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基于数据的量化研究已经成为科学研究的主要形式，而统计分析技术的应用是量化研究的主要形式——基于测量和数据展开挖掘与分析，进而获得研究结论。为了保证研究的科学性和严谨性，科研中的量化研究已经形成了一套稳定的模式，统计思维在其中发挥着举足轻重的作用。
以统计思维为基础的量化研究法在自然科学的研究中占据着非常重要的地位，推动自然科学实现了巨大的发展。其中的应用模式主要有以下3种。
物理学、化学、生物学等领域均涉及大量实验，而且很多规律都建立在实验或实践活动的基础上。对实验数据的处理离不开科研统计思维。
在我们学习牛顿第二定律的时候，放在斜坡上的小车在等时间间隔下的位移与时间点均可通过摄像机等手段获取，对这些数据的处理，就是以时间作为自变量、以位移作为因变量的回归分析的过程。类似的例子不胜枚举。
在医药领域，每日均有大量新型药品问世；而在农业领域，则总有众多新肥料、新农药上市。这些新产品的成效如何确定？
针对这一问题，绝对不能依赖单一的个案就做出“有效”或“无效”的结论。研究者通常需要预先选择大量的被试，并将他们随机分配为实验组和对照组成员，通过构建“实验组-对照组”的研究范式，设计出新产品有效性检验的研究方案。
在这种研究方案中，需要预先构建前测无显著差异的实验组和对照组，以保证参与研究活动的被试在实验前的各项指标基本相同。检验实验组前后测状态是否有显著差异，来论证实验组是否有变化。检验后测数据中实验组与对照组是否存在显著差异，来论证新产品的有效性。
这一研究模式在医药领域、农业领域、生物学领域、制造业领域等均被广泛地应用。
在生态学、环境科学等领域，人们通过各种仪器、设备采集了大量的数据，并针对这些数据进行了不同层次的统计分析。比如，针对黄河流域生态环境、水文特征的宏观性描述统计；以某些指标作为因变量，基于某些因素的差异显著性检验，针对黄河流域不同村庄进行的聚类分析等。
正是由于统计分析技术的发展和计算机并行处理能力的提升，近几年面向生态环境、宏观水文规律的大数据研究取得了很多有价值的成果，对于促进国家的宏观发展意义重大。
随着计算机及统计分析软件的普及，量化研究方法逐渐渗透到交叉学科甚至文史哲领域，并取得了不错的应用效果。本节仅从教育学科的视角探讨统计分析在社会科学中的应用模式。
在教育科学中，最常见的一类研究就是以获得研究对象的现状为目的的调查，并在调查数据基础上实现基于统计分析的实证性论证。这类研究以采集能反映某一状态的海量数据为基础，通过对海量数据的统计描述、分类对比，以获取被研究对象的本质属性。
在当前的教育科学中，这类研究占据着重要地位。从已有的研究来看，多数面向状态或现状的量化研究中，数据的来源较为单一，但数据规模较大。比如，山东省近五年新入职青年教师的职业能力调查、河北省农村地区教育信息化发展状况调查及问题分析，都属于这一类型的研究。另外，诸如学生评教有效性的论证、教学改革成效的探索、高考命题的科学性分析、免费师范生整合技术的学科教学知识（Technological Pedagogical Content Knowledge，TPACK）能力发展状况等研究也属于这一领域的研究问题。
在这类研究的具体执行过程中，为了能够获得较客观的研究结论并提升研究结论的学术性，人们通常先借助大样本数据开展整体性分析，然后按照特定的分类依据进行分类跟踪，探索不同类别的样本在目标变量维度是否存在显著性差异，从而提升研究的深度，达到“归因”的目的。
随着教育信息化的普及，很多新技术、新理论被教师主动地应用到教学过程中，产生了类型众多的教学改革项目。然而，教学改革的成效如何？通常需要借助教学实践数据并以统计分析技术来论证。为了达成这一目标，人们常常采用“实验班-对照班”模式组织实证性的教学研究活动。
（1）此类研究的常见流程
首先，选择2～3个具有相同知识基础、在研究问题上具有相同表现的教学班，从中任意选择其一作为实验班（采用新的教学策略），其他班作为对照班（以传统的策略组织教学活动）开展准实验研究。
其次，在实验过程中，通过对比实验班和对照班在研究问题维度上所呈现出的差异性来论证教学改革策略的有效性。
（2）应用模式
其一，前后测、横纵对比的模式。
在开始教学实践前，需采集实验班、对照班的前测数据并进行统计分析，以便论证实验班与对照班在开展教学实践前不存在显著的差异。在结束教学实践后，要采集实验班和对照班的后测数据，检验实验班与对照班的后测数据之间是否存在显著差异。
对于前测无显著差异的两个教学班，若后测数据存在着显著差异，则说明在研究问题所聚焦的点上，新教学策略发生了作用。
在这一模式中，研究者应首先针对后测数据做实验班与对照班之间的差异性对比（横向对比），以论证新策略的有效性；然后再针对实验班和对照班做前后测对比（纵向对比），以论证实验班的成长性。最终，通过差异性是否显著来论证教学改革是否卓有成效。
其二，基于时间序列的模式。
仅有后测数据和前测数据的准实验研究稍显单薄，有时并不足以论证研究结论。为了能够充分地论证研究结论，研究者可在研究过程中组织多轮教学实践活动，并在每轮教学实践末期均采集实验数据，从而形成与时间相关的数据序列。
借助前测数据、研究过程中的多轮实验数据，可以分析教学实验过程中学习者的变化情况，从而更准确地了解新教学策略对学习者所产生的影响，形成更可靠的研究结论。