Pautando-nos na ideia da Alfabetização Científica como um propósito do Ensino de Ciências e nas recentes proposições de que para alcançá-la devemos favorecer o engajamento dos estudantes em práticas da cultura científica, este trabalho pretende analisar a produção de explicações e argumentos numa atividade didática baseada em investigação a fim de caracterizar a mobilização pelos estudantes do conhecimento teórico e empírico ao se engajarem nessas práticas. Analisando os relatórios científicos elaborados pelos alunos do 1º ano do Ensino Médio ao final da atividade investigativa sobre dinâmica populacional, evidenciamos a importância do conhecimento empírico referente ao contexto de investigação como repertório para a construção de explicações, especialmente quando os estudantes lidavam com dados anômalos ao modelo explicativo já conhecido. Esse conhecimento também se revelou importante para a produção de argumentos válidos, visto que a maior parte das justificativas empreendidas foi de natureza empírica, independente se os dados estavam ou não de acordo com o modelo explicativo já conhecido. Esses resultados reforçam a importância da participação dos estudantes em atividades investigativas, como já defendido por diferentes autores desta área de pesquisa, como também indicam que a prática de investigação propiciou o engajamento em práticas epistêmicas, pois o conhecimento sobre as condições experimentais e os procedimentos de coleta de dados forneceu repertório para a produção de explicações e argumentos. Por fim, discutimos a relevância desta pesquisa para o campo do Ensino de Biologia, buscando defender a promoção de atividades investigativas com enfoque experimental como possibilidade de integrar objetivos conceituais e epistêmicos e ultrapassar as dificuldades geradas pelas especificidades desta área do conhecimento em relação às demais disciplinas do campo das Ciências da Natureza.