实验法对中小学教育研究起着非常重要的作用。近十几年来，适应教育改革的需要。我国中小学教育实验逐步得到推广，中小学校长从事教育改革实验，必须掌握教育实验的基础知识。
一、实验法概述
实验法是通过主动变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果联系的一种科研方法。其主要特点有：第一，主动变革性。观察与调查都是在不干预研究对象的前提下去认识研究对象，发现其中的问题。而实验却要求主动操纵实验条件，人为地改变对象的存在方式、变化过程，使它服从于科学认识的需要。第二，控制性。科学实验要求根据研究的需要，借助各种方法技术，减少或消除各种可能影响科学的无关因素的干扰，在简化、纯化的状态下认识研究对象。第三，因果性。实验以发现、确认事物之间的因果联系为直接宗旨和主要任务，本质上是按因果推论逻辑设计与实施的，它是揭示事物之间的因果联系的有效工具和必要途径。
揭示研究对象的因果联系是科学研究的主要任务。一般认为，要确认A、B两变量中，A是B的原因（B是由A引起的），必须满足三个条件：第一，共变关系，即A变B也变。如果A变B未变，则不能肯定A是的原因。第二，时间顺序，即A在B前变，或与B同时变化。如果B先于A变化，则也不能肯定A是B的原因。第三，控制原则，必须在排除A之外的一切可能对B发生影响的情况下，才能确定A是B的原因。观察法、调查法都是对自然发生的现象进行描述、归纳与分析，不能主动操纵、干预研究对象，难以排除原因与结果之外第三变量的干扰，最终也很难确认事物间的因果联系，只能对某种可能性的原因进行推测。与观察法、调查法相比较，实验不仅常利用实验组与控制组的对比来确定变量的共变关系。用预测与后测来了解实验前后情况，决定变量发生变化的时间顺序，而且更重要的是采用各种控制方法、技术来改变研究对象的存在状态，排除了无关因素的干扰，从而满足了因果推论的第三个条件，成为揭示变量间的因果联系的有效方法。与哲学方法相比较，实验将事物间的因果联系以可经验方式显现出来，最终不是靠思辨的力量而靠事实的说服力，不是由推理的逻辑而是以操作性的实践，不是以定性的方式而是以定量的方法来证明、确认研究对象的因果联系的客观存在，保证了研究过程的可重复性、结论的可检验性和认识结果的客观性。
实验方法也有它自身的局限性：第一，科学研究中的许多变量是无法操纵、控制的，不能通过实验法去研究。原因与结果处于不同层次，许多原因往往不能直接观察到，而需在事物的深层结构和内在机制上加以理解性解释。第二，实验控制有时使实验情境与实际生活情境存在一些差距，从实验隋景中获得的结论并不完全适用于实际生活情景，它还需要通过广泛的实践作进一步的检验。第三，实验过程本身离不开理论假设的引导，离不开对研究对象的观测，从某种意义上说，实验是观察调查与理性思辨的综合运用。
二、教育实验的三种基本方法
教育实验的方法基本上有三种，即单组实验法、等组实验法和循环实验法（或称轮组实验法）。
1.单组实验法
单组实验法是向一个或一组研究对象，施加某一个或数个实验因子，然后测量其所生的一种或数种变化，借以确定实验因子的效果如何。单组实验法可以用下面这个基本公式来表述：
S——（IT——EF1——FT——C1）
——（IT——EF2——FT——C2）
C=FT－IT实验结果=C1－C2
符号解释：
S=实验对象IT=初次测验EF=实验因子FT=末次测验C=产生的变化——表示实验进程前后连接顺序－表示减号例如，为了解决中学或小学某一学科的教学质量问题，可以有两个假设或答案，一个是认为甲种教学方法好。另一个是认为乙种教学方法好。为了确定究竟哪种教学方法好，我们就可以考虑在一个班级里采用单组实验法。这时，甲种方法和乙种方法就是我们打算实验的两个实验因子（EF1和EF2）。这个实验班级就是实验对象（S）。在即将实行甲种方法之前，要举行一次测验叫做初试（IT）。已经用过甲种方法之后，再举行一次测验叫做末试（FT）。拿两次测验的成绩一比较，便求出所产生的变化来（C=FT－IT）。用同样的办法再把乙种方法实验一次，以求出用乙种方法所产生的变化（IT—EF2—FT—C2）。最后，把这两次所产生的变化加以比较（C1－C2），就可以知道到底哪一种方法的效果比较好。这时候实验的结果便求了出来。
采用单组实验法是有条件的。不具备以下这些条件就不能实行单组实验法：
（1）后一实验因子在实验对象中所产生的变化，必须不受以前实验因子的影响。
（2）由其他混杂因子所产生的影响，在实验的前一阶段（EF1）与后一阶段（EF2）应该是一样的，或无关紧要的。
