三、实验前的准备
做任何工作都应有计划、有安排、有准备才能保证科研工作的顺利进行；一般说准备工作包含实验设计和仪器设备的准备。这里我们重点谈谈实验设计。
教学实验设计是根据教学实验课题欲达到的目的，以验证假说为中心所作出的控制实验条件和安排实验程序的实验操作计划。
在设计实验方案时，要考虑如下几方面的问题：①实验主要解决什么问题？有几种可能的假设？②用什么类型的实验方法？采用什么具体步骤？③运用什么仪器与设备？④实验过程中可能遇到的各种困难问题以及采取什么方法来克服和解决。
设计实验的基本原则有：①重复性。任何实验都有必要考虑其重复性。②可控性。努力控制各种实验条件。做到完全控制是不可能的。可以采取局部控制方法，即在实验设计中通过实验分组，以均衡或对称安排法，施加一定的因素来控制。也就是说，可以通过实验进行对照比较，选定的对照组，必须做到均衡化，对照组除了少了一个施加因素外，其它条件应与实验组基本一致。以减少其他因素对实验结果的干扰与影响，这样就可使实验研究对象处于某种定向与强化状态，可以获得在通常自然条件下不易获取的信息与资料。
（一）实验设计的基本要素
实验设计是由施加因素，受试对象和实验效应三个基本因素组成。
1.施加因素
实验的目的，就是为了研究某种因素或某些因素对受试对象有何效应或影响，如：为了发展学生的力量素质，研究采用什么方法与手段来发展力量能有较好的效果。这些手段与方法如杠铃练习、哑铃练习等等即是施加因素。在考虑施加因素时，必须注意：①施加因素与非施加因素在体育教育中运用一系列的手段与方法时，要分清什么是施加因素，哪些是非施加因素。例如，研究韵律体操对女生身体素质的影响，韵律体操就是施加因素，其它一些教材和练习，就是非施加因素。在研究中，必须突出与强化施加因素的作用，排除其它非施加因素的影响。②单因素与复因素。简单的作法是每次实验只观察一个因素的效应，此称为单因素设计。多因素设计是指在一次实验中同时观察多种因素的效应。多因素实验，需要制定特殊的实验设计方案，如拉丁方设计、随机区组设计等。③主要因素与次要因素。在多因素中存在主要因素与次要因素。各因素之间由于某种影响可能产生增加或减弱各因素原有的效应。因此，在多因素中必须区分主次，才能反映每个因素的效果。如影响体育课的运动负荷因素很多，有量、强度、密度、时间等，但其中强度是主要因素，其它为次要因素。④因素与施加方法的标准化。多因素的性质、强度及施加标准都需要在查阅文献和准备实验中找出各自“最适宜条件”，然后制定相对固定的标准，在整个实验过程中，不得轻易改变。
因素及施加方法的标准化是很重要的，否则，各因素经常改变，不会取得准确、统一的数据。
2.受试对象
受试的对象可以是人或物。①受试对象应具备的基本条件。如果选择的是人，就需要考虑受试对象的各种条件，如种族，性别、年龄、职业、习惯、经济条件、心理状态等等。还要考虑受试对象能具备典型性和随机性，并且有稳定性等条件。②受试对象可依据研究的课题而定，如果以青少年学生为对象，一般不足30例为小样本，超过30例可称为大样本。
3.效应和指标
施加因素作用于实验对象就要引起效果，这种效应要通过具体指标反映出来。而指标要通过一定的仪器和检测手段测试出来。指标的性质可分为计数指标和计量指标两种。
计数指标在体育教育工作中，通常以“合格”、“不合格”和“完成”或“未完成”来反映多少例数。计数指标数据常用“率”来表示。计量指标如测定学生的身高、体重、身体素质等以量化指标表示，统计处理常用“平均数”、“标准差”等。各种指标应是有效的，客观的、精确的。在设计实验时，对各项指标应有一定的规范化、标准化的要求。
（二）实验设计方法[1]
1.单组比较设计（自身对照法）
