Kemampuan argumentasi ilmiah siswa dapat meningkat melalui penerapan model pembelajaran diskusi kelas yang menekankan pada proses aktif, yakni dengan mengembangkan kebiasaan mengajukan gagasan atau pendapat (claim), kemampuan menganalisis data, kemampuan memberikan pembenaran (warrant) dan kemampuan memberikan dukungan (backing) yang rasional. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mendeskripsikan keterlaksanaan pembelajaran dengan menggunakan model diskusi kelas, mendeskripsikan peningkatan kemampuan argumentasi ilmiah siswa baik secara tertulis maupun selama KBM dan respon siswa setelah diterapkan model pembelajaran diskusi kelas tipe beachball. Desain yang digunakan yaitu pre experimental design dengan bentuk one group pretest-posttest design. Sampel yang digunakan sebanyak 3 kelas, yakni X-MIA 1 sebagai kelas eksperimen, X-MIA 2 sebagai kelas replikasi I dan X-MIA 3 sebagai kelas replikasi II, diambil untuk mengetahui konsistensi peningkatan kemampuan argumentasi ilmiah siswa. Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa keterlaksanaan pembelajaran menggunakan model diskusi kelas berlangsung sangat baik. Hal ini ditunjukkan oleh nilai presentase keterlaksanaan pembelajaran di kelas eksperimen, replikasi I, dan replikasi II berturut-turut dari pertemuan 1 ke pertemuan 2 yaitu 88, 75% dan 93, 75%, 82, 26% dan 91, 13% serta 78, 23%% dan 90, 32%. Berdasarkan uji N-gain, diperoleh bahwa kategori peningkatan kemampuan argumentasi ilmiah siswa secara tertulis di kelas XI MIA 2 dan XI MIA 3 berturut-turut adalah 0, 74 dan 0, 70 tergolong pada kategori tinggi dan XI MIA 1 bernilai 0, 38 tergolong pada kategori sedang. Sedangkan kemampuan argumentasi ilmiah siswa saat KBM pada ketiga kelas sampel tergolong rendah. Respon rata-rata siswa terhadap model pembelajaran yang digunakan pada 3 kelas sampel berturut-turut berkisar antara 80, 00%, 77, 2%, 76, 11%. Respon siswa berada dalam kriteria sangat baik.