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第七步：实施研究和探究。到了这个步骤，大家感觉好像所有的前期过程都是为了这里，这才是所有过程中的落脚点。是的，这里就是要“做事情”了（从准备好的基础知识和已有知识出发，深入认识、加深理解并集成新知识、融合多方知识、形成新知识），相比而言，前期只是“想事情”（当然，在STEM教学与学习中，对学生而言前期一样是属于学习的过程，前述已经说明是必不可少的甚至是要加强的，因为其作用更多和更重要地在于搜集和准备已知已有知识，然后设想如何整合理解融合内化，如何加入新的知识内容，然后如何深化和提升知识认识，甚至如何创新知识）。如果开始做事情前没有太多的其他临时需要的重大更改或者调整，这里便就只要按照前述所完成的方案和计划一步一步实施了。客观地说，这一步的确是STEM教学的所有步骤中的中心任务和过程重中之重。
说到这里，为了让大家在此步骤中不至于发生偏差或者轻描淡写地简单而过，我们有必要好好说一说“研究”和“探究”的准确涵义了。大多数人其实可能没有真正明白这2个词的涵义，即便平时生活中都在说（比如，领导遇到事情就说，“研究研究”，意思其实已经变了！笑），却似乎理解又未能真正理解。
研究，在科学工作者的角度，一般是指利用科学研究的手段、工具和设备器材等，为了认识客观事物和对象的内在本质和运动规律而进行的调查、实验、试制等一系列活动。研究的基本任务就是探索世界、认识未知、创造新品，其起源于问题，终结于阶段成果，然后再周而复始，其成果甚至在过程中都既有为新技术提供理论依据的，又有为创造发明新产品的。知识在过程中是一种进步的衡量基础，它从无到有，从有到多，从多到深，从部分到完整，从不能描述客观到能够描述客观，而学生则从自身缺乏知识到掌握知识、丰富知识。学生进行研究则既是学习知识的过程，又是解决问题的过程。而解决问题则是最终的目标，知识只是过程中的载体。所谓“学而为用”，依靠研究过程就能够将知识学习和解决问题合二为一，比单纯的知识学习过程具有更好的效能（从这一意义上，应该反对完全单纯的知识学习）。图1—图3分别给出几种不同的研究的实际例子和情境（当然还可以举出很多例子），可以有助于大家更好地理解研究的涵义。
从更加强调知识概念与过程的角度，研究的定义可以是：①为了增进知识包括关于人类文化和社会的知识，以及利用这些知识发明新的技术而进行的系统的创造性工作;②是科学领域中的检索和应用，包括对已有知识的整理、统计，以及对数据的搜集、编辑和分析研究工作。而从基本的过程角度，研究的定义可以是：①对一些现象或问题经过调查、验证、讨论及思维，然后进行推论、分析和综合，获得客观事实的过程，其一般程序大致分5个阶段（选择研究课题阶段，研究设计阶段，搜集资料阶段，整理分析阶段，得出结果阶段）;②指发现、探索和解释自然现象，深化对自然的理解，寻求其规律，是一种尽量排除主观因素的求证过程，容不得半点主观，而且是一种反复求真的过程。
事实上，有了这些定义，相信我们可以更好地理解研究的内在涵义和本质，以此我们这里的“做事情”也就不会走偏（很多现在的教学过程对这一步骤的要求是不够重视的，也是不大安排足够的时间的）。
我们在这里对学生利用研究进行学习的研究作出进一步的界定。可以说这一意义下的研究基本属于三种基本类型：一是探索性研究（学习），即对研究对象或问题进行初步了解，以获得初步印象和感性认识，并为日后周密而深入的研究（学习）提供基础和方向;二是描述性研究（学习），是正确描述某些总体或某种现象的特征或全貌的研究，任务是收集资料，发现情况，提供信息，描述主要规律和特征;三是解释性研究（学习），探索某种假设与条件因素之间的因果关系，探寻现象背后的原因，揭示现象发生或变化的内在规律。在STEM教学中，学生所做的研究通常可以从这三个视角进行分类和进行（说明：这与科学家所进行的基础研究、应用研究和开发研究还有着较大意义上的不同，毕竟学生的研究过程主要还是一种学习过程，即所谓的“研究性学习”）。
