Одним из важных требований, предъявляемых к современному естественно-научному образованию, является формирование естественно-научной грамотности (ЕНГ). В данной статье поднимается вопрос организации вертикальных (преемственность) и горизонтальных (взаимное влияние) взаимосвязей при изучении физики на различных уровнях общего образования, направленной на повышение ЕНГ. Для решения данной проблемы предложена когнитивная модель взаимообусловленности урочной и внеурочной деятельностей при изучении физики на различных уровнях образования, основанная на принципах взаимного влияния и преемственности. Она отражает универсальные мыслительные процессы, которые обеспечивают взаимообусловленность урочной и внеурочной деятельности. В качестве инструмента реализации модели используется исследовательская деятельность, позволяющая обеспечить повышение ЕНГ.