当前STEM教育的理论和实践研究如火如荼,结果导向的思维定势导致学生的探究过程和问题解决过程中的失败没有引起足够的重视,存在着重结果而轻过程、关注成功而忽视失败的意义等问题。长期以来,学习科学领域主导的研究思路是通过各种脚手架设计帮助学习者“成功”解决问题从而达成学习目标,而“有效失败”理论则转向另一种思路,并通过诸多研究表明,学习者在问题解决初期经历的失败对学习的有效发生具有促进作用,这对于STEM教学设计具有启示和借鉴意义。作为建构主义学习理论的产物,STEM教育与有效失败的理念不谋而合,它们共同指向一个“真实性学习”这一共同目标。基于此背景,本研究采取基于设计的研究和混合式方法研究,围绕“有效失败视角下的STEM教学设计”展开三个方面的研究。第一,通过文献阅读和整理,结合卡普尔提出的有效失败教学模式,借鉴“5E”教学模式和基于设计的学习模式,对STEM有效指导教学模式进行初步构建,并通过设计研究,进行模式改进,强调关注大概念的迁移,运用关键问题启发学生思考,营造有效失败氛围,利用支架促进学生反思改进,为STEM教学设计和实施提供了借鉴。第二,对基于STEM有效指导教学模式所设计和实施的“有效指导”型课例与“无指导”型课例和“有指导”型课例进行对比,在过程上,“有效指导”型教学班级在设计和制作过程中出现“有效失败”或“有效成功”行为高于其他两个班级,一定程度上也验证了有效指导的有效性;在结果上,在后测题总分上三个班级之间存在显著差异,“有效指导”型教学班级在后测分数上最高,在迁移效果上最好,从而验证了 STEM有效指导教学模式的效果。第三,界定了 STEM教学过程中的有效成功、有效失败、无效成功和无效失败的特征表现,并通过编码和回归分析,检验发现这四种行为类型所构成的具体要素中两个与有效成功/有效失败相关的要素与后测分数呈正相关关系,从另一个角度也说明了有效成功和有效失败行为类型对于有效迁移可能是有利的。