Anak usia SD masih memasuki tahap perkembangan yang sangat pesat. Berbagai otot dan tulang mengalami penguatan sehingga anak cenderung aktif dalam melakukan kegiatan fisik seperti bergerak, berlari, dan tidak pernah diam di tempat. Secara kognitif, pemikiran anak SD sedang mengalami pertumbuhan sangat cepat. Menurut Peaget (dalam Sanrock (1995:308) perkembangan kognitif merupakan suatu proses genetik, yaitu suatu proses yang didasarkan atas mekanisme biologis perkembangan sistem syaraf. Dengan makin bertambahnya umur seseorang, maka makin kompleks lah susunan sel syarafnya dan makin meningkat pula kemampuannya. Ketika individu berkembang menuju kedewasaan, akan mengalami adaptasi biologis dengan lingkungannya yang akan menyebabkan adanya perubahan-perubahan kualitatif di dalam struktur kognitifnya. Sanrock tidak melihat perkembangan kognitif sebagai sesuatu yang dapat didefinisikan secara kuantitatif. Piaget menyimpulkan bahwa daya pikir atau kekuatan mental anak yang berbeda usia akan berbeda pula secara kualitatif untuk itu perlu perlakuan dan dukungan yang berbeda.
Perkembangan kognitif anak SD dalam fase operasional konkrit (6-12 tahun), anak memiliki pengetahuan melalui operasi benda-benda konkrit. Pembelajaran dengan menggunakan referensi benda konkrit sangat membantu anak memahami simbol-simbol abstrak. perkembangan intelektual anak sebagian besar ditentukan oleh manipulasi dan interaksi aktif anak dengan lingkungan. Ketika anak-anak beradaptasi dengan lingkungan, mereka menambah informasi baru tentang pengalaman mereka yang mengharuskan mereka memperbesar kategori yang ada atau membuat kategori baru.
Bagaimana anak-anak memperluas tata bahasa mereka dengan begitu cepat? Sebenarnya mereka melakukannya dengan pemetaan secara cepat, yang memungkinkan mereka untuk menyerap arti kata baru setelah mendengarnya sekali atau dua kali dalam percakapan. Pada basis konteks tersebut, anak-anak tampaknya membentuk hipotesis yang cepat mengenai arti kata dan menyimpannya dalam ingatan. Ahli bahasa tidak yakin bagaimana pemetaan secara cepat terjadi, tetapi tampaknya kemungkinan anak-anak menarik apa yang mereka tahu tentang aturan untuk membentuk kata-kata, tentang kata-kata yang sama, tentang konteks yang cepat, dan tentang subyek yang dibahas.
Nama-nama obyek (kata benda) tampaknya lebih mudah untuk dipetakan secara cepat dibandingkan dengan nama-nama tindakan (kata kerja), yang kurang kongkret. Pada usia 5 hingga 7 tahun, kemampuan bicara anak-anak menjadi sangat mirip dengan orang dewasa. Mereka berbicara dalam kalimat yang lebih panjang dan lebih rumit. Mereka menggunakan lebih banyak kata hubung, kata depan, dan artikel. Mereka menggunakan kalimat kompleks dan susunan dan dapat menangani semua bagian pembicaraan. Masih lagi, saat anak-anak pada usia ini berbicara secara lancar, dapat dimengerti dan benar menurut tata bahasa, mereka harus menguasai beberapa poin bahasa.
Ada dua proses yang memungkinkan perubahan ini. Asimilasi merupakan proses kognitif yang menggabungkan informasi dari lingkungan ke dalam skemata yang ada. Sebaliknya, akomodasi adalah proses kognitif yang mengubah skemata yang ada atau membuat skemata baru untuk menyesuaikan dengan lingkungan. Melalui asimilasi, anak-anak menambahkan informasi baru ke dalam gambaran mereka tentang dunia; melalui akomodasi, mereka mengubah gambaran mereka tentang dunia berdasarkan informasi baru.
Piaget membagi tahap-tahap perkembangan kognitif ini menjadi empat yaitu;
a) Tahap sensorimotor (umur 0-2 tahun)
Pertumbuhan kemampuan anak tampak dari kegiatan motorik dan persepsinya yang sederhana. Ciri pokok perkembangannya berdasarkan tindakan, dan dilakukan langkah demi langkah. Kemampuan yang dimilikinya antara lain:
1) Melihat dirinya sendiri sebagai mahkluk yang berbeda dengan objek di sekitarnya.
2) Mencari rangsangan melalui sinar lampu dan suara.
3) Suka memperhatikan sesuatu lebih lama.
4) Mendefinisikan sesuatu dengan memanipulasinya.
