebut mendapati pelaksanaan STEM di sekolah kurang memberi penekanan kepada elemen kejuruteraan iaitu proses mereka cipta sesuatu projek. Johnson dan Sonderson (2016) mendapati kekurangan ilmu dan kemahiran dalam bidang Kejuruteraan menjadikan guru Sains dan Matematik ini tidak dapat mengajar secara berkesan dalam pelaksanaan STEM di Amerika Syarikat.


Pembelajaran berasaskan inkuiri bukan sahaja berlaku dalam proses inkuiri saintifik malah dalam proses reka bentuk kejuruteraan. Melalui pendekatan ini, murid-murid dapat menemui pengetahuan dan penyelesaian baharu melalui penerokaan yang mendalam bagi menjawab soalan-soalan berbangkit yang berkaitan dengan situasi yang dikaji. Pendekatan berasaskan masalah pula melibatkan murid-murid dalam situasi yang memerlukan mereka menyelesaikan masalah dalam bentuk soalan yang kompleks dan tidak berstruktur, mencari penyelesaian yang munasabah dan berkongsi hasil dapatan pada akhir sesi pembelajaran. Murid dapat membina pengetahuan isi kandungan mata pelajaran berkaitan serta memupuk kemahiran penyelesaian masalah. Pengalaman daripada pembelajaran berasaskan masalah amat berguna kepada murid-murid yang bakal memilih kerjaya yang berkaitan dengan STEM (Asghar, Ellington, Rice, Johnson & Prime, 2012).

Menurut Moore, Roehrig, Lesh, and Guzey (2010), menyediakan murid menghadapi masalah dalam kehidupan, memberi peluang kepada mereka menangani masalah melalui pengalaman yang bermakna, menarik dan dapat melibatkan mereka dalam keempat-empat disiplin STEM. Pengasingan disiplin itu menghasilkan situasi yang tidak bermakna yang secara umumnya tidak berlaku di luar bilik darjah. Manakala, integrasi keempat-empat disiplin tersebut menghasilkan suasana pembelajaran yang lebih autentik. Kajian-kajian (Sanders, 2009; Stohlmann, 2012) menunjukkan bahawa pendidikan STEM dapat mengembangkan kemahiran menyelesaikan masalah, menggalakkan pembelajaran berpusatkan murid dan mencungkil kemahiran berfikir aras tinggi. Hal ini kerana pendekatan merentas disiplin atau kurikulum yang bersepadu memberi pengalaman yang lebih relevan dan dapat merangsangkan murid agar berdaya saing dan kompetatif.


Modul ini akan memperkenalkan Pembelajaran Berasaskan Masalah Berorientasikan Projek yang memberi penekanan kepada keupayaan murid untuk mengenal pasti dan menyelesaikan masalah dalam kehidupan sebenar (Lehmann, Christensen, Du & Thrane, 2008).

Apakah Teori Di Sebalik Pendidikan STEM?

Menurut Matthews (1998), pendekatan konstruktivisme yang dipelopori oleh Piaget (Kognitif Konstruktivis) dan Lev Vygotsky (Sosial Konstruktivis) berkesan apabila murid menggunakan pengetahuan sedia ada digarap dengan pengalaman lalu secara bermakna. Seseorang individu akan membina pengetahuan melalui interaksi bersama rakan dengan persekitaran, melalui penglibatan dalam penyiasatan (Bruner, 1966), perbualan atau aktiviti berkumpulan seterusnya membina pengetahuan baharu melalui pembinaan pengetahuan semasa.


Constructionism merupakan teori yang terkini berlaku dalam konteks di mana murid secara sedar terlibat dalam penghasilan produk dan mereka berkongsi idea serta produk yang dihasilkan kepada rakan-rakan (Papert & Harel, 1991). Teori ini memberi penekanan kepada proses mereka bentuk (pembuatan, pembinaan dan pengaturcaraan) dan produk (Resnick & Kafai, 1996) dengan memberi penekanan kepada penggunaan komputer. Manakala, Lesh dan Doerr (2003) mencadangkan model terjemahan Lesh yang dikenali sebagai Lesh Translation Model (LTM) seperti dalam Rajah 1.2. Model ini terdiri daripada lima mod, iaitu simbol penulisan, rajah atau gambar, model konkrit, metafora berasaskan pengalaman dan bahasa pertuturan. Mod di dalam model ini saling berinteraksi bagi menghasilkan pembelajaran yang bermakna.