يساعد التصميم التجريبي الطلاب على تطوير مهارات التفكير النقدي من خلال تشجيعهم على التفكير بشكل منهجي ومنطقي في المشكلات العلمية. يتطلب من الطلاب تحليل البيانات وتحديد الأنماط واستخلاص النتائج بناءً على الأدلة. كما أنه يساعد الطلاب على تطوير مهارات حل المشكلات من خلال توفير الفرص لتصميم وإجراء التجارب لاختبار الفرضيات.