这种设计是在每个人身上对照，对每次实验前后的变化，进行比较，观察通过施加条件后其效果反应。单组比较实验通常采用：实验前的情况→实验后给予施加因素反应情况→进行对照比较。第一实验效应→第二实验效应→进行对照比较。这是两个不同时期或阶段，采用不同的施加因素而产生不同的效应的两种实验。如体育课教授推实心球（A）技术，第一次学习原地推实心球技术，并测量学生的成绩（远度），第二次学习“侧向滑步推实心球（B）”的技术，并测定投掷的成绩，通过施加不同的技术方法，看学生掌握动作技术及成绩情况。
上述两种实验设计方法，可采用表格记录登记（表2-2）和（表2-3）。
表2-2 自身对照实验设计表
表2-3 自身对照实验设计表
由于单组比较设计是实验对象的每个人自身对照实验，所以实验条件的控制较为有利。但是这种实验，特别是运用第二种方法实验时，必然用两种不同的施加因素和方法用在一个人身上做实验，这样，在做第二次实验，如何排除第一次干扰和影响，就是比较困难的问题了。
2.组间比较设计
组间比较设计就是直接进行两组以上的比较实验。一般设实验组与对照组。在这两个组中除遵循实验的均衡原则外，还应注重两组样本多少应该是相同的。
这种方法设计简便，对比鲜明，目前运用比较广泛。例如，新授纵箱分腿腾越，实验班采用完整法学习动作，而对照班采用分解法学习，经过一个阶段，把这两个班的学习情况加以比较，以实验何种教法较好。当然实验班与对照班除施加因素不同外，其他条件如人数、年龄、身体健康状况、学习时间与师资场地器材等条件应基本一致。
组间比较设计，由于处理因素单一，即在一次实验中只能做一个因素的比较。所以，不能满足多因素的研究，常运用一些其它实验设计方案，下面简要的介绍一下其它几种实验设计方案。
3.配对比较设计
这种方法是将条件相似的对象组成对子：一组实验，一组对照，这样可以观察更细致地一些效应，因此，可靠性则会更大一些。配对比较设计分为单个配对和分层群组配对两种。单个配对是在实验对象中，可选择一对或几对进行比较实验。群组配对是将实验对象，组成数对来进行比较实验。配对比较设计的优点是，可预先对影响实验的因素和条件加以控制，减少组间的误差，尽可能做到均衡，缺点是配对的选择过程中容易损失样本的数量，实验的时间较长。
4.随机区组设计
随机区组设计，又称为配伍设计，田间设计，实际上是配对比较设计的扩大。此种设计是将受试对象按实际情况分为若干区组，每个区组受试对象比较一致。再将每区组的施加因素按随机排序排列的一种实验方法赞。
这种设计方案的具体方法是：将受试对象按随机抽样分别在ABCD四个实验组，接受不同的施加因素，最后四个组都以统一的指标来观察比较，看那组效果好。
随机区设计优点是：能用较小的样本解决较多的问题，比较经济有效，有助于消除个体之间的差异，是一种较好的实验方法。例如，在某校高中一年级四个班级中，各选五名身体健康的男学生，运用四种不同的发展力量练习的手段，通过一学期训练观察其不同发展力量练习的手段的效果。依据实验设计的要求，可按（图2-2）、（表2-4）进行。
图2-2 随机区组设计（田间设计）
表2-4 随机区组设计表
5.循环形式设计
循环形式设计是对两组或两组以上的实验对象，同时分别接受不同的施加因素的影响，然后定时轮换施加因素，分别测试各施加因素效应的一种设计方法。
循环形式设计比较复杂，但比较能克服单组和组间设计的缺点，不要求受试对象的条件完全相等，所获得的资料准确可靠。如某中学有甲、乙两班，在体育课上研究巡回练习法和一般练习法的效果实验，实验前分别测试两班学生有关的基础资料。实验可分二个阶段进行：第一阶段甲班采用巡回练习法，而乙班采用一般练习法，进行二个月后对两班学生进行身体素质和机能指标复测，观察作用效果；第二阶段，甲、乙两班交换运用不同的方法练习，再经二个月后进行复测有关身体素质和机能指标。然后将甲、乙两班所得的效应指标分别加以比较，来确定何种练习方法效果最佳。
6.拉丁方设计
