（一）皮亚杰的形式运算阶段理论
瑞士心理学家皮亚杰对于儿童认知发展做了深入的研究，这为我们分析学生发展需求提供了坚实的支持。皮亚杰的研究发现儿童认知发展经过四个阶段：感知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段和形式运算阶段。其中前三个阶段主要是儿童出生之后到11岁，基本上是属于中学前阶段，而形式运算阶段正是儿童进入中学学习的时间。
以中学生为例，处于形式运算阶段的中学生在思维上已超越了对具体的可感知的事物的依赖，使形式从内容中解脱出来，因此学生已然具备进行以下思维能力：（1）抽象思维能力。不同于处于具体运算阶段的小学生，中学生不仅能够进行命题内运算（intrapropositional operation），还能应用命题逻辑，进行命题间运算（interpropositional operation）；不仅能在逻辑上考虑现实的情景，同时能根据假定的情景进行思维，并通过逻辑推理、归纳和演绎的方式来解决问题。（2）系统思维能力。中学生将使用命题间运算构建的不同组合，对其中有关的可能因素进行假设，并通过系统思考来验证这些假设。因此，处于形式运算阶段的学生认知趋于成熟，逐渐摆脱了具体经验的限制，而能使用抽象符号和概念进行思维运算。
（二）现代儿童认知发展理论
现代认知心理学对于儿童认知发展有了进一步的思考，包括斯滕伯格（Stenberg）、希格勒（Sieglar）等学者在内，对于儿童认知结构、认知发展机制等提出了不少新观点、新思想。
首先，在儿童认知结构上，斯滕伯格指出儿童认知包括三个成分：元成分（metacomponents）、操作成分（performance components）和知识获得成分（knowledge-acquisition components）。其中操作成分的功能是执行具体的加工过程，由编码、推理、联结和应用四个环节构成；知识获得成分的功能是选取问题情景中相关信息，并与已有知识搭建联系，由选择性编码、选择性结合及选择性比较三个环节构成；元成分的功能则是在认知活动中建构策略，并对其他两个成分进行调控。