Materi kimia yang banyak disebutkan di dalam al qur’an adalah air. Air diisyaratkan sebagai komponen materi yang paling penting di bumi.  Keberadaan air di bumi yang membuat bumi dihuni oleh ragam makhluk hidup.  Alloh swt berfirman dalam QS. Al-Anbiya’: 30

۞ وَجَعَلْنَا مِنَ الْمَاءِ كُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ أَفَلا يُؤْمِنُونَ

 “Dan apakah orang-orang yang kafir tidak mengetahui bahwasanya langit dan bumi itu keduanya dahulu adalah suatu yang padu, kemudian Kami pisahkan antara keduanya. Dan dari air Kami jadikan segala sesuatu yang hidup. Maka mengapakah mereka tiada juga beriman?”

Kimia Dasar membahas tiga hal yaitu: (1) materi: unsur dan senyawa,  (2) pembentukan ikatan kimia dan molekul, dan (3) reaksi kimia.  Unsur yang penting dalam kimia kehidupan yaitu air.  pada bab ini air dibahas dari dua aspek  yaitu (1) air dan fungsi kehidupan dan (2) struktur/fungsi air.  kompenen penting kimia kehidupan lainnya adalah asam, basa, PH.  Adapun intisari kimia untuk biologi adalah pada senyawa organik seperti molekul biologis besar yaitu karbohidrat, lipid, protein, asam nukleat.  Gambaran kimia sebagai materi kehidupan dan pemanfaatan dalam biologi terlihat pada peta konsep berikut.

Posisi materi pada kurikulum SMA.

Pembahasan tentang air ada pada kelas X pada sub bab daur biogeokimia.  Adapun makro molekul biologis yang menjadi fokus dalam pembelajaran  biologi di kelas XI dan XII  adalah mendeskripsikan komponen kimiawi sel yaitu asam nukleat yaitu DNA dan RNA sebagai materi genetic yang diwariskan dari generasi ke generasi.  Adapun keberadaan protein, karbohidrat, dan lemak sebagai sebuah komponen kimia dipelajari di kelas XI SMA bersamaan dengan materi sistem pencernaan.  

Pembelajaran di kelas

Walaupun termasuk makro molekul biologis  atau diartikan sebagai molekul besar, bukan berarti molekul ini bisa dilihat oleh kasat mata.  Karena molekul ini tak bisa dilihat oleh mata, maka perlu disediakan media pembelajaran misalnya gambar dan model DNA double helix yang sudah tersedia atau peserta didik dapat dibuat peserta didik sebagai tugas proyek. untuk mengambarkan struktur dari makro molekul biologis ini.  

Alloh meminta kita memperhatikan berbagai fenomena ciptaannya dalam  QS. Ali Imran: 191. Alloh swt berfirman: 

۞الَّذِينَ يَذْكُرُونَ اللَّهَ قِيَامًا وَقُعُودًا وَعَلَى جُنُوبِهِمْ وَيَتَفَكَّرُونَ فِي خَلْقِ السَّمَاوَاتِ وَالأرْضِ رَبَّنَا مَا خَلَقْتَ هَذَا بَاطِلا سُبْحَانَكَ فَقِنَا عَذَابَ النَّارِ

“(Yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadaan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): “Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan sia-sia. Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa neraka.”

Menjelajah Sel artinya memasuki dunia mikroskopis sel yang di dalamnya terdapat dua katagori sel (Prokariotik dan eukariotik) dan gambaran umum sel.  Gambaran umum sel meliputi  (1) struktur membran plasma yang terdiri dari permukaan sel; (2) nukleus dan ribosom sebagai kontrol genetik pada sel, yang meliputi nukleus, ribosom, dan bagaimana DNA mengarahkan produksi protein; (3) sistem endomembrane yang berfungsi pembuatan dan pendistribusian produk selular yang diperankan oleh badan golgi, lisosom, dan vakuola; (4) transformasi energy yang diperankan oleh kloroplas dan mitokondria; (5) sitoskeleton yang berfungsi dalam bentuk dan pergerakan sel, yang membahas bagaimana mempertahankan bentuk sel dan pembahasan silia dan flagella. Gambaran konsep menjelajah sel terlihat pada peta konsep berikut.

