教育测量领域中认知诊断理论(Cognitive Diagnosis Theory, CDM)的发展,使得通过测验来了解学习者的微观认知状态成为可能。运用认知诊断对学生测验进行评价,能够在单一分数的基础上,挖掘出更深层次的信息。目前已有一些低段数学和语文等方面的认知诊断应用研究,但科学学科尤其是生物学科的认知诊断研究十分匮乏。本文基于认知诊断理论设计针对“孟德尔定律”章节的诊断测验,通过实地施测获得上海、浙江四所学校1400余名高二学生的数据,并借助DINA模型分析被试学生对该章节知识的掌握情况。研究结果表明：(1)普通高中生物学“孟德尔定律”章节主要知识结构可以近似抽象为由7个属性联结构成的树状分支型结构。(2)大多数学生对该章节知识的掌握情况可以归入31种掌握模式,不同学校学生在各掌握模式上的分布比例存在差异。(3)不同学校学生在各认知属性上的掌握概率存在差异,许多因素(例如不同的教学侧重点、不同的课程标准、不同的教材等)可能影响学生对不同认知属性的掌握程度。(4)掌握模式比单一总分更能够全面地反映学生整体的掌握情况。相同总分的学生并不总是拥有一致的掌握模式；而总分不同、反应模式不相同的学生,其掌握模式却可能类似甚至相同。(5)基于DINA模型的认知诊断测验在生物学知识的诊断测量上具有一定的适用性。本研究把认知诊断这一现代测量技术引入生物学科的测量与评价,为一线中学教师的评价手段多元化提供了新的思路。