KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan penyertaan-Nya sehingga karya ilmiah yang berjudul “SMART-LAB 5.0: Integrasi Laboratorium Virtual, Gamifikasi, dan Human–AI Teaming dalam Pembelajaran Biologi dan Kimia untuk Pengembangan Kompetensi 6C” ini dapat diselesaikan dengan baik.
Karya ilmiah ini disusun sebagai upaya untuk menjawab berbagai tantangan dalam pembelajaran Biologi dan Kimia, khususnya keterbatasan fasilitas praktikum, karakteristik materi yang abstrak dan mikroskopis, serta kebutuhan untuk meningkatkan keterlibatan dan kompetensi murid.
Melalui model SMART-LAB 5.0, teknologi tidak ditempatkan sebagai pengganti guru maupun praktikum nyata, tetapi sebagai sarana yang dapat memperkaya pengalaman belajar melalui integrasi simulasi, laboratorium virtual, gamifikasi, asesmen, dan pendekatan Human–AI Teaming.
Penyusunan karya ini juga didasarkan pada keyakinan bahwa pendidikan bukan sekadar transfer pengetahuan, melainkan proses untuk membentuk murid yang mampu berpikir kritis, kreatif, bekerja sama, berkomunikasi, berkarakter, dan bertanggung jawab.
Oleh karena itu, pengembangan teknologi pembelajaran perlu tetap berpusat pada murid dan berada dalam arahan guru sebagai pendidik yang membimbing proses belajar serta pembentukan karakter.
Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini masih memiliki keterbatasan dan masih terbuka untuk pengembangan lebih lanjut, khususnya melalui penelitian empiris yang dapat menguji efektivitas model SMART-LAB 5.0 dalam konteks pembelajaran yang lebih luas.
Oleh sebab itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk penyempurnaan karya ini.
Akhirnya, penulis berharap karya ini dapat memberikan kontribusi bagi pengembangan pembelajaran Biologi dan Kimia yang inovatif, bermakna, dan relevan dengan perkembangan teknologi, sekaligus tetap mempertahankan peran penting guru dalam mendampingi murid mencapai kompetensi dan karakter yang utuh.
ABSTRAK
Pembelajaran Biologi-Kimia di jenjang SMP/SMA menghadapi tiga tantangan utama: sifat konsep yang abstrak dan mikroskopis sehingga sulit divisualisasikan, keterbatasan sarana praktikum di sekolah, serta rendahnya keterlibatan (engagement) siswa.
Solusi berbasis teknologi seperti laboratorium virtual (PhET, PraxiLabs, ChemCollective, VLab-Bio) dan gamifikasi digital (Kahoot!, Wordwall) telah terbukti efektif secara terpisah, namun pemanfaatannya oleh guru masih bersifat parsial. Karya tulis ilmiah ini bertujuan merancang pembelajaran terintegrasi bernama SMART-LAB 5.0 yang menyatukan kelima platform tersebut melalui Siklus SPARK (Spin–Predict–Apply–Reflect–Konfirmasi) di bawah kerangka Human-AI Teaming.
Jarya tulis deskriptif kualitatif berbasis studi literatur dan ilustrasi praktik terbatas ini menunjukkan bahwa setiap tahap Siklus SPARK memiliki peran spesifik dalam melatih kompetensi abad ke-21 (6C). Kebaruan penelitian terletak pada penyusunan arsitektur integrasi multi-platform digital gratis dan berakses mudah ke dalam satu sistem pembelajaran terstruktur yang menempatkan guru sebagai arsitek utama proses belajar.
Kata Kunci: Human-AI Teaming, laboratorium virtual, gamifikasi digital, pembelajaran sains SMART-LAB 5.0
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pendidikan abad ke-21 menuntut transformasi paradigma pembelajaran guna merespons dinamika zaman yang semakin kompleks (Trilling & Fadel, 2021). Urgensi penguasaan keterampilan abad ke-21 mendorong pendidik untuk melebihi pola edukasi konvensional, salah satunya melalui pendekatan PjBL (Project-Based Learning) terintegrasi STEM (Gultom et al. 2026).