拉丁方设计是一种多因素，多水平的科研设计方法。拉丁方由拉丁文字母组成若干拉丁方阵，要求在各方阵中的纵列或横行的每个字母（填数字符号）均正好出现一次，而无重复现象。拉丁方设计的优点是可以用最少的研究对象或样本数量，最大限度地获得丰富而又可靠的数据，取得最佳的效益。拉丁方有多种组合排列形式，在此不作详细介绍，请参考有关文献。
（三）实验设计的一般步骤
1.分析研究变量
变量依其相互关系可分为自变量、因变量和控制变量。自变量即是研究者所操纵的条件或因素，因变量则是由这种条件或因素变化而产生的效果。实验操纵的自变量即称控制变量。
2.构造操作定义
所谓操作定义，就是实验变量的可控制的操作规范和可观测的特征标识，它是实验课题的行为化概括和关键性的程序动作。在任何实验研究中，假说的可检验性都是以是否能为它的变量构造适当的操作定义为转移。如果仅仅选择了变量，但却停留在概念的水平，不转化为可由实验者操作的行为规范和活动程序，即操作定义，实验就将无法实现或者无法达到实验的目标。
3.控制无关变量
所谓无关变量，是指哪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。一般地说，教学实验需要着力控制的因素，主要包括：实验对象（学生）的控制、实验教师的控制、师生对实验的情感倾向的控制、时间和精力的控制等等。
4.选择设计类型
5.形成实验方案（包括整体方案和操作性方案）
（四）实验设计方案内容
实验设计方案具体内容包括有：
1.题目，系指课题名称。
2.实验目的。
3.实验日期与时间，包括实验的起止日期与时间安排（包括阶段性安排）。
4.受试对象，包括实验组、对照组的组数，人及其条件要求等（年龄、性别、健康状况、身体素质、运动能力、体育成绩等）。
5.实验内容与方法，有实验组的施加因素安排与对照组练习的内容安排等。
6.实验条件的控制，除施加条件因素外，其他各项条件如何进行控制，使之一些条件基本相同。
7.实验效应指标，包括形态指标、机能指标、身体素质指标、技术指标等等选择与设计。
8.实验记录，包括制定各种统计表、记录报表等等，确定项目指标及其数据的校对方法。
9.数据统计方法、确定数据的整理与分析方法。
10.其它还有场地、器材、设备和经费预费等。
（五）实验设计标准
1.充分的实验控制
指对实验条件有足够的控制，以便研究者能解释结果。实验设计被高度结构化，如果实验变量产生效应，就可被观察到。亦指通过随机分组或把他们作为实验中的自变量来控制其他变量。
2.不加人为修饰
即实验是在真实的客观条件下进行，而无人为的修饰，以便其结论能应用于真正的、非实验设定的教育领域。
3.比较的基础
需要通过某种方式进行比较以确定是否有实验效果。在一些实验中，研究者通常使用控制组——即不受到实验处理的组作为比较的对象。教学实验中的控制组中常包含用传统方法施教的一组学生。当然，不是所有的实验都需要控制组。比较可以在两个或多个实验处理中进行，偶尔采用一些外在标准。
4.充足的数据
数据必须足以检验实验假设，应有对假设作出判断的足够的精度。数据应充分反映实验效应（非污染），无不合格的测量或误差。来自不同组的个体不应相互影响而削弱实验效果，或导致实验效果不具代表性。
5.无相关干扰
这与充分的实验控制密切相关。教学实验时可能存在其他正在操作的对因变量有影响的变量，这些变量通常有：偶然事件、成熟的影响、测验迁移、统计回归、选择偏差、测量误差、被试中途流失、选择与成熟的交互作用等。这些干扰影响不应被错误地理解为实验效应。我们必须通过实验，设计分离、控制这些效应。
6.代表性
为了获得具有代表性的实验结果并便于推广，研究者常采用某种随机方式，或者通过对实验被试的选择，或者通过对接受实验处理的被试的分配（如果使用控制组的话，也运用上述方法的话）。
7.省力性
是指如果所有其他特征相同，研究者更倾向于采用较简单的设计。虽然复杂的设计可能得到更详细的研究结果，但却会因之而望而却步。简单些的设计常常更易完成解释起来也更方便些。
总体说来，教育实验设计标准要体现为适用性好、效度高、控制得当三个方面。