Методологической основой любой теории обучения является та или иная теория познания. В основе отечественной теории обучения лежит материалистическая теория познания, которая утверждает материальность объективного мира, его познаваемость, раскрывает сущность процесса познания. Процесс познания в соответствии с материалистической философией - это отражение объективного материального мира в нашем сознании. Но это не зеркальное отражение объективной реальности, а процесс ряда абстракций, процесс формирования научных понятий, законов и закономерностей, в которых раскрывается сущность познаваемых явлений и процессов, их внутренние закономерные связи.

Познание окружающего нас мира начинается с чувственного восприятия. Воздействие объективного мира на наши органы чувств приводит к возникновению ощущений и представлений. Вот почему Жан-Жак Руссо называл чувства первым разумом ребенка. Однако наше познание было бы крайне примитивным, если бы ограничивалось лишь его чувственным (сенсорным) характером. Кроме того, имея субъективный характер, ощущения могут исказить научную истину. Например, дотрагиваясь до деревянных и металлических предметов в комнате, мы считаем, что металлические предметы «холоднее», чем деревянные, а в действительности они имеют одинаковую температуру, ту, которую показывает термометр в комнате. Познание как движение вглубь от явлений к их сущности обязательно связано с мыслительной деятельностью человека, т. е. с осознанием, осмыслением его чувственных впечатлений.

Ощущения и представления как субъективные образы объективного мира осмысливаются в нашем сознании, при этом формируются абстрактные понятия, законы и закономерности, отражающие внутренние связи между наблюдаемыми фактами и явлениями. Таким образом, в основе развития абстрактного мышления лежат ощущения и представления. Опираясь на чувственное познание, абстрактное мышление опускает все несущественное, случайное, фиксируя внимание на закономерностях, раскрывающих сущность изучаемых явлений. Вот почему абстрактное мышление является более высокой ступенью познания. Результатом абстрактного мышления является система научных знаний, которая позволяет человеку ориентироваться в мире и изменять его в соответствии с полученными знаниями.

Современной философской и психологической науками установлено, что научное познание не всегда может начинаться с непосредственного восприятия предметов и явлений реальной действительности. Оперируя имеющимися знаниями, выраженными в понятиях, категориях, принципах, законах (книги, научные труды), на основе логического мышления (суждений, умозаключений) обучающийся может получить теоретическое отражение объективной действительности. Нельзя, например, путем непосредственного чувственного восприятия увидеть строение атома или связей какого-нибудь сложного химического соединения. Однако из этого не следует, что чувственное восприятие объективной реальности теряет свое значение, так как именно оно лежит в основе самых сложных теоретических обобщений, которыми оперирует исследователь.

Правильность открытых законов и закономерностей проверяется практикой, которая и является критерием истины. Познавая окружающий мир, человек всегда преследовал прежде всего практическую значимость получаемых знаний, следовательно, и истинность их проверялась в его повседневной жизни. Все научные теории, гипотезы, концепции также проверяются практикой. Например, современный уровень развития физики позволил не только подтвердить атомистическую теорию Демокрита, но и опровергнуть значение понятия «атом», проникнуть внутрь «неделимого» и создать квантовую физику. Классические законы механики, сформулированные И. Ньютоном, также были «откорректированы» в ХХ в., а теория самозарождения, теория флогистона или Птолемеева система канули в Лету.

Теория познания раскрывает этапы и ход познания. Материалистическая философия утверждает, что познание идет от «живого созерцания » к абстрактному мышлению, а от него к практике. Эта формула научного познания отражает его ход в самом общем виде. В каждом конкретном случае научное познание может начинаться с критического осмысления уже добытых человечеством знаний, но и в его основе было все-таки чувственное познание. Все современные математические теоремы или аксиомы явились результатом практической деятельности человека, а потом уже превратились в научные понятия, закономерности, законы.

Философская теория познания подтверждается учением о высшей нервной деятельности И. П. Павлова и И. М. Сеченова, которое является естественно-научной основой процесса обучения. В соответствии с ним высшая нервная деятельность - это деятельность больших полушарий головного мозга (с ближайшей подкоркой), обеспечивающая приспособление организма к окружающей среде через единство условных и безусловных рефлексов. Физиологическим механизмом высшей нервной деятельности являются временные нервные связи, лежащие в основе образования условных рефлексов. Учение о рефлекторной природе деятельности нервной системы заложило основы материалистической психологии.

Б. Г. Ананьев и другие психологи, творчески используя учение И. П. Павлова и И. М. Сеченова, доказали, что одной из особенностей головного мозга является его способность к образованию устойчивой системы временных нервных связей (стереотипа) под длительным воздействием в постоянной последовательности одних и тех же раздражителей. Сложившийся стереотип характеризуется легкостью и четкостью выполнения определенной деятельности, но в случае необходимости способен к перестройке системы временных связей под влиянием новых воздействий. Условные рефлексы лежат в основе наших привычек поведения, а также умений и навыков, получаемых в процессе обучения.

Высшая нервная деятельность человека осуществляется через первую сигнальную систему на базе условных рефлексов и вторую сигнальную систему, основным раздражителем в которой являются слова, «вторые сигналы». Именно вторая сигнальная система у человека обеспечивает процесс его мышления и познания окружающего мира в понятиях и законах. Процесс обучения в значительной степени обусловлен образованием временных связей во второй сигнальной системе на основе ориентировочного рефлекса, т. е. первой сигнальной системы. Слово учителя или другие носители словесной информации, вызывая эмоции и другие сигналы первой сигнальной системы, играют огромную роль в усвоении учащимися научных понятий и теорий.

Для понимания сущности процесса обучения, имеющего гносеологическую и естественно-научную природу, важно выяснить, в чем проявляется сходство познавательной деятельности ученого, исследователя и ученика за партой или студента и чем же их познавательная деятельность отличается.

Между научным поиском ученого и обучаемого есть много общего. И тот и другой ищут неизвестное для них научное знание. К. Д. Ушинский, анализируя деятельность учителя в процессе обучения, утверждал, что учитель вводит ученика в мир научного познания. И действительно, учитель раскрывает логику познания, обучает логическим методам познания (индукция, дедукция), методам преподаваемых основ науки. Процесс обучения, как и процесс научного познания, бесконечен. Мир вокруг нас - в движении, постоянно меняется, знания о нем уточняются, расширяются. Это влечет за собой уточнение цели обучения, изменения в его содержании и методах. Практика в научном и учебном познании является критерием истинности полученных знаний. Все лабораторные работы, выполняемые учащимися, наблюдения за изучаемыми объектами убеждают их в объективности и истинности законов и закономерностей, открытых наукой. Этапы познавательной деятельности от чувственного восприятия к абстрактному мышлению и практике также являются общими.

Вместе с тем процесс обучения не тождествен процессу научного познания. Между познавательной деятельностью ученика и ученого есть и существенные отличия. Так, ученик познает окружающий мир в уже познанном виде. Он изучает то, что пока не известно ему, но человечеству уже известно. Однако это не означает, что учебное познание является только отражательно-созерцательным, оно становится отражательно-преобразовательным, если учитель организует и ориентирует ученика на самостоятельное и творческое овладение системой научных знаний.

Содержание основ наук адаптировано к возрастным и познавательным возможностям учащихся. Логика и содержание учебного предмета не всегда отражает логику самой науки или ее последние достижения. Например, последовательность изучения тех или иных разделов учебного предмета «математика» отличается от логической последовательности науки математики. Изучаемый сегодня в средней школе курс математики отражает открытия математической науки XVIII в., которые стали доступными для изучения благодаря методике математики.