实验研究是心理与教育科学研究的最重要形式之一。它是各类研究方法中惟一能确定因果关系的研究方法，使心理学与教育科学的研究工作在客观性和准确性方面都得到了很大的提高，在相关领域的研究中发挥着越来越重要的作用。本节介绍了实验研究的特点与功能、实验研究设计的一般内容与标准及实验研究设计的基本方法，并对研究结果的分析与解释进行了说明。
一、实验研究的特点与功能
（一）实验研究的界定与特点
心理与教育科学研究中的实验研究（experimental study）是指在观察和调查的基础上，对研究的某些变量进行操纵和控制，创设一定的情景，以探求心理与教育现象的原因与发展规律的一种研究类型。由此，实验研究与描述研究及相关研究的根本不同，在于实验研究强调由研究者对实验变量进行操纵与控制，并对变量间的因果关系作出解释。实验研究者可以通过各种手段去除其他无关变量的影响，控制变量自身的条件，并把因果关系的发生限定在所研究的变量之间及研究者规定的变量水平上。实验研究所获得的结果具有较大的可靠性，得到的结论也可以在相同的条件下，由其他研究者重复进行，以资证明。
在实验研究中，涉及的变量有三种类型：自变量（或自变项）是研究者引入实验中，假设为原因（cause）的一类变量。因变量（或依变项）则是研究者从实验中获得，假设为结果（effect）的一类变量。在实验研究中，研究者正是通过对自变量进行操纵，建立实验处理，然后对因变量进行测量与观察，检测自变量是否对因变量具有因果关系的影响。心理与教育实验中的自变量范围甚广，既可以是各类外在的物理与社会环境变量，如实验心理学中的颜色、声、光等物理刺激，教育心理学中不同的教材或教学方式，社会心理学中各种人为设定的社会生活情境等；也可以是被试自身固有的特征，包括性别、年龄、智力水平、家庭社会经济地位等；还可以是实验者临时对被试特征进行的改变，如出声思维、疲劳、不同程度的感觉剥夺等。因变量则是实验者所观测到的被试不同方面的改变，如反应正确率、反应时间、行为变化、态度改变等等。在实验中，研究者希望观测到自变量对于因变量的简单因果作用，但是由于心理与教育现象的复杂性，影响因变量的尚有众多其他变量，这些变量是研究者不准备纳入研究中的，但却需要对其进行控制，避免对因变量产生影响，这一类变量统称为无关变量（irrelevant variable）或控制变量。无关变量贯穿整个实验研究过程，包括实验变量、实验设计、实验程序、实验观测方法、结果分析与解释等各个方面。
实验研究是心理与教育科学研究中的重要研究类型。作为与描述研究、相关研究等非实验研究相对应的一种研究途径，实验研究具有以下特点：
1.人为操纵或控制变量，创设实验情景，将复杂的心理与教育现象以“简化”和“纯化”的方式展现出来，使得心理与教育科学研究更为简便。
2.以分解式的研究观念为基础，将整体对象分解为各个特征，并以变量的形式予以表现。
3.实验前需要进行全面、严格的实验设计，包括被试的选择、研究的材料与工具、实验程序、统计分析方法等。
4.研究者持客观化立场，强调与被试保持中立的关系，以免造成变量的“污染”。
5.利用“假设-检验”的研究程序，事先建立研究假设，通过实验结果及量化分析，得到经过严格检验的因果关系结论。
6.研究程序具有可重复性，可由不同的研究者创设相同的实验情景对实验结果进行检验。
（二）实验研究设计的类型
根据实验研究设计的不同水平，实验研究设计的类型可以分为前实验设计、准实验设计与真实验设计。
1.前实验设计（pre-experimental design） 对实验中涉及的无关变量几乎没有任何控制，因而实验效度非常低，所以通常把前实验设计称为非实验设计non-experimental design），研究者一般很少采用。但是，前实验设计包含了实验的两个基本要素：实验处理与测量，故而与非实验研究尚有一定区别，同时它也是其他实验设计发展的基础。前实验设计主要有三种类型：单组后测设计、单组前后测设计与静态组比较设计。单组后测设计（one-group posttest-only design）是对一组被试实施实验处理，再对其进行测量，评价实验处理的效果。这种设计对无关变量没有任何控制，难以评判实验处理的作用。单组前后测设计（one-group pretest-posttest design）是在实验前增加一次处理，由前测与后测的比较来衡量实验处理的效果，较之于单组后测设计略为完善一点。但对于无关变量的控制仍然较软弱，研究者无法确知实验结果是由实验处理引起的，或是由实验进程中的练习、成熟等干扰因素造成的。静态组比较设计（static-group comparison design）则设置一个不接受实验处理的控制组，通过实验组与控制组之间的比较，检测实验效果。静态组比较设计对影响实验效果的无关变量进行了一定的控制，但它缺乏前测，实验组与控制组被试的抽取又不是随机化进行的，所以，仍然不能很好地证明实验处理的影响。这种缺陷直到真实验研究出现以后才得到全面的解决。
2.真实验设计（true experimental design） 研究综合了随机化抽样与安排，前测与后测结合、控制组与实验组比较等方法，对影响实验内部效度的因素进行严格而充分的控制，因而成为心理与教育实验的重要方法。真实验设计的主要不足在于实验的外部效度不够，结果不能很好地外推。
