Penelitian ini bertujuan untuk: 1) mengembangkan modul elektronik berbasis Predict-Observe-Explain (POE) untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan kemampuan literasi sains pada materi Karakteristik Gelombang; 2) menganalisis kelayakan modul elektronik berbasis Predict-Observe-Explain (POE) sebagai media pembelajaran Fisika; 3) mengetahui keefektifan penggunaan modul elektronik berbasis Predict-Observe-Explain (POE) untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan kemampuan literasi sains peserta didik.
Metode penelitian ini adalah Research and Development (R&D) dengan model pengembangan Analysis, Design, Development, Implementation, Evaluation (ADDIE). Subjek penelitian ini adalah peserta didik kelas XI IPA SMA Negeri 1 Surakarta, SMA Negeri 5 Surakarta, dan SMA Negeri 7 Surakarta. Pengumpulan data pada penelitian ini dilakukan dengan teknik wawancara, dokumentasi, survei, observasi, dan tes. Teknik analisis data yang digunakan adalah analisis kuantitatif dan analisis kualitatif.
Hasil penelitian menunjukkan: 1) modul elektronik Fisika telah berhasil dikembangkan dengan model pengembangan ADDIE yang memiliki karakteristik berbasis pembelajaran POE, berisi materi Karakteristik Gelombang, dilengkapi dengan gambar, video pembelajaran, animasi, simulasi, contoh soal dan pembahasan, latihan soal, serta modul elektronik yang dikembangkan ini juga dapat meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan kemampuan literasi sains peserta didik; 2) hasil penilaian modul elektronik Fisika berbasis POE memiliki kategori sangat baik berdasarkan penilaian para ahli validasi, praktisi pendidikan, dan peserta didik, serta telah layak digunakan untuk pembelajaran Fisika berdasarkan penilaian keterlaksanaan pembelajaran oleh guru dan peningkatan nilai posttest; 3) modul elektronik Fisika berbasis POE telah efektif meningkatkan kemampuan berpikir kritis peserta didik berdasarkan N-gain score sebesar 0,73 dengan kategori tinggi dan efektif meningkatkan kemampuan literasi sains peserta didik berdasarkan N-gain score sebesar 0,66 dengan kategori sedang.