認知主義的學習理論是在與行爲主義學習理論相抗衡的過程中發展起來的，他們不再認爲學習的過程只是刺激與反應之間的簡單聯結，在刺激與反應之間還有一箇中介因素在起作用，這就是認知因素，而且人類的行爲並不簡單地等同於動物的行爲，二者間有質的差別。把學習看作是一個有認知因素在其中起作用的過程，最早形成理論的是格式塔的頓悟論，以及後來在20世紀60年代發展起來的布魯納的認知發現論，奧蘇伯爾的認知同化論等等。
一、格式塔的頓悟論
格式塔（Gestait）是德語中“完形”的譯音，其理論也稱爲完形心理學，1912年誕生於德國。強調經驗和行爲的整體性，認爲整體不等於部分之和，整體具有部分之中所沒有的性質，主張對心理進行整體的研究。代表人物有韋特海墨、考夫卡和苛勒，其中，苛勒對學習問題的研究最爲深入。
（一）對學習實質的認識
完形派的理論認爲，學習是組織一種完形，完形實質上是指對事物式樣和關係的認知。在學習中要解決問題，必須對情境中事物的關係加以理解，從而構成一種完形，使學習得以實現。如當我們面前呈現出一張桌子時，我們認知爲桌子，儘管它是由桌面、桌腿等構成的。也就是說，我們知覺一個事物時是對其整體和關係的認識。而學習實際上就是由於對情境中的事物關係的理解構成一種完形而實現的。在苛勒所進行的動物實驗中，把香蕉放在籠外猩猩可以看到但拿不到的地方，用一根繩子綁住香蕉，把繩子放到籠子內顯眼的地方；同時，再放幾根同方向的繩子，一端在籠內，一端在香蕉旁邊，但不綁住香蕉；這時，“猩猩往往先看一看目的物，顧及到其所欲達到的目的，然後開始拉繩，它的行爲往往是針對目的，而不針對繩子”。這就意味着猩猩領悟了香蕉和繩子的關係，在視野中構成了香蕉和繩子的完形，猩猩才發生了拉繩的動作。所以，完形派的理論認爲，當有機體已具備有關情境的經驗時，其頭腦便會出現相應的完形，據此與環境維持平衡。而當情境發生變動時，有機體缺乏相應的經驗，其完形便會出現缺口，此時有機體便會不斷重新組織，以彌補缺口形成新的完形。新的完形體現了新情境各部分的聯繫和關係，這個通過自組織作用而彌補缺口建立完形的過程就是學習。
（二）學習過程的認識
學習是由頓悟來實現的。頓悟也叫領悟，學習就是一種突然的領悟和理解，領悟是對情境全局的知覺，是對問題情境中事物關係的理解，也就是完形的組織過程。格式塔學派進一步證明，動物的學習是由領悟，而不是嘗試錯誤來實現的。因爲動物的一切活動朝向一定的目標，而且是在觀看整個情境之後進行的，由不能到能的突然轉變不是漸進的，而是豁然開朗。動物學到的東西能夠保持和遷移，能將一種情境中領悟的東西，應用到另一種情境中去。如苛勒對黑猩猩的實驗發現，當黑猩猩得不到食物時，不是亂跑亂動，而是安靜地坐在那裡看，然後突然接竹竿、拉繩子、搬木箱等去取食物，並沒有經過多次嘗試，而是突然成功。考夫卡還認爲頓悟是通過綜合、分析及聯屬三種歷程而實現的。
第一種，綜合歷程。即把情境中的各個部分合而爲一，成爲完形的部分。如黑猩猩把兩根竹竿連接在一起，變成一根竹竿。
第二種，分析歷程。即把“本是一體的東西，分而爲二”。如黑猩猩要排除箱子的障礙時，就要把合在一起的箱子分開。
第三種，聯屬歷程。即是確定事物間的相互關係。
考夫卡認爲，這三種歷程絕非各自獨立的，它們往往合見於具體動作之內，尤其以聯屬作用最爲需要，沒有聯屬作用，便不能有分析。因爲一個整體只能依其內部輪廓所規定的裂痕而分裂，一個整體，若全無界限便沒有分析的可能。綜合也以聯屬爲條件，因爲先要區分聯屬的部分，然後這些部分才能合爲一個單獨的整體。
