В учебно-методическом пособии исследована и раскрыта сущность психолого-педагогического исследования в системе математического образования. Определены этапы разработки педагогического эксперимента. Описана логика конструирования методологического аппарата научного исследования. Обозначены проблемы проведения опытно-экспериментальной работы при реализации образовательной программы академической магистратуры по направлению подготовки «44.04.01 Педагогическое образование» (очная и заочная форма обучения). Предложены пути их решения через освоение курса «М.1.В.ОД.2 Методология психолого-педагогического исследования» как важнейшего средства формирования ключевых компетенций магистров в системе профессиональной подготовки. Данное пособие адресовано магистрам по направлению подготовки «44.04.01 Педагогическое образование» (очная и заочная форма обучения), ведущим самостоятельную исследовательскую работу в сфере математического образования.