Salah satu karakteristik pembelajaran abad 21 yaitu pembelajarannya menekankan pada keterampilan siswa dalam berpikir, diantaranya yaitu ketrampilan berpikir kritis. Akan tetapi pada kenyataannya keterampilan berpikir kritis siswa masih dikategorikan rendah begitu juga dengan hasil belajar IPA. Oleh karena itu proses pembelajaran harus memicu siswa untuk berpikir kritis. Peningkatan kemampuan berpikir kritis siswa dan hasil belajar dapat dilakukan dengan berbagai model pembelajaran, salah satunya adalah melalui penerapan model pembelajaran berbasis STEM dalam pembelajaran IPA.

Model pembelajaran berbasis STEM  dalam proses pembelajaran IPA dapat digunakan untuk saat ini menjadi alternatif pembelajaran sains yang dapat membangun generasi yang mampu menghadapi abad 21 yang penuh tantangan, diharapkan siswa dapat lebih memahami konsep sains, teknologi dalam sains dan implementasinya dalam kehidupan. Siswa dapat mengintegrasikan antara konsep dan aplikasinya yang dapat meningkatkan keterampilan berpikir kritis siswa.

Berdasarkan hal tersebut, peneliti menerapkan model pembelajaran berbasis STEM yang dapat digunakan untuk melatih keterampilan berpikir kritis siswa dan meningkatkan hasil belajara siswa, yang lebih baik dari pada pembelajaran konvensional

Empat aspek utama dalam pendekatan STEM, yakni:

  1. Aspek science atau sains merupakan pelajaran tentang dunia alam, termasuk hukum-hukum alam yang diasosiasikan dengan fisika, kimia, dan biologi dan perlakuan atau aplikasi fakta, prinsip, konsep dan ketentuan lain yang berhubungan dengan disiplin ini. Kebanyakan mata pelajaran disekolah, perguruan tinggi, dan universitas memunculkan dunia alam, seperti biologi, kimia, astronomi, geologi, dan lain-lain.
  2. Aspek technology atau teknologi adalah inovasi manusia yang digunakan untuk memodifikasi alam agar memenuhi kebutuhan dan keinginan manusia, sehingga membuat kehidupan lebih baik dan lebih aman, atau modifikasi segala sesuatu yang alami untuk memenuhi kebutuhan manusia.
  3. Aspek engineering merupakan pengetahuan dan keterampilan untuk memperoleh dan mengaplikasikan pengetahuan ilmiah, ekonomi, sosial, serta praktis untuk mendesain dan mengkontruksi mesin, peralatan, sistem, material, dan proses yang bermanfaat bagi manusia secara ekonomis dan ramah lingkungan, atau aplikasi kreatif dari prinsip sains untuk merancang atau mengembangkan rangka mesin, alat-alat suatu proses fabrikasi dalam membuat rancangan yang telah dibuat berdasarkan sejumlah perkembangan, seperti ekonomi, keselamatan, dan sebagainya.
  4. Aspek mathematic atau matematika adalah ilmu tentang pola-pola dan hubungan-hubungan yang menyediakan bahasa bagi teknologi, sains, dan engineering, atau ilmu tentang keteraturan pola dan hubungan.

Disiplin ilmu sains mengarahkan peserta didik untuk mempelajari fenomena-fenomena yang terjadi dan menganalisanya sesuai dengan pengetahuan ilmiah yang dimilikinya. Melalui bantuan teknologi peserta didik dapat mempelajari hal-hal baru terkait fenomena tersebut dan membuat perubahan atau pembaruan dari teknologi yang ada dengan menggunakan pemahaman teknik/desain yang dihubungkan dengan disiplin ilmu lainnya. Semua itu dapat dilaksanakan dengan analisis atau cara berpikir secara matematis dan sistematis mengurut dari mulai merumuskan masalah sampai memecahkan masalah sebuah masalah dengan pandangan berbeda.

Selain mengembangkan konten dibidang sains, teknologi, teknik, dan matematika, pendidikan integrasi STEM juga berupaya untuk menumbuhkan keterampilan seperti penyelidikan ilmiah dan kemampuan memecahkan masalah. Literasi STEM mengacu pada kemampuan individu untuk menerapkan bagaimana ketatnya persaingan bekerja di dunia nyata yang membutuhkan empat domain yang saling terkait.

Dalam upaya meningkatan kompetensi pendidik dalam pembelajaran berbasis science, technology, engineering and mathematics (STEM). P4TK IPA bekerjasama dengan MeriSTEM Singapura, UPI dan P4TK Matematika menyelenggarakan program STEM Leadership Education. Salah satu rangkaian kegiatannya adalah Pendampingan Implementasi pembelajaran STEM di Nuclei School.Karakteristik STEM adalah Kontekstual (nyata), berbasis projek, dan fenomena. Akhirnya dibentuklah NUCLEI School . Kegiatan tersebut dilaksanakan di SMPK 1 Harapan Denpasar  yang merupakan tempat terpilih sebagai salah satu Nuclei School dari 20 sekolah se-Indonesia pada bulan Maret s.d April 2022, pendampingan ini terdiri dari 4 siklus yang dilakukan dengan moda daring dan luring. Dimulai pada tanggal 14 Maret 2022 dan berakhir tanggal 20 April 2022. Dari 20 sekolah di seluruh Indonesia SMPK 1 Harapan terpilih menjadi sekolah inti menerapkan pembelajaran STEM dari NUCLEI School. Di kota Denpasar SMPK 1 Harapan satu-satunya sekolah yang buka kelas NUCLEI School inti menerapkan pembelajran STEM.

Selanjutnya, kegiatan pendampingan yang dilakukan adalah berupa Lesson Study,  Peserta didik melakukan problem solving dengan hasil produk akhir berupa Lilin Beraromaterapi dan Pembangkit Listrik Tenaga Micro Hidro (PLTMA). Para pembimbing yang terlibat adalah Pendamping dari Nei Singapore, Prof Ong Yann Shiou, Mr. Ng Yong Sim, Prof. Teo Tang Wee. Koordinator Dr. Sumaryanta, S.Pd, M.Pd dan Pendamping teknis Muh. Tamimuddin, MT dari P4TK Matematika , Guru Model Gede Eka Juni Purwasila, ST. dari SMPK 1 Harapan Denpasar, Observer terdiri dari guru IPA dan Matematika dari beberapa sekolah yaitu SMPN 9, SMP Widia Sakti, dan SMP Dwijendra. (Juni J)