Proses pembelajaran saat ini masih didominasi oleh guru dan tidak memberikan akses bagi anak didik untuk berkembang secara aktif melalui penemuan dalam proses berpikir secara mandiri oleh siswa. Hal ini lah yang harus dipikirkan oleh seorang guru untuk mewujudkan pendidikan yang bermutu demi terciptanya pembelajaran yang aktif dan menyenangkan. Salah satu alternatif yang dapat digunakan adalah dengan menerapkan pembelajaran koperatif tipe Numbered Head Together dengan pendekatan Ilmiah (NHT-I) dan model pembelajaran kooperatif tipe Think Pair Share dengan pendekatan Ilmiah (TPS-I) agar keaktifan siswa dalam belajar terakomodasi. 
Penelitian ini bertujuan untuk: 1) mengetahui manakah yang memberikan prestasi dan keaktifan belajar yang lebih baik, model pembelajaran kooperatif tipe NHT-I, atau model pembelajaran kooperatif tipe TPS-I 2) mengetahui manakah yang memberikan prestasi dan keaktifan belajar yang lebih baik antara siswa dengan kemandirian tinggi, sedang, atau rendah 3) mengetahui pada masing-masing model pembelajaran, manakah yang memberikan prestasi dan keaktifan belajar yang lebih baik, siswa dengan kemandirian tinggi, sedang, atau rendah 4) mengetahui pada masing-masing tingkat kemandirian siswa, manakah yang memberikan prestasi dan keaktifan belajar yang lebih baik, model pembelajaran kooperatif tipe NHT-I, atau model pembelajaran kooperatif tipe TPS-I.
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental semu dengan populasi seluruh siswa kelas VIII SMP Negeri di Kabupaten Sragen Tahun Pelajaran 2018/2019. Sampel penelitian berjumlah 184 siswa yang diambil menggunakan teknik stratified cluster random sampling. Instrument yang digunakan untuk pengolahan data adalah tes prestasi belajar dan angket keaktifan belajar siswa. Pengujian hipotesis menggunakan uji MANOVA dua jalan dengan sel tak sama dengan taraf signifikansi 5%.
Berdasarkan hasil penelitian, maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1) pada prestasi dan keaktifan belajar matematika, model pembelajaran NHT-I memberikan prestasi dan keaktifan belajar yang lebih baik daripada model pembelajaran TPS-I 2) pada siswa dengan kemandirian belajar tinggi memiliki prestasi dan keaktifan belajar yang lebih baik daripada siswa dengan kemandirian belajar sedang, dan lebih baik daripada siswa dengan kemandirian belajar rendah. Pada prestasi belajar matematika siswa dengan kemandirian belajar sedang memiliki prestasi belajar yang sama dengan siswa dengan kemandirian belajar rendah, sedangkan pada keaktifan belajar matematika, siswa dengan kemandirian belajar sedang memiliki keaktifan belajar yang lebih baik daripada siswa dengan kemandirian belajar rendah 3) Pada masing-masing model pembelajaran, siswa dengan kemandirian belajar tinggi mempunyai prestasi dan keaktifan belajar matematika yang lebih baik daripada siswa dengan kemadirian belajar sedang dan rendah. Pada prestasi belajar matematika, siswa dengan kemandirian sedang memiliki prestasi belajar matematika yang sama baiknya dengan siswa dengan kemandirian belajar rendah, sedangkan pada keaktifan belajar matematika, siswa dengan kemandirian sedang memiliki keaktifan belajar matematika yang lebih baik daripada siswa dengan kemandirian belajar rendah 4) pada masing-masing tingkat kemandirian belajar, model pembelajaran NHT-I memberikan prestasi dan keaktifan belajar matematika yang lebih baik daripada model pembelajaran TPS-I. 

Kata Kunci: numbered head together, think pair share, pendekatan ilmiah, prestasi belajar, keaktifan belajar, kemandirian belajar