ขั้นที่ 1STEM คือ
เป็นรูปแบบการจัดการศึกษาที่บูรณาการกลุ่มสาระและทักษะกระบวนการของทั้ง 4 สาระ อันได้แก่ วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ โดยนำลักษณะธรรมชาติของแต่ ละสาระวิชาและกระบวนการจัดการเรียนรู้ให้กับผู้เรียนมาผสมผสานกันเพื่อให้ผู้เรียนได้เกิดการเรียนรู้และพัฒนาทักษะที่สำคัญและจำเป็นเกิดจากการย่อชื่อตัวอักษรตัวแรกของ 4 สาระเข้าด้วยกัน
Science(วิทยาศาสตร์) จะเน้นให้ผู้เรียนได้เกิดการเรียนรู้โดยผ่านกระบวนการที่เรียกว่า กระบวนการสืบเสาะหาความรู้ (InquiryProcess) ที่จะประกอบด้วยขั้นตอน
1. ขั้นการสร้างความสนใจ เป็นขั้นของการนำเข้าสู่บทเรียน
2. ขั้นสำรวจและการค้นหา
3. ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป
4. ขั้นขยายความรู้ เป็นการนำความรู้มาเชื่อมโยงกับความรู้เดิมหรือแนวคิดที่ได้ค้นคว้าเพิ่มเติม ขึ้น
5. ขั้นการประเมิน เป็นการประเมินการเรียนรู้ด้วยกระบวนการต่างๆ ว่าผู้เรียนได้เกิดการ เรียนรู้อะไรบ้าง อย่างไร และมากน้อยเพียงใด
เทคโนโลยี (Technology) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (2557) ระบุขั้นตอนในกระบวนการทางเทคโนโลยีประกอบด้วย 7 ขั้นดังนี้
1. กำหนดปัญหาหรือความต้องการ
2. รวบรวมข้อมูล โดยอาจจะรวบรวมข้อมูลจากตำรา วารสาร บทความ อินเทอร์เน็ต
3. เลือกวิธีการ เป็นการพิจารณาเลือกวิธีที่เหมาะสมและสอดคล้องกับการแก้ปัญหา
4. ออกแบบและปฏิบัติการ
5. ทดสอบ เป็นการตรวจสอบว่าชิ้นงานหรือวิธีที่สร้างขึ้นสามารถแก้ปัญหาได้หรือไม่
6. ปรับปรุงแก้ไข เป็นการวิเคราะห์ว่าชิ้นงานหรือวิธีที่สร้างขึ้นจะปรับแก้ไขส่วนใด
7. ประเมินผล เป็นการประเมินผลว่าชิ้นงานหรือวิธีที่สร้างขึ้นสามารถแก้ปัญหาได้หรือไม่
วิศวกรรมศาสตร์(Engineering) กระบวนการออกแบบของวิศวกรรมศาสตร์ ประกอบด้วยขั้นตอนดังนี้
1.กำหนดปัญหา หรือความต้องการ
2.หาแนวทางการแก้ปัญหา
3.ลงมือปฏิบัติเพื่อแก้ปัญหา
4.ทดสอบและประเมินผล
คณิตศาสตร์ (Mathematics) สำหรับสาระและทักษะกระบวนการทางคณิตศาสตร์จะครอบคลุมเรื่องจำนวนและกระบวนการ การวัด เรขาคณิต พีชคณิต การวิเคราะห์ข้อมูลและความน่าจะเป็น และ ทักษะกระบวนการทางคณิตศาสตร์
บทบาทของคณิตศาสตร์ในการจัดการเรียนรู้แบบบูรณาการวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ (STEM) จะช่วยส่งเสริมให้ผู้เรียนได้พัฒนาทักษะการคิดแก้ปัญหา การคิดเป็นเหตุเป็นผล ทักษะการคิดสร้างสรรค์ ทักษะการสื่อสารและการนำเสนอให้ผู้อื่นเข้าใจได้