Menurut Astuti (2024), memperluas konsep deep learning dengan mengidentifikasi enam kompetensi kunci yang dikenal sebagai “6C”: Character,Citizenship, Collaboration, Communication, Creativity, dan Critical Thinking.
Untuk mencapai kompetensi ini, pembelajaran yang interaktif, kontekstual, dan berorientasi pada siswa diperlukan. Pembelajaran tidak boleh hanya diberikan satu arah (Fitriani & Santiani, 2025; Sulistiono, 2025).
Panggilan profesi untuk mencerdaskan kehidupan bangsa dan mencetak generasi yang unggul bagi Kristus sangat dekat dengan pendidik Kristen (Van Brummelen, 2018).
Teknologi pintar tidak datang untuk menggantikan guru; sebaliknya, mereka membantu guru menjadi lebih baik dalam membimbing siswa, membentuk karakter, dan mengasah potensi akal budi mereka.
Materi sains tingkat Menengah Atas (SMA), seperti biologi dan kimia, menghadapi hambatan nyata dalam implementasi ideal tersebut. Kurikulum biologi dan kimia memiliki banyak konsep mikroskopis yang kompleks. Materi seperti larutan asam-basa, kesetimbangan kimia, laju reaksi, dan termokimia dalam kimia Kelas XI membutuhkan representasi visual yang kuat, dan perhitungan konsentrasi sering menjadi sumber kesulitan belajar (Johnstone & Reid, 2019).
Dalam Biologi Kelas XI, materi tentang Struktur Membran Sel dan Transpor Membran membutuhkan pemahaman tentang mekanisme fisiologis yang tidak dapat dilihat.
Menurut Sweller (2020), struktur otak manusia tidak dibangun secara alami untuk memungkinkan proses mikroskopis dilakukan tanpa bantuan media visual manipulatif. Fokus dan daya tangkap kognitif siswa cenderung menurun ketika fenomena molekuler hanya disajikan dalam teks naratif statis.
Keterbatasan sarana laboratorium fisik di berbagai sekolah memperparah masalah kognitif tersebut (Tuysuz & Aydin, 2021). Menurut Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan (Kemendikbudristek, 2023), ada perbedaan fasilitas laboratorium IPA di seluruh negeri.
Pendidik Kristen diminta untuk membawa keadilan dan kebebasan belajar bagi setiap anak melalui metode instruksional inovatif yang melampaui batas laboratorium fisik. Solusi digital telah terbukti empiris efektif. PhET Interactive Simulations (2023), menunjukkan bahwa eksplorasi langsung mempermudah pemahaman konsep (Perkins, 2020; Rahmawati & Nugroho, 2023), meningkatkan N-gain literasi sains hingga 0,718, dan menumbuhkan sikap positif siswa terhadap pembelajaran kimia (Salame & Makki, 2021; Marpaung & Nurfajriani, 2026).
PraxiLabs (2026) mencatat 80% siswa lulus post-test pada simulasi 3D imersif. ChemCollective (2023) dapat meningkatkan pemahaman siswa dari 12% menjadi 88% dengan skenario biologi digital yang disediakan oleh VLab-Bio (2017) (Bakar et al., 2020)
Tantangan lainnya adalah rendahnya keterlibatan aktif siswa.Pemanfaatan gamifikasi seperti Kahoot!, Quizizz, dan Wordwall dapat meningkatkan motivasi dalam diri sendiri (Ummetro, 2023; Panis et al., 2025).
Dengan rata-rata post-test eksperimen berbasis Wordwall mencapai 71,25, melampaui kelas kontrol 44,50 (Pratama & Handayani, 2024), data kuantitatif menunjukkan uji-t signifikan (0,000<0,05). Platform evaluasi interaktif ini memiliki dampak evaluasi yang signifikan (Kuron et al., 2025).