二、布魯納的認知發現論
布魯納是認知主義學習觀的主要代表人物，也提出了較爲系統的學習理論。
（一）對學習實質的認識
認知發現理論認爲，學習的實質在於主動形成認知結構。強調認知活動中的認知結構的作用，布魯納把認知結構定義爲反映事物間穩定聯繫的內部認知系統，是用來感知和概括新事物的一般方式，它是在過去經驗的基礎上形成的，並在學習過程中不斷變動。認知結構形成後是進一步學習和理解新知識的重要內部因素和基礎。
布魯納又把認知結構稱爲“表徵”，並認爲表徵有三種：動作性表徵、映象性表徵和符號性表徵，這三種表徵在兒童智慧發展中不斷演變，經歷三個階段。第一階段，嬰幼兒時期（1—2歲）主要是依靠動作去應付世界；第二階段（3—7歲），這時期的兒童開始在頭腦中利用視覺和聽覺的表象或映象代表外界事物並嘗試藉助映象解決問題；第三階段，大約從6—7歲開始，這時個體能運用語言、數字等符號代表經驗，同時運用這些符號來學習和獲得經驗。隨着個體發展到一定階段，個體認知結構中的三種表徵同時存在、相互補充、共同完成認知活動。人主要通過這三種表徵將知識融於認知結構中，這三種不同的認知方式體現了不同的學習方式。
（二）對學習過程的認識
布魯納認爲學習是一個主動形成和發展認知結構的過程，是在內在動機的推動下，學習者主動對新知識加以選擇、轉換、儲存和應用的過程。認爲學習過程可以分爲知識的獲得、轉化和評價三個幾乎同時發生的過程。
知識的獲得。新知識的獲得是與已有知識經驗、認知結構發生聯繫的過程，是主動認識理解的過程，通過“同化”或“順應”使新知識納入已有的認知結構。在這個過程中布魯納強調已有經驗的作用。
知識的轉化。知識的轉化是對新知識進一步分析和概括，使之轉化爲另一種形式，以適應新的任務。
知識的評價。評價是對知識轉化的一種檢驗，看對知識的分析、概括是否恰當，運算是否正確等等。
布魯納認爲學生學習任何一門學科都有一連串的新知識，每一知識的學習都要經過獲得、轉化和評價三個過程。
三、奧蘇伯爾的認知同化論
奧蘇伯爾是美國紐約州大學研究院的教育心理學教授，是認知派的代表人物之一。他從20世紀50年代中期開始致力於有意義言語材料的學習與保持的研究，他的理論在20世紀60年代提出，受到中小學教師的歡迎。
（一）對學習實質的認識
奧蘇伯爾從兩個維度對學習做了區分：從學生學習的方式上將學習分爲接受學習與發現學習，從學習內容與學習者認知結構的關係上又將學習分爲有意義學習和機械學習。這樣學習就可分爲有意義的接受學習、有意義的發現學習，機械的接受學習和機械的發現學習。奧蘇伯爾認爲學校中的學習應該是有意義的接受學習和有意義的發現學習，但他更強調有意義的接受學習，認爲它可以在短時期內使學生獲得大量的系統知識，這正是教學的首要目標。
