STEM教育本质为科学、技术、工程、技术的跨学科教育,设计有效的教学模式以满足社会需求是研究STEM教育的重要课题。深度学习理论的兴起是时代发展追求优质教育的结果,以深度学习理论指导STEM教学活动的开展、促进STEM教育实现深度学习是培养21实际新型人才、提升我国教育质量的关键。本研究围绕“深度学习理论如何优化STEM教育教学模式、基于深度学习理论的STEM教育教学模式如何、基于深度学习理论的STEM教学模式效果如何”这三个问题,以设计研究、行动研究为指导,从理论和实践相结合的角度开展相关研究活动。在综述国内外相关文献的基础上,确定深度学习理论框架、STEM教育内涵及教学模式核心要素,构建基于深度学习理论的STEM教育教学模式。在小学开展STEM教育实践教学,验证基于深度学习理论的STEM教育教学模式的效果并根据实际效果完善该教学模式。研究通过对已有文献的梳理、分析,形成由深度学习核心理念、深度学习过程模型、深度学习教学设计、深度学习评价体系组成的深度学习理论框架,确定教学模式要素为理论基础、学习目标、学习环境、学习内容、教学活动以及学习评价。以深度学习为理论指导、STEM教育为实践路径、教学设计理论为分析框架,构建基于深度学习理论的STEM教育教学模式,该模式包括深入理解STEM知识、培养深度学习能力的目标,互动良好、空间资源丰富的学习环境,设计多维融合的学习内容,三阶段七环节的教学活动,促进学习的多元评价体系。在构建基于深度学习理论的STEM教育教学模式的基础上,设计STEM教学案例并进行实践教学,验证模式的而可行性和有效性。研究利用SOLO理论分析学生的STEM学习思维导图,学生认知水平多数处于多点结构水平、关联结构水平;将学生深度学习能力前后测数据进行成对样本T检验分析,学生在掌握核心知识、批判思维与问题解决、学会学习、学习信念、团队合作、沟通交流等方面均有提升效果;分析课后反馈问卷数据,发现学生在STEM学习过程中有较好的情感体验。本研究构建的基于深度学习理论的STEM教育教学模式有具有一定的可行性及有效性。