Psikologi kognitif berakar pada filsafat rasionalisme. Kaum rasionalis mempertanyakan apakah betul bahwa penginderaan manusia, melalui pengalaman langsung, sanggup memberikan kebenaran. Dalam banyak hal alat indera sering tidak akurat dalam memberikan informasi. Bukankah mata Anda mengatakan bahwa kedua rel kereta api yang sejajar itu bertemu di ujung sana? Bukankah mata Anda memberikan stimuli bahwa pada batas permukaan air-udara sebatang tongkat yang tercelup sebagian jika diamati secara horizontal nampak patah? Sudah barangtentu Anda tidak menerima stimulus tersebut sebagai pengalaman belajar yang benar! Jika manusia tunduk sepenuhnya pada perlakuan lingkungan maka manusia akan memperoleh banyak hasil belajar yang superfisial (dangkal) dalam hal kebenaran.

Tokoh-tokoh psikologi kognitif sepakat bahwa jiwa lah (mind) yang menjadi alat utama pengetahuan bukan alat indera. Jiwa mengolah informasi pengalaman inderawi secara aktif: mencipta, mengorganisasikan, menafsirkan, mendistorsi dan mencari makna. Tidak semua stimuli kita terima begitu saja. Stimuli melahirkan respon sesuai dengan tujuan dan pola yang ditentukan oleh pikiran. Tetapkanlah tujuannya: operasi pertambahan, dan stimuli "dua dan tiga" menimbulkan respons "lima". Tetapkan tujuannya perkalian, dan stimuli yang sama, sensasi auditif yang sama, "dua dan tiga" melahirkan respons "enam". Sensasi dan pikiran adalah pelayan, mereka menunggu panggilan kita, mereka tidak datang kecuali kalau kita butuhkan. Ada tuan yang menyeleksi dan mengarahkan," Demikian dipaparkan Jalaluddin Rakhmat (1989:30) .

Rasionalisme sebagai akar psikologi kognitif tampak jelas pada aliran psikologi Gestalt di awal abad XX. Para psikolog Gestalt, seperti juga kebanyakan psikoanalis, adalah orang-orang Jerman: Meinong, Ehrenfels, Kohler, Wertheimer, dan Koffka. Menurut mereka, manusia tidak memberikan respons kepada stimuli secara otomatis. Manusia adalah organisme aktif yang menafsirkan dan bahkan mendistorsi lingkungan. Sebelum memberikan respons, manusia menangkap dulu "pola" stimuli secara keseluruhan dalam satuan-satuan yang bermakna. Pola ini disebut Gestalt. Huruf "I" akan dianggap sebagai angka satu dalam rangkaian "I, II, III, IV," tetapi menjadi huruf "el" dalam rangkaian hurup pada kata "AIasan" atau huruf "i" dalam "Indonesia". Manusialah yang menentukan makna stimuli itu, bukan stimuli itu sendiri. Di kalangan ilmu komunikasi terkenal proposisi "Words don't mean, people mean", kata-kata tidak bermakna, oranglah yang memberi makna. (Jalaluddin Rakhmat, 1989:31)

Psikologi Gestalt melalui Wertheimer (1923) mengembangkan prinsip-prinsip (teori gestalt) berkenaan dengan persepsi kognitif terhadap obyek sebagai berikut. Pertama, Hukum Kedekatan (The Law of Proximity), elemen visual (terinderai) yang saling berdekatan satu sama lain akan dipersepsi sebagai bagian dari suatu kelompok. Informasi OOO OOO OOO secara segera akan dipersepsi sebagai tiga kelompok masing-masing beranggotakan tiga O, dari pada sebagai satu kelompok dengan anggota sembilan O. Dalam mengefektifkan kegiatan demonstrasi atau praktikum Sains, guru yang akan menyajikan sejumlah obyek yang harus diobservasi siswa semestinya mempertimbangkan betul peletakan obyek-obyek tersebut (benda atau gambar) sedemikian rupa sehingga observasi siswa lebih terfokus dan efektif. Jauhkanlah obyek yang tidak perlu diobservasi dari obyek yang diobservasi.

