Kemampuan pemecahan masalah merupakan salah satu faktor yang mendukung tercapainya keterampilan Abad 21 sehingga siswa dapat bersaing secara global. Keterampilan abad ke-21 meliputi kemampuan memecahkan masalah, penalaran ilmiah, dan kemampuan argumentasi. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan modul ajar berbasis praktikum terintegrasi predict, observe, explain (POE) terhadap kemampuan pemecahan masalah siswa pada materi sistem sistem pertahanan manusia dan untuk mengetahui keefektifan serta kelayakan modul ajar berbasis praktikum terintegrasi predict, observe, explain (POE) terhadap kemampuan pemecahan masalah siswa pada materi sistem sistem pertahanan manusia. Penelitian ini merupakan penelitian pengembangan dengan model pengembangan ADDIE. Data yang diperoleh yaitu data kuantitatif dan kualitatif. Data kuantittif diperoleh dari hasil tes awal (pretest) dan hasil tes akhir (posttest) dari uji coba yang dilakukan. Data kualitatif diperoleh dari hasil validasi ahli perangkat pembelajaran, hasil validasi ahli materi biologi, hasil uji coba dalam kelas, hasil uji efektivitas modul ajar, dan lembar observasi kegiatan belajar mengajar pada uji coba. Teknik pengambilan sampel yang dilakukan dengan cluster random sampling. Instrumen yang digunakan adalah 1) lembar validasi, 2) tes berupa pretest dan posttest, 3) lembar observasi perilaku siswa, 4) lembar observasi keterlaksanaan sintaks, dan 5) lembar observasi refleksi. Teknik analisis data yang dilakukan menggunakan uji N-Gain. Hasil uji N-Gain diperoleh nilai mean N-Gain score yaitu 0,7704 yang berarti efektivitas dari modul ajar berbasis praktikum terintegrasi Predict, Observe, Explain yang dikembangkan berada dalam kategori efektif. Kenaikan rata-rata paling signifikan terlihat pada aspek memahami masalah. Aspek review ulang menjadi aspek paling rendah dibandingkan aspek yang lain.