Pembelajaran fisika harus bermakna, yaitu didalamnya menekankan pada fisika sebagai produk, sebagai proses, dan sebagai sikap. Dua hal dalam pembelajaran fisika yang tidak dapat dipisahkan yaitu pengamatan dalam eksperimen dan telaah teori. Eksperimen fisika hendaknya memungkinkan mahasiswa terlibat langsung dalam segala proses mulai dari tahap merumuskan tujuan eksperimen sampai mengambil kesimpulan dari eksperimen yang telah dilakukan. Salah satu metode yang dapat memfasilitasi keberhasilan tujuan eksperimen fisika adalah dengan metode problem solving. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis tingkat kemampuan metakognitif mahasiswa yang melaksanakan eksperimen fisika dasar berbasis problem solving di IAIN Ponorogo melalui MAI (Metacognitive Awareness Inventory) serta untuk menjelaskan keterkaitan antar indikator (perencanaan diri, pemonitoran diri, dan evaluasi diri) pada kemampuan metakognitif mahasiswa. Data yang dihasilkan penelitian ini adalah data kemampuan metakognitif mahasiswa yang telah diukur menggunakan lembar kuesioner MAI (Metacognitive Awareness Inventory). Analisis data yang digunakan yaitu analisis korelasi product moment. Hasil penelitian yang didapatkan yaitu bahwa eksperimen fisika dasar berbasis problem solving ini sangat baik untuk mengoptimalkan kemampuan metakognitif mahasiswa. Hal ini terbukti ketika eksperimen fisika dasar yang dilaksanakan berbasis problem solving ternyata tingkat kemampuan metakognitif mahasiswa mencapai 153,459 yang artinya tingkat kemampuan metakognitif mahasiswa pada kategori super (berkembang sangat baik). Hal ini menandakan bahwa mahasiswa menggunakan kesadaran metakognitif secara teratur untuk mengukur proses berpikir dan belajarnya secara mandiri. Selain tingkat kemampuan metakognitif, ternyata ada keterkaitan antar ketiga indikator kemampuan metakognitif. Keterkaitan indikator perencanaan diri dan pemonitoran diri adalah sebesar 0,901, keterkaitan indikator pemonitoran diri dan evaluasi diri adalah sebesar 0,891, dan keterkaitan indikator perencanaan diri dan evaluasi diri adalah sebesar 0,926. Ketiganya menunjukkan korelasi positif yang sangat kuat.