1.陈述研究的问题并提出研究假设
要以简明扼要的文字说明研究问题及研究假设。例如，高中二年级数学推理能力的实验研究，研究问题是“在高中二年级发展学生的数学推理能力”，研究假设为“高中二年级是学生形成数学推理能力的转折点，在抽象逻辑思维的基础上借助于数学的公理、定理和定义可以发展学生的推理能力。”
2.确定实验处理
“处理”就是对实验中自变量的操纵。一个实验起码有两种以上的不同“处理”。比如研究中学生数学运算技能形成的途径，自变量是多项式运算技能的形成方式，实验组采用“按阶段形成”的方式，控制组采用“一般讲解练习”的方式。
若实验不仅要研究新编教材的特点，而且要研究什么教学方法更适合于新教材，这就涉及到教材（传统教材与新教材）和教法（讲授法与自学讨论法）两个变量以及它们之间可能存在的各种组合，也即需要更复杂的实验设计。
3.列举群体、样本、实验单位和抽样
群体指样本的总体。要研究中学生数学素质的形成，那么目标总体就是在校学习的中学生。接近总体则是指实验进行的具体单位、场所的样本。实验单位，可以是个人、班级，也可以是一个学校、团体。样本是从总体中抽取的、对总体有代表性的一部分个体。它是能够代表总体一定数量的基本观测单位。样本中所包含的个体的数量称为样本容量。取样是指遵循一定的规则、从研究总体中抽取一定数量的有代表性的研究个体，其目的在于用一个样本去得到关于这个总体的信息及一般性结论，从样本的特征推断总体特性，从而对相应的研究作出结论。
4.选择因变量及适当的测量手段
通俗地讲，就原因与结果来说，原因就是自变量，而结果则为因变量。对因变量的测定，要选择合适的技术手段，目前已研制出多种微机统计和测量软件，研究人员应对其加以选择掌握，在研究中予以使用。
5.判定该实验需要控制的无关因素，选择控制方法，设计控制过程，预测控制的程度
所谓无关因素是指那些在实验研究中除所规定的自变量外的一切能影响实验结果的因素。由于不可能做到控制所有干扰，因此，要集中考虑影响实验因变量的主要因素，而对实验影响不大的因素则可忽略不计。例如，要研究如何分配复习时间才能收到较好的语文复习效果，自变量是复习时间的分配形式，因变量是测试成绩，而被试的智力水平、语文成绩、复习时间总量等是需要控制的无关变量。
6.选择合适的实验设计并提出伴随这个设计的统计假设
教育实验有多种设计类型，现列举较常用的三种类型。
（1）单组前后测设计。
特点：只有一个被试组且不是随机选择，无控制对照组；仅一次实验处理；有前测和后测，利用前后测的差异来作为实验处理效应。
优点：首先，因为有前后测，可以在处理前提供有关选择被试的某些信息。其次，通过前后测，可以提供每一被试在实验处理前后两次观测条件下行为变化的直接数据，能明显地体现实验处理效果。再次，被试兼作控制组，因而便于估计被试个体态度对实验效果的影响。
例：“小雨点”实验与差生转变。[1]
研究问题：教师赋予差生“高分”在转变差生中的作用。
研究假设：教师赋予差生“高分”能培养学生学习兴趣，增强学习自信心。
实验处理：通过学习，每天练习几题，建立每题得分档案，尽可能使差生取得“高分”。
样本：宁波初中段10个班级。
因变量测定：差生数学学习兴趣，学习成绩。
实验设计：单组前后测。
前测：差生在“小雨点”实验前数学学习兴趣、成绩。
后测：差生在“小雨点”实验后数学学习兴趣、成绩。
（2）不等控制组设计。
特点：
1）有两个组（实验组与控制组），一般在原有环境下自然教学班、年级或学校进行，不是随机取样分组，因此控制组与实验组人数可能不等。但要尽量使组间平衡，如在年龄、初测成绩、身体情况、家庭、学校教学设备、学习时间等方面大致相当。
2）都有前后测。
优点：由于此实验设计可以控制一些无关因素，可以提高实验的内在效度。
例：中学数学“学导法”实验与学生数学素质中的作用。[2](www.xing528.com)
研究问题：“学导法”在培养学生数学素质中的作用。
研究假设：利用“学导法”比“讲授法”更能培养学生数学素质。
实验处理：
1）实验班按“学导法”进行教学。
2）对比班按“讲授法”进行教学。
样本：某中学高一年级各两个班。
因变量测定：认知成绩，阅读能力，思维水平。
条件控制：同一教师教学，统一作业数量，利用同样教学用书及教学参考书，初中数学基础相近。
实验设计：不等控制组设计。
这类实验设计的统计分析，一般是将实验组与控制组在因变量方面取得的增值分数进行比较以估计实验处理的效果。两组增值分数平均数差数的显著性达到更精确的水平，还可用平方差分析。
（3）实验组、控制组前后测设计。
特点：随机分组；实验组接受实验处理，控制组则不给予实验处理；两组均进行前后测。
优点：由于利用随机分组方法分出两个等组，所以可以控制“选择”、“被试缺失”等因素对实验结果的干扰；都进行了前后测，便于作对照比较。
研究结果的统计分析：如果两组前测分数的平均数基本相同（基本等值），则将通过得到的两组平均数之差数进行有关两个独立组平均分数的差异检验。差异显著，则说明这种差异是实验处理的结果。
如果前测中发现两组不等值，则必须参照前测成绩对后测成绩作相应的分析与修正，对两组后测的增值平均数进行比较，求出两组变化分数，再进行差异检验。
例：解题思维策略训练提高小学生解题能力的实验研究。[3]
研究假设：专门系统地进行解题思维策略训练可以提高学生解应用题的能力。
实验处理：
1）实验组——用自编教材，讲解5种解应用题的方法（图解法、结构训练法、联想法、假设法和对应法），每周3次，每次1节课，共七周20节课。
2）控制组——不讲，只做练习。
总体目标：小学六年级学生。
接近目标：Z市某小学六年级两个班（六个班中取学习成绩最好的和最差的）。
样本大小：94人，平均年龄12岁零3个月，其中实验班47人（男22，女25），控制班47人（男24，女23）。
因变量：学生解应用题能力。
条件控制：
1）随机取样（对学生进行33分钟的学习能力测验，15分钟的数学基础知识测验，80分钟的数学难题训练），把分数相差3分的学生配对分组，删去4名条件相差太大的学生，随机分成两个等组。
2）同一教师教。
3）前后测相同（测验时间与要求前后测一致）。
4）练习内容相同。
实验设计：实验组、控制组前后测设计。
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