Meskipun instrumen simulasi dan gamifikasi memberikan dampak positif, terdapat research gap nyata: laboratorium virtual dan gamifikasi digital masih berjalan terpisah. Belum ada model terpadu di bawah payung Human-AI Teaming (HAT) yang menegaskan guru sebagai operator utama (Luckin & Cukurova, 2019; Baretta et al., 2023).
Selain itu, penggunaan gabungan laboratorium virtual dan praktikum riil tetap diperlukan demi menjaga pemahaman konseptual serta pengalaman sensorik siswa (de Jong et al., 2023).
Berdasarkan uraian tersebut, dirumuskanlah model terintegrasi SMART-LAB 5.0 yang dioperasionalkan melalui Siklus SPARK (Spin, Predict, Apply, Reflect, Konfirmasi).
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana kondisi nyata dari keterbatasan praktikum dan tingkat partisipasi siswa dalam pembelajaran Biologi-Kimia di jenjang SMP/SMA saat ini ?
2. Bagaimana desain model SMART-LAB 5.0 yang menggabungkan laboratorium virtual dan gamifikasi digital secara sistematis ?
3. Bagaimana pemetaan peran guru sains dalam kerangka Human-AI Teaming pada model SMART-LAB 5.0 ?
4. Sejauh mana potensi model SMART-LAB 5.0 dalam mempercepat penguasaan kompetensi 6C siswa SMP/SMA?
1.3 Tujuan Penelitian
1. Menggambarkan kondisi keterbatasan fasilitas praktikum dan dinamika keterlibatan siswa dalam pembelajaran Biologi-Kimia.
2. Menyusun desain model SMART-LAB 5.0 yang mengintegrasikan laboratorium virtual dan gamifikasi digital.
3. Menganalisis peran penting guru sains sebagai kreator utama pembelajaran dalam kerangka Human-AI Teaming.
4. Mengevaluasi potensi kontribusi model SMART-LAB 5.0 dalam meningkatkan kompetensi 6C siswa.
1.4 Manfaat Penelitian
• Manfaat Teoritis: Menggabungkan kerangka kerja multi-platform digital dan prinsip Human-AI Teaming akan meningkatkan keilmuan teknologi pendidikan sains. Ini juga akan memberikan landasan filosofis untuk penatalayanan digital bagi guru Kristen.
• Manfaat Praktis: Memberikan pedoman operasional yang praktis dan aplikatif bagi 6 guru Biologi dan Kimia SMP/SMA untuk merancang dan menerapkan praktikum digital yang hemat biaya namun berdampak besar.
• Manfaat Kebijakan: Melalui pemanfaatan perangkat lunak terintegrasi, akan memberikan masukan strategis kepada pengelola lembaga pendidikan dan yayasan pendidikan untuk membuat kebijakan anggaran laboratorium yang efisien.
1.5 Batasan Masalah
Studi ini memusatkan perhatian pada penyusunan kerangka konseptual yang diperkaya dengan contoh penerapan yang dibatasi hanya untuk mata pelajaran Biologi dan Kimia di jenjang SMP/SMA. Ruang lingkup platform digital hanya mencakup PhET, PraxiLabs, ChemCollective, Kahoot!, dan Wordwall.
BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1 Kajian Teori
2.1.1 Pembelajaran Abad 21 dan Deep Learning Pedagogis
Pembelajaran pada abad ke-21 menuntut perubahan mendasar dari paradigma pengajaran yang pasif dan berbasis hafalan menuju pembelajaran mendalam (deep learning pedagogis) yang berfokus pada penguasaan Higher Order Thinking Skills (HOTS) (Jurnal P41, 2024).
Menurut Astuti (2024), deep learning pedagogis berujung pada pengembangan enam kompetensi kunci (6C), yaitu: Character, Citizenship, Collaboration, Communication, Creativity, dan Critical Thinking. Hal ini dijelaskan lebih lanjut oleh Symmetry (2024) bahwa pendekatan deep learning didasarkan pada tiga pilar utama: meaningful (bermakna), mindful (penuh kesadaran), dan joyful (menyenangkan). Dalam kerangka SMART-LAB 5.0, penting untuk membedakan dua pemaknaan istilah deep learning:
1. Deep Learning Pedagogis: Pendekatan pembelajaran mendalam yang fokus pada pemahaman konsep, penyelesaian masalah, dan pengembangan karakter (Van Brummelen, 2018).