3.准实验设计（quas iexperimental design）则以现场实验为主要取向，在对无关变量最大限度控制的基础上，保证实验情境与现实生活的贴近性。这种设计十分符合心理与教育科学研究的实际需要，因而成为应用面极为广泛的实验研究设计，在心理与教育的各个层面均非常有效。在本节接下来的介绍中，将主要讨论真实验设计与准实验设计。
二、实验研究设计的一般内容与标准
实验研究设计（experimental design）是实验研究的中心问题。从广义上讲，实验研究设计是对实验研究全过程的预先筹划，包括问题提出、假设形成、变量选择、结果分析及论文写作各个环节。狭义上的实验研究设计，则是指如何确定与安排实验中所需的各类变量及变量结构，包括建立假设、确定自变量与无关变量、确定被试数目与抽样方式、确定被试分配与实验处理的方式、确定因变量及其观测方式、确定结果的统计分析模式等。实验研究设计通常以符号与图表的形式呈现，常用的符号及其意义说明如下：
R：被试的随机分组与随机处理
X：实验处理与处理水平的结合（由研究者操纵的实验变量）
O：观测或测量的结果（常以分数表示）
C：实验的控制（由研究者控制的变量）
衡量一项心理与教育实验研究设计的好坏，可以参照以下标准：
1.成功的实验控制 将影响实验的所有因素进行完善的控制，各类因素的不同效应能够得到明确的区分，避免相关变量之间的干扰。
2.可推广性与代表性 实验没有过多的人为条件，接近自然实际，可以推广到非实验设定的其他情境；实验的结果来自总体的实际抽样，具有一定的代表性。
3.可比较性 实验可以在多种维度上进行效应的比较，可以获得多方面因果关系的证据。
4.非污染的数据 数据的来源可靠，充分反应实验效应，具备较好的效度。研究者可以根据数据对假设作出准确的判断。
5.数据信息充足 数据资料充足，所提供的信息足以为检验假设提供充分的证据。
6.节省性 实验研究设计必须做到简单、方便、节省，更易完成与进行分析、解释。
三、实验研究设计的基本方法
心理与教育实验的设计主要包括真实验设计与准实验设计两大类，同时为适应心理与教育现象多变量的特性，出现了一系列多因素实验研究设计方法；为了解某些变量对特定个体的影响，又发展出单一被试实验研究设计。以下分别对这四类设计进行介绍：
（一）真实验设计
真实验设计的本质特征在于对实验中的无关变量进行完全严格的控制。它具有以下两个普遍特征：（1）以实验组（experimental group，施加实验处理）与控制组（control group，不施加实验处理）或对照组（comparison group）的对比作为实验处理效应的比较手段；（2）将随机抽样产生的被试随机分配到不同的实验处理中。真实验设计主要有随机化设计、配对设计与重复测量设计三种类型。
1.随机化设计 随机化设计（randomized desgin）是指将不同的实验处理分别施于两个由随机化过程确定的被试分组。被试分组由于完全随机分配，可以认为组间被试互相独立且没有差异，差异产生的原因在于不同的实验处理。随机化设计有三种形式：
（1）控制组前后测设计（pretest-posttest control group design）亦称前测-后测等组设计（pretest-posttest equivalent group desgin），此类设计的表达式如下：
比较O2－O1与O4－O3的差异，可以分析实验处理的效应。由于实验组与控制组视为同质，影响实验内部效度的因素可以互相抵消。但是，由于实验进行前测，被试可能出现练习效应，因此会影响实验的外部效度。
（2）控制组后测设计（posttest-only control group design）亦称仅为后测等组设计（posttest-only equivalent-group design），此设计表达式为：
通过比较O1与O2的差异，可分析实验处理的效应。后测设计较之于前后测设计，一方面，保留了同质组，维持外部效度；另一方面，由于没有前测，实验的外部效度也得到了提升。但是，实验既缺乏前测，实验处理结果就失去了比较的标准；而且在实验前研究者不能确认实验组与控制组是否确实同质，实验也需承担一定的效度威胁。
（3）所罗门四等组设计（Solomon four-group design）：所罗门（Solomon，1949）鉴于随机化设计的局限性，提出四组设计方案，基本模式为：
实验的处理只有一种，分别对不同前后测的组施行，比较实验组与控制组的后测得分即可考察实验效应。所罗门设计不但可以对实验处理效应进行较好的检验，也可以检查前测的影响。它对无关变量的控制较之于前两种设计更为全面，内部与外部效度均较高。这一设计的缺点在于，在现实实验中，研究者很难找到四组同质的被试。
2.配对设计 配对设计（matching design）主要应用于希望平衡某些对因变量有较大影响的变量的实验中。配对设计的基本模式为：
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