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数学实验所包含的思维特征，远远超过通常所说的物理、生化实验，目前为止还没有一个权威性的定义，或者说尚处于争鸣阶段，总结各家说法，大致有以下几种：
（1）数学实验是为获得某种数学理论，检验某个数学猜想，解决某类问题，实验者运用一定的物质手段，在数学思维活动的参与下，在特定的实验环境下进行的探索、研究活动。
（2）数学实验是在一定的数学（学习、研究、发现）目标的指导下，对具有一定数学意义的实物、模型、事物，以及数字、图形、数学符号、式子、题目等，进行观察、变换、制作、演示、求解以获取感性认识和和数学信息的活动。
（3）数学实验是指在一定的数学思想、数学理论的指导下，经过某种预先的组织、设计，借助于一定的（物质）仪器和技术手段，进行数学化（而不是物理化学的）实际操作，包括对客观事物的数量化特性进行观察、抽样、测试、逼近、仿真等，进而解决数学和科学问题的一类科学研究方法。
（4）数学实验就是利用计算机系统作为实验工具，以数学理论作为实验原理，以数学素材作为实验对象，以简单的对话方式或复杂的程序方式作为实验形式，以数值计算、符号演算或图形演示等作为实验内容，以实例分析、模拟仿真、归纳总结等为主要实验方法，以辅助数学、辅助用数学或做数学为实验目的，以实验报告为最终形式的上机实践活动。
（5）数学实验是运用各种实验工具（实物模型、绘图工具、计算工具、计算机技术等），创设问题情境，引导学生自主探索、合作交流，促使学生观察问题、发现问题，产生归纳假设并不断尝试分析、修改、验证猜想，从而为探究问题提供认知体验和探究假说的教学活动。
（6）数学实验是一种新的数学教学方式，它是实验者根据问题的特点和要求，经过反复思考和研究后，做出某些合理的假设、猜想，在抽象和概括的基础上建立数学模型，然后研究所建立的数学模型的方法和算法，求得结果并将结果返回到问题中去检验和解释。
上述6种观点，侧重点不同，从中可以看出数学实验的本质特征都体现在：借助一定的物质工具，在数学化的思维指导下，通过实际操作解决问题的数学实践。
“数学实验”与物理实验、化学实验等同属于科学实验范畴，本身具有科学实验的特点。但由于学科性质的不同，“数学实验”又不同于—般的科学实验。数学实验并不是什么新鲜事物，在日常生活中，要证实某件事情，最普通的办法就是对它进行检验、试验、试探或实验，数学也不外如是，过去数学教学中的测量、手工操作、制作模型、实物或教具演示等形式就是数学实验的形式。章建跃等认为，数学实验这个词所表达的意思是：当你的脑子中出现某种数学思想（一种想法）时，你就通过计算机去实验一下。通常这种实验是针对一些具体例子来进行的，如果你有足够多的具体例证表明你的想法的正确性，那么就可以进一步通过逻辑推理的方法去证明它，而且证明的思想方法在很大程度上已经蕴涵在具体例证的获得过程中了，因此，设置“数学实验”，把抽象的结论寓于其中，使学生经历一个从具体到抽象的过程，对于学生理解知识是非常重要的。根据科学实验的定义及数学学科的特点，“数学实验”的概念指的是：为获得某种数学理论，验证某个数学猜想，解决某类数学问题，实验者运用一定的物质手段，在教学思维活动的参与下，在典型的实验环境中或特定的实验条件下所进行的一种数学探索活动。
高中数学实验具有中学基础教育的鲜明特征，与一般数学实验有一些具体方面的不同。
（1）从实验环境来看，一般的数学实验对实验环境的要求不高，实验条件是可调整的；而高中数学实验是一种人为创设的典型实验环境，实验条件在中学范围内是受限制的。
（2）从实验过程来看，一般的数学实验通常没有预先的组织与设计，它随着问题解决的进程自发而生；而高中数学实验通常是一种“再发现、再创造”的过程，需要有计划地安排实验进程如对“韦达定理”的再发现，就需要学生通过求解一定数量的一元二次方程，观察根与系数的关系，进行归纳性的猜想，然后严谨证明，这就需要教师精心设计实验步骤来实施教学。
