Menurut teori Piaget tentang perkembangan manusia memberikan banyak kontribusi dalam elaborasi model-model instruksional (Piaget, Piaget dan Inhelder dalam Olson & Susan, 1995). Dalam pandangannya, belajar dimulai ketika pengalaman-pengalaman individual mengalami ketidaksetimbangan: sebuah ketidaksesuaian antara gagasan-gagasan mereka dengan gagasan-gagasan yang dihadapi di lingkungannya. Untuk mengembalikan pemahaman mereka pada kesetimbangan, mereka harus menyesuaikan atau mengubah struktur kognitif melalui interaksi dengan lingkungan.
Kerja Piaget menjadi dasar siklus belajar dan model-model instruksional yang diajukan oleh Atkin dan Karplus (1962) dan digunakan dalam kurikulum dasar SCIS (Olson & Susan, 2000).Nur et,al (2013) menyatakan bahwa tidak semua proses pembelajaran (menggunakan model) secara otomatis akan meningkatkan keterampilan berpikir kritis peserta didik, hanya proses pembelajaran yang mendorong diskusi, melibatkat peserta didik secara langsung, dan banyak memberikan kesempatan pada peserta didik berpendapat, menggunakan gagasan-gagasan dan mendorong kerjasama dalam mengkaji dan menemukan pengetahuannya sendiri, berdasarkan pernyataan Nur et,al (2013) di atas, sesuai dengan karakteristik model siklus belajar (5E) yaitu lebih memanfaatkan keaktifan peserta didik dalam proses pembelajaran.
Model siklus belajar (5E) adalah model siklus belajar yaang didasarkan pada pandangan konstruktivis pembelajaran. Konstruktivis memencakup gagasan bahwa peserta didik membawa ide-ideyang terbentuk sebelumnya tentang bagaimana dunia bekerja (BSCS, 2009). Tujuan dari model konstruktivis, adalah untuk memberikan mahasiswa dengan pengalaman yang membuat mereka kembali konsepsi mereka. Kemudian, mahasiswa mendefinisikan kembali, mengorganisasikan kembali, menggabungkan, dan mengubah konsep awal mereka melalui refleksi diri dan interaksi dengan teman-teman mereka dan lingkungan mereka (Bybee dalam BSCS, 2009). Model siklus belajar (5E) memberikan pedoman khusus untuk apa yang guru harus lakukan untuk menerapkan pelajaran berbasis penyelidikan. Model siklus belajar (5E) adalah konstruktivis berbasis student centered, dan konsisten dengan visi pengajaran dan standar pembelajaran sains nasional (Lederman, 2009).
Model siklus belajar (5E) merupakan perwujudan dari filosopi konstruktivisme tentang belajar dan pembelajaran dengan asumsi “bahwa pengetahuan dibangun dalam pikiran peserta didik”, model pembelajaran ini kemudian dielaborasi ke dalam inkuiri (suastra dalam Rai, 2001). Dengan demikian secara tidak langsung keuntungan dari pendekata inkuiri dalam pembelajaran akan dapat diperoleh melalui penerapan model siklus belajar (5E). Adapun keuntungan dari model siklus belajar (5E) ini, yaitu: 1) pengajaran menjadi berpusat pada mahasiswa (student-centered), 2) proses belajar melalui model siklus belajar (5E) dapat membentuk dan mengembangkan konsep diri, 3) belajar dengan model siklus belajar (5E) dapat mengembangkan bakat kemampuan individu, 4) menghindarkan peserta didik dari cara-cara belajar yang tradisional yang cenderung menghafal, dan 5) memberikan waktu bagi peserta didik untuk mengasimilasi dan mengakomodasi informasi (Rai, 2001), hal ini sesuai dengan pernyataan Gordin & Pea (1999), bahwa pembelajaran model siklus belajar (5E) sebagai model pembelajaran, tidak hanya membantu mahasiswa untuk meningkatkan pemahamannya terhadap materi atau konsep yang diajarkan/dipelajarinya, tetapi juga membantu mahasiswa untuk mengembangkan keterampilan melakukan praktik/inkuiri.
