Penelitian ini bertujuan (1) mendeskripsikan pemahaman konsep (PK) dan kemampuan pemecahan masalah (KPM) fisika bagi siswa, (2) menganalisis keunggulan model perubahan konseptual (MPK) dibandingkan dengan model pembelajaran linier (MPL) dalam pencapaian PK dan KPM, (3) menganalisis keunggulan seting group investigation (GI) dibandingkan dengan model student team achievement divisions (STAD) dalam pencapaian PK dan KPM, (4) menganalisis interaksi antara model dan seting pembelajaran dalam pencapaian PK dan KPM, dan (5) memformulasikan bangunan teori pembelajaran yang dapat mengakomodasi pengembangan PK dan KPM bagi siswa SMA. Penelitian ini menggunakan desain eksperimen kuasi versi faktorial 2´2 pretes-posttest nonequivalent control group design. Populasi penelitian adalah siswa kelas I SMA Negeri di Kabupaten Buleleng tahun pelajaran 2008/2009. Sampel penelitian adalah empat kelas pada empat SMA yang ditetapkan berdasarkan teknik cluster random sampling. Data PK dikumpulkan dengan 10 butir tes PK dan data KPM dikumpulkan dengan 10 butir tes KPM. Data dianalisis secara deskriptif dan statistik MANCOVA faktorial 2´2 dengan skor-skor prates sebagai kovariat. Teknik analisis menggunakan program SPSS-PC 10.0 for Windows. Pengujian hipotesis nol dilakukan pada taraf signifikansi 5%. Hasil penelitian menunjukkan temuan-temuan sebagai berikut. (1) Secara deskriptif kelompok MPK-GI paling unggul dalam pencapaian PK dan KPM. (2) Terdapat perbedaan yang signifikan PK dan KPM antara siswa pada kelompok MPK dibandingkan dengan MPL. PK dan KPM siswa pada kelompok MPK lebih tinggi dibandingkan kelompok MPL. (3) Terdapat perbedaan yang signifikan PK dan KPM antara siswa pada seting GI dan seting STAD. Siswa dalam seting GI menunjukkan PK dan KPM lebih tinggi dibandingkan seting STAD. (4) Terdapat pengaruh interaktif model dan seting pembelajaran terhadap PK dan KPM. MPK cenderung lebih berinteraksi dengan seting GI dalam pencapaian PK dan KPM. (5) Teori pengembangan PK dan KPM dibangun berdasarkan sinergi antara teori conceptual change model dan group investigation.

Kata-kata kunci: model perubahan konseptual, investigasi kelompok, pemahaman konsep, dan kemampuan pemecahan masalah