Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan Keterampilan Proses Sains (KPS) dan literasi sains siswa secara simultan maupun parsial melalui penerapan model pembelajaran MAS BOWO dan Discovery Learning (DL) pada materi sistem ekskresi. Metode penelitian ini adalah kuantitatif dan pendekatan kuasi eksperimen (pretest-posttest nonequivalent control group design). Populasi penelitian ini adalah seluruh siswa kelas XI SMA Negeri 4 Surakarta, dengan sampel berupa dua kelas yang diambil melalui cluster random sampling. Teknik pengumpulan data menggunakan tes tertulis KPS dan literasi sains, lembar observasi KPS, dan lembar observasi keterlaksanaan sintaks. Data mentah pretest dan posttest diubah menjadi nilai logit melalui software Winstep versi 5.10.4, karena nilai logit dari analisis Rasch menghasilkan ukuran kemampuan siswa pada skala interval yang lebih akurat dan memungkinkan perbandingan kemampuan antarsiswa secara lebih objektif. Data dianalisis menggunakan uji MANCOVA melalui software SPSS versi 25. Hasil uji multivariat menunjukkan terdapat perbedaan yang signifikan KPS dan literasi sains secara simultan antara kelas MAS BOWO dan DL (p = 0,000) dengan ukuran effect size 0,299 yang termasuk kategoti besar. Hasil uji univariat menunjukkan tidak terdapat perbedaan signifikan pada KPS (p = 0,582) dan terdapat perbedaan signifikan pada literasi sains (p = 0,000) dengan ukuran effect size 0,268 yang termasuk kategori besar.