Scientific reasoning

This study investigated the relationships between students’ metacognitive skills, scientific reasoning ability, learning motivation, and achievement in Physics among secondary school students in Nigeria. A correlational research design was adopted for the study. The population comprised 894 Senior Secondary School II (SS II) students offering Physics in public secondary schools in Mbaitoli Local Government Area of Imo State, Nigeria, while a sample of 312 students was selected using simple random sampling. Data were collected using four instruments: Physics Achievement Test (PAT), Metacognitive Skills Questionnaire (MSQ), Scientific Reasoning Ability Test (SRAT), and Physics Learning Motivation Questionnaire (PLMQ). The instruments were validated by experts in Physics Education and Measurement and Evaluation, while reliability coefficients ranged from 0.75 to 0.83. Data were analyzed using Pearson Product-Moment Correlation at the 0.05 level of significance. The findings revealed significant positive relationships between metacognitive skills and Physics achievement, r(310) = 0.482, p< .001; scientific reasoning ability and Physics achievement, r(310) = .526, p< .001; and learning motivation and Physics achievement, r(310) = .587, p< .001. The findings indicate that students with higher levels of metacognitive skills, scientific reasoning ability, and learning motivation tended to demonstrate higher achievement in Physics. The study concludes that these learner-related characteristics are important factors associated with students’ Physics achievement. It is recommended that Physics teachers integrate metacognitive strategies, scientific reasoning activities, and motivational approaches into classroom instruction to support students’ engagement and achievement in Physics.

این پژوهش به بررسی روابط بین مهارت‌های فراشناختی، توانایی استدلال علمی، انگیزش یادگیری و پیشرفت در فیزیک میان دانش‌آموزان دبیرستانی در نیجریه پرداخت. برای این مطالعه از طرح پژوهشی همبستگی استفاده شد. جامعه آماری شامل ۸۹۴ نفر از دانش‌آموزان پایه دهم (SS II) بود که دروس فیزیک را در مدارس دولتی ناحیه محلی Mbaitoli ایالت Imo نیجریه می‌گذراندند، در حالی که نمونه‌ای به حجم ۳۱۲ نفر با استفاده از نمونه‌گیری تصادفی ساده انتخاب شد. داده‌ها با استفاده از چهار ابزار گردآوری شدند: آزمون پیشرفت فیزیک (PAT)، پرسشنامه مهارت‌های فراشناختی (MSQ)، آزمون توانایی استدلال علمی (SRAT) و پرسشنامه انگیزش یادگیری فیزیک (PLMQ). روایی ابزارها توسط متخصصان آموزش فیزیک و سنجش و اندازه‌گیری تأیید شد و ضرایب پایایی آن‌ها بین ۰.۷۵ تا ۰.۸۳ متغیر بود. داده‌ها با استفاده از همبستگی حاصل‌ضرب-مoment پیرسون در سطح معناداری ۰.۰۵ تحلیل شدند. یافته‌ها نشان‌دهنده روابط مثبت معنادار بین مهارت‌های فراشناختی و پیشرفت فیزیک، r(310) = 0.482, p< .001؛ توانایی استدلال علمی و پیشرفت فیزیک، r(310) = .526, p< .001؛ و انگیزش یادگیری و پیشرفت فیزیک، r(310) = .587, p< .001 بود. یافته‌ها نشان می‌دهند که دانش‌آموزانی که سطوح بالاتری از مهارت‌های فراشناختی، توانایی استدلال علمی و انگیزش یادگیری دارند، تمایل به کسب پیشرفت بالاتر در فیزیک دارند. این مطالعه نتیجه می‌گیرد که این ویژگی‌های مرتبط با فراگیران، عوامل مهمی هستند که با پیشرفت فیزیک دانش‌آموزان مرتبط‌اند. توصیه می‌شود معلمان فیزیک راهبردهای فراشناختی، فعالیت‌های استدلال علمی و رویکردهای انگیزشی را در تدریس کلاسی برای حمایت از مشارکت و پیشرفت دانش‌آموزان در فیزیک ادغام کنند.

