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20 世纪 50 年代以来，随着科学技术的发展，认知心理学对人脑接受和选择信息活动的研究，特别是系统论、控制论、信息加工理论等的产生，对教学实践产生了深刻的影响。这一阶段在教育领域出现了许多的教学思想和理论，与此同时也产生了许多新的教学模式。
该教学模式源于赫尔巴特的四段教学法，后来由苏联凯洛夫等人进行改造传入我国。该模式根据行为心理学的原理设计，尤其受斯金纳操作性条件反射的训练心理学的影响，强调控制学习者的行为达到预定的目标，以传授系统知识，培养基本技能为目标。其着眼点在于充分挖掘人的记忆力、推理能力与间接经验在掌握知识方面的作用，使学生比较快速有效地掌握更多的信息量。其基本教学程序是：复习旧课——激发学习动机——讲授新课——巩固练习——检查评价——间隔性复习。学生能在短时间内接受大量的信息，能够培养学生的纪律性，能够培养学生的抽象思维能力。在介绍讲解性的内容上运用比较有效，当期望学生在短时间掌握一定的知识去应试时比较可行。
自学辅导式的教学模式是在教师的指导下自己独立进行学习的模式。这种教学模式从人本主义出发，注意发挥学生的主体性，能够培养学生的独立思考能力。其教学程序是：自学——讨论——启发——总结——练习巩固。教师在教学中根据学生的最近发展区，最好选择难度适时学生比较感兴趣的内容进行自学、交流，避免讲解而是多启发。这种模式，能够培养学生分析问题、解决问题的能力；有利于教师因材施教；能发挥学生的自主性和创造性；有利于培养学生相互合作的精神。但要求教师要有很高的组织能力和业务水平。
探究式教学依据皮亚杰和布鲁纳的建构主义的理论，注重学生的前认知，注重体验式教学，以问题解决为中心的，注重学生的独立活动，着眼于学生的探究和思维能力的培养。教学的基本程序是：问题——假设——推理——验证——总结提高。教师要建立一个民主宽容的教学环境，充分发挥学生的思维能力，掌握学生的前认知特点实施一定的教学策略。这种模式一般只能在小班进行，需要较好的教学支持系统，教学需要的时间比较长。
该模式依据布鲁纳、古德诺和奥斯汀的思维研究理论，目标是使学习者通过体验所学概念的形成过程来培养他们的思维能力，主要反映了认知心理学的观点，强调学习是认知结构的组织与重组的观点。其基本程序是：教师选择和界定一个概念——教师确定概念的属性——教师准备选择肯定和否定的例子——将学生导入概念化过程——呈现例子——学生概括并定义——提供更多的例子——进一步研讨并形成正确概念——概念的运用与拓展。概念获得模式是采取“归纳—演绎”的思维形式，针对概念性很强的内容实施教学，需要大量正反例子，课前教师要对概念的内涵与外延要做很好的梳理。
20 世纪 70 年代美国教育心理学家巴特勒依据信息加工理论提出教学的七要素，并提出“七段”教学论，在国际上影响很大。基本教学程序是：设置情境——激发动机——组织教学——应用新知——检测评价——巩固练习——拓展与迁移。这是一个比较普适性的教学模式，非常注重元认知的调节，利用学习策略对学习任务进行加工，根据不同的教学内容它可以转化为不同的教学法，最后生成学习结果。
这种教学以建构主义为理论基础，要求建立在有感染力的真实事件或真实问题的基础上去感受、去体验（即通过获取直接经验来学习）。确定这类真实事件或问题被形象地比喻为“抛锚”，有时也被称为“实例式教学”或“基于问题的教学”或“情境性教学”。其基本程序为：创设情境——确定问题——自主学习——协作学习——效果评价。该模式能培养学生的创新能力、解决问题能力、独立思考能力、合作能力等。
范例教学模式比较适合原理、规律性的知识。它遵循人的认知规律，即从个别到一般，从具体到抽象的过程，是德国教育实践家瓦根舍因提出来的。主张在教学中一般从一些范例分析入手感知原理与规律，并逐步提炼进行归纳总结，再进行迁移整合。其基本过程是：阐明“个”案——范例性阐明“类”案——范例性地掌握规律原理——掌握规律原理的方法论意义——规律原理运用训练。范例教学有助于培养学生的分析能力，有助于学生理解规律和原理。比较适合社会科学中的一些原理和规律教学。
它主要基于建构主义的认知理论，非常注意学生利用自己的先前经验对问题进行解释。其基本教学程序是：出示现象——解释现象的形成原因——现象的结果分析——解决方法分析。在教学中，某种现象往往是以材料的形式出现的，学生要能通过现象揭示其背后的本质。有助于培养学生的分析能力、综合能力。
依据信息加工理论，加涅认为不同的学习类别需要不同的学习条件，并能产生五种类型的学习结果：言语信息、智力技能、认知策略、动作技能、态度。加涅按照电脑加工信息的步骤，提出九步教学法：引起注意——告知目标——刺激回忆先决条件——呈现刺激材料——提供学习指导——引发业绩——提供业绩正确程度反馈——评价——增强保持与迁移。他认为学习这九个阶段可分为三个部分，即准备、操作和迁移三个部分。
美国著名教育心理学家奥苏贝尔是认知结构理论的具体化的实用者，他围绕着认知结构提出的上位学习、下位学习、相关类属学习、并列结合学习和创造学习等几种学习类型，为新旧知识是如何组织的提供了一条较有说服力的解释。依据他的“有意义接受学习”理论，“先行组织者”教学策略，动机理论，形成教学模式，其基本程序是：提出先行组织者——逐步分化——综合贯通。这种教学模式既有利于学生掌握知识，又有利于学生发展智力。
它是一种通过小组形式组织学生进行学习的一种策略。小组取得的成绩与个体的表现是紧密联系的。约翰逊（D.W.Johnson，1989）认为合作式学习必须具备五大要素：个体积极的相互依靠，个体有直接的交流，个体必须都掌握给小组的材料。个体具备协作技巧和群体策略。合作式学习有利于发展学生个体思维能力和动作技能，增强学生之间的沟通能力和包容能力，还能培养学生的团队精神，提高学生的学业成绩。
发现式学习是培养学生探索知识、发现知识为主要目标的一种教学模式。这种模式最根本的地方在于让学生像科学家的发现一样来体验知识产生的过程。大致步骤如下：问题情境——假设与检验——整合与应用。发现式教学法能提高学生对知识的保持，可增加学生的智慧潜能，激励学生的内在动机，引发其对知识的兴趣，获得了解决问题的技能。适合于低年级的教学，在课堂上运用太费时间，难以掌握。
此外，还有研讨教学模式、基于前概念的探究教学模式等。