Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui keefektifan: 1) STEM PjBL dalam meningkatkan kemampuan berpikir kritis; 2) STEM PjBL dalam meningkatkan minat belajar siswa; 3) STEM PBL dalam meningkatkan kemampuan berpikir kritis; 4) STEM PBL dalam meningkatkan minat belajar siswa; dan 5) perbedaan peningkatan kemampuan berpikir kritis antara model STEM PBL dan STEM  PjBL; serta 6) perbedaan peningkatan minat belajar siswa antara model STEM PBL dan STEM PjBL.
Penelitian ini menggunakan  metode eksperimen dengan desain pretest posttest comparison group design. Teknik analisis yang digunakan adalah uji prasyarat normalitas dan homogenitas, uji N-Gain untuk menguji keefektifan penggunaan model pembelajaran, serta uji independent t-test untuk mengetahui adakah perbedaan yang signifikan diantara dua kelas tersebut. Data yang digunakan adalah data hasil belajar siswa. 
Berdasarkan uji normalitas chi square diperoleh data normal. Berdasarkan uji homogenitas menggunakan uji F diperoleh data homogen. Rata-rata nilai N-Gain untuk model STEM PjBL pada aspek kemampuan berpikir kritis sebesar 0,75, yang berada pada kategori tinggi. Rata-rata N-Gain pada aspek minat belajar sebesar 0,76 juga dalam kategori tinggi. Rata-rata nilai N-Gain untuk model STEM PBL pada semua aspek kemampuan berpikir kritis adalah 0,66, sehingga peningkatannya berada pada kategori sedang. Rata-rata N-Gain untuk semua aspek minat belajar adalah 0,67 dan peningkatannya juga dalam kategori sedang. Hasil uji independent t-test untuk kemampuan berpikir kritis sebesar 0,015 dan minat belajar sebesar 0,003 yang berarti terdapat perbedaan signifikan antara STEM PjBL dan STEM PBL. Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa STEM PjBL dan STEM PBL telah efektif digunakan untuk meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan minat belajar siswa.