Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah desain pembelajaran Science, Technology, Engineering, and Mathematic (STEM) berpengaruh dalam memberdayakan keterampilan berpikir kritis siswa. Desain STEM menerapkan proses Engineering Design Process (EDP) dalam sintaksnya dan menggunakan penugasan proyek STEM, yaitu robotic hand terinspirasi dari wayang. Penerapan dilakukan pada materi sistem gerak yang diajarkan pada pelajaran IPA SMP  kelas 8. Penelitian ini menggunakan desain penelitian pre-eksperimental one group pretest-posttest researce design atau penerapan penelitian pada satu kelas eksperimen. Teknik pengambilan sampel yang digunakan pada penelitian ini adalah teknik sampling random cluster sampling, sampel yang terpilih adalah kelas 8 A dengan jumlah 32 siswa. Teknik pengumpulan data menggunakan pretes dan postes untuk menilai critical thinking skills (CTS). Uji hipotesis yang digunakan adalah uji-t berpasangan (paired t-test). Hasil penelitian menunjukkan terdapat peningkatan kemampuan berpikir kritis siswa ditandai dengan adanya kenaikan rata-rata nilai pretest dan posttest, yaitu sebesar 53.87 dan 82.63, juga ditunjukkan oleh uji hipotesis t-berpasangan dimana bahwa thitung ≥ ttabel, yaitu 8.390 ≥ 2.042 dan sig < α, yaitu 0.049 < 0>