בפסיכולוגיה, ההתפתחות הקוגניטיבית משתייכת לפסיכולוגיה התפתחותית ולפסיכולוגיה הקוגניטיבית. הפן הקוגניטיבי של הפסיכולוגיה ההתפתחותית עוסק בהתפתחות האינטליגנציה ובהתפתחותם של תהליכי עיבוד מידע שונים כמו תפיסה, זיכרון, למידה וחשיבה. התפתחות קוגניטיבית ניתנת לביטוי גם בהוראה, שהיא יכולת קוגניטיבית טבעית המאפשרת לנו להיות בני אנוש. באמצעות חקר יסודות ההוראה ניתן למנות מספר נקודות בסיסיות המהוות אבני בניין בהתפתחותה של הקוגניציה האנושית. אך חקר הלמידה המהווה תמונת הראי של ההוראה, נתפסת כאזור קשה ליישום מחקר קוגניטיבי, מתוך הקושי להגדיר למידה, איתורה והבנת התנאים אשר בהם היא מתקיימת. עם זאת יש להכיר כי להוראה יש משקל מהותי בשימור הידע והחדשנות המתרחשת באופן תדיר בחברה האנושית, באמצעות הבנת כלי ההוראה והשפעתו על ההתפתחות הקוגניטיבית, יהיה השפעה מיטבית על דרך הלמידה ואופן יישומה.
התפתחות הזיכרון וקיבולת החשיבה.
לזיכרון חשיבות מכרעת כמעט לכל פעילות קוגניטיבית והוא הכרחי ליכולת ההשרדות.
מסיבה זו לזיכרון השפעה רבה על ההתפתחות הקוגניטיבית.
פעולת החשיבה מתבססת על זיכרון העבודה. הוא מאפשר ביצוע של פעולות מנטליות משום שבו מתבצע תהליך העיבוד בין מידע חדש שנקלט בזיכרון החושי לבין מידע קודם שניתן לשלוף מהזיכרון לטווח ארוך. אך להבדיל מהזיכרון החושי והזיכרון לטווח ארוך, לזיכרון העבודה יש קיבולת מוגבלת המקשה על עיבוד כמות גדולה של פרטי מידע בו זמנית ופתרון של בעיות מורכבות.
עד גיל שלוש קיבולת זיכרון העבודה מאפשרת לפעוט לעבד כשתי יחידות מידע בו זמנית בלבד.
הקושי לחשוב על מספר דברים בו זמנית מסביר את תופעת המירכוז בקרב ילדי גן, אשר נוטים להתרכז בפיסת מידע אחת בלבד בכל פרק זמן משום שהם מתקשים בחשיבה רב ממדית.
עם זאת במהלך הילדות קיבולת החשיבה מתפתחת בהדרגה עם הגיל ומגיעה בבגרות לכשבעה פריטים.
המספר הקסום שבע, פלוס או מינוס שתיים הוא מונח המתאר תופעה זו.
ההתפתחות של קיבולת החשיבה מסבירה את התמורות ביכולתו של הילד לפתור בעיות.
מחקרים מוכיחים כי אימון יכול לשפר קישורים קוגניטיביים ולכן המוח זקוק לאימון על מנת לשמור על יכולות קוגניטיביות.
שיפור השימוש בזיכרון.
כאמור, הקיבולת של זיכרון העבודה אומנם עולה עם הגיל, אך היא נעצרת בשלב מסוים ולא ממשיכה להתפתח.
לכן, לצורך עיבוד בו זמני של פרטי מידע רבים, עולה הצורך של המערכת הקוגניטיבית להתגבר על מגבלת הקיבולת של זיכרון העבודה. היא עושה זאת על ידי "קיבוץ" של מספר פריטים ליחידת משמעות אחת המכונה "גוש" (Chunk).
בעוד שכמות הגושים שניתן להכיל בזיכרון העבודה הוא מוגבל, לא קיימת הגבלה על כמות הפריטים שניתן להכיל בכל גוש וגודלו של הגוש אינו מפחית את קבלות הזיכרון.
כך ניתן לארגן פריטים רבים במספר קטן של יחידות משמעות.
תהליך השינון הופך את מגבלת הזמן של הזיכרון לטווח קצר לגמישה יותר בכך שהוא מאפשר שימור של המידע למשך זמן ארוך יותר על ידי שימור רמת האקטיבציה הגבוהה של הפריטים המשוננים. עם זאת, השינון יכול לעכב את הדעיכה רק במשך החזרה על הפריטים, כך שבתום החזרתיות הזיכרון יתפוגג שוב. עם זאת, ככל שמידע מסוים עובר שינון למשך זמן ארוך יותר, כך גדל הסיכוי שהוא יצליח לעבור לזיכרון לטווח הארוך וכך ישמר ללא צורך בשינון נוסף.
