Penglibatan saya dalam bidang sains bermula dengan pemilihan masuk ke aliran sains di Tingkatan 4 pada tahun 1996. Saya bersekolah di Sekolah Menengah Agama Kuala Lumpur yang menawarkan dua aliran ketika itu iaitu aliran sains dan aliran agama. Saya akui memori saya agak lemah dan saya agak sukar menghafal fakta. Ini merupakan salah satu sebab saya memilih aliran sains berbanding aliran agama yang mengandungi subjek-subjek yang memerlukan daya ingatan yang kuat. Minat dan keupayaan saya dalam matematik juga mengukuhkan pemilihan saya. Tambahan pula, saya dapati melalui pembacaan buku-buku tahunan sekolah lain kurangnya pelajar melayu dalam kelas sains seolah-olah memanggil saya untuk mencabar diri untuk menekuni sains.
Saya juga sudahpun mula menanam azam menjadi seorang doktor veterinar setelah melihat persekitaran Universiti Pertanian Malaysia (kini Universiti Putra Malaysia) iaitu tempat kakak sulung saya melanjutkan pengajiannya dan minat mendalam terhadap haiwan terutamanya kucing. Untuk mencapai cita-cita saya itu pastilah saya harus memilih aliran sains tulen. Di peringkat ini, saya amat meminati subjek Kimia dan Biologi, manakala Fizik tidak saya sukai.
Alhamdulillah, saya memperoleh keputusan yang cemerlang dalam semua mata pelajaran yang diambil kecuali Bahasa Inggeris yang menyebabkan saya melupakan hasrat menyambung pengajian ke luar negara. Saya juga terpaksa melupakan cita-cita menceburi sains veterinar atas sebab peribadi. Setelah terbaca dan tertarik dengan satu artikel berkenaan pengajian Sains Industri di dada akhbar, saya terus memilih program tersebut di Universiti Teknologi Malaysia (UTM) sebagai pilihan pertama. Permohonan saya berjaya. Pada ketika itu, UTM menerima kemasukan pelajar lepasan SPM terus ke program sarjana muda.
Pada tahun kedua pengajian, pelajar dikehendaki memilih pengkhususan sama ada Kimia Industri, Fizik Industri, Biologi Industri, Matematik Industri, Fizik Kesihatan atau Fizik Bahan. Walaupun saya meminati kimia, namun sekali lagi saya terpanggil untuk mencabar diri memilih Fizik Industri yang merupakan antara pilihan paling tidak popular di kalangan pelajar. Kekuatan kursus ini adalah adanya komponen pengurusan dan kewangan yang dipelajari di samping subjek-subjek fizik. Kombinasi ini amat sesuai bagi ahli sains yang akan berkerjaya di industri.
Di tahun ketiga dan akhir, pelajar dikehendaki memilih lagi pengkhususan lanjut iaitu fizik nuklear, instrumentasi, optoelektronik dan fizik bahan. Saya cenderung kepada kemahiran litar elektronik dan pengaturcaraan komputer serta berminat dalam teknologi laser. Bertitik tolak dari itu saya terus berada dalam bidang fizik optik sehingga kini.
Kajian/bacaan yang ditekuni i- Fizik Optik
Minat dan kepakaran saya adalah fizik optik. Optik adalah kajian berkaitan cahaya, sama ada cahaya nampak mahupun tak nampak. Bidang ini sangat luas meliputi dan tumpuan kajian saya buat masa ini ialah penggunaan penyepit optik (optical tweezers) untuk mengukur sifat reologi larutan berserat. Penyepit optik ialah satu teknik penggunaan laser yang difokuskan pada satu objek mikro atau nano dengan tujuan memanipulasikannya tanpa sentuhan mekanikal. Objek tersebut dapat dipegang akibat tekanan radiasi daripada laser. Tekanan radiasi boleh dianalogikan dengan tekanan air. Bayangkan anda membuka pili air dan halakan hujung salur paip terbuka ke arah sehelai daun. Jika tekanan air yang dikawal pili semakin tinggi, semakin kuat daya yang dikenakan pada daun tersebut. Gantikan salur air dengan lampu suluh. Adakah cahaya lampu suluh boleh mengenakan daya pada daun tersebut Pada skala makroskopik mata kasar, kita tidak dapat melihat kesan daya yang sangat kecil ke atas daun tersebut oleh alur cahaya. Namun, pada skala mikroskopik, cahaya terfokus menggunakan laser berkuasa tinggi dapat mengenakan daya signifikan ke atas objek bersaiz mikro dan nano. Daya yang terhasil ini membolehkan objekobjek kecil ini dapat dikawal gerakannya tanpa sentuhan mekanikal.
