Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi apakah pemahaman konsep dan keterampilan komunikasi ilmiah peserta didik dengan model Case Based Learning (CBL) berbantuan LKPD lebih baik dibandingkan model Problem Based Learning (PBL) dan menganalisis peningkatan pemahaman konsep dan keterampilan komunikasi ilmiah peserta didik setelah implementasi model CBL berbantuan LKPD pada materi termodinamika. Penelitian dilakukan di SMA Negeri 3 Semarang menggunakan Nonequvalent Control Group Design. Kelas XI-5 sebagai kelas eksperimen menggunakan model CBL berbantuan LKPD dan kelas XI-4 sebagai kontrol menggunakan model PBL, yang dipilih dengan teknik Cluster Random Sampling. Instrumen yang digunakan yaitu instrumen tes, lembar observasi model CBL, dan lembar observasi keterampilan komunikasi ilmiah. Analisis data meliputi analisis instrumen tes yaitu uji validitas dan reliabilitas, analisis tahap awal yaitu uji normalitas dan uji homogenitas, serta analisis tahap akhir yaitu paired samples t-test dan uji N-Gain. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemahaman konsep dan keterampilan komunikasi ilmiah peserta didik dengan model CBL berbantuan LKPD tidak lebih baik dibandingkan model PBL pada materi termodinamika. Hal ini buktikan dengan hasil uji t pada pemahaman konsep dengan nilai thitung < ttabel (1,2823 < 1,7139) dan pada keterampilan komunikasi ilmiah menunjukkan nilai thitung < ttabel (0,2837 < 1,7139) yang berarti tidak terdapat perbedaan signifikan dari perlakuan pada kelas eksperimen dengan kelas kontrol. Implementasi model CBL berbantuan LKPD dapat meningkatkan pemahaman konsep dan keterampilan komunikasi ilmiah peserta didik pada materi termodinamika. Nilai N-Gain kelas eksperimen untuk pemahaman konsep sebesar 0,7830 pada kategori tinggi dan untuk keterampilan komunikasi ilmiah sebesar 0,7532 pada kategori tinggi.