Desain artinya rencana, tetapi apabila dikaji lebih lanjut kata itu dapat berarti pula pola, potongan, bentuk, model, tujuan dan maksud (Echols dan Hassan Shadily, 1976). Desain eksperimen adalah suatu rancangan percobaan dengan setiap langkah tindakan yang terdefinisikan, sehingga informasi yang berhubungan dengan atau diperlukan untuk persoalan yang akan diteliti dapat dikumpulkan secara faktual. Dengan kata lain, desain sebuah eksperimen merupakan langka-langkah lengkap yang perlu diambil jauh sebelum eksperimen dilakukan agar data yang semestinya diperlukan dapat diperoleh. Sutrisno Hadi (1982) mengkategorikan desain eksperimen menjadi enam yaitu simple randomaized, treatment by levels desaigns, treatments by subjects desaigns, random replications desaigns, factorial designs, dan groups within treatment designs.
Desain eksperimen yang sering digunakan guru dalam memperbaiki hasil belajar siswa, yaitu Treatment by Levels Designs. Desain ini memberikan dasar-dasar pengamatan stratifikasi yang lebih baik. Kita sadari bahwa pada setiap kelompok/kelas selalu dijumpai adanya siswa yang masuk kelompok tinggi dan rendah, ada siswa-siswa yang pandai dan kurang pandai, maka melalui desain ini stratifikasi itu perlu mendapat perhatian dalam menentukan kelompok kontrol dan eksperimen. Untuk itu, dalam persiapan eksperimen, peneliti harus menentukan dua kelompok yang di dalamnya terdistribusi siswa yang berkemampuan yang seimbang. Walaupun demikian bukan berarti bahwa desain ini sudah terbebas dari kesesatan, masih juga dapat terjadi bilamana tidak memperhatikan pelaksana/guru pelaku tindakan baik di kelompok eksperimen atau di kelompok kontrol. Pengulangan juga terjadi kalau tidak diperhatikan kemungkinan pengulangan metode pada kedua kelompok itu. Disamping itu, juga perlu diperhatikan variabel lain yang dapat berpengaruh terhadap hasil eksperimen, maka persiapan perlu dilakukan sebaik-baiknya. Dalam penelitian, variabel moderator digunakan pola treatment by levels design, karena hanya model pembelajaran yang diberi perlakuan terhadap variabel terikat.
Desain eksperimen yang sering digunakan guru dalam memperbaiki hasil belajar siswa, yaitu Treatment by Levels Designs. Desain ini memberikan dasar-dasar pengamatan stratifikasi yang lebih baik. Kita sadari bahwa pada setiap kelompok/kelas selalu dijumpai adanya siswa yang masuk kelompok tinggi dan rendah, ada siswa-siswa yang pandai dan kurang pandai, maka melalui desain ini stratifikasi itu perlu mendapat perhatian dalam menentukan kelompok kontrol dan eksperimen. Untuk itu, dalam persiapan eksperimen, peneliti harus menentukan dua kelompok yang di dalamnya terdistribusi siswa yang berkemampuan yang seimbang. Walaupun demikian bukan berarti bahwa desain ini sudah terbebas dari kesesatan, masih juga dapat terjadi bilamana tidak memperhatikan pelaksana/guru pelaku tindakan baik di kelompok eksperimen atau di kelompok kontrol. Pengulangan juga terjadi kalau tidak diperhatikan kemungkinan pengulangan metode pada kedua kelompok itu. Disamping itu, juga perlu diperhatikan variabel lain yang dapat berpengaruh terhadap hasil eksperimen, maka persiapan perlu dilakukan sebaik-baiknya. Dalam penelitian, variabel moderator digunakan pola treatment by levels design, karena hanya model pembelajaran yang diberi perlakuan terhadap variabel terikat.