Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui manakah yang memberikan prestasi belajar matematika yang lebih baik: 1) model Creative Problem Solving-Mind Mapping (CPS-MM), Group Investigation-Mind Mapping (GI-MM), atau Pembelajaran Langsung-Mind Mapping (PL-MM); 2) siswa dengan kemampuan penalaran matematika tinggi, sedang atau rendah; 3) pada masing-masing tingkatan kemampuan penalaran matematika, manakah yang memberikan prestasi belajar yang lebih baik, model CPS-MM, GI-MM, atau PL-MM; 4) pada masing-masing model pembelajaran, manakah yang prestasi belajarnya lebih baik, siswa dengan kemampuan penalaran matematika tinggi, sedang atau rendah.
Jenis penelitian ini adalah eksperimental semu dengan desain faktorial 3 x 3.   Teknik stratified cluster random sampling digunakan, total sampel 259 siswa,  dipilih 3 dari 49 SMP negeri di Kabupaten Sragen tahun pelajaran 2017/2018. Pengumpulan data dilakukan dengan metode dokumentasi dan tes. Uji keseimbangan kemampuan awal dan pengujian hipotesis menggunakan uji anava.
Hasil penelitian ditunjukkan sebagai berikut. 1) Model CPS-MM menghasilkan prestasi belajar lebih baik daripada model GI-MM dan PL-MM serta GI-MM lebih baik daripada PL-MM. 2) Siswa yang kemampuan penalaran matematikanya tinggi prestasi belajarnya lebih baik daripada siswa yang sedang dan rendah serta yang sedang lebih baik daripada yang rendah. 3) Pada siswa yang kemampuan penalaran matematikanya tinggi, model CPS-MM menghasilkan prestasi belajar lebih baik daripada GI-MM dan PL-MM serta GI-MM dan PL-MM sama baik. Pada siswa yang kemampuan penalaran matematikanya sedang, model CPS-MM, GI-MM dan PL-MM menghasilkan prestasi belajar yang sama baik. Pada siswa yang kemampuan penalaran matematikanya rendah, model CPS-MM menghasilkan prestasi belajar lebih baik daripada GI-MM dan PL-MM serta model GI-MM dan PL-MM sama baik. 4) Pada model CPS-MM, siswa yang kemampuan penalaran matematikanya tinggi prestasi belajarnya lebih baik daripada yang sedang dan rendah serta yang sedang dan rendah sama baik. Pada model GI-MM, siswa yang kemampuan penalaran matematikanya tinggi dan sedang prestasi belajarnya sama baik serta yang tinggi dan sedang lebih baik daripada yang rendah. Pada model PL-MM, siswa yang kemampuan penalaran matematikanya tinggi dan sedang prestasi belajarnya sama baik, yang tinggi lebih baik daripada yang rendah, serta yang sedang dan rendah sama baik.