实验的准备阶段，也称为实验研究的设计阶段，该阶段的工作对于实验研究起着至关重要的作用，实验是否具有科学性、可行性，在很大程度上取决于实验前的设计准备工作，包括理论上的探索和具体方案的设计。总的来说，实验前的准备阶段应该做好以下几个方面的工作。
（一）明确研究假设
教育实验研究是在一定教育理论指导下，以验证某一假设为目的的研究。具体来说，要注意以下几点。
1.选择具有创新意义的和有价值的研究课题
一般来说，教育实验研究不应该选择和重复前人的研究，应该具有创新性和可行性。为了选择具有创新意义的和有价值的研究课题，研究者必须关注改革和发展中的教育实践，跟踪查阅相关领域的研究文献，把握教育研究的前沿问题，掌握前沿问题的有关资料，了解对于相关的问题前人是否已经提出过同样的假设并进行过实验，他们所做的实验是否可靠，哪些部分的问题已经解决，哪些部分还有待扩展，等等。
2.明确实验研究的理论框架
教育实验是在教育理论指导下，围绕研究假设进行的研究活动。缺乏教育理论指导的实验研究不能称为教育实验研究，教育实验研究离不开教育理论的指导。教育实验研究假设是教育实验验证的基本问题，研究假设的形成需要一定的教育理论框架做指导。有了明确的理论框架，就使得整个研究有了明确的研究方向，研究者就可以按照既定的目标开展工作。一个有生命力的实验必然是反映时代精神，抓住了时代关注的问题，并进行了深入理论探讨的实验。
3.确定研究假设
研究假设是实验研究进行实验的基础，实验必须要有明确的实验假设。假设是根据一定的科学知识和新的科学事实对所研究的问题的规律或原因做出的一种推测性论断和假定性解释，是在进行研究之前预先设想的、暂定的理论。实验假设包含变量之间的因果关系，要求用陈述句做出明确判断的表达。研究假设要以叙述的方式说明两个或更多变量之间可期待的关系。概念要简单，表述要清晰、简明、准确，条理要分明，结构要完美，假设命题本身在逻辑上是无矛盾的。例如，元作业监控训练能有效提高七年级学生的学业成绩，改善他们做作业的学习态度与学习方法。这一假设就是用陈述句做出了明确判断，同时以叙述式方式表明对自变量、因变量间所期望的关系，并能够根据这个假设进一步设计对自变量的操作、因变量的观测和无关变量的控制。实验假设不是随意提出的，假设必须要具有理论依据和经验事实基础，它必须能够经受实践检验。假设只是研究进行前研究者对某一问题预先设想的、暂时性的解答。教育实验研究以探索因果关系为目的，因此，研究者在设计研究时必须明确实验的因素和期望的结果，对所要探索的因果关系建立基本的假设，并能够清楚地表述。
（二）确定实验变量
确定实验变量是对研究假设的具体化。实验研究的可行性很大程度上取决于实验变量的处理是否明确。实验变量的确定包括自变量的操作和因变量的确定。
1.确定自变量
自变量是引起其他变量变化的变量，故也称原因变量。自变量是由研究者主动操纵而变化的变量，是能独立地变化并引起因变量变化的条件、因素或条件的组合。一般来说，自变量是我们在实验中进行操作的变量，也叫实验变量、刺激变量或干预变量。例如，在教师民主的教学风格有助于提升学生的数学成绩这一假设中，教师不同的教学风格会导致学生数学成绩的变化，因此教师的教学风格就是自变量。在教育实验研究中，学习内容、教学方法、学习次数、惩罚方式、活动方式等都是研究者可以主动操控的。在实验研究中，自变量的选取是非常关键的。研究者必须明确所要操纵的自变量，即要变革的措施，它反映的是教育研究的性质特点，同时要防止自变量的混淆及保持自变量的单纯性问题。也就是说，在研究中自变量变化时，不能改变其自身性质，如果与无关变量混淆，就会使观测的因变量变化不可靠，就得不到科学的研究结论。
2.确定因变量
因变量是实验中的反应变量。换言之，因变量是因为自变量的变化而产生的现象变化或结果，因此也被称为结果变量。因变量是研究中需要观测的指标。在教育研究中，我们需要确定因变量，因为研究中由于自变量的变化引起的相应的变化可能是很多的，因此，在研究中要确定哪些是我们需要的因变量的变化。例如，在教师民主的教学风格有利于提高学生数学成绩这一研究中，因变量的内容可涉及学生数学成绩的提高、教师教学水平得到提升、教师教育观念的转变、优化育人环境、促进学校整体实力水平的提升等。考虑因变量时一定要尽可能全面、完整且有重点。同时，要对因变量的反应指标进行确定，比如，教师水平提升具体体现在哪些方面，教育观念的转变体现在哪些方面，生成了什么新观念等，对反应指标的界定有利于提高研究的客观性，有利于提高研究结果的可比性以及保证研究的可重复性。
自变量和因变量关系紧密，二者相互依存，即没有自变量就无所谓因变量，没有因变量也无所谓自变量。
（三）确定无关变量
实验研究主要探索事物发展过程中各种变量间的因果关系，因此实验的结果是通过对因变量的观测和解释得到的。干扰变量和无关变量属于非实验变量，它们都不是实验假设中所提出的研究变量，都与实验目的无关，但它们可能会影响到对实验结果的解释。这种影响，通过因变量的变化被我们观测到。例如，在小组讨论法有利于提高学生的英语成绩这一研究中，如果我们不对干扰变量进行控制，如实验组和对照组使用不同的教材，或者不排除无关变量，如学生的智力水平和兴趣爱好等因素，那么我们就不知道究竟是小组讨论法还是其他原因能够促使学生的学习成绩提高。
（四）选择被试
在教育实验中，被试是接受实验处理的人。教育研究的对象是特定范围内的大、中、小学生乃至成人。由于研究取向的不同，被研究的学生范围也是不同的。为了保证研究结果具有代表性，研究者必须要选择具有代表性的样本参加实验。例如，我们在某一所学校选择学生参加实验时，不能选全部都是成绩优秀的学生，或全部都是成绩差的学生，必须要考虑样本的代表性，进行随机抽样，这样我们选择的样本才能在较大程度上代表总体。在实验研究中，实验者要先用随机抽样法确定样本，然后再以随机分配的方式将被试分配到实验组或控制组。总的来说，研究者要根据实验假设选择研究被试，应当尽可能地随机选择和分配被试，并尽可能地使被试具有代表性。但是在实际研究中，由于各种主客观因素的影响，教育实验往往是以现有的教学班组成研究被试。