Inovasi hasil penemuan instrumen penyepit optik juga telah membawa kepada Anugerah Nobel 1997 melalui kajian kondensasi Bose-Einstein terhadap atom yang diperangkap dengan tekanan radiasi laser terfokus. Instrumen optik telah memanfaatkan pelbagai bidang termasuk dalam biokejuruteraan di mana mikroorganisma seperti virus dan bakteria yang selama ini dipegang menggunakan mikropipet kini boleh dipegang dan dimanipulasi tanpa sentuhan mekanikal yang boleh merosak dan mencederakannya.
Reologi pula ialah kajian tentang aliran bahan terutamanya bahan dalam bentuk bendalir. Sesuatu bendalir dapat dibezakan dengan kelikatannya, iaitu salah satu sifat reologi yang penting untuk diukur. Dalam kehidupan harian, kita pasti boleh rasai betapa likatnya ubat gigi berbanding madu manakala madu lebih likat daripada air. Kelikatan boleh diukur menggunakan instrumen yang dikenal sebagai reometer. Sekurang-kurangnya 1 ml sampel diperlukan untuk pengukuran dan pengukuran berulang ke atas sampel yang tidak boleh dilakukan kerana sampel telah berubah sifat asalnya kerana pengukuran reometer telah memutarkan sampel pada probnya. Hal ini menjadi masalah bagi pengkaji yang memiliki sampel yang mahal yang memerlukan penjimatan kos melalui pengukuran berulang dan isipadu yang sedikit. Selain itu, sampel berbentuk larutan berserat seperti jus buah-buahan mungkin tidak sesuai menggunakan instrumen reometer kerana pengukuran itu sendiri telah mengubah keadaan asal larutan tersebut. Oleh itu, penyepit optik boleh menawarkan alternatif pengukuran sifat reologi.
Sedikit larutan dengan ampaian mikrozarah seperti sfera lutsinar polisterina bersaiz beberapa micrometer dimasukkan dalam larutan yang ingin diukur. Pengukuran hanya memerlukan beberapa mikroliter isipadu sampel sahaja yang diletakkan pada slaid. Laser difokuskan pada slaid dan memerangkap satu sahaja mikrozarah yang terampai dalam larutan. Gerakan mikrozarah dalam larutan direkod menggunakan fotodiod kuadran (QPD) dengan disokong kamera peranti terganding cas (CCD). Isyarat daripada QPD ini mengandungi maklumat tentang sifat reologi larutan tersebut. Bagaimana
Mikrozarah dalam larutan bergerak dengan gerakan rawak Brown. Gerakan ini terhasil daripada hentaman zarah-zarah sekitarnya iaitu medium larutan itu sendiri. Bayangkan anda sendiri berada dalam lautan air berbanding lautan madu (andaian sahaja), pasti anda sukar bergerak dalam lautan madu. Gerakan anda ini memberi pentunjuk tentang kelikatan persekitaran anda. Prinsip inilah yang digunakan untuk mengukur kelikatan larutan menggunakan penyepit optik. Isyarat diproses menggunakan program komputer yang dibangunkan sendiri bersama pelajar pascasiswazah.
Terdapat beberapa kebaikan penggunaan penyepit ini dalam pengukuran reologi. Pertama ialah keperluan jumlah sampel yang sedikit berbanding reometer. Kedua, kebolehulangan pengukuran ke atas sampel yang sama. Ketiga, kebolehan pengukuran pada rantau mikro yang dikehendaki. Kadangkala sampel larutan mungkin tidak homogen atau tak sekata kelikatannya pada semua bahagian. Maka, penyepit optik dapat digunakan untuk mengukur pada kawasankawasan tertentu dalam larutan yang dikehendaki.
ii) Pendidikan Fizik
Selain kajian fizik optik, saya juga menceburi kajian pendidikan fizik. Sebagai seorang tenaga pengajar di satusatunya universiti pendidikan di Malaysia, saya mula peduli akan permasalahan pembelajaran fizik di peringkat sekolah dan universiti kerana graduan kelahiran universiti ini majoritinya akan berkhidmat di institusi pendidikan. Kajian pendidikan fizik merujuk kepada penyelidikan berkaitan pendekatan yang digunakan untuk pengajaran dan pembelajaran (P&P) fizik. Matlamat kajian pendidikan fizik adalah untuk meneroka strategi terbaik dalam menghasilkan P&P fizik berkesan.
