目前,数学核心素养教育理念广受关注,几何推理能力作为数学核心素养的重要维度,在初中生发展学科能力和适应未来社会生活的过程中起着重要作用。而怎样精细诊断学生几何推理能力的发展水平和微观层面的认知结构,同时探究几何推理能力的多层次影响因素,是当前学者们关注的重点。本研究基于认知诊断理论和多水平模型,对初中生几何推理能力及其影响因素进行深入研究,以期为教师、家长等教育工作者切实提升学生几何推理能力、丰富个性化教学与经验,提供必要的理论与实践参考。以正处于推理能力发展关键期的初中生为研究对象,以学生几何推理能力的诊断及其影响因素的多水平模型分析为目的,随机选取6所学校的49个班级共1828名初中生进行大规模施测。首先根据认知诊断评价理论对学生几何推理能力进行宏观描述与微观比较;然后构建几何推理能力的多水平模型,就学生和班级水平因素对几何推理能力的影响进行分析;最后针对性地提出教育教学建议。研究结果表明（1）所有被试初中生的几何推理能力为中等水平;（2）初中生几何推理能力及其属性掌握概率在人口学变量上均存在显著的差异;（3）属性掌握概率由高到低依次为:几何直观推理能力＞图形表达推理能力＞文字表达推理能力＞符号表达推理能力＞描述分析推理能力＞结构关联推理能力;（4）成长心态在家庭社会经济地位、教师教学态度和课堂管理能力对初中生几何推理能力的影响过程中起调节作用;（5）教师课堂管理能力对属性掌握概率有显著的正向预测作用;（6）家庭社会经济地位在教学方式对属性掌握概率的影响过程中起调节作用。最终得到如下结论:（1）基于认知诊断理论的初中生几何推理能力诊断分析结果,与初中生几何推理能力发展特征具有内在一致性。（2）学生层级因素能够调节班级层级因素对初中生几何推理能力的影响。