前言
具备一定科学知识基础的学生，就能在气候变化这类社会性科学议题（SSI）中理性推理吗？这篇 2026 年发表于 International Journal of Science and Mathematics Education 的研究，以 443 名台湾十年级学生为样本，通过“甲烷之谜”在线探究活动发现：内容知识并不自动转化为科学推理，建模能力在其中承担了约 45.8% 的中介作用。
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研究背景
社会性科学议题（SSI）已成为培养科学素养的主流范式，而运用科学知识解决复杂、结构不良问题的过程被概念化为非形式推理（IR）。已有文献表明内容知识（CK）能提升 IR 质量，但也有研究发现高中生难以主动应用所学科学知识，CK 对 IR 的影响有限。这就留下一个关键缺口：在 CK 与 IR 之间，学生需要什么认知过程才能把静态知识转化为动态推理资源？另一方面，建模能力（MC）既能预测 IR，又依赖 CK 的深度，因此研究假设 MC 可能在 CK 与 IR 之间起中介作用。研究据此提出两个问题：学生在 CK、MC 和 IR 上的表现如何；MC 在多大程度上中介 CK 与 IR 的关联。
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研究设计
研究对象
台湾中部一所私立高中 12 个完整班级的 443 名十年级学生（272 名男生，171 名女生）。学生已完成初中基础自然科学课程，但尚未在高中正式学习温室气体相关内容。
研究工具
核心工具为在线互动探究活动“甲烷之谜”，围绕气候变化与甲烷排放议题。任务一为大气甲烷存量—流量模型，测量 MC 的三项建模实践：识别归类甲烷源与汇、计算年度净流量、利用模型预测四年后大气甲烷总量。任务二为“全球甲烷承诺”政策决策，测量 IR：学生扮演国家决策者，面对 98% 能源依赖进口、94% 依赖化石燃料的发展中国家情境，可点击八位利益相关者（科学家、经济学家、环保人士等）听取观点，随后完成两道开放式写作题（是否签署承诺及理由、可能的实施政策）。
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研究发现
01 基础建模强，预测与推理弱。学生在识别甲烷源汇、计算净流量等基础建模任务上表现较好，但在利用模型进行未来预测、以及在开放情境中运用科学证据推理时明显较弱，多数回答未明确纳入科学证据或因果解释。
02 CK、MC、IR 两两显著正相关，但 CK 与 IR 之间的相关弱于 CK 与 MC、MC 与 IR 之间的相关，提示 CK 与 IR 的关联可能并非直接。
03 MC 的中介效应显著。CK 显著正向预测 MC，MC 显著正向预测 IR，CK 对 IR 的直接路径也仍显著；CK 经 MC 到 IR 的间接效应显著，约占总关联的 45.8%。这说明建模实践可能是内容知识与科学推理之间的一条重要路径。
04推理模式分布分散。IR 任务中相当比例的回应被归为“模糊”，在有可识别推理结构的回应中，理性主义与直觉/情感模式比例相近，说明科学证据并非学生决策的唯一资源。
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结论与启示
结论
学生在标准化 CK 评估和基础建模实践上表现较好，但在模型预测和开放式科学推理上较弱，说明他们更擅长结构化的知识与建模题项，而不擅长在复杂 SSI 情境中运用模型与科学证据构建开放式政策理由。路径分析表明 MC 的中介关联显著，占总关联约 45.8%。研究据此提出，支持学生的科学推理不能只靠增加事实性知识，建模任务可作为 SSI 决策活动前的表征支架，帮助学生在知识与证据、多视角之间建立整合。
给教育者的启示
科学教学不应转向削弱 CK，而应在内容教学中融入建模实践：让学生识别相关变量、表征因果关系、用模型支持预测或主张，再把建模任务作为 SSI 决策前的支架，帮助学生把科学知识与证据、政策相关推理连接起来。这样学生更可能发展出带有清晰科学因果推理的非形式推理。
结语
本研究以“甲烷之谜”在线探究活动为情境，证实建模能力在内容知识与科学推理之间承担了显著的中介作用，为 SSI 教学整合内容与建模实践提供了实证依据。研究也提示，若只教知识而不教学生如何组织与应用知识，科学推理仍难以在复杂议题中显现。