Penelitian ini bertujuan menentukan pengaruh penggunaan model pembelajaran berdasarkan masalah terhadap hasil belajar kognitif siswa, dan mendeskripsikan keterampilan berpikir tingkat tinggi siswa pada pembelajaran biologi. Metode penelitian menggunakan rancangan kuasi eksperimen, dan metode analisis deskriptif untuk mendeskripsikan keterampilan berpikir tingkat tinggi. Populasi dalam penelitian terdiri dari 6 kelas X. Sampel penelitian adalah 29 orang siswa kelas X PMIA 3 sebagai kelas perlakuan dan 29 orang siswa kelas X PMIA 2 sebagai kelas kontrol. Sampel ditetapkan secara purposive sampling. Teknik analisis data menggunakan teknik analisis kovarian untuk hasil belajar kognitif dan analisis deskriptif untuk mendeskripsikan keterampilan berpikir tingkat tinggi. Hasil penelitian menunjukkan 1) Hasil belajar kognitif produk menunjukkan perbedaan signifikan (F = 12,38; P = 0,0001). 2) Hasil belajar kognitif proses (F = 13,65; P = 0,0001) juga signifikan. 3) Hasil keterampilan berpikir tingkat tinggi siswa dalam merumuskan masalah tergolong cukup baik, merumuskan hipotesis tergolong cukup baik, mengumpulkan data tergolong cukup baik, menganalisis data tergolong cukup baik, merumuskan kesimpulan tergolong cukup baik, dan membuat produk/ karya tergolong baik. Kata kunci: Model Kontruktivistik, Keterampilan Berpikir, Konsep Biologi.