Keterampilan berpikir tingkat tinggi merupakan salah satu unsur pokok dalam pendidikan abad 21, sebab dengan memiliki keterampilan berpikir tingkat tinggi, maka peserta didik mampu berpikir kritis, kreatif, memecahkan masalah, dan mampu membuat keputusan berdasarkan data empiris dan rasional. Konsekuensi dari ketidakmampuan sekolah dalam membekali peserta didik dengan keterampilan berpikir tingkat tinggi dapat sangat signifikan dan berdampak pada dihasilkan lulusan yang tidak siap menghadapi tantangan global yang semakin kompleks. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan: (1) desain model PBCL, (2) validitas model PBCL, (3) kepraktisan model PBCL, dan (4) keefektifan model PBCL untuk meningkatkan keterampilan berpikir tingkat tinggi. Prosedur penelitian model PBCL mengacu pada prosedur penelitian dan pengembangan (Research and Development, R&D) yang dikemukakan oleh Gall et al., (2003) terdiri dari sepuluh langkah. Subjek penelitian melibatkan 757 peserta didik yang tersebar pada lima sekolah di kecamatan Purbolinggo, Kabupaten Lampung Timur. Penelitian juga melibatkan tujuh ahli sebagai validator penelitian dan lima praktisi sebagai guru model. Analisis data pada tahap pengembangan dimulai dari analisis validitas isi dan reliabilitas hasil rating, pengujian perangkat tes keterampilan berpikir tingkat tinggi menggunakan Rasch model. Analisis data pada tahap uji coba dan pengujian menggunakan uji t, analisis varians dua jalur, dan effect size. Kriteria model pembelajaran mengacu pada aspek komponen model pembelajaran yang: (1) valid, (2) praktis, dan (3) efektif mengacu pada Joyce et al., (2009) terdiri dari aspek tahapan, sistem sosial, prinsip reaksi, sistem pendukung, dan dampak pembelajaran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa desain model PBCL telah memenuhi kriteria validitas, kepraktisan, dan keefektifan model pembelajaran. Implikasi hasil penelitian model PBCL memberikan ruang pada peserta didik secara kreatif menyelesaikan masalah dan membangun pengetahuan melalui serangkaian aktivitas belajar. Penggunaan model PBCL yang diterapkan dalam pembelajaran IPA pada pokok bahasan getaran dan gelombang dalam kehidupan, sehingga pada penelitian selanjutnya perlu diujicobakan pada materi lainnya yang mirip dengan karakteristik materi getaran dan gelombang.
