발달심리학자인 Piaget(피아제)는 인지발달을 네 단계인 감각운동기, 전조작기, 구체적 조작기, 형식적 조작기로 상정했다.
1. 감각운동기 단계(출생~2세)
피아제는 아무 목적이 없어 보이는 영아들의 빨기, 잡기, 팔다리 흔들기와 같은 초기의 행동에서 성인기의 지능의 근원을 찾았다. 피아제는 이러한 행동들이 무작위로 일어나는 것이 아니라 지각(감각)과 운동 활동을 포함한 지능의 초기 형태를 반영한다는 것을 알았다.
생의 처음 2년 동안 영아의 감각운동 지능은 매우 발달한다. 내 아이만 보아도 변화한 양 자체가 놀랍다. 그러나 영아가 이 시기 동안 마주하는 수많은 새로운 경험과 출생부터 3세까지 3배로 증가하는 뇌의 무게를 생각해 보면 영아의 인지능력이 크게 발달하는 것을 이해할 수 있다. 피아제가 영아기에 발생하는 것으로 말한 심오한 발달은 '발달의 시기가 더 빠를수록 변화도 더 급속하게 일어난다'는 일반 원리에 집중하게 한다.
영아들은 많은 반사를 가지고 태어난다. 소리를 들으면 소리가 나는 쪽으로 고개를 돌리고, 눈 앞에서 물체가 움직이면 그 물체를 눈으로 좇는다. 또 물체를 입에 넣으면 빨고, 손에 닿으면 잡는다.
출생 후 첫 한 달 동안에 영아들은 반사를 수정하여 더욱 적응적으로 된다. 예를 들어 출생 시에 아기들은 빨고 있는 물체가 무엇이든 동일한 방식으로 빤다. 그러나 몇 주 안에 입 안에 있는 물체에 따라 빨기를 조정한다. 그 결과 손가락이나 젖꼭지 노리개와는 달리 모유가 나오는 젖꼭지는 효율적으로 수유하는 방법으로 빤다. 이렇듯 자궁에서의 첫날부터 영아들은 자신이 마주하는 환경의 일부에 맞게 자신의 행동을 조절한다.
첫 몇 달 동안 영아들의 반사는 자신의 신체에 집중되어 있는데 개별 반사들을 더 큰 행동으로 조직화한다. 예를 들어 영아의 손에 장난감을 가져다 대면 아기들은 그것을 잡고 잡기만 하는 것이 아니라 동시에 입에 가져가서 빤다.
6개월 정도 지나면 자신의 신체 이외의 주변 사물, 사람, 동물 등 주변 세계에 대한 관심이 증가한다. 그래서 딸랑이를 잡고 쾅쾅 두들기거나 토끼 인형을 꽉 눌러서 소리가 나게 하는 것 같은 행동들을 반복한다.
12개월쯤 영아들은 숨겨진 물건을 찾을 수 있게 되고 이는 사물이 더 이상 보이지 않아도 사물의 존재를 즉각적으로 표상할 수 있다는 것을 의미한다. 이 무렵 영아들은 사물이 사용될 수 있는 여러 방법들을 적극적으로 탐색한다.
이 단계의 마지막 6개월 동안인 18~24개월 동안 영아들은 지속되는 정신적 표상을 형성할 수 있다. 몇 분, 몇 시간 혹은 며칠 후에 타인의 행동을 따라 하는 지연 모방은 이 새로운 능력의 첫 번째 신호이다.
2. 전조작기 단계(2~7세)
이 시기는 놀랄 만한 인지적 성취와 한계가 함께하는 시기이다. 최고의 성취는 상징적 표상이고, 주목할 만한 한계는 자아중심성과 중심화이다.
3~5세의 아동들이 장난감 나무 블록을 들고 전화하는 척 하거나 충전기를 청진기인 척 개인적인 상징을 형성하는 것은 아주 흔하다. 이것이 바로 상징적 표상이다. 전조작기 동안 상징 능력의 강화는 기리기의 발달에서 또렷하게 나타난다.
