Penelitian ini bertujuan untuk: (1) meningkatkan kemampuan pemahaman sains siswa kelas XI-B di SMA Negeri 7 Surakarta dan (2) meningkatkan kemandirian belajar siswa kelas XI-B di SMA Negeri 7 Surakarta. Penelitian ini merupakan penelitian tindakan kelas dengan metode kualitatif-kuantitatif. Sumber data penelitian ini meliputi 34 siswa kelas XI-B, guru mata pelajaran fisika, dokumen nilai ulangan materi sebelumnya, mahasiswa sebagai observer, dan dosen pembimbing sebagai validator instrumen. Teknik pengumpul data dilakukan dengan tes pemahaman sains, kajian dokumen, wawancara, dan observasi kemandirian belajar. Teknik uji validitas yang digunakan adalah triangulasi metode dan sumber data. Teknik analisis data kuantitatif untuk tes pemahaman sains dan observasi kemandirian belajar. Sedangkan teknik analisis data kualitatif terdiri dari pengumpulan data, reduksi data, penyajian data, dan kesimpulan atau verifikasi. Hasil penelitian ini adalah sebagai berikut. Pertama, kemampuan pemahaman sains siswa kelas XI-B SMA Negeri 7 Surakarta Tahun Pelajaran 2025/2026 pada materi suhu dan kalor mengalami peningkatan setelah pemanfaatan modul ajar. Persentase ketuntasan kemampuan pemahaman sains siswa meningkat dari 41,18% ketika prasiklus menjadi 61,76% pada siklus I dan meningkat menjadi 79,41% pada siklus II. Kedua, kemandirian belajar siswa kelas XI-B SMA Negeri 7 Surakarta Tahun Pelajaran 2025/2026 pada materi suhu dan kalor mengalami peningkatan setelah pemanfaatan modul ajar. Persentase ketercapaian kategori sangat mandiri meningkat dari 20,59% pada prasiklus meningkat menjadi 73,53% pada siklus I dan meningkat menjadi 85,29% pada siklus II.