Kompetensi dasar mesin bubut CNC TU-2A mahasiswa masih rendah dan 81.82% dari 44 mahasiswa menyatakan bahwa materi mesin CNC sulit dikarenakan belum adanya perangkat pembelajaran. Penelitian ini bertujuan:1) mendeskripsikan aktivitas mahasiswa selama proses pembelajaran. 2) mendeskripsikan respon mahasiswa setelah pembelajaran. 3) mendeskripsikan hasil belajar mahasiswa setelah pembelajaran. Pengembangan perangkat pembelajaran mengacu pada model Thiagarajan, yakni model 4-D. Model ini terdiri atas empat tahap pengembangan, yaitu tahap pendefinisian (define), tahap perancangan (design), tahap pengembangan (develop) dan tahap pendiseminasian (disseminate). Rancangan penelitian yang digunakan adalah One Group Pretest and Postest Design dengan subjek pada uji coba terbatas mahasiswa Prodi S1 Pendidikan Teknik Mesin sejumlah 78 mahasiswa. Subjek pada uji coba luas mahasiswa Prodi D3 Teknik Mesin Produksi angkatan 2010 Unesa sejumlah 24 mahasiswa. Data dianalisis secara deskriptif kualitatif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa: 1) Aktivitas mahasiswa dalam kategori sangat baik, artinya mahasiswa sangat antusias dan tertarik dengan perangkat pembelajaran yang dikembangkan dengan prosentase sebesar 81.80% dan rata-rata skor 4.08. 2) Respon mahasiswa sangat positif, artinya mahasiswa sangat tertarik pada perangkat pembelajaran mesin CNC dengan prosentase sebesar 95.83%. 3) Ketuntasan belajar mahasiswa sebesar 76.33% dikatakan tuntas karena nilai mahasiswa diatas 61. Hasil instrumen Pre-test dan post-test memiliki validitas dikategorikan tinggi 0.60, nilai reliabilitas tinggi 0.83 dan sensitivitas 0.61 dikategorikan tinggi. Simpulan bahwa pengembangan perangkat mesin CNC efektif meningkatkan kompetensi dasar mahasiswa terbukti dengan meningkatnya proporsi jawaban dari 0.15 menjadi 0.81 mengalami peningkatan sebesar 66%
