정보처리 이론

학습에서 핵심적 역할을 수행하는 대표적인 인지기능은 기억(memory)으로 능동적인 정신기제는 사람들에게 과거 경험에 관하여 정보를 보유하고 재생할 수 있도록 해준다. 학습이 발생하기 위해서 학생들은 그들의 경험을 기억해야 한다. 정보는 우리의 감각을 통해 계속해서 우리의 머릿속으로 들어온다. 이 정보의 대부분은 곧 지워지고, 우리는 그것을 기억조차 못할 수도 있다. 어떤 정보는 아주 짧은 기간 동안 기억되었다가 잊히기도 한다. 예를 들어, 우리가 야구장에서 자리를 찾을 때까지는 좌석 번호를 기억하지만, 자리를 찾고 나면 번호를 잊어버리게 된다. 그러나 어떤 정보는 우리의 일생 동안 지속적으로 기억되기도 한다. 흡수된 정보의 처리는 어떻게 이루어지며, 교사들은 어떻게 이 처리를 학생들이 중요한 정보와 기술을 기억하도록 돕는 데 이용할 수 있을까? 이런 의문들이 인지적 학습 이론들에 의해 제기되어 왔고, 지난 20년간 학습과 기억에 관한 주된 이론이 정보처리 이론의 발달을 가져오게 되었다.  
머릿속의 지식이 처리, 저장, 인출을 설명하는 인지적 학습 이론 인간 기억에 관한 조사는 기억된(잊힌) 정보들의 처리를 설명하는 학습 이론을 뒷받침해 준다.  
정보를 받아들이는 기억 체계의 최초 요소는 감각 등록기이다. 감각은 감각(보고, 듣고, 느끼고, 냄새 받고, 맛보는)으로부터 많은 양의 정보를 받아들이고, 그것을 2~3초밖에 되지 않는 짧은 시간 동안 저장한다. 만약 감각 등록기에서 아무런 처리도 일어나지 않는다면 그 정보는 빠르게 잊힐 것이다. 정교한 많은 실험이 감각 등록기를 발견하기 위해 행해졌다. 어떤 사람에게 어떠한 그림을 100분의 5초 정도의 짧은 시간 동안 보여 준다. 인간은 보통 서너 개 혹은 다섯 개의 글자를 기억할 수 있지만, 12개 모두를 기억할 수는 없다. 그림을 치운 후 피험자에게 그림의 맨 윗줄, 가운데, 혹은 밑줄을 떠올려 보라고 지시했다. 그는 사람들이 어느 한 줄은 거의 완벽하게 기억해 빌 수 있다는 것을 발견했다. 피험자들은 100분의 5초 동안 모든 글자를 보았을 것이고 아주 짧은 기간 동안 기억했을 것이다. 그러나 사람들이 12개 모두를 기억하려 할 때는 감각 등록기에 글자들이 머물 수 있는 시간을 초과하게 된다. 따라서 사람들은 그 가운데 몇 글자를 기억해 내지 못하게 된다. 
근대에서의 우리가 환경에서 어떻게 정보를 받아들이고 처리하는가에 대한 과학적 연구는 제 1차 세계대전을 전후로 독일에서, 후에 미국과 다른 곳에서도 일어난 형태심리학 운동과 함께 시작되었다. Gestalt는 독일어로 '형상' 혹은 형태'라는 뜻이다. 형태 심리학자들은 인간이 감각의 부분들이 보다 많다고 주장했다. 인간이 가능한 한 단순화, 논리화를 시키기 위해서 그들의 지각을 조직하고, 또 필요한 경우에 지각의 차이를 설명하는 폐쇄 원칙(principle of closure)을 보여주고 있다. 이 원칙은 또한 우리가 과거로부터 한 사건을 기억하려 할 때도 적용된다. 우리는 그 사건을 보다 명료하게 기억하기 위해서 세부 사항들을 덧붙일 수 있다. 예를 들어 한 운전사가 명백히 잘못한 자동차 사고를 떠올리는 데 있어, 우리는 정신적으로 실제로는 드러나지 않았던 세부 사항들(잘못을 저지르지 않은 운전자가 안전벨트를 했는지, 회전 신호를 켰는지)을 우리 인상 속에 첨가한다. Gestalt 심리학의 또 다른 중요한 원칙은 주목하는 그림과 배경을 분리하려고 한다는 것이다. 예를 들어 공항의 인파 속에서 친구를 만날 때, 우리는 아마도 친구의 얼굴에만 주목하고 다른 모든 얼굴은 일반적으로 무시하게 될 것이다. 이런 상황에서 우리가 찾고 있는 얼굴 이외에 다른 모든 얼굴은 형상이기보다는 배경으로 무시되기 때문에 인파 속에 있는 또 다른 친구를 보지 못할지도 모른다. 또한 총학습 시간이 동일한 경우 적당히 분할한 분산적 학습이 효과적인 사실도 실험적으로 검증되었다.
사람들이 지각하고 집중하는 정보는 기억 체계의 두 번째 구성 요소인 단기 기억(short-term memory)으로 옮겨진다. 단기 기억은 몇 초 동안 제한된 양의 정보를 담아 풀 수 있는 저장 체계이다. 그것은 일반적으로 생각되는 정보가 저장되는 기억의 한 부분이다. 주어진 짧은 시간 동안 의식하는 생각들은 단기 기억에 저장된다. 우리가 어떤 것에 대해 생각하는 것을 멈출 때 그것은 단기 기억에서 사라진다. 단기 기억의 또 다른 이름은 작동 기억(또는 작업 기억, working memory)이다. 이 용어는 단기 기억의 지속 기간이 아니라 활동하는 사실을 강조하는 것이다. 작동 기억은 정신이 정보에 작용하고 저장을 위해 그것을 조직하며 다른 정보와 연결하는 곳이다. 많은 학자는 작동 기억이 매우 중요해서 작동 기억의 용량을 지능과 동일하다고 생각한다. 정보는 감각 등록기로부터 혹은 기억 체계의 세 번째 구성 요소인 장기 기억으로부터 작동 기억에 입력될 수 있고, 둘은 동시에 일어나기도 한다. 붉은 새를 볼 때 감각 등록기는 붉은 새의 이미지를 기억으로 이동시킨다. 동시에 붉은 새로써 특정한 새를 확인할 수 있도록 장기 기억에서 새에 대한 과거의 경험에 관한 기억들 또는 느낌들이 인식될 수도 있다는 것이다. 작동 기억에 정보를 담아 두는 하나의 방법은 그것에 대해 반복하거나 생각하거나 말하는 것이다. 이렇게 반복에 의해 작동 기억 속의 정보를 보유하려는 과정을 시연이라고 한다. 일상생활에서 이 방법은 전화번호를 짧은 시간 동안 외우는 데 사용한다.