Pendidikan abad ke-21 menuntut peserta didik memiliki keterampilan berpikir tingkat tinggi, khususnya kemampuan berpikir kritis dan kolaboratif. Namun, hasil observasi dan wawancara di sekolah dasar Kecamatan Kesugihan Kabupaten Cilacap menunjukkan bahwa kedua kemampuan tersebut masih rendah pada mata pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam dan Sosial (IPAS), khususnya pada materi perubahan energi. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis dan meningkatkan kemampuan berpikir kritis dan kolaboratif. metode kuantitatif dengan desain quasi-experimental (eksperimen semu) menggunakan model Pretest–Posttest Control Group Design. Sampel penelitian terdiri dari 64 siswa kelas IV SD Negeri Kuripan Kidul 03 Kecamatan Kesugihan Kabupaten Cilacap. Data diuji melalui analisis statistik Shapiro-Wilk untuk normalitas, Levene untuk homogenitas, uji Manova dan uji Anova. Hasil penelitian menunjukan pengaruh model pembelajaran POE secara signifikan meningkatkan kemampuan berpikir kritis, kolaboratif. Secara keseluruhan dengan Model Pembelajaran POE ada peningkatan signifikan kemampuan berpikir kritis dan kolaboratif siswa melalui pembelajaran aktif berbasis Kurikulum Merdeka. Model Pembelajaran POE ini dapat digunakan untuk mengatasi tantangan abad 21 di pendidikan dasar di Indonesia.