Tujuan    penelitian    ini    adalah    1)    mengembangkan    model    pembelajaran Investigation Through Cooperative Problem Solving (ITCPS) berdasarkan model pembelajaran kooperatif dan model pembelajaran pemecahan masalah (problem solving), 2) menguji kelayakan (kevalidan) model, 3) menguji  keefektifan model dan 4) menganalisis aspek keterampilan berpikir kritis yang menonjol tiap sintaks. Penelitian  ini  menggunakan  metode  penelitian  dan  pengembangan,  dengan langkah-langkah:     analisis     pendahuluan,     membuat     prototipe     produk, mengembangkan produk awal, validasi ahli, uji coba lapangan awal dan revisi produk, uji pelaksanaan lapangan, dan desiminasi. Sintaks model terdiri dari lima langkah    yaitu    identifikasi    masalah,    merumuskan    masalah,    investigasi, menjelaskan  dan  refleksi.  Sintaks  model  disusun  berdasarkan  kisi-kisi  disain model yang terdiri dari teori, tujuan spesifik, sintaks dan manajemen kelas yang dilengkapi  perangkat  pembelajaran.  Sampel  penelitian    adalah  siswa dari  tiga Sekolah Menengah Atas di Surakarta, Jawa Tengah, Indonesia. Pada penelitian ini juga  dilakukan  penilaian  keterampilan  berpikir  kritis  pada  tiap  sintaks  untuk menganalisis aspek keterampilan berpikir kritis yang menonjol pada tiap sintaks. Adapun   aspek   keterampilan   berpikir   kritis   meliputi   interpretasi,   analisis, menjelaskan,  evaluasi,  menyimpulkan  dan  pengaturan  diri.  Hasil  penelitian dianalisis dengan program analisis RASCH, analisis  SPSS, dan analisis Lisrel. Hasil  dari  penelitian  ini  meliputi  1)  disain  model  dikembangkan  berdasarkan kajian  teori  dari  model  kooperatif  dan  model  pemecahan  masalah  (problem solving), berdasarkan landasan ontologi, aksiologi dan epistemologi; 2) kelayakan model    dinilai    valid    dari    sepuluh    rater    sehingga    layak    dan    dapat diimplementasikan;   3)   Model   Investigation   Through   Cooperative   Problem Solving (ITCPS) efektif   untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis siswa pada   materi   Kesetimbangan   Kimia.   Berdasarkan   uji   effect   size   terhadap keefektifan model diperoleh nilai 3,524 termasuk dalam kategori tinggi. Hasil analisis Lisrel diketahui telah terpenuhi kriteria Goodness of fit sehingga setiap variabel  memiliki  keterkaitan  hubungan  yang  signifikan.  Nilai  loading  factor masing-masing  aspek  >0,6  sehingga  semua  aspek  memberikan  sumbangan terhadap  variabel  yang  diukur.  Ini    menunjukkan  bahwa  model  pembelajaran ITCPS  memberikan  dampak  yang  positif  meningkatkan  keterampilan  berpikir kritis siswa; 4) Aspek keterampilan berpkir kritis yan menonjol pada tiap sintaks yaitu : a) menjelaskan pada sintaks mengidentifikasi masalah; b) analisis pada sintaks merumuskan masalah; c) evaluasi pada sintaks investigasi; d) interpretasi pada sintaks menjelaskan; e) interpretasi pada sintaks refleksi.