（3）测验必须准确。两次测验分数所表示的难度应该一样，以避免使实验对象由于逐渐掌握测验技术而在后面的测验中得到高分。
2.等组实验法
以不同的实验因子分别施行于两个或几个情况基本相同或相等的组，然后比较其所生的变化。这种方法叫做等组实验法。等组实验法的基本公式如下：
S1——（IT——EF1——FT——C1）
S——（IT——EF2——FT——C2）
实验结果=C1－C2
如果实验因子加多，组数也要相应增多，公式亦可相应地加长：
S3——（IT——EF3——FT——C3）
那么实验结果就是把C1、C2、C3三种变化互相比较。
等组实验法要求的最重要的条件是各组必须尽量均等。均等的含义是，各组除实验因子外，所有能影响实验的其他因素，特别是实验对象的原有水平，必须基本相同或相等。怎样使各组均等？
一般有以下这些方法：
（1）随机取样法
这是按自然呈现的机会来分组，常用的方法有：
①抽签法
把参加实验的学生的名字或号数写在纸片上，混匀以后，按需要抽足各组人数。
②排列法
先把参加实验学生的名字按笔划或汉语拼音字母等方法，排成固定的顺序，然后再按这个顺序每隔几个抽取一人，抽足各组实验需要的人数。
（2）测量选择法
随机取样法虽然简便省力，但一般只在人数太多的情况下才用它，而且严格说来，这种方法未必能使各组均等。为了更进一步做好均等工作，一般采用测量选择法。这是把参加实验的对象统统测量一下，然后根据测量的结果，予以合理的选择与分配。
为了使各组均等而编制或采用的测验，必须合乎实验因子的要求。例如，如果打算用等组法来测验实验两种数学教学方法的效果，那么所要测量的就是学生原来的数学水平。测量的结果出来后，就按分数多少的顺序排列好，然后再按排列顺序上的位置，把他们均等地分在各组里面。为了使各组真正均等，在实行分组的时候往往采取下列各种方式：
A式甲组1458912…
乙组23671011…
（数字代表按分数排列的顺序位置，下同）
B式甲组1671213…
乙组2581114…
丙组3491015…
以上A式是分两个等组的方法，B式是分三个等组的方法。组数再多时仍可依此类推，这样的分组法就不会使任何一组常占优势。为了使各组的均等更接近于理想，可在依前法分组以后，再求得各组的平均分数而加以比较，若仍发现有彼此悬殊的情况，就可把这一组中分数较高的人和那一组中分数较低的人加以调换。另外，仅仅在总平均分数上相等还不算相等，还必须在差异量数（如平均差，标准差等）上也力求相等，只有这样才能使两组在原有水平上更接近于真正均等。
（3）逐个分配法
按照一定的有关标准，对实验对象一个一个地进行考查，然后将每两个（或三个）情况相同的对象分别分配到两个（或三个）不同的组中。这样，既然每次分配的对象都是相等的，那么，由他们分别组成的两个（或三个）的组别当然也就是相等的了。
如果由于行政上的原因，把原来的班级分成两个均等的组有困难时，也可以不把原来的班级打破，只需在计算成绩求得实验结果时，把影响均等的部分学生除掉，不列入计算就可以了。
等组实验法虽然比较麻烦些，但是它有两个优点是单组法所不及的：①实行等组法可以免去这一个实验因子对于那一个实验因子的转移影响，因为两个不同的实验因子是在两个不同的组里施行的，自然不会彼此影响了。②两组所用的测验单位（即分数难度）容易相等，学生在各方面进步的速度，前后往往有相当的差别，以致形成前后测验单位实质上的不相等。这在单组法里是无法避免的，用等组法就可以不怕有这些情形了。因为两组各方面的情况既然都是一样，这一组在进步速率上所受到的影响和另一组所受到的大致相同。这样，采用原来的测验单位。无论哪一组就都没有什么比较吃亏或占便宜的地方了。
3.循环实验法或轮组实验法
等组法虽然比较单组法有许多优点，但要想得到真正相等的各组，却也不是一件简单容易的事。为了一方面避免单组法所受条件的严格限制，另一方面省却均等分组的麻烦手续，于是就有循环实验法的产生。循环实验法也叫轮组实验法，它是把各实验因子（不管是几个），轮换施行于各组（各组不必均等），然后根据每个实验因子所发生变化的总和来决定实验的结果。循环实验法的基本公式如下：
S——（IT——EF1——FT——C1）——
（IT——EF2——FT——C2）
S——（IT—一EF2—一FT——C3）——
（IT——EF1——FT——C4）
EF1=C1+C4EF2=C2+C3
实验结果=（C1+C4）－（C2+C3）
如果实验因子变为三个，那么实验组别也应增为三个，每组仍对所有实验因子轮流实验一遍，各实验因子的次序应像下面的办法来排列：
