Keterampilan berpikir kritis dan kreatif merupakan kompetensi penting yang harus dimiliki siswa menghadapi tantangan abad 21. Pengembangan bahan ajar yang menekankan keterampilan berpikir kritis dan kreatif sangat diperlukan peserta didik untuk meningkatkan keterampilan-keterampilan tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk: 1) mengetahui karakteristik modul IPA berbasis STEM untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis dan kreatif peserta didik; 2) mengetahui kelayakan modul IPA berbasis STEM untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis dan kreatif peserta didik; 3) mengetahui keefektifan modul IPA berbasis STEM untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis dan kreatif peserta didik.
Prosedur penelitian pengembangan perangkat pembelajaran IPA ini menggunakan prosedur 4D yang terdiri empat tahap yaitu: 1) define, 2) design, 3) develop, dan 4) disseminate. Instrumen penelitian analisis data yang digunakan adalah analisis deskriptif untuk studi pendahuluan dan kelayakan serta analisis inferensial menggunakan t-test independent guna mengetahui keefektifan produk pengembangan terhadap kemampuan berpikir kritis dan kreatif peserta didik. Penelitian dilakukan di SMP Al Muayyad Surakarta dengan sampel 40 peserta didik kelas VII.
Hasil analisis uji normalitas dan homogenitas menunjukkan pada nilai signifikansi pada uji normalitas dan homogenitas kelas kontrol dan kelas eksperimen yaitu 0,200 > 0,05 yang artinya kelas berdistribusi normal dan nilai homogenitas 0,417 > 0,05 artinya homogen menunjukkan bahwa kesimpulan penelitian ini adalah: 1) modul IPA berbasis STEM untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis dan kreatif peserta didik yang dikembangkan memiliki lima karakteristik utama, yaitu : 1) meningkatkan keterampilan berpikir kritis; 2) meningkatkan keterampilan berpikir kreatif; 3) berbasis masalah konkrit; 4) student-centered; 5) pembelajaran STEM; 2) Modul IPA berbasis STEM untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan kreatif siswa yang dikembangkan dinyatakan layak dan valid untuk digunakan di SMP/MTs berdasarkan hasil uji coba terbatas, uji coba operasional, dan nilai validitas 91,11% dengan nilai kategori sangat valid; berdasarkan validator, ahli media 89,06% (sangat valid), ahli materi 88,27% (sangat valid), ahli bahasa 68,05% (valid), praktisi pendidikan 87,79% (sangat valid), dan ahli pembelajaran 67 0,06% (valid); 3) modul IPA berbasis STEM yang dikembangkan efektif meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan kreatif siswa, dengan skor n-gain keterampilan berpikir kritis pada kelas eksperimen sebesar  0,376 (sedang) dan kelas kontrol sebesar 0,121 (rendah). Sedangkan nilai n-gain keterampilan berpikir kreatif pada kelas eksperimen sebesar 0,317 (sedang) dan kelas kontrol sebesar 0,217 (rendah).

Kata kunci: modul IPA, STEM, keterampilan berpikir kritis, keterampilan berpikir kreatif.