一、基于工程设计的课程设计
目前国外对STEM教育课程的整合主要采取的是工程设计的方式，这是由于之前实施的多数STEM教育项目依然将关注点放在科学和数学，很少真正结合技术和工程。美国国际技术和工程教育教育协会（ITEEA）提出了STEM取向的课程架构，以工程问题解决为主轴，再辅助以技术、数学与科学相关知识，以培养学生科技知识整合的能力并激发学生学习工程之兴趣。
K-12工程教育委员会主导撰写的《K-12工程教育:理解地位并改进前景》的书中呈现了Welty开发的“珠一线”(beads-and-threads)模型。模型中，珠子代表一个集合或包装，线绳代表课程中的核心概念和基本技能。数学、科学、技术三条线代表在工程设计中使用的学科领域。第四条线代表工程设计过程，设计这条线包括了工程设计的属性，如分析、限定、建模、优化、权衡和系统。通过设计线将以上三条线连接起来，形成珠子代表的集合化的课程体系。
二、基于项目学习的课程设计（PBL）
作为20世纪早中期普通教育中很受欢迎的教学方法，项目方法从农业和工艺中借取了理论依据，然后将这种理论应用于所有学科的学习中。基于项目的学习被定义为“一种课堂活动的模式，它脱离了短暂且鼓励的教师中心的课堂教学，取而代之的是强调长期的、跨学科的、学生中心的，且与现实世界之问题和实践相融合”的学习活动（Holbrook,2007）。为了能让学生在STEM教育中获取更有效的学习，为了培养更有卓越领导力和创造力的人才，美国设计开发了基于项目的STEM课程。
实际上，STEM课程尤其适合使用基于项目的学习，因为STEM的跨学科性质决定了学科之间的密切交叠，而在现实环境中解决问题也不可能运用单一的思路、单一的学科知识来实现。目前基于项目的学习已经在K-12以及大学中予以实施，一些研究报告也现实了PBL在中小学的有效实施。 |