Secara lazimnya, fizik diajar dengan kaedah kuliah dengan selangan uji kaji makmal. Kajian mendapati fokus pelajar tidak bertahan lama terhadap sesuatu yang diajar dalam kelas terutamanya di penghujung sesi. Kelas yang menggunakan pedagogi bukan syarahan menunjukkan penumpuan pelajar lebih baik berbanding pedagogi berbentuk syarahan . Kajian pendidikan fizik juga melibatkan kaedah penyiasatan saintifik yang sama seperti bidang sains. Oleh itu kaedah penyelidikan yang hampir serupa boleh diaplikasikan.
Sebagai contoh, saya ingin mencadangkan strategi instruksi sebaya (peer instruction) dan ingin melihat sama ada kaedah tersebut dapat meningkatkan pencapaian pelajar. Strategi instruksi sebaya merupakan strategi P&P yang telah dibangunkan oleh Eric Mazur, seorang professor Fizik Optik di Universiti Harvard . Strategi ini mencadangkan kuliah dijeda dengan soalan konsep yang dijawab pelajar, kemudian mereka berbahas sesama sendiri untuk mendapatkan persetujuan jawapan. Tindakan pembetulan segera oleh guru hendaklah dilakukan setelah mendapati terdapat konsep salah yang kritikal dijawab pelajar walaupun setelah berbahasa sesama sendiri. Oleh itu, saya mencadangkan hipotesis iaitu terdapat perbezaan pencapaian yang signifikan di antara pelajar yang menjalani P&P dengan kaedah tersebut dengan yang menjalani P&P tanpa kaedah tersebut. Satu set ujian diedarkan kepada pelajar untuk mengukur sejauh mana pelajar dapat memahami pelajaran selepas dedahan kepada strategi tersebut. Set ujian tersebut yang juga merupakan instrumen atau alat pengukur dalam kajian diberikan kepada pelajar yang tidak menerima strategi tersebut. Akhirnya, skor ujian bagi kedua-dua kumpulan dianalisis menggunakan statistik untuk menguji hipotesis saya. Jika terdapat perbezaan skor yang signifikan seperti skor pelajar yang menerima dedahan adalah lebih tinggi, dapatlah saya simpulkan strategi tersebut berjaya meningkatkan keberkesanan P&P.
Kita dapati proses kesahan dapatan dalam pendidikan fizik juga melalui proses penyiasatan yang saintifik. Saya lebih tertumpu kepada pencarian strategi terbaik dalam PdP fizik optik. Selain itu, alat-alat bantu mengajar berkos rendah juga dibangunkan untuk mengatasi masalah ketiadaan amali di institusi pendidikan. Antara alat yang telah dibangunkan ialah polarimeter mudah yang digunakan untuk ujikaji sifat kiral molekul dalam topik Kimia Sijil Tinggi Pelajaran Malaysia (STPM) . Walaupun topik tersebut terkandung dalam sukatan pelajaran, namun tiada ujikaji yang dapat dilakukan kerana instrumen polarimeter hanya ada di makmal penyelidikan universiti tertentu sahaja. Jadi, dengan kerjasama guru pakar kimia Puan Eng Guan Guch (SMK St. Thomas Kuching), kami telah membangunkan satu polarimeter mudah dengan kos kurang RM20 untuk ujikaji pelajar di makmal bagi memahami konsep kiral menggunakan kefahaman sifat kekutuban cahaya. Inovasi ini telah memenangi Malaysia Toray Science Foundation (MTSF) for Science Education Award pada tahun 2014.