2. Deep Learning Teknologi (AI): Struktur algoritma kecerdasan buatan berbasi jaringan saraf tiruan (neural networks) yang menopang kerja mesin simulasi 3D, pemrosesan visual, dan sistem personalisasi digital.
Kedua gagasan ini saling memperkuat: AI deep learning berfungsi sebagai pendukung visualisasi data, sementara deep learning pedagogis menjadi inti pengajaran yang diarahkan oleh guru. Bagi pendidik Kristen, deep learning pedagogis mengandung panggilan iman untuk mencerdaskan kehidupan bangsa. Guru bukan sekadar menyampaikan pengetahuan secara kognitif, tetapi juga mengasah nalar dan membina karakter siswa agar mereka berkembang menjadi generasi yang unggul bagi Kristus.
2.1.2 Smart Learning Environment (SLE) dan Education 5.0
Smart Learning Environment (SLE) mengintegrasikan teknologi adaptif guna mendukung personalisasi pembelajaran (Spector, 2018). Dalam Education 5.0, SLE berfungsi memanusiawikan proses belajar (humancentered) dengan menyediakan infrastruktur digital yang peka terhadap tingkat pemahaman siswa, teknologi digital dirancang untuk memanusiakan hubungan edukatif, memperluas jangkauan eksplorasi mandiri, dan meningkatkan kualitas interaksi antara guru dan siswa.
2.1.3 Deep Learning AI sebagai Jembatan Visualisasi Konsep Abstrak
Kesulitan kognitif muncul karena otak manusia secara alami tidak diperlengkapi untuk membayangkan struktur molekuler yang berukuran sangat kecil (Sweller, 2020;
Kangatepafia, 2023). Kecerdasan buatan (AI) berperan sebagai penghubung kognitif yang memungkinkan visualisasi interaktif serta pemberian umpan balik secara otomatis *Uinsyahada, 2024), sehingga membantu siswa mengagumi keteraturan yang ada di alam semesta.
2.1.4 Human-AI Teaming: Guru sebagai Arsitek Utama
Human-AI Teaming (HAT) adalah bentuk kerja sama antara manusia dan sistem otonom berbasis kecerdasan buatan (Schmutz et al., 2024). AI memiliki keunggulan dalam memproses data besar secara cepat, menjalankan simulasi secara konsisten, serta melakukan perhitungan matematis dengan presisi, sementara manusia lebih unggul dalam berpikir intuitif, memiliki kecerdasan emosional, empati, dan kemampuan dalam mempertimbangkan aspek etis moral (Binus School of Computer Science, 2024). Dalam konteks kelas, konsep Human-in-the-Loop menjadikan guru sebagai pengelola utama yang memandu proses pembelajaran. Teknologi tidak dibuat untuk menggantikan peran spiritual dan pengasuhan yang diberikan oleh seorang guru.
Pendidik Kristen mengendalikan teknologi pintar ini sebagai sarana penatalayanan, memastikan teknologi tetap berfungsi sebagai alat pendukung dalam memanusiakan pendidikan (Ilmudata, 2023; Timelinesinews, 2024; Habepublisher, 2024).
2.1.5 Laboratorium Virtual dan Gamifikasi Digital
a. PhET Interactive Simulations: Menurut Widiyanti dan Rahmawati (2023), PhET Interactive Simulations membantu siswa memvisualisasikan derajat ionisasi dan perubahan warna indikator pH.
b. PraxiLabs dan ChemCollective: Laboratorium daring seperti PraxiLabs telah terbukti berhasil dalam memberikan pengalaman 3D yang mendalam untuk percobaan mikroskop sel dan persiapan titrasi asam-basa sebelum kegiatan praktikum (El-Banna et al., 2021). Sementara itu, ChemCollective menyajikan laboratorium daring berbasis simulasi untuk reagen dan titrasi larutan yang meningkatkan pemahaman praktis (Yaron et al., 2010), serta menawarkan percobaan kimia virtual yang memungkinkan berlangsungnya reaksi kimia dalam konteks masalah nyata (Bakar et al., 2020).
