Perkembangan ilmu pengetahuan di era globalisasi menuntut peserta didik memiliki keterampilan abad 21, termasuk keterampilan kerja ilmiah. Namun, berbagai penelitian menunjukkan bahwa keterampilan kerja ilmiah peserta didik di Indonesia masih tergolong rendah, termasuk di MAN 2 Kota Semarang. Salah satu penyebabnya adalah penggunaan model pembelajaran yang belum sepenuhnya mendukung pengembangannya. Penelitian ini bertujuan menganalisis Predict, Observe, and Explain (POE) dan Inkuiri Terstruktur terhadap keterampilan kerja ilmiah peserta didik kelas XI pada mata pelajaran Biologi. Penelitian ini menggunakan metode kuasi eksperimen dengan desain Pretest-Posttest Control Group Design yang melibatkan dua kelas eksperimen (model POE dan Inkuiri Terstruktur) dan satu kelas kontrol (model Direct Instruction). Instrumen pengumpulan data berupa soal uraian yang mengukur sembilan indikator keterampilan kerja ilmiah. Data dianalisis menggunakan uji Ancova dan Estimated Marginal Means (EMM). Hasil Ancova menunjukkan bahwa model pembelajaran berpengaruh signifikan terhadap keterampilan kerja ilmiah (Sig. < 0,05). Nilai EMM tertinggi diperoleh oleh kelas POE sebesar 89.016, disusul kelas Inkuiri Terstruktur sebesar 81.661, dan kelas kontrol sebesar 78.573. Hasil uji LSD menunjukkan bahwa perbedaan antar ketiga kelompok signifikan, dengan selisih nilai POE dan Inkuiri Terstruktur sebesar 7.355, POE dan Kontrol sebesar 10.443, dan Inkuiri dengan Kontrol sebesar 3.088. Model POE terbukti paling efektif dalam meningkatkan keterampilan kerja ilmiah peserta didik, disusul oleh model Inkuiri Terstruktur. Hasil ini memberikan rujukan empiris bagi pendidik dalam memilih pendekatan pembelajaran yang sesuai untuk menumbuhkan kompetensi ilmiah secara optimal.