近年来,随着科学教育的不断发展以及社会对人才要求的提高,我国对小学科学教育越来越关注和重视,大力倡导科学教师在教学的过程中采用跨学科方式开展教学,但是仍存在着跨学科理念难以深入、科学教师独立开展教学设计较少、学生的探究能力与科学素养被轻视等诸多教学实际问题。美国环境教育协会在STEM理念的基础上提出E-STEM理念,该理念具备跨学科、结合真实生活情境、注重科学素养等特性,与小学科学课程目标、性质相吻合,对科学教育来讲具有重要意义,但是目前相关研究尚且较少。因此,研究者尝试构建出一个基于E-STEM理念的小学科学教学设计框架并将其应用于实践,主要做了以下工作:首先,小学科学教学设计框架的构建。研究者通过阅读国内外文献,将E-STEM理念融合到科学教学设计中,初步构建出基于E-STEM理念的小学科学教学设计框架。该教学设计框架包含教学准备、教学实施、教学评价三大部分,具体可以分为六个步骤。其中教学准备部分包括“设计教学目标、聚焦核心素养”、“选择跨学科内容,揭示真实问题”;教学实施部分包括“创设教学情境、吸引学生参与”、“自由统筹安排,设计实验方案”、“动手操作实施,完成学习任务”;教学评价部分包括“组间相互评价,反思课堂表现”。其次,小学科学教学设计框架的应用。研究者选取L小学三年级A班、B班两个班级中共88名学生作为研究的对象,开展四个月三轮实践研究。通过课堂观察以及师生访谈对每一轮的教学状况进行评价、反思,及时与学生和教师交流,根据教学情况三次修订最初构建的小学科学教学设计框架,最终使基于E-STEM理念的小学科学教学设计框架趋于完善。最后,小学科学教学设计框架的评价。根据该教学设计框架的效果作为评价依据,评价内容既包含科学教师的课堂观察,又包含学生的科学知识、问题解决、科学素养等。经检验发现:（1）基于E-STEM理念的小学科学教学设计框架能够改善课堂教学效果;（2）基于E-STEM理念的小学科学教学设计框架显著提高学生的知识水平;（3）基于E-STEM理念的小学科学教学设计框架有助于学生解决真实问题;（4）基于E-STEM理念的小学科学教学设计框架显著提升学生的环境科学素养。