Pelan Pembangunan Pendidikan Malaysia (PPPM) 2013-2025 telah mendorong transformasi kurikulum pendidikan untuk menekankan dengan lebih lanjut mengenai konsep Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT), yang bertujuan untuk melahirkan pelajar yang mempunyai pemikiran yang lebih kritis untuk bersaing di peringkat antarabangsa. Pembelajaran STEM yang boleh digunakan sebagai strategi pembelajaran untuk membina kemajuan dari pengetahuan semasa ke pemikiran aras tinggi. Sesi pembelajaran STEM telah menghubung jalinkan pengajaran dan pembelajaran yang menggabungkan kemahiran berfikir aras tinggi dan kaedah pembelajaran untuk menggalakkan kemahiran berfikir kritis yang dijalankan secara pembelajaran STEM Berasaskan Robot (Outside of School Time) di luar waktu sekolah menengah Daerah Tuaran, Sabah. Kumpulan fokus terdiri daripada 6 orang daripada 24 peserta pelajar tingkatan 2 dan 4 guru sekolah menengah daripada daerah Tuaran, Sabah. Kajian ini adalah berbentuk kualitatif yang menganalisis temu bual kumpulan fokus dan guru. Peserta melalui pembelajaran STEM bersama tugasan “mind-on” dan “hand-on”. Kajian ini bertujuan untuk meneroka perkembangan kemahiran berfikir kritis secara mendalam melalui pembelajaran dan pengajaran berasaskan penyelesaian masalah. Kajian telah mengenal pasti disposisi dominan elemen kemahiran berfikir kritis di bawah tema utama iaitu menganalisis, menilai dan mereka cipta dalam penyelesaian masalah. Pembelajaran STEM Berasaskan Robot merangsang pembelajaran bermakna, meningkatkan interaksi bermakna dan mengembangkan kemahiran pemikiran kritis. Implikasi kajian ini menjurus kepada penerokaan pengetahuan yang lebih mendalam terhadap perkembangan disposisi dominan elemen kemahiran berfikir kritis menerusi pembelajaran STEM Berasaskan Robot.