5) Memperhatikan objek sebagai hal yang tetap, lalu ingin merubah tempatnya.
b) Tahap preoperasional (umur 2-7/8 tahun)
Ciri pokok perkembangan pada tahap ini adalah pada penggunaan simbol atau bahasa tanda, dan mulai berkembangnya konsep-konsep intuitif Tahap itu dibagi menjadi dua, yaitu pemikiran simbolis dan pemikiran intuitif.
Preoperasional (umur 2-4 tahun), anak telah mampu menggunakan bahasa dalam mengembangkan konsepnya, walaupun masih sangat sederhana. Maka sering terjadi kesalahan dalam memahami objek. Karakteristik tahap ini adalah:
1) Self counter nya sangat menonjol.
2) Dapat mengklasifikasikan objek pada tingkat dasar secara tunggal dan mencolok.
3) Tidak mampu memusatkan perhatian pada objek-objek yang berbeda.
4) Mampu mengumpulkan barang-barang menurut kriteria, termasuk kriteria yang benar.
5) Dapat menyusun benda-benda secara berderet, tetapi tidak dapat menjelaskan perbedaan antara deretan.
Tahap intuitif (umur 4-8 tahun), anak telah dapat memperoleh pengetahuan berdasarkan pada kesan yang agak abstraks. Dalam menarik kesimpulan sering tidak diungkapkan dengan kata-kata. Karakteristik tahap ini adalah:
1) Anak dapat membentuk kelas-kelas atau kategori objek, tetapi kurang disadarinya.
2) Anak mulai mengetahui hubungan secara logis terhadap hal hal yang lebih kompleks.
3) Anak dapat melakukan sesuatu terhadap sejumlah ide.
4) Anak mampu memperoleh prinsip-prinsip secara benar. Dia mengerti terhadap sejumlah objek yang teratur dan cara mengelompokkannya. Anak kekekalan masa pada usia 5 tahun, kekekalan berat pada usia 6 tahun, dan kekekalan volume pada usia 7 tahun. Anak memahami bahwa jumlah objek adalah tetap sama meskipun objek itu dikelompokkan dengan cara yang berbeda.
c) Karakteristik Tahap Operasional konkret (umur 7/8 – 11/ 12 tahun)
Ciri pokok perkembangan pada tahap ini adalah anak sudah mulai menggunakan aturan-aturan yang jelas dan logis, dan ditandai adanya reversible dan kekekalan.
Karakteristik tahap operasional konkret :
1) Sistem kekekalan
2) Adaptasi dengan gambaran yang menyeluruh
3) Melihat dari berbagai segi
4) Seriasi
5) Klasifikasi
6) Bilangan
7) Ruang, waktu dan kecepatan
8) Kausalitas
9) Probabilitas
10) Penalaran
11) Egosentrisme dan sosialisme
d) Tahap operasional formal (umur 11/12-18 tahun)
Ciri pokok perkembangan pada tahap ini adalah anak sudah mampu berpikir abstrak dan logis dengan menggunakan pola berpikir “kemungkinan”. Model berpikir ilmiah sudah mulai dimiliki anak, dengan kemampuan menarik kesimpulan, menafsirkan dan mengembangkan hipotesa. Pada tahap ini kondisi berpikir anak sudah dapat:
1) Bekerja secara efektif dan sistematis
2) Menganalisis secara kombinasi
3) Berpikir secara proporsional
4) Menarik generalisasi secara mendasar pada satu macam isi.
Materi pembelajaran sebaiknya dalam bentuk yang mudah dipahami oleh anak, kalimatnya sederhana, lugas, dan jelas. Kalau perlu materi disertai gambar dan ilustrasi menarik dan menyenangkan. Unsur problematik dalam materi juga akan membuat sajian materi tidak monoton dan menjemukan, tetapi menantang penalaran kritis anak. Supaya memiliki kebermaknaan pada anak, materi diangkat dari realitas kehidupan anak sehari-hari. Dengan demikian materi yang dikembangkan disesuaikan dengan pekermbangan dan kebutuhan anak.
Menjumpai sesuatu yang tidak dipahami atau tidak bisa dimengerti, seorang anak bisa mengalami ketidaksetimbangan, atau konflik kognitif. Ketidaksetimbangan biasanya menimbulkan kebingungan dan pergolakan, perasaan yang mendorong anak-anak untuk mendapatkan kesetimbangan, yakni keseimbangan yang menyenangkan dengan lingkungan. Dengan kata lain, ketika dihadapkan dengan informasi baru atau berbeda, anak-anak (dan juga orang dewasa) secara intrinsik termotivasi untuk mencoba memahaminya. Jika anak-anak dapat menyesuaikan dengan informasi baru, maka ketidaksetimbangan yang ditimbulkan oleh pengalaman baru akan memotivasi si anak untuk mempelajari.