在人类进步的历史中，科学思维起着不可忽视的作用。那么人类的科学思维究竟具有怎样的特征?科学思维和科学推理能力中究竟包含了哪些认知成分?是什么塑造了人类进行科学探究和科学推理的思维能力?这些问题在近几十年来不断推进着对科学推理能力的研究。 与以往多从发展角度来考察科学推理这一做法不同的是，本研究试图将科学思维置放在一个具有丰富领域知识(既包含陈述性知识，又包含程序性知识)的领域中，对这一领域中的个体科学推理的外在行为特征，和内在认知机制进行考察，最终目标是对个体在科学推理过程中所表现出的有效认知策略进行确认和分析，同时建立一个认知过程模型以刻划个体的领域知识对其认知过程的影响。本论文共分为七章： 第一章主要阐述科学推理能力研究的起源、历史途径。对思维的研究兴趣是随着科学心理学的诞生而出现的，在过去的几十年中，对科学思维及科学推理的研究更是蓬勃发展。尽管对这一主题的研究途径囊括了从自然观察、计算机模拟、实验室研究等各种途径，但是对科学推理能力的本质及来源仍然存在着问题。因此，本章阐述了本研究的基本研究构想，即在具有丰富知识的领域来探讨人类科学推理能力的特征、成分以及形成。 第二章着重论述了对科学推理能力的实验室研究。对科学推理的认知研究走过了从“分割”到“整合”的历史，即从最初的在完全脱离领域知识的情况下研究人类的一般推理能力，转为现今在有领域知识的背景下研究个体的科学思维。但是尽管有研究者提出了将领域知识和认知过程加以整合的研究模型，通过对整合研究的各个研究角度的回顾，我们发现目前仍然缺乏对这一主题进行整合的、系统的研究。 第三章具体阐述了本研究的实证研究任务与方法，其中包括实验任务、实验材料、被试等问题。本研究的三个实证研究任务与本研究所要解决的问题相对应，第一个实证研究任务主要探讨具有不同领域知识的被试在科学推理过程中生成的产品的异同，旨在探讨被试之间的科学推理行为层面的差异；第二个实证研究任务主要通过出声思维记录的分析来探索被试在科学推理过程中所使用的认知技能和策略及差异；第三个实证研究任务力图在前两个研究的基础上建构一个领域专家的科学推理认知过程模型。本章的第二部分则具体阐述了使用出声思维记录来建构认知过程模型的方法。 第四章是实证研究一，主要探讨两组具有不同领域知识水平的被试在科学推理过程中的行为特征。使用的实验任务是一个心理学领域关于记忆间隔效应的部分指导实验。在研究结果中，对被试所提出的假设、被试自由设计的实验、以及被试生成的实验质量和数量等进行了比较分析。结果发现(1)专家被试能够提出更为明确的、清晰的完整的假设，而新手提出的假设模糊、不完整，往往只是提及一些术语，而且新手还会提出一些与现象无关的假设。(2)两组被试都能设计出普遍意义上的实验，但专家设计的实验更为具体严谨，而且会考虑诸多的实验细节问题。(3)专家产生的实验次数多于新手；专家和新手在控制变量时都有一定的规律性；专家改变的变量更为重要，而新手会改变与理论假设无甚关系的变量。(4)新手得出的正确结论数低于专家。第五章是实证研究二，旨在分析专家在科学推理中所使用的认知策略，实验方法是对两组被试在科学推理过程中的出声思维记录进行分析比较。结果发现：(1)专家在提出假设阶段所提取的知识更为深入，能够对其提出假设的过程进行引导和限制；而新手在提出假设时的思维更多出现散乱的特征，甚至使用想象的方法，或是仅仅用已有经验来解释现象。(2)专家在设计实验时具有更多的加工容量来考虑实验细节问题，并且会同时考虑两种理论假设的相互干扰；而新手则花费更多的时间精力在理解加工理论假设任务上，一次只能考虑一个假设。(3)专家在实验过程中会对理论假设进行不断的思索和加工，在进行实验时表现出明显的“理论驱动”倾向。(4)专家对变量的控制和改变策略受到领域知识的影响，而新手因为不具有领域知识，因而采用“从左至右”、“从上至下”的启发法来改变变量。(5)专家在进行推断时对数据的搜索更多更深。(6)在遇见“预期之外”的结果时，专家会设计更多的实验来加以验证，而新手则选择忽略这些发现。(7)专家在整个实验过程中对理论假设会进行持续的加工，而新手则没有。 第六章是实证研究三，在前两个实证研究的基础上，本论文首先提出了在科学推理过程中专家所使用的认知技能和策略，并指出其受何类知识的影响，并指出领域知识对科学推理技能和策略的影响主要是通过影响对理论假设的表征和加工深度，以及由此而带来的工作记忆资源限制为中介。最后我们尝试建立了一个专家科学推理的认知过程模型，并将这一模型与1名专家被试的出声思维记录相比较，以修订这一模型。 第七章阐述了本研究最终的研究总结，研究的不足之处和建议，以及本研究对教学的启示。