Penelitian ini bertujuan untuk:  1) menganalisis karakteristik modul berbasis Stimulating Higher Order Thinking Skill (Stim-HOTs) untuk memberdayakan keterampilan berpikir kritis siswa pada materi metabolisme sel kelas XII MIPA di SMA Negeri 3 Surakarta;  2) menguji kelayakan modul berbasis Stim-HOTs untuk  memberdayakan  keterampilan  berpikir  kritis  siswa pada materi metabolisme sel kelas XII MIPA di SMA Negeri 3 Surakarta; 3) menguji keefektifan modul berbasis Stim-HOTs untuk memberdayakan keterampilan berpikir kritis siswa pada materi metabolisme sel kelas XII MIPA di SMA Negeri 3 Surakarta.

Modul berbasis Stim-HOTs dikembangkan menggunakan prosedur pengembangan Borg & Gall sebagai kerangka utama penelitian yang dimodifikasi menjadi 9 tahap meliputi: 1) penelitian pendahuluan & pengumpulan informasi, 2) perencanaan, 3) pengembangan produk awal, 4) uji coba lapangan permulaan, 5) revisi produk pertama, 6) uji lapangan terbatas, 7) revisi produk kedua, 8) uji lapangan operasional, dan 9) revisi produk akhir. Pengembangan produk awal modul   dilakukan   dengan   menggunakan   desain ADDIE   (Analyze,   Design, Develop,   Implement,  dan  Evaluate).   Analisis   data   yang  digunakan   dalam penelitian dan pengembangan meliputi analisis deskriptif kualitatif dan deskriptif kuantitatif. Uji keefektifan terhadap modul hasil pengembangan dilakukan dengan menggunakan uji statistika berupa uji independent sample t-test dan uji effect size.

Hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa: 1) modul berbasis Stim-HOTs pada materi metabolisme sel telah berhasil dikembangkan dengan karakteristik yaitu a) modul disusun berdasar sintaks model Stim-HOTs  yang terdiri dari tahap orientasi, bertanya, eksplorasi informasi, diskusi, eksplanasi, dan refleksi diri serta diintegrasikan dengan aspek keterampilan berpikir kritis yang meliputi interpretasi, analisis, evaluasi, kesimpulan, penjelasan, dan pengaturan diri, b) modul dikembangkan dalam bentuk modul cetak untuk guru dan untuk siswa, c) modul dikembangkan sesuai kurikulum 2013 revisi 2017 untuk kelas 12 MIPA, 2) modul berbasis Stim-HOTs pada materi metabolisme sel layak digunakan untuk memberdayakan keterampilan berpikir kritis yang ditunjukkan kualifikasi sangat baik berdasar hasil validasi ahli pada materi, desain pengembangan modul, perangkat pembelajaran dan evaluasi serta bahasa dan didukung dengan hasil  uji kelompok kecil pada siswa dan  guru biologi  yang menyatakan bahwa modul mudah untuk digunakan sehingga layak untuk diimplementasikan dalam memberdayakan keterampilan berpikir kritis, 3) modul berbasis Stim-HOTs pada materi metabolisme sel efektif dalam memberdayakan keterampilan berpikir kritis siswa yang ditunjukkan dengan hasil uji independent sample t-test dan hasil uji effect size dalam kriteria besar.