Adam et.al (1999), berdasarkan kajiannya mengenai siklus belajar 5E, menyatakan bahwa model belajar siklus 5E dapat meningkatkan proses berpikir peserta didik, sedangkanpada tahun 1980, Biology Science Curiculum Study (BSCS) mendesain pembelajaran yang khusus untuk mengajarkan sains dan perancangan kurikulum yaitu BSCS 5E, yang selanjutnya dikenal dengan model siklus belajar 5E/Ephase, yakni engagement, eksplorasi, eksplanasi, elaborasi, dan evaluasi (BSCS, 2009).
Engagement pada fase ini, peserta didik disajikan fenomena-fenomena yang asing berupa peristiwa-peristiwa, objek maupun pertanyaan-pertanyaan yang dapat memotivasi mereka dan membantu mereka dalam menghubungkan pengetahuan yang telah mereka ketahui. Pada fase ini peserta didik diminta untuk menyampaikan pertanyaan-pertanyaan, mengidentifikasi masalah yang akan mereka selesaikan, dan membuat rencana untuk menemukan jawaban dari masalah yang akan mereka selesaikan. Dalam fase ini guru dapat memunculkan pengetahuan awal peserta didik dan miskonsepsi peserta didik.
Eksplorasi, pada fase ini, peserta didik menggunakan pengetahuan sebagai dasar untuk melakukan percobaan mereka secara aktif memeriksa dan memanipulasi objek, fenomena-fenomena melalui penyelidikan yang dibimbing oleh dosen.
Eksplanasi, pada fase ini, peserta didik menjelaskan pemahaman mereka tentang konsep-konsep dan proses yang telah mereka lakukan. Peserta didik memiliki kesempatan secara verbal untuk menjelaskan konsep-konsep baru, menunjukkan keterampilan baru dan kemampuan mereka.
Elaborasi, pada fase ini, peserta didik diberi kesempatan untuk menerapkan konsep-konsep dalam konteks atau situasi baru dalam mengembangkan pemahaman yang lebih dalam. Peserta didik didik ambil bagian dalam kegiatan yang memperluas pemahaman konseptual dan yang memungkinkan mereka untuk berlatih keterampilan baru. Peserta didik terlibat secara langsung dalam penyelidikan, pemecahan masalah dan pengambilan keputusan. Dalam fase ini peserta didik dapat merancang dan melakukan penyelidikan mereka sendiri
Evaluasi, pada fase terakhir dari model siklus belajar (5E) ini, yaitu fase evaluation (evaluasi), peserta didik berupaya mengakses pemahaman dan kemampuan mereka. Selain itu pada fase ini guru juga mempunyai kesempatan untuk mengevaluasi kemajuan peserta didik dalam mencapai tujuan-tujuan pembelajaran yang telah ditetapkan (Lederman, 2009).
Berikut adalah deskripsi setiap tahapan model siklus belajar 5E.
Tabel 2.4.Deskripsi Tahapan Model Siklus Belajar 5E
| Tahapan | Deskripsi |
| Engagement | Tahap ini bertujuan untuk memusatkan pikiran atau perhatian mahasiswa terhadap topik/konsep dan atau materi yang dipelajari. Tahap ini dapat dimulai dengan pengajuan suatu pertanyaan atau permasalahan oleh dosen untuk memunculkan rasa ingin tahu mahasiswa. Tahap ini merupakan tahap stimulasi mahasiswa untuk melakukan investigasi atau pengamatan dan atau percobaan. |
| Eksplorasi | Tahap ini menekankan pada keaktifan mahasiswa dalam berinteraksi dengan topik atau materi, fenomena ataupun situasi yang dipelajrinya. Pada tahap ini, dosen memfasilitasi mahasiswa untuk melakukan investigasi, pengamatan dan atau percobaan untuk memperoleh informasi (data). |
| Eksplanasi | Tahap ini, dosen memfasilitasi mahasiswa untuk menjawab pertanyaan atau permasalahan yang telah diajukan pada tahap engagement, menguji hipotesis, menganalisis, memberikan interpretasi, menyimpulkan, dan memberikan atau membuat penjelasan sesuai dengan idenya berdasarkan hasil pengamatan atau percobaan yang telah dilakukan, Pada tahap ini guru melengkapi penjelasan dan kesimpulan yang dibuat mahasiswa. |
