Pembelajaran berbasis masalah masih sulit dilakukan oleh guru maupun siswa. Oleh karena itu tujuan penelitian ini untuk mengetahui perbedaan hasil belajar: antara siswa yang diberi pembelajaran fisika berbasis problem based learning dengan menggunakan metode eksperimen dan inkuiri terbimbing, antara siswa yang memiliki keterampilan metakognitif tinggi dan rendah, antara siswa yang memiliki kemampuan berpikir kritis tinggi dan rendah, serta mengetahui hasil belajar antara: pembelajaran fisika berbasis problem based learning dengan keterampilan metakognitif siswa, pembelajaran fisika berbasis problem based learning dengan kemampuan berpikir kritis, keterampilan metakognitif dengan kemampuan berpikir kritis siswa, pembelajaran fisika berbasis problem based learning, keterampilan metakognitif, dan kemampuan berpikir kritis siswa. 
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen dengan desain faktorial 2x2x2. Populasi penelitian ini adalah siswa kelas X SMAN 1 Karangrayung tahun pelajaran 2015/ 2016. Sampel diperoleh dengan teknik cluster random sampling terdiri dari 2 kelas X4 dan X5. Teknik pengumpulan data menggunakan teknik tes untuk hasil belajar, keterampilan metakognitif, dan kemampuan berpikir kritis serta teknik dokumentasi untuk mengetahui keadaan awal siswa. Analisis data menggunakan anava univariat. 
Hasil penelitian ini adalah: (1) pembelajaran fisika berbasis PBL menggunakan inkuiri terbimbing berpengaruh terhadap hasil belajar siswa; (2) tidak terdapat perbedaan hasil belajar antara siswa yang memiliki keterampilan metakognitif tinggi maupun rendah; (3) siswa yang memiliki kemampuan berpikir kritis tinggi memiliki hasil belajar yang lebih baik dibanding dengan siswa yang memiliki kemampuan berpikir kritis rendah; (4) tidak terdapat interaksi antara pembelajaran fisika berbasis PBL dengan keterampilan metakognitif terhadap hasil belajar siswa; (5) tidak terdapat interaksi antara pembelajaran fisika berbasis PBL dengan kemampuan berpikir kritis terhadap hasil belajar siswa; (6) tidak ada interaksi antara kemampuan metakognitif dengan kemampuan berpikir kritis terhadap hasil belajar; (7) ada interaksi antara pembelajaran fisika berbasis PBL, keterampilan metakognitif, dan kemampuan berpikir kritis terhadap hasil belajar siswa. 
. 
Kata kunci: eksperimen, inkuiri terbimbing, keterampilan metakognitif, kemampuan berpikir kritis.