The integration of emerging biomedical research into higher education offers opportunities to develop scientific reasoning, biotechnology literacy, and innovation-oriented competencies. This study explores the potential of Challenge-Based Learning (CBL) through breast-milk-derived bioactive peptides and cancer research as an authentic context for biotechnology education. A qualitative descriptive research design is employed, involving students from biotechnology, biology, biomedical science, or related higher education programs. Data are collected through students’ written reflections, group discussions, and proposed solutions developed during structured learning activities. The data are analyzed thematically to examine three dimensions: biotechnology literacy and understanding of scientific evidence, scientific reasoning and critical thinking, and biomedical innovation and responsible problem-solving. The study positions breast-milk-derived bioactive compounds as a context for examining molecular biology, evaluating experimental and clinical evidence, and understanding the translation of scientific discoveries into potential therapeutic applications. Rather than treating emerging biomedical research as established clinical practice, the learning framework emphasizes scientific accuracy, recognition of uncertainty, and ethical responsibility. This study is expected to contribute to biotechnology education by providing insights into the use of authentic biomedical challenges to support interdisciplinary learning and responsible innovation. The findings may inform the design of educational activities that connect scientific knowledge with contemporary biomedical research without requiring specialized laboratory facilities.

ادغام پژوهش‌های نوین زیست‌پزشکی در آموزش عالی فرصت‌هایی را برای توسعه استدلال علمی، سواد زیست‌فناوری و شایستگی‌های نوآورانه فراهم می‌کند. این مطالعه پتانسیل یادگیری مبتنی بر چالش (CBL) را از طریق پپتیدهای زیست‌فعال مشتق‌شده از شیر مادر و پژوهش سرطان به عنوان بستری اصیل برای آموزش زیست‌فناوری بررسی می‌کند. طرح پژوهش توصیفی کیفی به کار گرفته شده و دانشجویان رشته‌های زیست‌فناوری، زیست‌شناسی، علوم زیست‌پزشکی یا برنامه‌های مرتبط آموزش عالی را دربر می‌گیرد. داده‌ها از طریق تأملات مکتوب دانشجویان، بحث‌های گروهی و راه‌حل‌های پیشنهادی که طی فعالیت‌های آموزشی ساختارمند توسعه یافته‌اند، گردآوری می‌شوند. داده‌ها به صورت تماتیک تحلیل می‌شوند تا سه بُعد را بررسی کنند: سواد زیست‌فناوری و درک شواهد علمی، استدلال علمی و تفکر انتقادی، و نوآوری زیست‌پزشکی و حل مسئله مسئولانه. این مطالعه ترکیبات زیست‌فعال مشتق‌شده از شیر مادر را به عنوان بستری برای بررسی زیست‌شناسی مولکولی، ارزیابی شواهد تجربی و بالینی، و درک ترجمه کشفیات علمی به کاربردهای درمانی بالقوه مطرح می‌کند. به جای تلقی پژوهش‌های نوین زیست‌پزشکی به عنوان عمل بالینی تثبیت‌شده، چارچوب یادگیری بر دقت علمی، شناسایی عدم قطعیت و مسئولیت اخلاقی تأکید دارد. انتظار می‌رود این مطالعه با ارائه بینش‌هایی درباره استفاده از چالش‌های اصیل زیست‌پزشکی برای حمایت از یادگیری میان‌رشته‌ای و نوآوری مسئولانه، به آموزش زیست‌فناوری کمک کند. یافته‌ها می‌توانند طراحی فعالیت‌های آموزشی را که دانش علمی را به پژوهش‌های معاصر زیست‌پزشکی پیوند می‌دهند، بدون نیاز به امکانات تخصصی آزمایشگاهی، اطلاع‌رسانی کنند.

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.