铁锹试验也称铁砂和煤炭的挖掘实验，是系统地研究铲上负载后，研究各种材料能够高达标准负载的锹的形状、规格，以及各种原料装锹的最好方法的困难。泰勒因这项试验提出了新的构想：将实验的手段引进到运营管理领域；计划和实施分离；标准化管理；人尽其才，物尽其用是提升效率的最好方法。
背景
早先工厂里员工干活是自己带铲子。铲子的大小也就各不相同，而且铲不同的原料时用的均为相同的工具，那么在铲煤沙时重量假使合适的话，在铲铁砂时就过重了。泰勒研究发现每个员工的平均负荷是21磅，后来他就不让员工自己带工具了，而是准备了一部分不同的铲子，每种铲子只适合铲特定的物料，这不仅使员工的每铲负荷都高达了21磅，也是为了让不同的铲子适合不同的情形。为此他还建立了一间大库房，里面存放各种工具，每个的负重均为21磅。同期他还设计了一种有两种标号的卡片，一张表明员工在工具房所领到的工具和该在什么地方干活，另一张表明他前一天的工作情形，上面记载着干活的收入。员工获得白色纸卡片时，表明工作不错，获得黄色纸卡片时就代表着要加油了，否则的话就要被调离。将不同的工具分给不同的员工，就要执行事先的计划，要有人对这项工作专门负责，需要增长管理人士，但是即使如此，工厂也是受益很大的，据说这一项变革可为工厂每年节约8万美元。
发现
实验前:干不同的活拿同样的锹
铲不同的东西每锹重量不一样应该有一个效率最高的重量实验发现22P时效率最高铲不同的东西拿不同的锹生产效率得到提升作用
弗雷德里克·温斯洛·泰勒还对每一套动作的精确时间作了研究，进而得出了一个“一流员工”每天应当完成的工作量。这一研究的结果是非常杰出的，堆料场的劳活力从400－600人降低为140人，平均每人每天的操作量从16吨提升到59吨，每个员工的日薪资从1.15美元提升到1.88美元。金属切削试验保持了26年，执行的各类试验胜过了3万次，80万磅的钢铁被试验用的工具削成切屑，总共耗费约15万美元。试验结果发现了能大大提升金属切削机工产能的高速工具钢，并获得了各种机床适当的转速和进刀量以及切削用量标准等资料。
铁锹试验为他的科学管理思想奠定了坚实的基础，使管理成了一门真正的科学，这对以后管理学理论的成熟和发展起到了非常大的助推作用。