Robert Mills Gagne adalah seorang psikolog pendidikan Amerika yang melakukan penelitian mengenai fase-fase belajar, tipe-tipe kegiatan belajar, dan hirarki belajar. Dalam penelitiannya ia banyak menggunakan materi matematika sebagai medium untuk menguji penerapan teorinya.
Gagne mengembangkan teori belajar yang merupakan perpaduan yang seimbang antara behaviorisme dan kognitivisme, yang berpangkal pada teori pemrosesan informasi. Rangsangan dari lingkungan akan mempengaruhi individu dalam proses pembelajaran. Kondisi eksternal ini oleh Gagne disebut "Gagne's Nine Levels of Learning" yang merupakan proses sistematis yang memiliki pendekatan behavior dengan fokus pada hasil atau perilaku selama proses pembelajaran.
Sembilan tahap proses kognitif (Gagne's Nine Levels of Learning) yang terjadi dalam kegiatan belajar yaitu:
- Memberikan tahapan (gain attention)
- Menginformasikan siswa tentang tujuan pembelajaran (inform learners of objectives)
- Dibangun atas pengetahuan yang telah lalu (stimulating recall of prior learning)
- Menyajikan pembelajaran sebagai rangsangan (presenting the stimulus)
- Memberi panduan belajar (providing learning guidance)
- Menampilkan kinerja (eliciting performance)
- Memberikan umpan balik (providing feedback)
- Menilai kinerja (assessing performance)
- Meningkatkan retensi / ingatan dan transfater pengetahuan (enhancing retention and transfer)
 Berdasarkan tahap di atas, proses belajar mengajar dimulai dengan menarik perhatian siswa, sehingga siswa termotivasi dan bersemangat untuk belajar. Setelah siswa termotivasi, guru bisa menginformasikan manfaat atau tujuan dari pembelajaran. Siswa menjadi mengerti mengapa harus mempelajari materi tersebut, dan diharapkan akan lebih aktif selama proses pembelajaran. Dengan demikian siswa dapat melihat nilai-nilai yang akan didapat dan kemungkinan akan lebih termotivasi untuk belajar.
      Guru kemudian mengingat kembali pengetahuan atau keterampilan yang telah dipelajari sebelumnya. Ini akan membatu siswa dalam menerima pelajaran yang akan diberikan. Guru menentukan bahan apa yang harus diajarkan dan memilih bentuk kegiatan apa saja yang akan disajikan sehingga proses pembelajaran berjalan lancar. Bantuan dari guru sangat diperlukan agar mudah mencapai tujuan pelajaran atau kemampuan - kemampuan yang harus dicapai pada akhir pembelajaran.
      Pada tahap selanjutnya, guru meminta siswa untuk menampilkan kemampuannya dalam bentuk tindakan yang dapat diamati oleh guru. Guru bisa memberikan beberapa kesempatan kepada siswa untuk menerapkan pengetahuannya dan mencoba keterampilan barunya. Guru bisa memberikan umpan balik, sehingga siswa mengetahui apa yang harus dilakukan untuk mencapai tujuan yag diharapkan. Guru kemudian akan melakukan penilaian apakah tujuan sudah berhasil dicapai atau belum. Dan pada akhirnya guru membantu siswa untuk bisa menyimpan banyak informasi dengan menerapkan pengetahuan atau keterampilan yang telah dipelajari.
      Teori Gagne ini menarik untuk diterapkan ke dalam pembelajaran. Sebagai contoh pada pembelajaran di Taman Kanak-kanak. Ketika seorang guru TK melakukan kegiatan mengelompokkan mainan berbentuk segitiga, lingkaran, persegi panjang, dan persegi, maka langkah pertama yang dilakukan adalah menunjukkan semua mainan-mainan yang akan dikelompokkan tersebut kepada siswa (tahap gain attention).
Tahap selanjutnya guru akan mengajak siswa untuk mengelompokkan seluruh mainan tersebut berdasarkan bentuk dari mainan-mainan tersebut. Setiap kelompok mainan akan dimasukkan ke dalam keranjang yang berbeda (tahap inform learners of objectives).
Sebelum memulai kegiatan mengelompokkan, guru tersebut mengajak siswa untuk mengingat kembali bentuk-bentuk segitiga, lingkaran, persegi panjang, dan persegi. Guru bisa menanyakan bagaimanakah bentuk dari segitiga, lingkaran, persegi panjang, dan persegi (tahap stimulating recall of prior learning).
Guru menunjukkan kepada siswa bagaimana cara memisahkan masing-masing mainan. Guru akan memasukkan mainan segitiga ke keranjang merah, mainan berbentuk lingkaran ke keranjang hijau, mainan berbentuk persegi panjang ke keranjang kuning, dan mainan berbentuk persegi ke keranjang biru) (tahap presenting the stimulus).
Pada tahap berikutnya, guru memberikan panduan. Guru menempelkan contoh gambar segitiga di dekat keranjang merah, gambar lingkaran di dekat keranjang hijau, gambar persegi panjang di dekat keranjang kuning, dan gambar persegi di dekat keranjang biru. Guru membantu mengarahkan siswa untuk membandingkan bentuk mainan dengan gambar-gambar yang ditempel di dekat keranjang (tahap providing learning guidance).Â