c. Kahoot! dan Wordwall: Gamifikasi ini menggunakan poin, batas waktu, dan tantangan interaktif untuk melatih ingatan dengan cara yang menyenangkan. Selain terbukti meningkatkan motivasi intrinsik siswa (Ummetro, 2023), platform seperti Wordwall juga telah terbukti secara signifikan meningkatkan hasil belajar.
Hasil analisis uji Independent Samples t-Test menunjukkan nilai signifikansi 0,000 < 0,05, dengan rata-rata nilai post-test pada kelas eksperimen mencapai 71,25, jauh lebih tinggi dibandingkan kelas kontrol yang hanya mendapatkan 44,50 (Pratama & Handayani, 2024).
2.2 Penelitian yang Relevan dan Sintesis Kebaruan
Kebaruan (novelty) dari model SMART-LAB 5.0 terletak pada penyusunan kelima alat digital tersebut ke dalam satu alur instruksional terstruktur (Siklus SPARK) yang diintegrasikan secara multidisipliner(Biologi-Kimia) berlandaskan kerangka Human-AI Teaming dapat dilihat pada Tabel 1.
BAB III METODE KERJA
3.1 Jenis Penulisan
Karya tulis ini bersifat deskriptif-kualitatif berbasis studi literatur, dilengkapi ilustrasi praktik terbatas (limited case illustration) untuk menguji kelayakan awal arsitektur SMART-LAB 5.0.
Data sekunderbersumber dari literatur terindeks (2018–2026), sedangkan data primer terbatas bersumber dari catatan observasi partisipatif pada penerapan Siklus SPARK materi Kelas SMP/SMA dapat dilihat pada Tabel 2.
3.2 Rancangan Ilustrasi Praktik: Siklus SPARK Subjek gambaran dilakukan pada kelas analisis mikro (misalnya materi “Larutan Asam-Basa” atau “Genetika”). Rancangan lima langkah Siklus SPARK disajikan sebagai berikut pada Tabel 3:
3.3 Prosedur Pengumpulan dan Analisis Data
Data dikumpulkan melalui pra-observasi (kuis pemahaman diagnostik awal), lembar observasi partisipatif selama Siklus SPARK berlangsung, serta evaluasi skor Kahoot! pada tahap Konfirmasi.
Analisis data dilakukan secara kualitatif-deskriptif melalui reduksi data, penyajian tabel sintesis, serta penarikan kesimpulan induktif.
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Deskripsi Kondisi Kekinian
Praktik pembelajaran Biologi di banyak sekolah saat ini masih menghadapi kendala klasik. Pada materi Biologi (Contoh:Sel,Transpor Membran, Genetika, Asam-Basa), siswa sering kesulitan memahami materi secara langsung karena keterbatasan sarana dan prasarana yang memadai.
Tabel 4. Analisis kelebihan, kelemahan, dan celah solusi pembelajaran digital sebelumnya.
Solusi teknologi yang ada selama ini dimanfaatkan secara terpisah (fragmented). Penggunaan PhET saja tanpa kuis membuat motivasi siswa menurun di akhir sesi. Sebaliknya, penggunaan Kahoot! saja tanpa simulasi hanya menguji ingatan jangka pendek tanpa membangun pemahaman visual yang mendalam. Celah inilah yang diisi oleh arsitektur SMART-LAB 5.0.
4.2 Rancangan Tahapan SMART-LAB 5.0
Filosofi pedagogis ini menempatkan guru sebagai arsitek pembelajaran yang merancang skenario pembelajaran yang aktif, bermakna, dan berpusat pada murid. Teknologi dipandang sebagai instrumen pendukung, bukan sebagai tujuan utama, sehingga setiap platform dimanfaatkan berdasarkan fungsi spesifik dan kebutuhan pembelajaran untuk mendukung proses pendidikan.
