Về mặt giải phẫu sinh lý, HS TH có sự thay đổi khá mạnh về bộ não. Các nhà khoa học đã xác định, trọng lượng não có sự: trẻ 7 tuổi trọng lượng não là 125g, trẻ 9 tuổi trọng lượng trung bình là 1360g, tức trọng lượng não HS gần bằng 90% trọng lượng não của người lớn. Bộ não trẻ đã phát triển nên có thể tích cực hóa hoạt động nhận thức để tìm tòi, khám phá, chiếm lĩnh tri thức nên các em có đủ điều kiện để thực hiện các hoạt động khác nhau trong học Khoa học, như: làm tính, giải Khoa học, vẽ hình...
Đặc điểm nổi trội của HS TH là nhận thức còn mang đậm tính cảm tính và trình độ phát triển trí tuệ của HS TH được chia ra làm 2 giai đoạn chính:
- Giai đoạn l (lớp 1,2,3: Đây là giai đoạn mang nặng nhận thức cảm tính: HS chỉ tri giác được trên nhóm đồ vật cụ thể.
- Giai đoạn 2 (lớp 4,5): Đây là giai đoạn tư duy trừu tượng của HS đã bắt đầu phát triển. Các em đã có nhận thức không chỉ các dấu hiệu bề ngoài riêng lẻ của các sự vật hiện tượng cụ thể, mà các em còn nhận biết được những dấu hiệu bên trong: những dấu hiệu bản chất, có tính quy luật của sự vật hiện tượng. Như vậy trình độ và khả năng tư duy của HS lớp 4,5 đã phát triển cao hơn: tư duy trừu tượng phát triển đã dần thay thế cho tư duy hình ảnh cụ thể, nhưng không phải biến mất hoàn toàn. Sau đây, chúng tôi đi sâu vào nghiên cứu nhận thức của HS TH (giai đoạn 2).
1.5.2.1. Tri giác
Tri giác của HS TH dần có sự phân hóa và phát triển mạnh trong quá trình học tập. Do khả năng tư duy trực quan phát triển, làm cơ sở cho phát triển tư duy nên HS đã biết tìm ra dấu hiệu đặc trưng của sự vật và đủ khả năng để RL KN tự học môn Khoa học. Đối với HS TH, tư duy về không gian là không bình đẳng giữa các phương, phương nằm ngang và thẳng đứng còn có ưu thế hơn các phương còn lại. Đây là một đặc điểm cần lưu ý trong khi dạy các yếu tố hình học hoặc khi sử dụng sơ đồ, hình vẽ. Tri giác về hình dáng đã phát triển tính chính xác. Trẻ có thể phân biệt và gọi đúng tên các hình học phẳng. Tuy nhiên, khi vị trí hình thay đổi, trẻ dễ nhầm lẫn. Nếu trong dạy học, GV đảm bảo hình thành được ở HS KN quan sát và phân tích những gì tri giác được thì tri giác của HS TH phát triển rất mạnh. Để tạo sự trực quan hiệu quả khi biểu diễn các hình, GV nên sử dụng các phương thẳng đứng hoặc nằm ngang (nếu có thể). Để phát triển sự nhận thức, GV nên tạo tình huống giúp HS TH tiếp cận và nhận dạng các hình trong sự bình đẳng giữa các phương.
1.5.2.2. Chú ý: Tuy không phải là quá trình nhận thức nhưng chú ý tham gia vào các quá trình nhận thức, như là điều kiện đảm bảo cho quá trình này diễn ra
một cách có kết quả. Các loại chú ý đều có ở HS TH với những trình độ phát triển khác nhau. Chú ý không chủ định là dạng chú ý phổ biến nhất trong thời gian đầu lứa tuổi HS TH và chúng cũng có vai trò nhất định đối với hoạt động nhận thức của trẻ. Chú ý có chủ định chỉ được hình thành thực sự khi HS bước vào hoạt động nhận thức do yêu cầu tất yếu của hoạt động này. Các nhà tâm lý học cho rằng: nếu có sự chỉ đạo phù hợp của người lớn thì ngay trong những năm đầu lứa tuổi HS TH, chú ý có chủ định đã có thể phát triển mạnh mẽ. Sự phát triển này biểu hiện ở sự phát triển KN làm việc có định hướng của HS. Đến cuối bậc TH, HS đã tự đặt cho mình mục đích, tự thực hiện và kiểm tra, điều chỉnh việc thực hiện chúng.