전조작기 아동의 사고에서 자신의 관점으로만 세상을 지각하는 자아중심성이란 중요한 한계가 있다. 타인의 이야기와는 무관하게 본인 위주로 이야기하고 타인의 공간적 관점을 받아들이지 못하는 걸 예로 들 수 있다.
전조작기 동안에 자아중심적인 언어는 점점 사라진다. 대부분은 나이가 들고 경험이 많아지면서 자아중심성을 벗어난다.
이 시기의 아이들은 다양한 차원을 동시에 고려하는 것과 같은 정신적 조작을 수행하지 못한다. 즉 같은 양의 찰흙이어도 하나는 길게 늘이고 하나는 뭉쳐 놓아서 모양을 같지 않게 하면 양이 똑같다는 것을 이해하지 못한다.
3. 구체적 조작기 단계(7~12세)
7세쯤에 아이들은 세상의 구체적인 사물과 사건에 대해 논리적으로 생각하기 시작한다. 전조작기에서 이해하지 못한 정신적 조작을 할 수 있게 된다. 하지만 상대적으로 발전된 사고는 구체적인 상황에만 한정된다. 예를 들어 무거운 추를 짧은 줄에 묶어서 높은 위치에서 떨어뜨릴 때와 가벼운 추를 긴 줄에 묶어서 낮은 곳에서 떨어뜨릴 때의 시간을 비교했을 때 전자가 빠르다면 '무거운 추가 더 빨리 떨어진다'라고 성급하게 결론짓는다. 하지만 이 결론은 빨리 떨어진 이유가 추의 무게보다는 줄의 길이나 떨어뜨리는 높이와 연관될 수도 있다는 것을 생각하지 못하는 제한된 능력이다. 이 시기의 아동은 순전히 추상적인 형태로 사고할 수 없고 자신들의 생각을 검증하기 위해 체계적이고 과학적인 실험을 만들어내지 못한다.
4. 형식적 조작기 단계(12세 이상)
추상적이고 가설적으로 생각할 수 있는 단계이다. 피아제가 제시한 단계 중 최고의 단계이다. 구체적 조작기 아이들에 비해서 문제를 더 추상적으로 접근하기 때문에 형식적 조작기에 속한 이들은 무게, 줄의 길이, 낙하지점 등의 변수들 중 어떤 것이라도 낙하하는 시간에 영향을 줄 수 있고, 따라서 각 변수들의 효과를 체계적으로 검증하는 것이 필요하다고 본다. 예를들어 무게의 효과를 검사하기 위해서 무게 외 조건은 동일하게 하는데 이 말은 동일한 길이의 줄에 더 무거운 추와 가벼운 추를 연결하여 동일한 위치에서 떨어뜨려 낙하하는 시간을 비교한다. 이런 식으로 체계적인 실험을 통해 가설을 검증할 수 있다. 또한 이전 경험과 결론이 다를 때에도 이 실험들로부터 적절한 결론을 도출할 수 있다.
피아제에 의하면 이전 세 단계인 감각운동기, 전조작기, 구체적 조작기 단계와 달리 형식적 조작기는 보편적이지 않다. 즉, 모든 사람들이 형식적 조작기에 도달하는 것이 아니다. 그러나 형식적 조작기에 도달하는 사람들에게 형식조작적 사고는 그들의 지적 세계를 크게 확장할 수 있게 한다. 이러한 사고를 통해 이들은 자신들이 사는 특정 실제가 무한한 수의 가능한 실제 중 하나일 뿐이라는 것을 이해한다.
형식조작적 사고를 습득했다고 해서 아이들이 항상 발전된 방법으로 생각을 한다는 것은 아니지만 청소년들이 지적인 성인의 사고력을 획득하는 기점이 된다.