Kedua, Hukum Kesamaan (The Law of Similarity). Elemen-elemen visual yang memiliki kesamaan dalam banyak segi seperti bentuk dan ukuran akan cenderung dipersepsi sebagai satu kelompok yang sama. Hukum ini dapat diimplementasikan dalam mengefektifkan upaya guru mengembangkan keterampilan proses mengklasifikasi bagi siswa. Jika kepada siswa disajikan sejumlah benda (misalnya gambar-gambar hewan, tumbuhan, dan makhluk tak hidup) dengan beragam bentuk, ukuran, dan warna kemudian guru meminta siswa untuk mengklasifikasikan benda-benda tersebut secara bebas, maka siswa akan mengklasifikasikannya berdasarkan kesamaan segi yang nampak menonjol. Apabila guru meng-inginkan siswa mengklasifikasikan secara cepat berdasarkan karakteristik tertentu (misalnya hewan) maka sajikanlah gambar-gambar hewan tersebut dengan warna yang mencolok dan sama.

Ketiga, Hukum Arah Kelaziman (The Law of Common Direction); benda-benda atau sesuatu akan dipahami sebagai suatu kelompok (kesatuan) apabila nampak sebagai suatu rangkaian kontinum/sempurna yang mengarah kepada bentuk yang lebih dikenal.

yang membagi dua sebuah lingkaran. Sangat kecil kemungkinan dipersepsi sebagai dua belahan terpisah dari setengah lingkaran yang digabungkan oleh sebuah garis.

Keempat, Hukum Kesederhanaan (The Law of Simplicity); apa yang kita persepsi akan diorganisasikan ke dalam suatu bentuk keteraturan yang sederhana.

Dua hukum terakhir dari prinsip persepsi Gestalt dapat diimplementasikan dalam pembelajaran Sains SD terutama untuk mengop-timalkan kemampuan siswa dalam keterampilan proses memprediksi, melakukan ekstrapolasi, membaca grafik dan membuat kesimpulan.

Dari Gestalt kita mengetahui bahwa pada dasarnya manusia itu berpikir holistik (utuh-menyeluruh) terlebih pada usia kanak-kanak. Pada masanya, kanak-kanak belum dapat secara efektif berpikir parsial, spesifik, dan terkotak-kotak. Berdasarkan itu maka pembelajaran Sains di SD semestinya disajikan dalam bentuk yang holistik pula terpaut dengan dunia nyata anak dan mata pelajaran yang lain. Untuk itu lah, para pakar pendidikan dewasa ini menggagaskan tepatnya pembelajaran terpadu bagi anak SD.

Perlu juga diperhatikan bahwa kemampuan persepsi siswa terhadap informasi dalam pembelajaran Sains turut dipengaruhi oleh tingkat atensi (pehatian)nya terhadap obeyek-obyek yang diobservasi. Gerakan, intensitas stimuli, kebaruan (novelty), dan perulangan adalah faktor-faktor yang dapat dimanipulasi guru untuk meningkatkan atensi siswa terhadap obyek observasi.

Benda-benda yang bergerak cenderung menarik perhatian. Obyek yang ada di tangan guru yang digerakkan secara proporsional akan memancing perhatian guru. Movie-film akan lebih menarik siswa dari slide-film yang monoton. Ukuran suatu obyek yang cukup besar di antara obyek-obyek lain yang berukuran kecil, gambar berwarna merah menyala di antara gambar-gambar lain yang berwarna putih, akan lebih diperhatikan siswa karena merupakan obyek yang memiliki intensitas stimuli yang tinggi. Demikian halnya alat-alat peraga atau media yang beragam/berbeda dari biasanya yang disediakan guru dalam pembelajaran merupakan hal yang memberi kesan kebaruan yang akan menarik minat siswa. Sedangkan, obyek (gambar, benda, suara, kalimat, istilah) yang disajikan berulang-ulang akan mendapat perhatian utama dari siswa.

Yelon & Weinstein (1977) menyarankan langkah-langkah umum untuk mengefektifkan dan meningkatkan kemampuan persepsi siswa sebagai berikut.

1. Tonjolkanlah perbedaan dan ciri khusus dari obyek-obyek yang akan diobservasi dan dipersepsi siswa. Buatlah latar belakang gambar benar-benar berbeda dari gambarnya.

2. Pada tahap awal gunakan contoh-contoh yang telah dikenal siswa sehari-hari.

3. Mantapkan tujuan dan keinginan siswa dengan cara menanyai mereka, apa yang ingin didapat/dicari dalam kegiatan demonstrasi atau percobaan.

4. Contoh-contoh benda, gambar atau simbol yang memiliki karak-teristik atau makna yang sama diletakkan berdekatan.

5. Dalam kegiatan pembelajaran yang menuntut siswa mengklasifikasikan sesuatu, sajikan lah sesuatu itu dengan menggunakan prinsip kesamaan.