Metode penelitian dan pengembangan yang digunakan Research and Development (R&D). Model penelitian dan pengembangan menggunakan model penelitian 4D Thiagarajan dengan langkah: (1) tahap pendefinisian (define), pada tahap ini dilakukan analisis kurikulum dan analisis kebutuhan; (2) tahap perancangan (design), pada tahap ini dilakukan penyusunan indikator pembelajaran, materi, instrumen penilaian, rencana pelaksanaan pembelajaran, dan perancangan modul; (3) tahap pengembangan (develop), pada tahap ini dilakukan validasi modul meliputi aspek materi, media, dan bahasa, uji coba kelompok kecil, dan uji coba kelompok besar; (4) tahap penyebaran (dessiminate), pada tahap ini dilakukan penyebaran modul fisikadalam bentuk cetak. Modul fisika dikembangkan menggunakan pendekatan keterampilan proses sains dengan langkah pembelajaran yaitu mengamati fenomena, merumuskan masalah, merumuskan hipotesis, melakukan eksperimen, mengidentifikasi variabel, menganalisis data, dan memberikan kesimpulan. Modul divalidasi untuk diketahui kelayakannya berdasarkan aspek materi, media, dan bahasa. Setelah divalidasi dan memenuhi kriteria kelayakan modul, dilakukan uji coba kelompok kecil. Uji coba kelompok kecil dilakukan dengan subjek 10 siswa. Setelah direvisi, dilanjutkan pada uji coba kelompok besar dengan subjek 35 siswa. Data yang diperoleh pada penelitian ini adalah data pretest-posttest hasil belajar siswa, validasi ahli, angket respon siswa. Analisis data validasi ahli dilakukan dengan merujuk metode  kriteria lima skor Millah (2012), data pretest- posttest dengan gainscore, dan angket respon menggunakan kategori Hake (1998).
Hasil penelitian sebagai berikut: 1) karakteristik modul berbasis keterampilan proses sains yaitu modul mengandung pertanyaan, materi, evaluasi dan uji kompetensi yang dilengkapi gambar dengan langkah pembelajaran yang digunakan pada modul mengacu pada pendekatan keterampilan proses sains,2)kelayakan modul berbasis keterampilan proses sains dari hasil validasi materi, media, dan bahasa memenuhi kriteria sangat baik, 3) efektivitas modul berbasis keterampilan proses sains didapatkan nilai N-gain dari uji coba lapangan operasional sebesar 0,73 dikategorikan ?tinggi? dengan hasil signifikansi sebesar p=0,000.Berdasarkan hasil gain score menunjukkan modul fisika berbasis keterampilan proses sainsdapat meningkatkan kemampuan berpikir kritis siswa.
Kata kunci: Modul, Keterampilan Proses Sains, dan Kemampuan Berpikir Kritis.