ธรรมชาติวิทยาศาสตร์และรูปแบบการคิด

แนวทางการเรียนรู้ที่ได้ผลดีของนักเรียนไปเปรียบเทียบกับแนวทางที่นักวิทยาศาสตร์พัฒนาความเข้าใจในเรื่องต่างๆของพวกเขา และสร้างทฤษฎีขึ้นมา เทียบเคียงแนวคิดใหม่กับความรู้ที่มีอยู่ของนักเรียน เมื่อความรู้ที่มีอยู่เดิมขัดแย้งกับทั้งนักวิทยาศาสตร์และผู้เรียนเดิม ซึ่งจะต้องทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจากการสำรวจดังกล่าว จุดประสงค์ก็เพื่อสร้างคำอธิบายที่มีความว่องไว มีประโยชน์ ทำนายปรากฏการณ์ได้และสอดคลอ้งกับโครงสร้างความรู้อื่นๆ การเป็นเพียงนักวิทยาศาสตร์นั้นมีจุดยืนที่ใช้วิธีการสืบเสาะหาความรู้และกระบวนการ ทางวิทยาศาสตร์ ผู้เรียนจะพบเป็นแนวทางที่ดีมีพลังในการรู้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบทบาทสำคัญโดยถามคำถามที่เป็นสาเหตุ และออกแบบการควบคุมการทดลองที่นำทางโดยการกำหนดตัวแปรที่อยู่ในประเด็นที่สนใจ

ขณะที่การคิดของนักเรียนพัฒนานันจะเปลี่ยนจากการหาเหตุผลแบบรูปธรรม(concrete) ที่ผูกโยงอยู่กับวัตถุและเหตุการณ์จริงไปเป็นการหาเหตุผลเชิงนามธรรมหรือรูปแบบการคิดแบบผู้ใหญ่ (formal reasoning) และยึดถือการแทนเชิงสัญลักษณ์ ที่ทำให้เป็นสามัญการ (generalize) ไปกับเหตุการณ์เฉพาะ นักเรียนสามารถที่จะพิจารณาว่าอะไรที่เป็นไปได้และอะไรที่เป็นจริง อันหมายถึงว่านักเรียนตอนนี้สามารถที่จะสร้างสมมุติฐานและให้เหตุผลเชิงนิรนัยเกี่ยวกับสมมุติฐาน ซึ่งก็คือการหาเหตุผลนิรนัยเชิงสมมุติฐาน เช่น if..then รูปแบบการคิดเกี่ยวข้องกับการหาเหตุผลเหล่านั้นได้แก่ การหาเส้นทางที่มากที่สุด สัดส่วน โอกาสความน่าจะเป็น และการคิดแบบสหสัมพันธ์ โดยการสังเกตปรากฏการณ์ การยกคำถามบอกสาเหตุของผล สร้างเป็นสมมุติฐานอื่นๆ สร้างคำทำนาย ทดสอบสมมุติฐาน การวิเคราะห์ข้อมูล และสรุปผล