Keterampilan berpikir secara kritis adalah tujuan yang sangat diinginkan dalam pembelajaran kimia abad ke-21. Strategi model PBL dan pendekatan TPACK menjadi alternatif dalam mencapai tujuan tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk: (1) mengembangkan modul ajar berbasis model TPACK-PBL pada materi laju reaksi; (2) menguji kelayakan modul ajar berbasis model TPACK-PBL terhadap keterampilan berpikir kritis siswa; dan (3) menganalisis efektivitas modul ajar berbasis TPACK-PBL pada materi laju reaksi dan pengaruhnya terhadap keterampilan berpikir kritis siswa.

Penelitian ini menggunakan model pengembangan 4D Thiagarajan yang terdiri dari empat tahap yaitu define, design, development dan dessimenate. Tahap dessimenate meliputi uji coba terbatas dan uji lapangan operasional. Uji coba terbatas dilakukan di MAS Bantul sebanyak 15 siswa dan uji lapangan operasional dilakukan di SMAN Kasihan dan MAN Bantul sebanyak 71 siswa dengan metode kuasi eksperimen desain pretest posttest nonequivalent control group. Instrument yang digunakan yaitu lembar validasi modul ajar, LKPD, dan lembar pretest-posttest. Analisis data yang digunakan yaitu efektivitas modul ajar yang terhadap keterampilan berpikir kritis melalui uji nonparametric Mann-Whitney U dan n-gain score.

Hasil penelitian disimpulkan bahwa: 1) telah dikembangkan perangkat pembelajaran yang mencakup modul ajar berbasis model PBL dan TPACK, LKPD untuk siswa dan soal tes keterampilan berpikir kritis pada materi laju reaksi di kelas XI SMA/MA, 2) hasil validasi perangkat pembelajaran oleh ahli materi, media, bahasa dan praktisi pembelajaran diperoleh nilai rata-rata sebesar 3,58 dengan kategori “Baik” sehingga layak digunakan untuk pembelajaran di kelas, 3) modul ajar berbasis model PBL dan TPACK yang dikembangkan efektif dalam meningkatkan keterampilan berpikir kritis siswa di kelas eksperimen dibandingkan dengan kelas kontrol. Hal ini didukung oleh hasil analisis uji statistic non-parametric Mann-Whitney U yang menunjukkan nilai taraf signifikansi sebesar 0,00 lebih kecil dari 0,05 (Sig. < 0>