Penelitian ini bertujuan untuk (1) meningkatkan partisipasi aktif dan (2) kemampuan berpikir kritis siswa melalui penerapan STEM-Guided Inquiry di kelas VIII SMP Negeri 27 Surakarta dalam pembelajaran IPA. Penelitian ini merupakan Penelitian Tindakan Kelas yang dilaksanakan dalam dua siklus. Pada setiap siklus terdapat empat tahapan yang meliputi perencanaan, tindakan, observasi, dan refleksi. Subyek penelitian adalah 29 siswa kelas VIII SMP Negeri 27 Surakarta. Data penelitian diperoleh dari lembar observasi, wawancara, dan tes. Analisis data menggunakan teknik analisis deskriptif kualitatif. Validasi data dilakukan dengan menggunakan teknik triangulasi. Prosedur penelitian menggunakan metode spiral Kemmis dan Mc Taggart. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penerapan STEM-Guided Inquiry dapat meningkatkan partisipasi aktif dan kemampuan berpikir kritis siswa. Peningkatan partisipasi aktif siswa dilihat dari kuantitas dan kualitas pertanyaan, pendapat, serta diskusi siswa. Peningkatan kemampuan berpikir kritis siswa yang dibuktikan dengan nilai rata-rata aspek berpikir kritis dalam hal interpretation, analysis, evaluation, inference, explanation, dan self-regulation. Berdasarkan observasi selama proses pembelajaran partisipasi aktif siswa mengalami peningkatan yaitu pada prasiklus partisipasi aktif bertanya 10%, berpendapat 7%, dan berdiskusi 35,3%. Pada siklus I partisipasi aktif bertanya 59%, berpendapat 34%, dan berdiskusi 64,1%. Pada siklus II partisipasi aktif bertanya 76%, berpendapat 59%, dan berdiskusi 81,2%. Berdasarkan tes kemampuan berpikir kritis siswa mengalami peningkatan yaitu prasiklus rata-rata interpretation sebanyak 45,68%, analysis sebanyak 40,51%, evaluation sebanyak 41,37%, inference sebanyak 40,51%, explanation sebanyak 37,06%, dan self regulation sebanyak 42,24%. Siklus I rata-rata interpretation sebanyak 65,51%, analysis sebanyak 61,20%, evaluation sebanyak 61,20%, inference sebanyak 62,29%, explanation yaitu 60,34%, dan self regulation sebanyak 63,79%. Pada siklus II rata- rata interpretation sebanyak 85,34%, analysis sebanyak 82,75%, aspek evaluation sebanyak 81,89%, inference sebanyak 78,44%, explanation sebanyak 78,44%, dan self-regulation sebanyak 87, 93%. Temuan ini menjadi dasar untuk penelitian lebih lanjut tentang inovasi model dan strategi pembelajaran untuk meningkatkan partisipasi aktif dan kemampuan berpikir kritis siswa.