Posisi pada kurikulum SMA

Sel diajarkan di kelas XI, kemampuan yang diharapkan pada kurikulum tingkat SMA adalah mendeskripsikan struktur dan fungsi sel sebagai unit terkecil kehidupan, mengidentifikasi organel sel melalui pengamatan. Pada Kelas XII terdapat kompetensi mendeskripsikan hubungan antara gen (DNA)-RNA-polipeptida dan sintesis protein dalam fungsi pembentukan sifat makhluk hidup.  Adapun kompetensi keterampilan yang ingin dicapai adalah Menyajikan hasil analisis DNA suatu Mahluk Hidup dan menggambarkannya atau membuat model wujud fisiknya sebagai produk
 

Pembelajaran di kelas

Sel adalah dunia mikroskopis, sangat penting untuk membayangkan bahwa ukuran sangat kecil.  Sel tumbuhan dan hewan berada pada kisaran 0,01 milimeter – 0,1 milimeter.  Untuk membayangkan ukuran ini peserta didik dapat diberikan gambaran dengan membuat 1 cm garis, kemudian membaginya menjadi 10 dengan warna berbeda, ini berarti  ada 10 buah garis seukuran1 mm.  Ukuran 1 mm masih terlihat.  Lalu meminta mereka membagi 1mm itu menjadi 10 kembali! Masih bisa terlihatkah? Bagaimana kalau 1 mm tadi dibagi 100?.  Karena berkaitan dengan dunia mikroskopis maka bantuan mikroskop.  Namun pengamatan mikroskop sangat terbatas, hanya bisa melihat dengan jelas inti sel dan dinding sel tanaman.  Organel lainnya dapat dibantu dengan menggunakan gambar dan video, media ini sangat membantu peserta didik dalam menjelajahi sel.

Pada praktikum dan proyek biologi di sekolah menengah, dilakukan dengan cara memberi tugas pengamatan sel.  Sel yang paling mudah diamati pada tanaman bawang dan sel hewan dari dinding epitel mulut.  Melalui mikroskop cahaya bisa terlihat inti sel, sitoplasma, dan dinding sel pada sel tanaman.  Untuk mengambarkan organel pada sel secara lengkap, peserta didik dapat diberikan proyek membuat model sel tiga dimensi dari bahan daur ulang.

Kerja sel merupakan fenomena yang dapat teramati, walaupun mikroskopis dan molekuler. Fenomena kerja yang bersifat mikroskopis dan molekuler ini merupakan bagian dari kekuasaan Alloh swt.  Sebuah sel yang berupa struktur kecil namun memiliki ciri fungsional makhluk hidup, dari fenomena ini sebagai hamba berimana tiada lain dan tiada bukan kecuali kita mengaggumi kekuasaanNya.   

QS. Huud 123

۞وَلِلَّهِ غَيْبُ السَّمَاوَاتِ وَالأرْضِ وَإِلَيْهِ يُرْجَعُ الأمْرُ كُلُّهُ فَاعْبُدْهُ وَتَوَكَّلْ عَلَيْهِ وَمَا رَبُّكَ بِغَافِلٍ عَمَّا تَعْمَلُونَ

“Dan kepunyaan Allah-lah apa yang gaib di langit dan di bumi dan kepada-Nya-lah dikembalikan urusan-urusan semuanya, maka sembahlah Dia, dan bertawakallah kepada-Nya. Dan sekali-kali Tuhanmu tidak lalai dari apa yang kamu kerjakan.”