| Elaborasi | Tahap ini memberikan kesempatan kepada mahasiswa untuk mengaplikasikan pengetahuan atau keterampilan yang dimiliki pada berbagai situasi, seperti menghubungkan suatu topik/materi dengan topik/materi yang lain, sehingga pembelajaran menjadi bermakna. Koopratif atau individual merupakan strategi yang dapat dilakukan pada tahap ini, tahap ini bertujuan untuk meningkatkan pemahaman mahasiswa terhadap topik/materi yang dipelajari. |
| Evaluasi | Tahap ini mahasiswa mendemonstrasikan atau mempresentasikan pengetahuan atau pemahaman yang telah diperolehnya. Penilaian, yang dapat dilakukan pada tahap ini, dapat berupa penilaian kognitif (kemampuan membuat rangkuman dan/atau kemampuan membuat pertanyaan) dan psikomotorik (keterampilan berkomunikasi atau keterampilan menggunakan suatu alat/prosedur). Tahap ini bertujuan untuk mengecek pemahaman mahasiswa mengenai materi/konsep yang telah diajarkan/dipelajari. |
(Sumber: Collette & Chiappetta, 1994)
Setiap fase model siklus belajar (5E) merupakan fase yang memuat kegiatan yang kreatif dan kritis, kegiatan (proses) dalam menemukan gagasan, strategi-strategi yang cocok, menemukan ide merupakan kegiatan yang kreatif. Strategi yang cocok, gagasan utama, ide utama, pengetahuan baru yang ditemukan merupakan hasil yang kritis. Hal ini sesuai pernyataan Woolfolk (2009), bahwa proses dalam menemukan suatu masalah dan mencari strategi-strategi yang cocok untuk memecahkan maslaah (langkah kreatif), dan menemukan suatu masalah dan menemukan strategi yang cocok untuk memecahkan masalah (lkritis). Pernyataan ini diperkuat oleh Ibrahim (2014), bahwa proses yang dilakukan dalam setiap kegiatan merupakan proses yang kreatif, dan hasil yang ditemukan merupakan bentuk kritis.
Sementara itu ada beberapa teori-teori yang mendukung tentang model siklus belajar (5E) diantaranya: Teori belajar konstruktivis adalah teori yang menyatakan bahwa peserta didik itu sendiri yang harus bekerja secara pribadi menemukan dan menerapkan informasi kompleks, mengecek informasi baru dibandingkan dengan aturan lama, dan memperbaiki aturan lama itu apabila tidak sesuai lagi (Slavin dalam Risdiana, 2014), sementara itu Piaget menyatakan bahwa pengetahuan diperoleh dari tindakan (Langer & Killen, Wadsworth dalam Risdiana, 2014), teori piaget dikenal dengan adaptasi dan ketidakseimbangan, untuk mengatasi ketidakseimbangan dan untuk mengembalikan pemahaman harus menyesuaikan diri dengan lingkungan, dalam fase siklus belajar (5E) diperlukan keaktifan peserta didik dalam mencari penyelesaian masalah dan memfasilitasi proses adaptasi peserta didik dalam belajar (Piaget dalam Olson & Susan, 2000).
Ide-ide konstruktivis modern banyak berlandaskan pada teori Vygotsky (Woolfolk, 2008), yang telah digunakan sebagai penunjang metode pengajaran di kelas dengan menekankan pada empat prinsip yang mempunyai peranan penting dalam pembelajaran. 1) menekankan pada hakikat pembelajaran sosial, bahwa peserta didik belajar dengan berinteraksi dengan orang dewasa dan teman sebaya yang kemampuannya lebih tinggi, 2) bahwa pserta didik belajar pada zona perkembangan proksimal, peserta didik dapat menguasai suatu tugas bila diberi bantuan dan dukungan yang tepat, 3) pemagangan kognitif yaitu mengacu pada proses dengan mana peserta didik yang sedang belajar tahap demi tahap untuk memproleh skills dalam interaksinya dengan seorang pakar, 4) scaffolding dukungan tahap demi tahap untuk belajar dan memecahkan masalah.
Keempat prinsip dari teori Vygotsky dapat disimpilkan bahwa peserta didik belajar melalui interaksi dengan orang lain dalam meyelesaikan tugas-tugas dan dalam memecahkan suatu masalah melalui bantuan dan dukungan dari orang lain. Teori Vygotsky tercermin dalam fase-fase model siklus belajar (5E) tentang bagaimana peserta didik berinteraksi dengan anggota kelompok dan kelompok lain dalam meyelesaikan kegiatan praktikum dan meyelesaikan tugasnya.