מיומנויות חשיבה שונות מיועדות לאפשר ניצול יעיל כלל הניתן של זיכרון העבודה.
לדוגמה: ניתן לפתור בעיות מורכבות על ידי פירוקן לבעיות משנה, כך שניתן לטפל בכל אחת מהן בנפרד ולצרפן ליצירת הפתרון השלם.
התפתחות השימור.
פיאז'ה ציין את תפיסת השימור הלקויה אצל ילדים. בגילאי חמש עד שש הם אינם החלטיים כששואלים אותם האם השתנתה כמות המים שהורקה מכוס צרה לכוס נמוכה ורחבה.
בדומה לבעיית שימור הכמות, ילדים גם מתקשים להבין שריווח חפצים בשורה אינו מגדיל את הכמות.
הבעיה היא כי הילד אינו מסוגל להתמקד בכמה ממדים בו-זמנית (מספר העצמים בשורה ורוחב השורה).
ניסיונות ללמד ילדים בגילאי חמש לפתור בעיות שימור נוזלים נוחלים הצלחה מסוימת, אך ההישגים נעלמים כאשר פוסק התרגול, ואין העברה של היכולת למטלות אחרות. רק כשיבשיל הזמן יוכלו הילדים לתפוס את שימור החומר.
פיאז'ה אומנם טען שאותה יכולת קוגניטיבית מאפשרת את הבנת השימור בכל סוגיו, אך בגיל צעיר יחסית מגיעים ילדים להבנת שימור אורך לעומת תפיסת שימור הנוזל שמגיעה מאוחר יותר. ישנן חברות מסורתיות, נעדרות חינוך פורמלי, שבהן אפילו מבוגרים התקשו בהבנת מושג זה.
גישת עיבוד המידע מציגה הסבר שונה במקצת לבעיית השימור מזו הפיאז'יאנית. על פיה המעבר מתפיסת אמת מותנית לאמת הכרחית הוא העומד מאחורי השוני בהבנה.
אמת מותנית מוסקת על פי תצפית וניסוי, אמת הכרחית מוסקת על פי הכרח לוגי. בתחילה אין הילד מבין ששפיכת נוזל מכלי לכלי מחייבת לוגית את שמירת כמותו, אך ייתכן שהוא משתמש בכלים תצפיתיים המבהירים לו שלא התחולל שינוי כמותי. למשל הוא שם לב שבעוד בממד האורך התארך הנוזל, בממד הרוחב הוא נעשה צר יותר.
התפתחות יכולת הסקת המסקנות.
היכולת של הסקת מסקנות מתפתחת עם הגיל.
טרנזיטיביות - היסק טרנזיטיבי מאפשר לדעת שא' גדול מג', אם א' גדול מב' וב' גדול מג'. הבנה מסוימת של טרנזיטיביות מופגנת כבר בגיל ארבע שנים, אבל תובענותו הקוגניטיבית של המושג אינה מאפשרת לילד להבינו אל נכון כל עוד משאביו הקוגניטיביים בכלל ומשאבי זיכרון העבודה בפרט, מוגבלים.
התפתחות יכולת המיון והסיווג.
יכולת המיון על פי קריטריון אחד מגיעה בשלב מאוחר יחסית, בגיל שלוש או ארבע.
כאשר מתבקשים ילדים לסדר עצמים בערימה לפי גדליהם, אין הם מסדרים אותם זה אחר זה, אלא בערבוביה. אם נוצרת ערימה המקיימת את כללי הסדר, הם מרוצים ואם לאו, הם מתחילים בתהליך של תיקונים. מובן שסיכויי הצלחתם נמוכים אם מדובר במספר גדול של עצמים.
היכולת למיין על פי מספר קריטריונים מצריכה בין היתר את השימוש בזיכרון העבודה. עם זאת הקיבולת של זיכרון העבודה מתפתחת לאורך הילדות והיא מצומצמת מאוד בשנים הראשונות.
הדבר בא לידי ביטוי בקושי של ילדים צעירים למיין חפצים על פי שני קריטריונים בעת ובעונה אחת. למשל, להפריד בין מלבנים אדומים, מלבנים צהובים ומשולשים צהובים.
בעוד שילדי גן אינם מסוגלים למיין על פי יותר מממד אחד, הילד המבוגר יותר כבר מסוגל לעשות זאת, אך עד גיל שמונה יכולתו עדיין לוקה. הוא ממיין תחילה על פי הממד הראשון ואחר כך עורך תת-מיון על פי הממד השני, זאת בניגוד למיון הכפול המיידי שיירכש בהמשך.
