STEM(科学、技术、工程和数学)教育越来越被国际公认为是支撑经济增长和提高21世纪核心技能的基础。2017年教育部印发的《义务教育小学科学课程标准》中,倡导跨学科的学习方式,建议教师可以在教学实践中尝试STEM教育。《课标》中倡导开展探究式学习,培养学生的科学探究能力,如今,科学探究能力已经成为国家培养人才的一项重要指标。培养科学探究能力对提高公民的科学素养,国家培育创新人才尤为重要。而STEM教育的跨学科方式能够将不同学科有机整合起来,科学探究中的数据处理、模型建立等都离不开数学,技术和工程能够辅助科学探究,所以本研究尝试采用STEM课程来培养学生的科学探究能力。本研究采用文献研究法与准实验研究法,通过对文献的梳理构建基于设计的STEM教学模式培养学生的科学探究能力,依据教学模式设计具体课程,通过多次实施,对STEM教学模式进行了修正,并验证了其可行性。通过调查问卷、师生访谈、学生作品等多项数据分析,基于设计的STEM教学模式能够较好的提高学生的科学学习兴趣和培养学生的科学探究能力。根据本研究的调查数据及分析结果,本研究的主要结论如下:(1)从学习兴趣问卷前后测来看,基于设计的STEM教学对学生学习科学的兴趣有显著影响,学生对科学的学习更感兴趣。(2)从前后测问卷和访谈数据来看,基于设计的STEM教学对学生的科学探究能力有显著的积极影响,能够有效培养学生的探究能力。(3)通过性别差异分析,得到基于设计的STEM教学能够促进男生在反思与评价能力和表达与交流能力方面的发展。