Oleh karena itu, integrasi teknologi berlandaskan prinsip sinergi, bukan substitusi, di mana kelima platform digunakan untuk melengkapi dan memperkaya pengalaman belajar murid, khususnya melalui kegiatan praktikum secara langsung, bukan untuk menggantikannya.
Dengan demikian, teknologi berfungsi sebagai sarana untuk meningkatkan kualitas proses pembelajaran sekaligus tetap mempertahankan peran pedagogis guru serta pengetahuan dan keterampilan autentik yang diperoleh murid melalui kegiatan praktikum. Tahapan integrasi teknologi dalam pembelajaran dapat dilihat pada Gambar 1.
4.3 Peran Guru dalam Siklus SPARK (Human-AI Teaming)
Siklus SPARK menerapkan prinsip Human–AI Teaming, di mana teknologi berfungsi sebagai alat pendukung yang memperkuat proses pembelajaran, sementara guru tetap menjadi pengarah utama dalam setiap tahap. Pembagian peran tersebut dapat dilihat pada Tabel 5 berikut ini :
4.3.1 Siklus SPARK dan Hubungannya dengan Capaian Kompetensi 6C
Siklus SPARK dirancang untuk menggabungkan penggunaan teknologi digital dengan pengembangan kompetensi 6C pada setiap fase pembelajaran. Analisis berikut menunjukkan bagaimana tahapan SPARK, alat digital yang digunakan, dan kompetensi 6C yang dikembangkan berhubungan satu sama lain (Tabel 6).
4.4 Analisis Kelayakan Implementasi
Aplikasi ini dievaluasi berdasarkan tiga elemen utama: teknis, pedagogis, dan guru. Secara teknis, aplikasi ini dapat digunakan di berbagai platform dan dapat diakses melalui situs web atau perangkat Android.
Dari perspektif pengajaran, setiap elemen dipilih karena telah terbukti efektif dan didukung oleh penelitian nyata. Untuk guru, aplikasinya cukup mudah karena kemampuan literasi digital dasar tanpa keahlian pemrograman diperlukan.
Dengan menggabungkan simulasi visual, pengalaman praktikum virtual, dan motivasi gamifikasi secara terstruktur, Model SMART-LAB 5.0 diharapkan memiliki dampak yang luas pada komponen afektif, kognitif, dan psikomotorik.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
1. Pembelajaran Biologi-Kimia di jenjang SMP atau SMA masih mengalami masalah kurangnya fasilitas laboratorium dan partisipasi siswa yang rendah.
2. SMART-LAB 5.0 menggabungkan laboratorium virtual dan permainan belajar melalui siklus SPARK, didukung oleh platform seperti PhET, PraxiLabs, ChemCollective, Kahoot!, dan Wordwall.
3. Dalam Human–AI Teaming, guru masih bertugas sebagai penyusun dan pengelola utama proses belajar, sementara teknologi berperan sebagai alat bantu.
4. SMART-LAB 5.0 memiliki potensi untuk meningkatkan kemampuan 6C secara menyeluruh dengan metode belajar yang interaktif, kolaboratif, reflektif, dan berpusat pada siswa.
5.2 Rekomendasi
1. Guru Sains dapat menggunakannya dengan fleksibel sesuai dengan alat digital yang tersedia di sekolah.
2. Untuk pengelola sekolah dan yayasan: Memberikan pelatihan literasi digital dengan menggunakan model SMART-LAB 5.0 dan membantu menyediakan koneksi internet yang lancar dan stabil.
3. Bagi Peneliti Selanjutnya: Melakukan penelitian dalam skala yang lebih luas untuk mengetahui secara terukur sejauh mana SMART-LAB 5.0 dapat meningkatkan pemahaman konsep dan kompetensi 6C murid.
Makassar, Agustus 2026
Penulis: LKT – 26 -037 (Peserta Lomba Karya Tulis Guru Kristen. GUKI-MPK)