Pencetus minat/inspirasi dalam bidang sains
Jika disorot kembali, minat saya berubah-ubah dari bidang veterinar, kimia, fizik, elektronik ke optik. Namun, kesemuanya masih dalam julat bidang sains. Sains adalah satu bidang yang tercetus daripada sifat ingin tahu tentang kejadian alam dan diuji dengan kajian berstruktur. Sedari kecil saya suka menonton dan membaca media fiksyen sains. Siri animasi Doraemon amat mengujakan saya dengan gajetgajet mudah tetapi canggih yang belum dapat direalisasikan pada masa kini namun tidak mustahil pada masa hadapan.
Saya juga meminati bacaan mengenai sejarah ketamadunan dunia yang rata-rata dimangkinkan dengan pembudayaan ilmu dan kerancakkan sains. Kekuatan ketenteraan sesuatu tamadun adalah hasil penyelidikan strategi peperangan dan peralatan. Sebagai contoh, didapati nanotiub karbon telahpun mula digunakan dalam penghasilan pedang abad ke18. Begitu juga teknologi kertas yang memperkembangkan lagi rekod ilmu. Saya amat mengkagumi sumbangan sains zaman terdahulu yang membawa kepada penciptaan pelbagai teknologi untuk kesejahteraan manusia hari ini.
Selain itu saya takjub dengan al-Quran yang mengandungi pelbagai fakta sains. Sebagai contoh ayat 14 Surah Almukminun, yang jelas menunjukkan proses pembentukan janin dalam rahim. Fakta ini disahkan dengan teknologi pengimbasan yang datangnya ratusan tahun terkemudian daripada turunnya wahyu ayat tersebut. Dengan motivasi mencari kebenaran dan fakta tersirat dalam al-Quran telah menarik minat saya dalam sains. Melalui kajian sains, kita semakin dekat dengan Sang Pencipta.
Kepentingan ilmu sains
Kita perhatikan bahawa masyarakat di negara-negara maju memiliki tahap literasi sainsnya yang tinggi. Pendidikan sains di sekolah bukanlah untuk menjadikan semua pelajar sebagai ahli sains, tetapi meningkatkan literasi sains. Sains membentuk pemikiran masyarakat agar lebih rasional dan logik. Polisi dan kempen kerajaan, seperti kitar semula dan pengasingan sisa domestik isi rumah dapat diterima masyarakat sekiranya rasionalisasinya dari segi saintifik dapat difahami untuk kesejahteraan bersama.
Ilmu sains juga dapat memanfaatkan sumber alam negara secara lestari. Negara maju seperti Jepun dan Jerman memiliki sumber alam yang sangat terhad, berbanding Indonesia (sumber hutan, laut, petroleum) dan Ghana (sumber emas, intan, koko). Namun negara tersebut dapat menghasilkan teknologi yang memanfaatkan sumber import ini kepada kekayaan dan kesejateraan negara dengan pelaburan berkesan dalam perkembangan ilmu sains.
Ilmu sains juga dapat mendekatkan diri kita kepada Sang Pecipta. Semakin kita mengkaji dan memahami sains, semakin kita mengkagumi kehebatan dan kekuasaanNya. Apabila saya mengajar mengenai hukum kegravitian semesta, saya akan memberikan tontotan video mengenai perbandingan saiz jasad samawi dalam sistem suria. Berapa kerdilnya bumi berbanding matahari umpama satu tompok kecil pada bola api, iaitu jejari matahari adalah 109 kali ganda berbanding jejari bumi. Sistem Suria pula berada dalam galaksi Bima Sakti. Di alam semester terdapat berbilion lagi galaksi. Maha Besar Sang Pecipta yang menjadikan semua ini. Bagaimana kita tahu dan buktikan saiz galaksi, matahari dan bumi Semestinya melalui ilmu sains.
Biodata
Prof. Madya Dr. Shahrul Kadri Bin Ayop ialah seorang pensyarah bidang Fizik di UPSI. Beliau memperoleh Sarjana Muda Sains (Fizik Industri) dengan Kepujian Kelas Pertama dari UTM, Sarjana Sains (Fizik) mit Sehr Gut dari Universiti Leipzig, Jerman dan Ijazah Kedoktoran dari Universiti Hokkaido, Jepun. Beliau meminati pelbagai cabang bidang Fizik khususnya Optik. Di waktu lapang, beliau gemar melayari Internet dan mencuba idea-idea demonstrasi sains di makmal.
