Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui: (1) ada tidaknya perbedaan pengaruh model pembelajaran Two Stay Two Stray melalui metode eksperimen dan diskusi terhadap hasil prestasi belajar kognitif siswa; (2) ada tidaknya perbedaan pengaruh kemampuan berpikir kritis siswa kategori tinggi dan rendah siswa terhadap hasil prestasi belajar kognitif siswa; (3) ada tidaknya interaksi antara model pembelajaran Two Stay Two Stray dengan kemampuan berpikir kritis siswa terhadap prestasi belajar kognitif.
Penelitian ini merupakan penelitian kuantitatif dengan metode eksperimen. Populasi dalam penelitian ini adalah siswa kelas XI MIPA SMA Negeri 3 Surakarta tahun pelajaran 2018/2019. Sampel terdiri dari siswa 2 kelas yang diambil menggunakan teknik cluster random sampling. Teknik pengumpulan data dalam penelitian ini yaitu tes tertulis dan tes kemampuan berpikir kritis. Uji hipotesis penelitian ini menggunakan analisis varian dua jalan dengan desain faktorial 2x2 dengan taraf signifikansi 5%. Uji prasyarat terdiri dari uji normalitas dan
homogenitas dengan menggunakan software SPSS 21.
Berdasarkan hasil penelitian pada materi Suhu, Kalor, dan Perpindahan Kalor kelas XI MIPA SMA Negeri 3 Surakarta tahun pelajaran 2018/2019 dapat disimpulkan: (1) Ada perbedaan pengaruh model pembelajaran Two Stay Two Stray melalui metode diskusi dan eksperimen terhadap hasil prestasi belajar kognitif Fisika siswa. Namun, tidak terdapat perbedaan yang signifikan antara model pembelajaran TSTS melalui metode diskusi dan eksperimen terhadap prestasi belajar kognitif siswa; (2) Ada perbedaan pengaruh kemampuan berpikir kritis siswa kategori tinggi dan rendah terhadap hasil prestasi belajar kognitif Fisika siswa di mana perbedaan prestasi belajar kognitif tersebut signifikan; (3) Tidak ada interaksi antara model
pembelajaran Two Stay Two Stray melalui metode diskusi dan eksperimen dengan kemampuan berpikir kritis terhadap prestasi belajar kognitif Fisika siswa.
 
Kata kunci : Two Stay Two Stray (TSTS), Metode Diskusi, Metode Eksperimen, Kemampuan Berpikir Kritis, Prestasi Belajar Kogntif