International Journal of Science and Mathematics Education

Contemporary science education emphasizes the role of content knowledge (CK) in students’ informal reasoning (IR) within socio-scientific issues (SSI). However, students may not automatically apply scientific knowledge when reasoning about complex and open-ended SSI. Drawing on literature on modeling competence (MC), this study examined whether MC, operationalized through students’ modeling practices, statistically mediated the association between foundational scientific CK and science-based IR in a climate-related SSI task. 443 tenth-grade students participated in an online inquiry activity on climate change and methane emissions. Data were collected through a standardized CK assessment, a stock-and-flow MC task, and a written policy decision-making IR task. Results showed that students performed relatively well on foundational scientific CK and basic modeling practices involving source–sink identification and net-flow calculation, but showed weaker performance in model prediction and science-based IR. Path analysis indicated significant positive associations among CK, MC, and IR. The indirect association from CK to IR through MC was statistically significant and accounted for approximately 45.8% of the total CK–IR association. These findings suggest that students’ MC-related modeling practices may represent a meaningful statistical pathway linking foundational scientific CK and science-based IR. The study highlights the potential value of integrating content instruction with modeling practices in SSI learning and supporting IR that more explicitly incorporates scientific evidence and causal explanation.

آموزش علوم معاصر بر نقش دانش محتوا (CK) در استدلال غیررسمی (IR) دانش‌آموزان در مسائل اجتماعی-علمی (SSI) تأکید دارد. با این حال، دانش‌آموزان ممکن است به طور خودکار دانش علمی را هنگام استدلال درباره مسائل پیچیده و باز SSI به کار نگیرند. با بهره‌گیری از ادبیات مربوط به شایستگی مدل‌سازی (MC)، این مطالعه بررسی کرد که آیا MC، که از طریق فعالیت‌های مدل‌سازی دانش‌آموزان عملیاتی شده است، به طور آماری میانجی‌گر ارتباط بین دانش پایه علمی CK و IR مبتنی بر علم در یک تکلیف SSI مرتبط با اقلیم می‌باشد یا خیر. ۴۴۳ دانش‌آموز پایه دهم در یک فعالیت پژوهشی آنلاین درباره تغییرات اقلیمی و انتشار متان شرکت کردند. داده‌ها از طریق ارزیابی استاندارد CK، یک تکلیف MC مبتنی بر مدل ذخیره-جریان و یک تکلیف IR نوشتاری تصمیم‌گیری سیاستی گردآوری شد. نتایج نشان داد که دانش‌آموزان در CK علمی پایه و فعالیت‌های مدل‌سازی ابتدایی شامل شناسایی منبع-مخزن و محاسبه جریان خالص نسبتاً عملکرد خوبی داشتند، اما در پیش‌بینی مدل و IR مبتنی بر علم عملکرد ضعیف‌تری نشان دادند. تحلیل مسیر ارتباطات مثبت معناداری میان CK، MC و IR را نشان داد. ارتباط غیرمستقیم از CK به IR از طریق MC از نظر آماری معنادار بود و تقریباً ۴۵.۸٪ از کل ارتباط CK–IR را تشکیل می‌داد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که فعالیت‌های مدل‌سازی مرتبط با MC دانش‌آموزان ممکن است مسیر آماری معناداری را میان CK علمی پایه و IR مبتنی بر علم فراهم کند. این مطالعه بر ارزش بالقوه ادغام آموزش محتوا با فعالیت‌های مدل‌سازی در یادگیری SSI و حمایت از IR که به طور صریح‌تر شواهد علمی و تبیین علّی را دربرمی‌گیرد، تأکید می‌کند.