Ở HS TH, do thiếu khả năng tổng hợp, sự chú ý không chủ định còn chiếm ưu thế. Chú ý của HS ở thời kỳ đầu cấp TH chưa bền vững, nhất là đối với các đối tượng ít thay đổi, vì thế, trẻ chưa có khả năng duy trì sự chú ý tới đối tượng trong một thời gian cần thiết. Mặt khác, do thiếu khả năng phân tích, các em dễ bị lôi cuốn vào cái trực quan, gợi cảm. Trường chú ý hẹp bởi không biết tổ chức sự chú ý. Sự chú ý của các em thường hướng ra bên ngoài, hướng vào hành động chứ chưa có khả năng hướng vào bên trong, vào tư duy. Đến cuối bậc học, HS TH đã có quá trình chú ý tương đối bền vững, ít bị chi phối bởi các quá trình hưng phấn và ức chế. Với đặc điểm này, muốn giúp HS mau chóng tập trung vào đối tượng, GV cần sử dụng lợi thế màu sắc để hỗ trợ cho hình thức bề ngoài; còn muốn rèn luyện sự chú ý cho HS, GV phải tạo ra những đối tượng tương tự về hình thức để khi nhận dạng và phân biệt, HS cần hướng vào những đặc điểm bên trong- tư duy bản chất.
Duy trì và phát triển chú ý của HS là nhiệm vụ rất quan trọng của người GV TH. Chú ý của HS TH có thể khá tập trung và bền vững khi mà HS có hứng thú với những việc đòi hỏi sự tích cực của trí tuệ và vận động. Nếu HS vừa hứng thú xem xét sự vật, đối tượng, vừa hành động với chúng để tìm ra những dấu hiệu bản chất trên cơ sở những tri thức đã học, phân loại sự vật theo nhóm, lập được mối quan hệ nhân quả giữa các sự vật và hiện tượng ... thì HS sẽ tập trung chú ý cao vào đối tượng.
Ngoài ra, chú ý của HS TH còn phụ thuộc rất nhiều vào tính vừa sức của tài liệu học tập. HS sẽ tập trung chú ý vào những vấn đề bao gồm cả những vấn đề HS đã biết và chưa biết- những vấn đề chưa biết không nên dễ, cũng không xa vời với những gì đã biết để HS có khả năng chiếm lĩnh. Sự tập trung chú ý này giúp HS đạt được thành tích nhất định- thành tích này sẽ kích thích trẻ chú ý tốt hơn trong công việc.
1.5.2.3. Trí nhớ: Ghi nhớ không chủ định đóng vai trò to lớn trong hoạt động học tập của HS TH. Với sự phát triển của tư duy trong hoạt động nhận thức, ghi nhớ không chủ định của HS TH ngày càng trở nên có suy nghĩ hơn. Việc phải ghi nhớ máy móc ở trẻ không hiệu quả bằng ghi nhớ ý nghĩa, thậm chí, ghi nhớ những tư liệu vô nghĩa ở lứa tuổi TH còn khó hơn ở người lớn. Điều đó có lý do là thuộc lòng những tư liệu vô nghĩa đòi hỏi sự nỗ lực ý chí to lớn mà trẻ thì chưa có khả năng thực hiện được điều này. Trí nhớ ở HS TH có những đặc điểm đặc trưng:
- Với HS TH, trí nhớ trực quan hình tượng và trí nhớ máy móc phát triển hơn trí nhớ logic, trí nhớ máy móc cũng dễ dàng hơn đối với trí nhớ logic, hình ảnh cụ thể dễ nhớ hơn là các câu chữ trừu tượng, khô khan. Ban đầu, HS TH ghi nhớ những tài liệu trực quan tốt hơn. Càng về sau, HS càng ghi nhớ những sự vật được trực tiếp hành động rõ ràng hơn so với ghi nhớ từ ngữ.