奧蘇伯爾認爲有意義學習的實質，就是以符號代表的新觀念與學習者認知結構中原有的適當觀念建立起非人爲的和實質性聯繫的過程。奧蘇伯爾所定義的認知結構是一個人的觀念的全部內容與組織或一個人在某個知識領域的觀念的內容與組織。認知結構中原有的知識是“觀念的支架”，或稱之爲起固定作用的觀念。有意義學習的過程就是新觀念被認知結構中起固定作用的觀念同化、儲存和相互作用，原有的觀念同時發生變化，新知識納入原有的認知結構中，從而獲得意義的過程。奧蘇伯爾的所謂非人爲的、實質性的聯繫是指新知識與學習者認知結構中已有的表象、已有意義的符號、概念或命題的聯繫。建立起非人爲的、實質性的聯繫是有意義學習的兩個標準。非人爲的聯繫是指新的觀念與原有觀念建立了內在聯繫，而不是任意的聯繫；實質性的聯繫是指用不同語言或其他符號表達的同一認知內容的聯繫。要想實現有意義的學習，必須同時具備如下兩個條件：第一，學習者應具有有意義學習的心向，即積極主動地把新知識與學習者認知結構中原有的適當結構聯繫起來的傾向性；第二，學習材料對學習者應具備潛在的意義，即學習材料可以和學生認知結構中的適當觀念相聯繫。如果學習材料本身具有邏輯意義，學習者認知結構中又具有同化新知識的適當觀念，這種學習材料對於學習者就構成了潛在意義。另外，除了這兩個必備條件之外，奧蘇伯爾認爲在有意義學習中，影響新知識學習的最重要條件是學習者原有認知結構的適當性，包括在認知結構中是否有適當的、起固定作用的觀念可利用；新觀念與同化它的原有觀念的分化程度；原有觀念的穩定性與清晰性三個方面。
（二）對學習過程的認識
奧蘇伯爾認爲有意義學習的過程就是原有觀念對新觀念加以同化的過程。原有觀念與新觀念之間有三種關係，因此原有觀念一般通過三種方式對新觀念加以同化，即類屬學習、總括學習和並列結合學習。
1．類屬學習
又稱下位學習，是把新觀念歸入原有觀念的適當部分，並使之相互聯繫的過程。其中原有觀念是總觀念，新學習的觀念是從屬觀念。類屬學習又有兩種形式：
派生類屬學習：認知結構中原有觀念是總觀念，所學的新觀念只是它的一個特徵或一個例證。例如，原有觀念是“椅子”（A），而“椅子”的觀念是通過概括轉椅（a（1下標））、藤椅（a（2下標））、安樂椅（a（3下標））、沙發（a（4下標））等從屬觀念構成的，現在要學的新觀念是摺椅。把摺椅納入原有的椅子觀念之中，既擴充了“椅子”的觀念，又使“摺椅”這一觀念獲得了意義。但是在派生類屬學習中新觀念只是使原有總觀念擴張，並不能使原有觀念的本質發生改變。
相關類屬學習：認知結構中原有觀念是一個總的觀念，所學的觀念只是原有觀念的加深、修飾或限定，通過同化，總觀念的本質也要發生變化。例如，原有的觀念是“愛國行爲”（A），原有對愛國行爲的理解是“掛國旗”（u）、“保護國家資源”（V）、“參加愛國衛生大掃除”（W），現在學習的觀念是“學習外國的先進技術、加快我國的經濟建設”（x）。當把x類屬於“愛國行爲”時，原有的“愛國行爲”被深化，新的學習內容也獲得了意義。
2．總括學習
又稱上位學習，是指在若干已有的從屬觀念的基礎上歸納出一個總觀念。例如掌握了鉛筆（a（1下標））、橡皮（a（2下標））、筆記本（a（3下標））等觀念之後，再學習更高一級的總觀念文具（A）時，原有的從屬觀念a。可以爲學習總觀念文具（A）服務。
3．並列結合學習
新觀念與認知結構中原有觀念既非從屬關係，也非總括關係，只是和原有認知結構中的整個內容具有一般的聯繫。例如，新的學習觀念是“質量與能量的關係”（A），原有觀念是“熱和體積”（B）、“遺傳和變異”（C）、“需求與價格”（D）之間的關係。在此條件下，新觀念既不能類屬於某一特殊關係，也不能總括原有的關係，但它們具有共同的某種關鍵屬性。由於新知識與原有知識具有某種共同屬性，因而也可以被原有的知識同化，獲得意義。