（3）从实验目的来看，一般的数学实验是为了解决一定的问题；而高中数学实验是让学生在“做数学”中“学数学”和“用数学”，高中数学实验的首要功能是辅助数学教学，使学生在实验中深刻理解数学知识，灵活应用数学方法，提高自主学习数学的能力。
（4）从实验结果来看，高中数学实验属于教育维度下的数学实验，并不要求学生在研究中真正发现数学（尽管确实有学生发现了一些前人所未有的发现），而是以习得知识、发展能力、提高素养为指向。
在数学教学中，长期以来，从小学到大学十几年，数学一直是一门主课，所讲的，所练的，所考的主要是计算方法、公式推算、定义的叙述、定理的证明……看起来是一个十分严格的数学推理王国，是沿定义→公理→定理→推论→证明这么一条演绎道路进行的，往往片面地过分强调了形式化的逻辑推导和形式化的结果，淡化了在科学突破上至关重要的实验、猜想、归纳、创新等能力培养，以致使学生越来越不明白数学从何而来，在他们看来，数学成了内容多、负担重、枯燥乏味的公式、结论和习题的堆积。
从若干实例（问题）出发→运用现代（计算机）或传统等手段做大量实验（操作）→（发掘教材）（设计操作过程）
发现其中的内在规律→提出猜想→进行证明和论证
（归纳实验现象）（形成实验结果）
在全方位落实“课标”精神的同时，以培养学生的创新精神和实践能力为重点，以学习方式改变为特征，关注学生的体验、感悟和实践过程。探索高中数学实验教学理论与实践，探索高中数学实验教学的一般规律。研究如何进行高中数学实验教学具体操作，探求高中数学实验的一般规律，促使高中数学实验教学与传统数学教学的互动发展、和谐统一，去体现“课改”教学理念，寻求高中数学实验教学的发展价值，探索高中数学实验的教学模式。
数学实验教学研究旨在拓展教育空间、丰富教育理念、寻求运作规律、整合数学教学，培养学生创造性思维，对改变学习方式具有显著的实践意义与理论价值。
数学实验是素质教育与创新教育的现实需要，也是“以学生发展为本”的需要；数学实验是数学教育改革所急需解决的问题，也是高中数学核心素养精神的具体再现；对高中数学教学，高中数学实验教学具有应用价值，对初中、小学数学实验的开展具有指导意义，具有推广和普及价值；为数学教学论、数学方法论、心理学、哲学等学科的研究提供实践素材。
充实、完善与发展素质教育与创新教育理论；丰富数学教学理念、使实验法、归纳法与演绎法一起成为研究数学的重要方法；打开数学实验教学的理论研究通道；探索数学实验教学的可行性、针对性、应用性、操作性与发展性，也是改变学习方式的一有益的尝试。
高中数学实验课的开发需要分阶段进行，首先要明确实验目的、制定实验计划、设计实验过程、完善实验内容。其次从选择实验工具、确定实验内容、设计实验程序等多方面研究与开发，不断总结并逐步使数学实验成为高中阶段的一门数学选修课。
我们所研究的实验在关注过程的同时，更注重现代技术手段的应用，因为它更适应时代的发展需要，虽然它不能完全代替实物的直观性，但是它更有其独特的优势，能做一些实物无法做到的虚拟实验。在注重高考所使用计算器学习的同时，还需加强几何画板等实验手段的学习。课程开发的关键在教师，教师不再是课程计划的简单的执行者，而是课程建设与课程改革的主体之一。课程的学习内容要通过教育技术处理成为学习资源，运用教育技术让学习者进行知识的整合和重构，使学习方式由被动变为积极主动的学习方式，才能成为时代要求的研究型教师。
不是所有的教学内容课都可用数学实验来讲，有些内容、环节、过程在现代技术手段支持下，把零散的知识不断整合为课程和改变学生学习方式的实验课件，就会不断产生新的思想，从而改编现行教材的某些内容，逐步设计成实验课，在开设中要处理好数学基础知识学习和数学实验课的比例关系，不断地对教师进行教育理论和计算机技术的培训。计算机辅助教学课件是一个单点独立的工作，要积少成多才能形成系统的课件和实验方案。尤其要注意核心课件的制作，它在整节课中突出重点、突破难点，起关键的作用，每个学生都应掌握生活和学习所需要的技术手段，而利用计算机开展数学实验是一种独特的教学探索方式，根据不同的教学内容，我们可以为不同的学生层次开设数学实验课，如初中、高中、大学或研究生。