Penelitian bertujuan untuk meningkatkan keterampilan berpikir tingkat tinggi peserta didik kelas XII MIPA 5 SMA Negeri 3 Surakarta tahun pelajaran 2016/2017 pada materi Bioteknologi melalui penerapan model Problem Based Learning.
Penelitian yang dilakukan adalah Penelitian Tindakan Kelas (PTK) yang berlangsung selama dua siklus. Penelitian meliputi kegiatan perencanaan pelaksanaan tindakan   dan   pengamatan,   dan   refleksi.   Data   yang   dikumpulkan   berupa   data perkembangan pembelajaran, keterlaksanaan sintaks, dan hasil tes keterampilan berpikir tingkat tinggi. Pengumpulan data dilakukan dengan teknik observasi, wawancara, dan tes keterampilan berpikir tingkat tinggi. Uji validitas data menggunakan teknik triangulasi metode. Teknik analisis data menggunakan teknik analisis deskriptif kualitatif.
Peningkatan keterampilan berpikir tingkat tinggi peserta didik dapat ditinjau hasil observasi perkembangan pembelajaran dan tes keterampilan berpikir tingkat tinggi. Hasil observasi menunjukkan adanya peningkatan proses pembelajaran ditinjau dari perubahan kategori pertanyaan peserta didik menurut Revisi Taksonomi Bloom. Hasil tes keterampilan menunjukkan bahwa persentase setiap aspek keterampilan berpikir tingkat tinggi  peserta  didik  mengalami  peningkatan  dari  Prasiklus  sampai  dengan  Siklus  II. Aspek menganalisis (C4) mengalami peningkatan sebesar 31.46%, aspek mengevaluasi (C5) sebesar 28.75%, dan aspek mencipta sebesar 28.53%.
Kesimpulan hasil penelitian adalah model pembelajaran Problem Based Learning mampu meningkatkan keterampilan berpikir tingkat tinggi peserta didik menurut Revisi Taksonomi Bloom kelas XII MIPA 5 SMA Negeri 3 Surakarta  pada materi Bioteknologi.