Mekatronika merupakan mata kuliah yang mengintegrasikan beberapa disiplin ilmu yakni: ilmu mekanika, kelistrikan, sistem informasi, dan teknik kontrol. Materi mekatronika cukup sulit dipelajari dan dipahami oleh mahasiswa. Perlu adanya upaya memberikan sebuah model pembelajaran yang dapat membantu mempercepat mahasiswa menguasainya mata kuliah ini. Riset ini bertujuan guna melihat dampak implementasi model pembelajaran kolaboratif think pair share berbasis proyek terhadap hasil studi mahasiswa, kreativitas dan kemampuan kerjasama mahasiswa dalam melaksanakan tugas pada mata kuliah mekatronika. Rancangan kelas pada riset ini dibedakan atas kelas eksperimen (n=27) dan kelas kontrol (n=25). Untuk kelas eksperimen perlakuan yang diberikan adalah menerapkan pembelajaran kolaboratif think pair share berbasis proyek, dan pada kelas kontrol digunakan model pembelajaran biasa. Hasil penelitian memperlihatkan terjadinya peningkatan yang cukup signifikan pengetahuan mahasiswa pada mata kuliah mekatronika dari nilai rata-rata 61,0 menjadi skor post test 86,3 untuk pretest dan posttest, diperoleh gain score sebsar 25,3. Sementara untuk kelas kontrol dari 61,1 menjadi skor 81,2 dengan gain score 20,1 Untuk nilai kreativitas dan kerjasama mahasiswa dalam pembelajaran untuk kelas eksperimen selama proses pembelajaran diperoleh skor 88,1 dan 90,3 sedangkan kelas kontrol 81,7 dan 83,9. Hasil penlitian ini menunjukan bahwa model pembelajaran kolaboratif think pair share berbasis proyek bisa menaikan hasil belajar, nilai kreativitas dan kerjasama mahasiswa selama proses pembelajaran.