探究教學能否提高學生批判性思維能力和培養學生科學過程技能，是壹些學者致力研究但又最感到棘手的問題。所以《科學教學研究雜誌》雖發表了數篇考查探究環境對各種認知能力影響的文章，但研究最多的還是分類能力。斯科特（J.Scott）1966 年研究了低齡兒童對熟悉圖片的分類能力，研究是在兒童花了壹段時間從事薩其曼模式的探究活動後進行的。斯科特此後又做了兩次研究，考查教學方法所產生的長期影響，因而他的研究值得註意。在他的研究中學生接受探究教學長達3年，5年後再對這些學生進行測驗，結果表明接受薩其曼探究模式的學生比他們的同伴有更好的分類能力。博伊德（E.Boyd）等人於1973年用聽力失聰的兒童做實驗，實驗內容是訓練學生的等級分類技能，結果表明接受探究教學的兒童比沒有接受的兒童更好地學會了分類。 羅德蘭茨 （L.Rodriguez） 於1983年對美籍墨西哥學生在雙語環境中學習英語作了研究，實驗組學生參加長達12周的***30次每次45分鐘的探究活動課，結果表明實驗組比控制組分類能力強，也有更好的口頭表達技能。研究者還據此得出這樣的結論，探究應當是雙語教育的組成部分。
研究者考查的第二個方面的過程技能是壹般過程技能，其中主要指觀察、測量、數字的動用、猜測等。謝曼斯基（J.A.Shymansky ）比較了五年級學生在獨立和教師指導兩種情況下其壹般過程技能成績差異。實驗者對教師和學生的行為都作了考查，學生自己設計課堂教學結構被認為是探究教學，參加這種教學的學生，與參加教師設計課堂教學結構的學生相比總體上講得分更高，尤其是那些水平偏低的學生在自己設計結構的課堂教學中表現更加出色。
第三方面的研究是批判性思維能力，津格羅（J.S.Zingro）等人於1967年對6組學生進行對比實驗， 其中三組學生參加證明性實驗的傳統課堂教學，另三組參加有結構的探究。結果表明探究教學比傳統教學更能提高學生物理方面的批判性思維能力，但壹般性批判思維能力差別不大。再如雷恩格（A.M.Rnge）1972年的研究要求學生完成壹個有關天氣方面的以收集數據為中心實驗單元，單元設計時把“教師變量”控制在最小限度，要求學生自己完成，同其它研究不同的是，該研究發現實驗組學生比控制組學生在批判性思維能力方面有非常大的提高。只是這些提高大多限於實驗單元所強調的部分。
也有壹些研究顯示探究教學對發展學生的過程技能和批判性思維能力並無明顯促進作用。1977年斯托林（E.S.Stalling）用7 年級學生做探究教學對比實驗，盡管所挑選的兩班教師的能力水平差異微乎其微，研究者考查過程技能和批判性思維能力的結果表明，實驗組與控制組在這兩方面並無顯著差異。此外，查羅恩（E.Charen）的證明式實驗與開放式實驗教學對比結果表明，在培養學生批判性思維能力方面哪種教學都不占優勢。