教学实验，亦称有控制的教学观察，是教育研究中通过主动操纵自变量、控制无关变量以揭示因果关系的实证方法。其核心特征在于：（1）人为创设可控条件以实现教学现象的精密观测与因果验证；（2）通过变量调控在最优条件下进行对比研究；（3）为测量与计算提供便利条件，确保研究结果的精确性。

通常按其组织形式分为三种：（1）单组形式。同一组受试者，分期接受不同实验因素影响，比较两种影响的效果。（2）等组形式。两个或两个以上条件相同的平行组，分别施加不同的实验因素影响或设控制组，以进行比较。（3）轮组形式。将几种实验因素影响轮换施加于两组或两个以上的组，按每一实验因素变化的总和相互比较。美国的桑代克和德国的莫依曼都是较早将实验方法用于教育、教学的心理学家。前者著有《教育心理学》，主要研究课题是学习问题、学习作业及个别差异问题；后者著有《实验教育学入门讲义》，注重的课题是儿童的发展与个别差异。中国最早的教学实验是 1919 年俞子夷在南京高等师范附属小学主持的设计教学法和 1923 年廖世承在东南大学附属中学进行的道尔顿制实验。50 年代以来，有学科、专题和课程教材、教法，整体综合，大、中、小、微型等各种实验。