（一）皮亞傑的形式運算階段理論
瑞士心理學家皮亞傑對於兒童認知發展做了深入的研究，這為我們分析學生發展需求提供了堅實的支持。皮亞傑的研究發現兒童認知發展經過四個階段：感知運動階段、前運算階段、具體運算階段和形式運算階段。其中前三個階段主要是兒童出生之後到11歲，基本上是屬於中學前階段，而形式運算階段正是兒童進入中學學習的時間。
以中學生為例，處於形式運算階段的中學生在思維上已超越了對具體的可感知的事物的依賴，使形式從內容中解脫出來，因此學生已然具備進行以下思維能力：（1）抽象思維能力。不同於處於具體運算階段的小學生，中學生不僅能夠進行命題內運算（intrapropositional operation），還能應用命題邏輯，進行命題間運算（interpropositional operation）；不僅能在邏輯上考慮現實的情景，同時能根據假定的情景進行思維，並通過邏輯推理、歸納和演繹的方式來解決問題。（2）係統思維能力。中學生將使用命題間運算構建的不同組合，對其中有關的可能因素進行假設，並通過係統思考來驗證這些假設。因此，處於形式運算階段的學生認知趨於成熟，逐漸擺脫了具體經驗的限製，而能使用抽象符號和概念進行思維運算。
（二）現代兒童認知發展理論
現代認知心理學對於兒童認知發展有了進一步的思考，包括斯滕伯格（Stenberg）、希格勒（Sieglar）等學者在內，對於兒童認知結構、認知發展機製等提出了不少新觀點、新思想。
首先，在兒童認知結構上，斯滕伯格指出兒童認知包括三個成分：元成分（metacomponents）、操作成分（performance components）和知識獲得成分（knowledge-acquisition components）。其中操作成分的功能是執行具體的加工過程，由編碼、推理、聯結和應用四個環節構成；知識獲得成分的功能是選取問題情景中相關信息，並與已有知識搭建聯係，由選擇性編碼、選擇性結合及選擇性比較三個環節構成；元成分的功能則是在認知活動中建構策略，並對其他兩個成分進行調控。