Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis model mental siswa dalam penerapan model pembelajaran Learning Cycle 8E pada materi asam basa. Penelitian dilaksanakan di SMA Negeri 42 Jakarta pada semester genap tahun ajaran 2016/2017. Metode yang digunakan adalah penelitian kualitatif dengan teknik pengumpulan data berupa free drawing technique, observasi kelas, wawancara mendalam, dan reflektif jurnal siswa. Mental model siswa dianalisis pada siswa kelas XI MIA 2 sebanyak 30 siswa dari 36 siswa. Pertimbangan untuk memilih 30 siswa berdasarkan kelengkapan dari jawaban siswa dari lembar kerja yang diberikan. Teknik analisis data yang digunakan adalah analisis data kualitatif oleh Miles and Huberman dengan pengecekan keabsahan data menggunakan trustworthiness (kepercayaan) dengan kriteria credibility (kredibilitas) melalui prolonged engagement, persistent observation, progressive subjectivty dan member checking.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses pembelajaran menggunakan Learning Cycle 8E membantu meningkatkan pemahaman siswa dan mengatasi miskonsepsi. Perkembangan pemahaman siswa dalam Learning Cycle 8E yang terlihat pada tahap explore, elaborate, extend dan explain. Model mental siswa yang sesuai yaitu karakteristik asam basa, reaksi ionisasi asam basa kuat dan teori Arhenius. Sedangkan model mental siswa yang tidak sesuai yaitu reaksi netralisasi, reaksi ionisasi asam basa lemah, teori Bronsted Lowry dan Lewis. Model mental siswa tersebut dipengaruhi oleh pemahaman yang dimiliki selama pembelajaran menggunakan Learning Cycle 8E dan lingkungan sekitar serta pemahamannya pada konsep kimia yang berkaitan dengan konsep asam basa.