探究，亦称尝试性发现学习，是指学习者在学习情境中通过尝试性的观察、阅读，发现问题，搜集数据，形成解释，获得答案并进行交流、检验，然后逐步增进理解和初步应用等。其近义词有探讨、钻探、研讨、研究等，但意义各有细微差别。在英文中，表达探究的词有enquiry、investigation、exploration等。事实上，这个词本身有一种为了达到目标而不计路径和方法的试探性过程，甚至是试错的过程，尤其是带有动手的试验和试错过程（“摸着石头过河”用在这里还真特别合适）。事实上，没有尝试就不一定能够自己找到对的方式和结果，所以在人类的已有学习过程中，已经证明探索具有很高的学习价值和效果，包括学习者学习他人已经创造好的已有知识时，探究的效能特别高，而不仅仅是用于描述探索未知。试探的过程越多越长，学习的收获越多越深，理解和拓展的内容、知识关联的可能也就越多越好。所以，在STEM教学的角度，非常崇尚学生在研究过程中或者知识的习得过程中进行探究。STEM教学的导师或者教学设计者一定要把握住这一关键（事实上，这是STEM教学与我国当前的知识传授性教学最大的不同点之一。STEM教学中学生是自己发现知识为多，而传授性教学是基本将知识直接“塞”或“灌输”给学生的，后者学生因此往往就形成一種被动接受和死记硬背的方式。我们中国的应试教学太不重视学习中的“探究”了，其危害十分深远）。
同样地，明白了探究的涵义和重要性，我们就可以拟定STEM教学更为准确的方式和研究过程，不至于走偏。这里还要强调，那些只由教师拟定好然后由学生按部就班、依葫芦画瓢的学习和实验研究方式就肯定要被“淘汰出局”了（说明：由学生自己做好事先的计划与发生探究是不矛盾的。首先计划过程本身就是学生自我拟定探究方式的过程;其次拟定的计划事实上还没有细致到和准确到学生在实际中还要真实和细致地尝试的程度，因为过程中一定还会遇到学生从来没有遇到或事先未想好的事情的）。
为了不至于把STEM教学的这一步骤走偏，以下再给出一系列判断原则，以约束STEM教学的设计者或者导师正确地引导学生（包括约束教师自身）完成这一步骤。这些原则包括：
（1）学生安排了足够的研究时间吗？
（2）学生的研究真实发生了吗？
（3）学生有自己尝试探究的过程吗？
（4）学生的探究尝试有效和充分么？
（5）学生有真实的动手实践过程吗？
（6）学生的研究过程中多感官的感觉统合作用过程发生了吗？
（7）学生过程中遇到与计划不同的情况，有自己思考和决定调整吗？
（8）学生的实验方式与教师按照教科书上拟定的不一样时，教师允许了吗？
（9）学生的研究结果与预期不一样，得到认可了吗？
（10）教师对学生的过度计划偏差所持态度合理吗？
（11）学生确实在过程中不断发生着各种问题的释疑性解决吗？
（12）学生的技能在不断得到锻炼并看得见逐步提升吗？
……
总之，研究和探究这一步骤要尽可能充分地、真实地让其发生，而且遵从原有计划也是相当好的和一般更有效的（毕竟是自身前期做了大量准备和策划的基础）。但也要允许这样说：“计划不如变化”，如果学生在探究过程中想要进一步追踪新遭遇感兴趣的探究内容，那就让他去;如果真的对学习有意义（只要感兴趣地探究，对学习者一定是有意义的），那放弃计划原有的最初学习目的，包括改变计划本身，都是值得的（而且追踪新的感兴趣的探究结束后，还可以回到已有的计划嘛）。一句话，让研究深入发生，让探究真实存在，让学生自我陶醉，让教师心花怒放！
说到这里，为了让大家在此步骤中不至于发生偏差或者轻描淡写地简单而过，我们有必要好好说一说“研究”和“探究”的准确涵义了。大多数人其实可能没有真正明白这2个词的涵义，即便平时生活中都在说（比如，领导遇到事情就说，“研究研究”，意思其实已经变了！笑），却似乎理解又未能真正理解。
研究，在科学工作者的角度，一般是指利用科学研究的手段、工具和设备器材等，为了认识客观事物和对象的内在本质和运动规律而进行的调查、实验、试制等一系列活动。研究的基本任务就是探索世界、认识未知、创造新品，其起源于问题，终结于阶段成果，然后再周而复始，其成果甚至在过程中都既有为新技术提供理论依据的，又有为创造发明新产品的。知识在过程中是一种进步的衡量基础，它从无到有，从有到多，从多到深，从部分到完整，从不能描述客观到能够描述客观，而学生则从自身缺乏知识到掌握知识、丰富知识。学生进行研究则既是学习知识的过程，又是解决问题的过程。而解决问题则是最终的目标，知识只是过程中的载体。所谓“学而为用”，依靠研究过程就能够将知识学习和解决问题合二为一，比单纯的知识学习过程具有更好的效能（从这一意义上，应该反对完全单纯的知识学习）。图1—图3分别给出几种不同的研究的实际例子和情境（当然还可以举出很多例子），可以有助于大家更好地理解研究的涵义。
从更加强调知识概念与过程的角度，研究的定义可以是：①为了增进知识包括关于人类文化和社会的知识，以及利用这些知识发明新的技术而进行的系统的创造性工作;②是科学领域中的检索和应用，包括对已有知识的整理、统计，以及对数据的搜集、编辑和分析研究工作。而从基本的过程角度，研究的定义可以是：①对一些现象或问题经过调查、验证、讨论及思维，然后进行推论、分析和综合，获得客观事实的过程，其一般程序大致分5个阶段（选择研究课题阶段，研究设计阶段，搜集资料阶段，整理分析阶段，得出结果阶段）;②指发现、探索和解释自然现象，深化对自然的理解，寻求其规律，是一种尽量排除主观因素的求证过程，容不得半点主观，而且是一种反复求真的过程。