- Trong suốt giai đoạn TH, xét về ghi nhớ từ ngữ, HS ghi nhớ danh từ chỉ sự vật tốt hơn là ghi nhớ những từ chỉ khái niệm trừu tượng. Những tài liệu trừu tượng, khái quát được cả một loạt sự kiện thì HS sẽ ghi nhớ dễ dàng hơn là khi chỉ được triển khai trên một sự vật, hiện tượng cụ thể nào đó (những khái niệm không được củng cố bằng các ví dụ cụ thể).
- Trí tưởng tượng của HS TH tuy có phát triển nhưng còn tản mạn, ít có tổ chức và còn chịu tác động nhiều của hứng thú, kinh nghiệm sống và các mẫu hình đã biết.
- Tính chất cụ thể - hình tượng của trí nhớ ở HS TH thể hiện bằng việc trẻ có thể thực hiện được cả những thao tác ghi nhớ khó khăn như liên tưởng, chia bài
Khoa học ra thành từng phần đã biết, cần tìm... nếu quá trình này có sử dụng các đồ vật trực quan. Điều này, GV cần đặc biệt lưu tâm trong quá trình RL KN tự học môn Khoa học cho HS TH.
1.5.2.4. Tư duy
Sự phát triển tư duy của HS TH: Nhìn chung, ở HS TH, nhất là HS ở các lớp 1, 2, 3, hệ thống tín hiệu thứ nhất còn chiếm ưu thế so với hệ thống tín hiệu thứ hai. Do đó, các em rất nhạy cảm với các tác động bên ngoài qua hình ảnh trực giác và thường khó khăn hơn trong diễn đạt. Cuối bậc TH, phần lớn HS đã có khả năng khái quát trên cơ sở phân tích, tổng hợp và trừu tượng hóa bằng trí óc đối với các biểu tượng, sự vật đã tích lũy được trong kinh nghiệm. Chính sự giảm bớt xuất hiện yếu tố trực quan- hình tượng đã tạo điều kiện cho việc gia tăng thành phần của yếu tố ngôn ngữ, ký hiệu, mô hình trong tư duy trẻ. Đó là tiền tố của sự RL của một trình độ tư duy mới ở HS trong giai đoạn phát triển tiếp theo: tư duy hình thức.
Đặc điểm của các thao tác trí tuệ ở HS TH: Ở lứa tuổi TH, nhờ sự phát triển của hệ thống tín hiệu thứ hai, HS bước đầu có khả năng thực hiện việc phân tích, tổng hợp, trừu tượng hóa, khái quát hóa và những hình thức đơn giản của sự suy luận, phán đoán. Các khả năng hoạt động tư duy đó được nâng cao dần trong khi học Khoa học.
* Đặc điểm của sự phát triển phân tích và tổng hợp:
HS có thể phân tích đồng thời các sự vật, hiện tượng, từ đó, chỉ ra các yếu tố, dấu hiệu, các mối quan hệ của chúng trong một hệ thống tổng thể nhất định. Sự hình thành thao tác tổng hợp của HS quan hệ biện chứng, thống nhất với thao tác phân tích, trong đó, thao tác phân tích diễn ra dễ dàng hơn, nhanh hơn so với các thao tác tổng hợp.
Sự hình thành thao tác tổng hợp của tư duy ở trẻ TH gắn kết chặt chẽ với thao tác phân tích, trong đó, quá trình hình thành các thao tác phân tích diễn ra dễ dàng hơn, nhanh hơn so với các thao tác tổng hợp. Các thao tác phân tích và tổng hợp thống nhất, quan hệ biện chứng với nhau trong một quá trình tư duy của HS. Sự
phân tích càng sâu sắc thì sự tổng hợp càng đầy đủ và toàn diện hơn; ngược lại, sự tổng hợp có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng phân tích.
