Banyak siswa sekolah dasar masih mengalami hambatan dalam mengembangkan keterampilan berpikir tingkat tinggi, khususnya dalam mata pelajaran IPA. Pembelajaran di kelas cenderung bersifat satu arah dan berfokus pada hafalan, sehingga belum sepenuhnya mendorong siswa untuk berpikir kritis, kreatif, dan reflektif. Kondisi ini menuntut adanya pendekatan pembelajaran yang lebih aktif, menantang, dan terhubung dengan pengalaman nyata siswa. Salah satu model pembelajaran yang relevan adalah Problem-Based Learning, terutama jika diterapkan di luar kelas. Model ini memungkinkan siswa untuk terlibat langsung dalam proses pemecahan masalah yang kontekstual, sehingga mendorong mereka berpikir secara mendalam dan berkolaborasi. Penelitian ini bertujuan untuk menguji pengaruh penerapan Problem-Based Learning di luar kelas terhadap keterampilan berpikir tingkat tinggi siswa sekolah dasar dalam pelajaran IPA. Desain penelitian yang digunakan adalah quasi eksperimen dengan Non-Equivalent Control Group Design (NECGD), melibatkan 60 siswa kelas VI di SD Negeri 2 Besuki, Kabupaten Situbondo. Data dikumpulkan melalui tes tertulis dan lembar observasi, lalu dianalisis menggunakan uji normalitas, homogenitas, dan uji-t independen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penerapan Problem-Based Learning di luar kelas secara signifikan meningkatkan keterampilan berpikir tingkat tinggi siswa. Selain hasil tes yang lebih baik, siswa juga menunjukkan keterlibatan aktif dan sikap kritis selama proses pembelajaran. Temuan ini mengindikasikan bahwa Problem-Based Learning luar kelas efektif dalam mengembangkan kemampuan kognitif sekaligus karakter sosial siswa.