כאשר יציגו לילד קבוצה של ארבעה תפוזים ושני תפוחים, וישאלו אותו האם ישנם יותר תפוזים או יותר פירות ("שאלת הכללה בסוג"), הוא ישיב שישנם יותר פירות רק החל מגיל שבע. עד אז הילד מתקשה לתפוס היררכיה בסיווג, המאפשרת לעצם אחד להשתייך לקבוצתו ולקבוצת האב שלו בעת ובעונה אחת. עם זאת, עד גילאים מאוחרים (כיתה ד' - ה') ההבחנה לא תהיה שלמה והילד יתקשה להשתמש בה בצורה מוכללת ומופשטת.
התפתחות התפיסה הכמותית.
נראה שכבר מינקות יש לילד תפיסה כלשהי של מספרים או כמות. באחד הניסויים הקישו על תוף פעם אחת, פעמיים או שלוש, וילד שעוד לא מלאו לו שנתיים ידע להביט אל קבוצה שבה היה מספר תואם של עצמים.
ילדים גדולים יותר מפתחים הבנה של חיבור וחיסור. בהתחלה ההבנה היא בסיסית מאוד: הקבוצה שנוספו לה פריטים גדולה יותר ובקבוצה שהפחיתו ממנה יש פחות פריטים. בהמשך ההבנה משתכללת. אם בקבוצה א' היה יותר מקבוצה ב' ההפחתה תשווה את הקבוצות, אם היה שוויון בגדלים ביניהן, ההפחתה תהפוך את קבוצה א' לקטנה יותר.
בגיל שש כבר מבינים הילדים שרק אם ההבדל בגודל בין קבוצות א' וב' היה של פריט אחד, ההפחתה תיצור שוויון, אולם הפחתה מקבוצה הגדולה בהרבה מקבוצה שנייה עדיין לא תשנה את עובדת היותה גדולה יותר.
כפי שהראה פיאז'ה, היכולת להגיע לשלב השלישי בהבנת החיבור והחיסור קשורה בקשר הדוק אל ההגעה לתפיסת שימור נכונה. יכולת המדידה, לעומת זאת - למשל היכולת לחלק חבל לשני חלקים שווים בקירוב, קודמת לתפיסת השימור.
כדי ללמוד לספור היטב צריכים הילדים להפנים כמה עקרונות:
השאלה האם עקרונות אלו טבועים בילד במידה כלשהי מלידתו או שהם פרי לימוד נותרה שנויה במחלוקת.
התפתחות יכולת הלמידה.
צורת הלמידה הפשוטה ביותר, למידת התרגלות (הביטואציה), שכיחה בתינוקות מגיל צעיר ביותר, ומהווה בסיס למחקרים רבים בפסיכולוגיה ההתפתחותית. למידה מסוג זה מאופיינת בכך שהתינוק (או האורגניזם הצעיר) מתרגל לגירוי לאחר שהוא נמשך זמן מה, ומפסיק להגיב אליו כאל גירוי חדש.
נראה שלימוד התניה קלאסית אפשרי בגיל שלושה חודשים, ואילו לימוד התניה אופרנטית אפשרי כבר מרגע הלידה. במחקרים הצליחו חוקרים לגרום לתינוקות למצוץ אצבע בעוצמה רבה יותר, כדי לשמוע את קול אימם. יש הרואים את התפתחותו של התינוק כתהליך של עיצוב באמצעות התניות, אולם בעשורים האחרונים השקפות ביהוויוריסטיות כאלו אינן זוכות לתמיכה רבה.
את הלימוד באמצעות חיקוי מחלקים לכמה שלבים. בתחילה מסוגל הילד לחקות רק פעולה שהוא עצמו ביצע (ילד מחקה מבוגר שחוזר על פעולה של הילד. זהו שלב התגובות הראשוניות בתאוריית ההתפתחות בשלבים). בשלב השני (שבו מתחיל חיקוי ראשוני של מילים) ובעיקר בשלב השלישי יכולת החיקוי משתפרת בהרבה, אך עדיין נדרש מעקב מתמיד אחר הדמות שאותה מחקים ותשומת לב לביצוע החיקוי. בשלב הרביעי יכולת החיקוי מפותחת ממש. חיקוי הבעות פנים אפשרי החל מגיל זה, שכן הילד יכול לחקות מבלי לראות בעצמו את האופן שבו הוא מבצע את החיקוי.
הלמידה קשורה קשר הדוק למושג המוכנות. למידה אפשרית, כאשר יש מוכנות טבעית לקבל אותה.