事实上，有了这些定义，相信我们可以更好地理解研究的内在涵义和本质，以此我们这里的“做事情”也就不会走偏（很多现在的教学过程对这一步骤的要求是不够重视的，也是不大安排足够的时间的）。
我们在这里对学生利用研究进行学习的研究作出进一步的界定。可以说这一意义下的研究基本属于三种基本类型：一是探索性研究（学习），即对研究对象或问题进行初步了解，以获得初步印象和感性认识，并为日后周密而深入的研究（学习）提供基础和方向;二是描述性研究（学习），是正确描述某些总体或某种现象的特征或全貌的研究，任务是收集资料，发现情况，提供信息，描述主要规律和特征;三是解释性研究（学习），探索某种假设与条件因素之间的因果关系，探寻现象背后的原因，揭示现象发生或变化的内在规律。在STEM教学中，学生所做的研究通常可以从这三个视角进行分类和进行（说明：这与科学家所进行的基础研究、应用研究和开发研究还有着较大意义上的不同，毕竟学生的研究过程主要还是一种学习过程，即所谓的“研究性学习”）。
探究，亦称尝试性发现学习，是指学习者在学习情境中通过尝试性的观察、阅读，发现问题，搜集数据，形成解释，获得答案并进行交流、检验，然后逐步增进理解和初步应用等。其近义词有探讨、钻探、研讨、研究等，但意义各有细微差别。在英文中，表达探究的词有enquiry、investigation、exploration等。事实上，这个词本身有一种为了达到目标而不计路径和方法的试探性过程，甚至是试错的过程，尤其是带有动手的试验和试错过程（“摸着石头过河”用在这里还真特别合适）。事实上，没有尝试就不一定能够自己找到对的方式和结果，所以在人类的已有学习过程中，已经证明探索具有很高的学习价值和效果，包括学习者学习他人已经创造好的已有知识时，探究的效能特别高，而不仅仅是用于描述探索未知。试探的过程越多越长，学习的收获越多越深，理解和拓展的内容、知识关联的可能也就越多越好。所以，在STEM教学的角度，非常崇尚学生在研究过程中或者知识的习得过程中进行探究。STEM教学的导师或者教学设计者一定要把握住这一关键（事实上，这是STEM教学与我国当前的知识传授性教学最大的不同点之一。STEM教学中学生是自己发现知识为多，而传授性教学是基本将知识直接“塞”或“灌输”给学生的，后者学生因此往往就形成一種被动接受和死记硬背的方式。我们中国的应试教学太不重视学习中的“探究”了，其危害十分深远）。
同样地，明白了探究的涵义和重要性，我们就可以拟定STEM教学更为准确的方式和研究过程，不至于走偏。这里还要强调，那些只由教师拟定好然后由学生按部就班、依葫芦画瓢的学习和实验研究方式就肯定要被“淘汰出局”了（说明：由学生自己做好事先的计划与发生探究是不矛盾的。首先计划过程本身就是学生自我拟定探究方式的过程;其次拟定的计划事实上还没有细致到和准确到学生在实际中还要真实和细致地尝试的程度，因为过程中一定还会遇到学生从来没有遇到或事先未想好的事情的）。
为了不至于把STEM教学的这一步骤走偏，以下再给出一系列判断原则，以约束STEM教学的设计者或者导师正确地引导学生（包括约束教师自身）完成这一步骤。这些原则包括：
（1）学生安排了足够的研究时间吗？
（2）学生的研究真实发生了吗？
（3）学生有自己尝试探究的过程吗？
（4）学生的探究尝试有效和充分么？
（5）学生有真实的动手实践过程吗？
（6）学生的研究过程中多感官的感觉统合作用过程发生了吗？
（7）学生过程中遇到与计划不同的情况，有自己思考和决定调整吗？
（8）学生的实验方式与教师按照教科书上拟定的不一样时，教师允许了吗？
（9）学生的研究结果与预期不一样，得到认可了吗？
（10）教师对学生的过度计划偏差所持态度合理吗？
（11）学生确实在过程中不断发生着各种问题的释疑性解决吗？
（12）学生的技能在不断得到锻炼并看得见逐步提升吗？
……
总之，研究和探究这一步骤要尽可能充分地、真实地让其发生，而且遵从原有计划也是相当好的和一般更有效的（毕竟是自身前期做了大量准备和策划的基础）。但也要允许这样说：“计划不如变化”，如果学生在探究过程中想要进一步追踪新遭遇感兴趣的探究内容，那就让他去;如果真的对学习有意义（只要感兴趣地探究，对学习者一定是有意义的），那放弃计划原有的最初学习目的，包括改变计划本身，都是值得的（而且追踪新的感兴趣的探究结束后，还可以回到已有的计划嘛）。一句话，让研究深入发生，让探究真实存在，让学生自我陶醉，让教师心花怒放！