* Đặc điểm của sự phát triển trừu tượng hóa và khái quát hóa
Trừu tượng hóa và khái quát hóa ở HS đang được hình thành. Trừu tượng hóa theo cách làm bộc dấu hiệu bản chất của sự vật, hiện tượng thường khó hơn với HS TH nhưng vẫn ở mức thực hiện được. Các thao tác khái quát ở HS TH chuyển dần từ trực quan kinh nghiệm đến khái quát lý luận nên có thể khái quát được dấu hiệu chung bản chất của sự vật, hiện tượng.
* Đặc điểm của sự phát triển so sánh: Sự so sánh ở HS TH có đặc trưng cơ bản là trẻ thường chuyển đổi việc so sánh bằng việc sắp xếp đơn giản sự vật. Sự so sánh các sự vật mà HS không được trực tiếp hành động với chúng là những khó khăn đáng kể đối với HS TH trong quá trình tư duy. Việc so sánh sự vật có quá nhiều dấu hiệu hoặc có dấu hiệu không rõ nét, ít nổi bật cũng tương tự như vậy. Các em thường gặp khó khăn khi so sánh các sự vật còn có lý do là vì các em chưa thể tự mình lập kế hoạch cho quá trình này. Vì vậy, để phát triển thao tác so sánh cần tổ chức cho các em được hoạt động với sự vật, thông qua đó, hình thành ở trẻ kỹ thuật và cách lập kế hoạch thực hiện thao tác này.
* Tư duy và ngôn ngữ Khoa học : Ở trẻ em, ngôn ngữ được hoàn chỉnh dần, đồng thời xuất hiện các hình thức tư duy với ngôn ngữ Khoa học. Trong việc DH Khoa học ở TH, cần chú ý đến sự tồn tại của 3 thứ ngôn ngữ có quan hệ đến nhận thức của HS. Đó là thứ ngôn ngữ với các thuật ngữ công cụ khi dạy- học Khoa học, ngôn ngữ kí hiệu và ngôn ngữ tự nhiên mà các em dùng hàng ngày. Ba thứ ngôn ngữ này khác nhau nhưng không được tách biệt một cách rõ ràng trong khi DH Khoa học đã tạo ra những khó khăn nhất định và làm nảy sinh nhiều sai lầm trong nhận thức của HS TH.
1.5.2.5. Tưởng tượng: Trong suốt thời kỳ TH, tưởng tượng của HS phát triển theo các hướng:
- Từ rời rạc, mờ nhạt, đứt đoạn các hình ảnh tượng trưng của HS TH dần trở nên rõ nét và xác định được hơn.
- Từ việc chỉ thể hiện được một số dấu hiệu ở lớp 1 tiến đến trình độ đầy đủ và cơ bản hơn ở các lớp 4, 5.
- Từ sự gia công hình ảnh tượng trưng không đáng kể ở lớp 1 mỗi ngày thêm nhiều hơn về sự khái quát, chính xác, sáng tạo ở các lớp TH.
- Mọi hình ảnh tái tạo ở trẻ lúc đầu đều phải có điểm tựa là những sự vật cụ thể, những hành động cụ thể, về sau, trẻ đạt tới trình độ điểm tựa từ ngữ- điều đó cho phép HS tạo ra được hình ảnh có chất lượng, ý nghĩa mới.
Trong quá trình học tập, khả năng điều khiển hoạt động trí tuệ của HS TH được phát triển, đồng thời, khả năng tưởng tượng của các em cũng dần trở thành một quá trình được điều khiển, điều chỉnh. Nhờ đó, HS TH có khả năng tưởng tượng một cách có chủ định và có thể hình thành được hình ảnh theo yêu cầu của nhiệm vụ học tập.