Proses pembelajaran yang berpusat pada guru menjadikan kurangnya kemampuan pemecahan masalah dan kemandirian belajar siswa. Oleh karena itu, peneliti menerapkan model pembelajaran ICARE (Introduction, Connection, Application, Reflection, Extension) supaya kemampuan pemecahan masalah dan kemandirian belajar siswa lebih baik. Penelitian ini merupakan penelitian kuantitatif dengan metode eksperimen (True Experimental Design) dengan desain penelitian yang digunakan adalah pretest-posttest control group design untuk mengukur kemampuan pemecahan masalah dan kemandirian belajar siswa. Teknik pengambilan sampel yang digunakan adalah teknik cluster random sampling sehingga diperoleh kelas X-5 sebagai kelas eksperimen dan kelas X-6 sebagai kelas kontrol. Metode pengambilan data yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan metode tes dan angket. Hasil kemandirian belajar siswa kelas eksperimen sebelum menggunakan model pembelajaran ICARE memperoleh nilai rata-rata yaitu 63,42. Sedangkan saat sesudah menggunakan pembelajaran ICARE nilai rata-ratanya adalah 71,14. Berdasarkan hasil pengujian perbedaan rata-rata pada tahap akhir melalui uji paired sample t-test didapatkan nilai t_hitung=6,984 dan t_tabel=1,690 pada taraf signifikasi 5% dengan menggunakan syarat H1 diterima jika t_hitung>t_tabel, dengan nilai N-Gain 0,211, hal ini berarti model pembelajaran ICARE efektif meningkatkan kemandirian belajar siswa kelas X SMAN 16 Semarang pada materi statistika dalam kategori rendah. Sementara hasil penelitian untuk kemampuan pemecahan masalah kelas eksperimen dengan model pembelajaran ICARE diperoleh nilai rata-rata pemecahan masalah yaitu 67,65. Sedangkan pada kelas kontrol yang menggunakan pembelajaran konvensional nilai rata-ratanya adalah 56,22. Berdasarkan hasil pengujian perbedaan rata-rata pada tahap akhir melalui uji t-test didapatkan nilai t_hitung=2,59 dan t_tabel=1,99 pada taraf signifikasi 5% dengan menggunakan syarat H1 diterima jika t_hitung>t_tabel, hal ini berarti model pembelajaran ICARE efektif terhadap kemampuan pemecahan masalah siswa kelas X SMAN 16 Semarang pada materi statistika.