Pada bab sel yang bekerja ada beberapa konsep energi dasar yang harus dipahami terlebih dahulu yaitu kekekalan energy, panas, energi kimia, dan kalori makanan.  Sel bekerja dengan ATP dan kerja seluler dan difasilitasi enzim. Pembahasan enzim pada bab ini meliputi energi aktifasi, aktifitas enzim, dan inhibitor enzim.  Bab ini juga membahas fungsi membrane sebagai transpor pasif, osmosis, dan transfor aktif; dan eksositosis dan endositosis yaitu lalu lintas molekul besar.  Konsep kerja sel dapat dilihat pada peta konsep sebagai berikut.

Posisi pada kurikulum SMA

Sel diajarkan di kelas XI, kemampuan yang diharapkan pada kurikulum tingkat SMA adalah membandingkan mekanisme transport pada membrane (dispusi, osmosis, transport aktif, endositosis, dan eksositosis) melalui hasil pengamatan.  Adapun kompetensi kerampilan yang ingin dicapai adalah Melakukan percobaan difusi dan osmosis dengan menggunakan umbi kentang atau batang kangkung atau batang saledri dan mengkaitkannya dengan peristiwa transport trans membran. 
Pada kelas XII kemampuan yang diharapkan muncul adalah mendeskripsikan sifat dan fungsi enzim dalam proses metabolisme.  Adapun kompetensi keterampilan yang ingin dicapai adalah melakukan percobaan uji sifat dan kerja enzim katalase dan mendiskusikan hasilnya terkait dengan proses metabolisme dalam tubuh serta mengomunikasikan hasilnya dalam bentuk laporan atau tabel pengamatan. 

Pembelajaran di kelas

Pembelajaran di kelas untuk fungsi membran dapat dilakukan melalui pendekatan praktikum oleh peserta didik.  Praktikum osmosis dan difusi dapat dilakukan di kelas. Praktikum osmosis dapat menggunakan variable bebas dari aneka aneka bahan seperti dari kentang, labu, wortel, bengkuang, yang dipotong dadu dengan ukuran yang sama, berinteraksi dengan larutan garam aneka konsentrasi misalnya 0%, 10%, dan 20%.  Adapun praktikum kerja enzim pada tingkat sekolah menengah atas dapat menggunakan faktor yang mempengaruhi kerja enzim katalase pada hati dan jantung ayam.

Alloh swt berfirman dalam QS.Al Hajj : 63

۞أَلَمْ تَرَ أَنَّ اللَّهَ أَنْزَلَ مِنَ السَّمَاءِ مَاءً فَتُصْبِحُ الأرْضُ مُخْضَرَّةً إِنَّ اللَّهَ لَطِيفٌ خَبِيرٌ

Apakah kamu tiada melihat, bahwasanya Allah menurunkan air dari langit, lalu jadilah bumi itu hijau? Sesungguhnya Allah Maha Halus lagi Maha Mengetahui.

Jalalain dan Quraish Shihab menafsirkan ayat فَتُصْبِحُ الأرْضُ مُخْضَرَّةً atau bumi berwarna hijau artinya bumi banyak ditumbuhi tumbuhan.

Ayat di atas makin kita pahami ketika kita mengetahui proses fotosintesis pada tumbuhan. Fotosintesis melepaskan oksigen dari air dan membentuk gula dari karbodioksida. Oksigen menjadi gas yang diperlukan dalam respirasi makhluk hidup di bumi. Bagaimana bila tidak air?  

Bab ini membahas respirasi dan fotosintesis.  Diawali dengan aliran energi dan siklus kimia di biosfer. Aliran energi meliputi peranan konsumen dan produsen.  Siklus kimia fokus pada fotosintesis dan respirasi seluler.  Respirasi seluler membahas gambaran umum respirasi seluler yaitu berupa penyerhanaan langkah kimia melalui satu rumus, padahal peristiwa ini melalui tiga tahapan dengan hasil akhir Air, karbondioksida, dan ATP.  Bab ini juga membahas tentang fermentasi sebagai panen energi makanan secara anaerobik yang meliputi fermentasi dalam sel otot manusia dan dalam mikroorganisme.  Fotosintesis merupakan proses ketika sinar ditransformasikan menjadi energi kimia yang tersimpan pada ikatan gula yang terbuat dari karbondioksida dan air.  Fotosintesis membahas organel yang bertugas (kloroplas), reaksi terang yaitu proses mengkonversi energi surya menjadi energi kimia, dan siklus calvin yaitu proses membuat gula dari karbondiksida.

