Penelitian ini dilatarbelakangi oleh rendahnya tingkat critical thinking skill peserta didik sekolah dasar dalam pembelajaran IPA yang disebabkan oleh desain pembelajaran yang kurang variatif serta belum sepenuhnya mengakomodasi gaya belajar peserta didik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh model pembelajaran Predict-Observe-Explain (POE) melalui pendekatan pembelajaran diferensiasi terhadap critical thinking skill peserta didik kelas V sekolah dasar. Penelitian menggunakan metode kuantitatif dengan desain quasi experimental tipe nonequivalent control group design. Populasi penelitian ini adalah seluruh peserta didik kelas V di SD Negeri Gugus 1 Kecamatan Serengan, Kota Surakarta, dengan sampel penelitian ditentukan menggunakan teknik probability sampling jenis cluster random sampling. Instrumen yang digunakan meliputi tes critical thinking skill berbasis indikator Facione dan angket gaya belajar visual, auditori, serta kinestetik. Analisis data dilakukan melalui uji normalitas, homogenitas, uji-t, serta perhitungan N-Gain, effect size, dan SmartPLS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa model Predict-Observe-Explain (POE) melalui pendekatan pembelajaran diferensiasi berpengaruh dalam pemberdayaan critical thinking skill, dengan nilai signifikansi < 0>