S——EF……EF……EF3
S——EF……EF……EF1
S——EF……EF……EF2
这样的排列方法使每一个实验因子不但在各组中循环了一遍，而且在实验次序的每一个地位上也都循环了一遍。这就不至于使某一实验因子由于总是排列在最先、最后或中间而蒙受有利或不利的影响。
循环法和单组法、等组法比较起来有着以下一些优点：
（1）循环法可以减少无关的混杂因子的影响。例如实验的目的是在比较甲乙两种教学法的效果，那么实行两种教法的两位教师的教学水平之高下，以及两班学生家庭环境的好坏等都算是与实验目的无关的混杂因子。在循环法中，两种教法（两个实验因子）都被每个教师所实行过。都在每一班学生中实行过，所以，即令教师教学水平有高下、学生家庭环境有好坏，由于循环的结果，把这些差异的情形所产生的影响平均匀配给各个实验因子，对于每个实验因子都无所偏向，因而也就没有什么关系了。
（2）在循环法中，由于各个实验因子的次数加多，因而可以使实验结果的正确性增加。
（3）循环法不必要求各组均等，因而省却均等组别的麻烦。
总之，以上三种实验方法各有利弊。单组法的好处是容易实行，而短处是所受条件限制太严格，尤其是对后一实验因子所受于前一实验因子的影响无法去除。等组法虽然可以弥补单组法的短处，然而在均等各组上又增加了许多新的困难。循环法算是把以上两种方法的缺陷都给弥补起来了，然而各实验因子被实验的次数却又都增加了，这样就自然又增添了许多麻烦。
三、教育实验的实施
经过选定实验课题，提出实验假设，进行实验设计，编制实验方案等一系列步骤，便进入实验方案的实施阶段。这一阶段的主要工作有以下几方面。
1.教育实验对象的选择及均等处理
选择实验对象（一般情况为实验班），需根据实验课题的特点和要求。不同的课题有不同的研究目的；不同的研究目的要求不同的研究对象。比如，实验研究超常儿童的教育问题，就需通过智力测量选择那些达到超常标准的儿童为实验对象。而对于常态儿童中某项教育教学问题的研究，目的在于推广其实验成果，这就需在准备推广的范围内选取有代表性的儿童即可。
第一步，摸清情况。准备从哪个群体中选择实验班。需先对那个群体（年级）的思想品德、学业成绩、学习风气等方面情况了解清楚。如果准备从起始年级选择实验班，更需作较全面的调查和测验。主要目的在于了解实验前的基础水平，同时为选择实验班提供依据。调查和测验的项目一般为：（1）学生家庭成员的姓名、性别、年龄、文化程度、职业等。（2）学生思想品德表现。（3）学生学业成绩及摸底测验项目的成绩。（4）兴趣、特长等方面情况。（5）与实验课题的研究内容相关紧密的某些问题。
第二步，计算出上述摸底测验项目的标准分数和标准总分数（对学生思想品德表现可以量化也可作为综合平衡的依据）。
标准分数又称基分数或Z分数，是以标准差为单位表示一个分数在团体中所处位置的相对位置量数。计算公式为：Z=Z-XS式中X代表原数据（即每个学生每项测验所得分数）；X代表一组数据的平均数（即某项测验的全班平均分数）；S代表标准差（公式及计算方法见下文）。将每个学生各项测验的标准分数相加，即为他的标准总分数。
第三步，根据各人的标准总分数自高而低排出名次。再按照名次序数，均等分班。这里以分为三个班为例甲159101418……
乙267111516……
丙348121317……
分得结果，甲、乙、丙三班的序数和应相等；同时，也应注意到男女性别的均等分布。
第四步，从均等处理后的几个班里任选一或两班作实验班，其余的为对照班。
2.教育实验组织的落实
如本章开头所述的教育实验一系列实际步骤可能是在已经建立起来的组织领导下进行的，这就不存在此问题了。然而，常有这种情况：上述工作是实验主持人吸收有关人员进行的，实验的组织领导系统并未明确地建立，这就需要落实。因为，组织领导系统对实施方案的实施具有特别重要的意义。
（1）组建“三结合”的教育实验领导机构
除教师个人开展较小的专题实验，一般的带有综合性的整体实验（如学制实验），都建立由教育行政部门、科研部门、学校三方人员组成的领导小组。其人数视需要而定，一般5至7人。设组长1人，副组长1至2人。三方人员密切合作，担负实验的组织领导工作。教育行政人员多负责实验的宏观规划、管理，实验人员的调配，实验的评估、推广，实验法规的制定及实验经费的筹措等。科研人员多负责实验理论和方法的指导，或直接参与实验过程。学校人员则应积极协调几方面人员力量，直接具体地组织实验方案的实施，发挥主体性作用。
（2）建立教育实验研究机构