Abstrak: Proses pembelajaran IPA/Fisika yang umum digunakan selama ini masih berpusat pada guru/dosen dengan metode drill. Penelitian ini mencoba memberikan alternatif pilihan kepada guru/dosen agar secara bertahap memberi otonomi kepada peserta didiknya dalam proses belajar mengajar, sekaligus untuk meningkatkan keterampilan berpikir tingkat tinggi siswa/mahasiswa. Subjek penelitian ini adalah mahasiswa semester dua (2) program studi Pendidikan Fisika FKIP ULM tahun akademik 2014/2015. Penelitian ini dilaksanakan menggunakan pretest and postest group design. Hasil penelitian menunjukkan (1) aktivitas mahasiswa yang mencirikan otonomi belajar semakin meningkat, (2) hasil belajar mahasiswa yang meliputi tes kemampuan berpikir tingkat tinggi memberikan gain score sebesar 0,77 yang berkategori tinggi, (3) respon mahasiswa berupa minat dan motivasi terhadap perkuliahan adalah baik. Kata kunci: pembelajaran, learner autonomy, berpikir tingkat tinggi.