Posisi pada kurikulum SMA

Pada tingkat sekolah menengah atas hal terkait respirasi seluler dimasukkan dalam materi proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat.  Proses katabolisme karbohidrat pun dikaitkan dengan katabolisme protein dan lemak.  Materi ini dipelajari di kelas XII dengan kompetensi yang ingin dicapai dari materi ini adalah menunjukkan kemampuan metakognitif terhadap proses metabolisme. Secara rinci kompetesi yang dituntut adalah (1) mendeskripsikan proses katabolisme dan anabolisme karbohidrat dan (2) mengkaitkan proses katabolisme karbohidrat dengan katabolisme protein dan lemak. Adapun kompetensi keterampilan yang dituntut adalah 
melakukan percobaan Ingenhauz atau Sach untuk menemukan proses, bahan dan hasil fotosintesis dan mempresentasikan hasilnya di depan kelas. 


Pembelajaran di kelas

Materi ini sangat abstrak karena melibat rangkaian proses kimia mikromolekuler.  Misalnya tiga tahapan respirasi seluler yang terdiri dari glikolisis, siklus asam sitrat, dan transport electron sangat abstrak bagi peserta didik tingkat SMA.  Guru perlu menguasai reduksi dikdaktis (menyerderhanakan materi) dalam menjelaskan materi ini, sehingga peserta didik dapat menangkap esensi dari materi rumit dan abstrak ini. Metabolisme yang melibatkan modifikasi senyawa kimia di dalam organisme dan sel.  Pada pembelajarannya guru dapat mengajak peserta didik untuk: (1) Menelaah gambar dari rangkaian proses glikolisis, siklus asam sitrat, dan transfor electron.  (2) Menjelaskan gambar yang ditelaahnya.  (3) Menggambar ulang rangkaian proses glikolisis, siklus sitrat, dan transfor elektron tanpa melihat buku.

Praktikum di kelas diarahkan pada faktor-faktor yang mempengaruhi laju respirasi dan fotosintesis.  Percobaan fotosintesis Ingen-Housz dapat digunakan dalam praktikum faktor-faktor yang mempengaruhi laju fotosintensis.  Jika pada level pendidikan dasar (SD) percobaan ini difokuskan untuk membuktikan terjadinya fotosintesis pada tumbuhan, pada pendidikan dasar lanjut (SMP) difokuskan pada pengaruh satu variable yaitu cahaya terhadap laju fotosintesis dengan menempatkan tanaman perangkat percobaan di tempat terang dan gelap; maka pada level SMA dapat ditambahkan faktor lain selain cahaya seperti suhu dengan menggunakan air panas, air normal, dan air es.  Interaksi antara suhu dan air manakah yang terbaik? Hal ini pun dapat ditemukan berdasarkan praktikum ini.  Praktikum respirasi pada serangga (Jangkrik) dapat digunakan sebagai praktikum untuk mengetahui faktor yang mempengaruhi laju respirasi. Praktikum ini digunakan juga di tingkat pendidikan dasar lanjutan (SMP) dengan focus pada banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh serangga. Pada tingkat SMA praktikum diperluas dengan melihat faktor lain misalnya bobot serangga.  Pada tingkat SMA jangkrik yang diperoleh ditimbang berat badannya, dan diupayakan menyediakan jangkrik dengan ukuran tubuh yang beragam.  Jika memungkinkan ragam serangga pun bisa digunakan, misalnya belalang.

Pada pembelajaran IPA SMP/MTS terdapat capai pembelajaran sebagai berikut:

1. Menganalisis konsep energi, berbagai sumber energi, dan perubahan bentuk energi dalam kehidupan sehari-hari termasuk fotosintesis.

1. Menyajikan  hasil  percobaan tentang perubahan bentuk energi, termasuk fotosintesis.