瑞士心理学家皮亚杰认为，儿童成长到12岁左右，其智力发展进入形式运算阶段。下面来介绍一下形式运算阶段。
儿童智力发展第四阶段——形式运算阶段（12~15岁）
上面曾经谈到，具体运算阶段，儿童只能利用具体的事物、物体或过程来进行思维或运算，不能利用语言、文字陈述的事物和过程为基础来运算。例如爱迪丝、苏珊和莉莉头发谁黑的问题，具体运算阶段不能根据文字叙述来进行判断。而当儿童智力进入形式运算阶段，思维不必从具体事物和过程开始，可以利用语言文字，在头脑中想象和思维，重建事物和过程来解决问题。故儿童可以不很困难地答出苏珊的头发黑而不必借助于娃娃的具体形象。这种摆脱了具体事物束缚，利用语言文字在头脑中重建事物和过程来解决问题的运算就叫做形式运算。
除了利用语言文字外，形式运算阶段的儿童甚至可以根据概念、假设等为前提，进行假设演绎推理，得出结论。因此，形式运算也往往称为假设演绎运算。由于假设演泽思维是一切形式运算的基础，包括逻辑学、数学、自然科学和社会科学在内。因此儿童是否具有假设演绎运算能力是判断他智力高低的极其重要的尺度。
当然，处于形式运算阶段的儿童，不仅能进行假设演绎思维，皮亚杰认为他们还能够进行一切科学技术所需要的一些最基本运算。这些基本运算，除具体运算阶段的那些运算外，还包括这样的一些基本运算：考虑一切可能性；分离和控制变量，排除一切无关因素；观察变量之间的函数关系，将有关原理组织成有机整体等。
为了解释此阶段儿童运算逻辑模式，同时也用于了解和确定形式运算阶段及此阶段的平均年龄范围，皮亚杰及其学派成员设计了一系列实验或测试题（皮亚杰作业），下面举几个例子加以说明。
1、 辨别液体实验
此实验用以观察形式运算阶段儿童是否能够考虑一切可能性的组合在被试面前放置5瓶不同的无色透明液体，分别标志1、2、3、4、5（如下图所示） 从一瓶或几瓶中取出少量液体，与从5中取出的少量液体相混合。这5瓶中液体分别是稀硫酸（瓶1）；水（瓶2）；过氧化氢溶液（瓶3）；硫代硫酸钠（瓶4）；瓶5是碘化钠溶液。主试向儿童显示化学演示，让被试儿童观看混合后的颜色反应。但不要让儿童知道混合了哪几瓶中的液体。演示后让儿童自己做试验，判断那一瓶或哪几瓶中的液体与瓶5中液体混合能产生特定的颜色（棕色），那一瓶或哪几瓶中的液体与5瓶中溶体混合不能产生棕色。
正确的答案是瓶1和瓶3的溶液加上5中的溶液形成棕色（生成碘），瓶2的水没有什么用处，只是为增加组合的复杂性而增加，瓶4中的液体妨碍棕色形成，或者如果已经形成棕色 ，它可以还原碘来消除棕色。
这一实验并不测验化学知识，只是测验儿童组合思维的能力。可以发现在儿童做此项试验，有的乱撞瞎碰，而有的却在找其中的规律性，大约14、15岁或以上形式运算阶段的青少年能按五瓶溶液的顺序①②③④⑤进行配合：①+②，①+③，①+④，①+⑤，接着②+③，②+④，②+⑤……去概括，揭示其中的规律，得出正确答案。
2、 看不见的磁力
试验的材料是带着8个扇形的一块大的园木板，相对的扇形在颜色相配。在相配的扇形上是数对盒子，其中一对闪着光亮的盒中装有隐藏在蜡中的磁铁。被试不知道隐藏中的磁铁，让被试解答问题：为什么中央的金属条每时每刻总指向同一对盒子而不是指向放置在园面周围的其余盒子。为了归纳出金属条是被磁力所吸引的结论，被试必须做出假设演绎并证实演绎的正确性。假设演绎能力正是形式运算阶段儿童的思维的最基本特征。
3、 颜色的组合
实验出示6堆10个一组的木片，每一堆的颜色不同，要求被试找出颜色没有重复的任何一对，并穷尽全部可能的组合。指示被试设计一个完整的组合系统。完整地组成15对。算是成功地完成了这个试题。此实验是研究儿童的推理水平。
4、 比例问题
实验材料包括两个人物模型，（一个高，一个矮）、园形钮扣及回形针。让儿童先用钮扣分别测高个子和矮个子的身高，例如测得高个子身高是6个钮扣，矮个身高是4个钮扣。然后再让儿童用回形针测量矮个的身高为61回形针，但却不许用回形针测高个的身高，而要求儿童根据已有的条件算出高个的身高来。
其他还有很多各种试验题，分别检测儿童形式运算思维所应具备的各种能力。实验中特别重视儿童得出某一答案的理由而拘泥于答案的精确性。这些试验题与话结合即皮亚杰所创造的临床法。
形式运算思维是儿童智力发展的最高阶段。
在此有两个问题应加以说明：
（1）并非儿童成长到12岁以后就都具备形式运算思维水平，近些年在美国的研究发现，在美国大学生中（一般18-22岁），有约半数或更多的学生，其智力水平或仍处于具体运算阶段，或者处于具体运算和形式运算两个阶段之间的过渡埋藏。
（2）15岁以后人的智力还将继续发展，但总的来说属于形式运算水平，可以认为，形式运算阶段还可分出若干个阶段，有待进一步研究。皮亚杰认为智力的发展是受若干因素影响的，与年龄没有必然的联系。所以达到某一具体阶段的年龄即使有很大的差异并不构成皮亚杰理论的重大问题。
