奥苏伯尔把“认知结构”定义为“个体的观念的全部内容和组织，或者就教材而言，指个体的特殊知识领域的观念的内容和组织”，即它既指学习者的全部知识的内容和组织特征（广义而言），又指学习者在某一特殊领域的观念的内容和组织特征（狭义而言）。所谓实质性的联系，即非字面性联系，指新知识与认知结构中已有的表象、已有意义的符号、概念或命题的联系。例如，小学生学习“等边三角形是有三条等边的三角形”这一定义时，其认知结构须预先具备“三角形”和“等边”的概念，这样才能将原有的一般“三角形”概念或表象加以改造，产生新的“等边三角形”概念或表象，也就是说两者建立了实质性联系；所谓“非人为性联系”，即非任意联系，是指符号所代表的新知识与认知结构中的原有有关观念在合乎理解的逻辑关系上的联系。比如，上例中的“等边三角形”概念与学生认知结构中的一般“三角形”概念的关系就不是人为性的或任意性的关系，而是符合一般与特殊的逻辑关系的。奥苏伯尔的认知结构观与皮亚杰不同的是：皮亚杰的认知结构含有个体先天的成分，如吸吮图式、抓握图式，新的图式是在先天遗传图式基础上，在与后天环境的作用中，借助同化与顺应功能形成的，而奥苏伯尔的认知结构不包含这种遗传成分，纯粹是后天习得的学科知识实质内容及其组织。
奥苏伯尔认为，有意义学习的进行须具备3个前提条件。
一是学习材料必须具有逻辑意义，它指的是学习材料本身“与人类学习能力范围内的有关观念可以建立非人为性的和实质性联系”[37]，机械学习的材料（如无意义音节或配对联想学习词表）是无法建立这种联系的。
二是学习者必须具有有意义学习的心向。它指的是学习者在学习新材料时，须具有积极主动地将新材料与认知结构中原有观念联系起来的心理倾向性。缺乏这种倾向性，对新材料按字面死记硬背，充其量是机械学习，而不是意义学习。
三是学习者的认知结构中必须具有同化新知识的原有适当观念。
以上3个条件在有意义学习中缺一不可，第一个条件是外部条件，第二个和第三个条件是内部条件，其中学习心向属于非认知因素，认知结构变量属于认知因素。奥苏伯尔认为，在学校教学条件下，学生学习的材料一般都符合学习的第一个条件，值得更多关注的是学生的心理准备和原有认识基础，讲解式教学只有在满足了上述3个条件后才是有意义的教学，才是学校传授文化科学知识的基本形式。
三、论认知发展的阶段和学习类型
奥苏伯尔赞同皮亚杰儿童认知发展的阶段划分理论，根据皮亚杰的认知发展四阶段理论，奥苏伯尔稍加发挥，指出：“决定各个阶段划分的依据与其说是它们所涉及的逻辑过程的类别，不如说是这种过程所依据的资料的抽象程度。”[38]据此，他将儿童认知发展划分为前运算阶段、具体运算阶段和抽象逻辑阶段。
一是前运算阶段大约相当于学前期。这一时期的儿童在奥苏伯尔看来只能从具体感性经验中进行抽象，即所谓的一级抽象或初级抽象（primaryabstraction）。通过这种抽象，儿童获得一般事物的表象。比如，儿童获得“树”的表象是因为儿童亲眼见过各种树且又听过成人说“树”，通过概括而形成，这一过程就是一级抽象。一级抽象使儿童获得大量的一级概念或初级概念，以此为基础，借助儿童在日常交往中的直觉形式掌握的句语规则，儿童便形成了包含一级概念的命题，如“猫爬上树”等。一级抽象的概念是通过大量正、反例形成的，抽象过程是假设、检验和概括的过程，从学习方面看，属发现学习。
