2016年，北京中学确定开展“基于STEM教育的核心素养研究”项目，希望通过三年的时间，以提升学生核心素养和未来竞争力为导向，形成STEM课程的评价指标体系，建设一支能够自主开展STEM课程的教师队伍。
为此，学校开展了四个方面的研究：通过课程开发，将STEM与学生学习内容同步，形成一体化设计，开展课程进阶研究，做好加减法；研究教师培训体系，培养中外教师团队，形成课程研发与实施工作机制；开展项目实施效果研究，通过观课、议课，学生前测、后测，关注学生的实际获得；开展校际间合作模式研究，形成学校课程特色。
北京中学自2015年9月开设STEM课程，在七、八年级开设必修课，在九年级开设选修课。第一学年，每周一次90分钟大课；第二学年，每周两次45分钟课程。对每一个项目，学生都要经历定义问题、头脑风暴、建造、原形测试和改良的过程，经过两到三次改良之后再进行分享和交流。
教师为学生设计了十个课程模块，形成三个级别的进阶课程：
第一阶段，学生刚刚进入课程时，可以任意选择类似于科学课上的科学探究活动，在教师的引领下逐渐摸索，在科学实践过程中内化实践方法。
第二阶段，教师为学生提供半开放性问题，以及明确的考量方案和指标体系，由学生自主探索。学生通过文献检索、自主建构、团队合作等方式，不断尝试，完成任务。
第三阶段，学生自主设计问题，教师要求学生用一个月的时间发现问题、提出问题、设计原形、进行论证测试并改良后形成产品。
STEM课程开展一两年后，教师们明显感受到了学生的成长变化。首先是学生们的自信心提高了，从羞于表达到积极回答问题，展现自己。然后是问题解决能力提升了，从只有一个简单的答案，到有创意地提出新的想法、新的解决方案，并按计划实施出来，他们逐渐养成正确的研究习惯。由于体会到了学习的乐趣，学生们的参与度也提高了。
在STEM课程的学习过程中，学生们说：
感受到了什么是创新思维，学到了发明新事物的方法，如：设计草图、设计实验步骤、实施实验、搭建模型、测试、完善、分享。
STEM是一门综合性学科，每次项目制作都是以团队的形式开展的，觉得自己的团队意识有了很大程度上的提高。
STEM课让自己丰富、融合、深化理解了其他学科的知识，如：物理、生物、历史、化学等。还有的同学在数学建模中也会运用到STEM的思维方式。
如果想创造产品，自己就会使用在STEM课上学到的方法。
学生在STEM课程上学习到的知识如何应用呢？
在寒暑假期间，学校经常会为学生推荐国内外的各类赛事，并且告诉他们，选择参与哪个领域的赛事，就可以作为这个领域学科的寒假作业。2017年暑期，美国麻省理工学院“动手与动脑——工程设计优化生活”比赛中，要求参赛者制作一个二级分离火箭，发射升空后要在空中停留六秒钟。学校的一批学生在寒假中就提前选择了这个项目，经历了一个不断探索的过程。
开始学生们想用火药发射，但是火药买不到，他们便利用自己的化学知识自制面粉炸药。在学校发现并及时制止之后，他们又开始尝试水火箭。就这样试验，失败，再试验，再失败。在比赛前的最后一个晚上，学生们终于设计出了一个理想的发射装置。但是在试飞的时候装置摔坏了，虽然进行了补救，在比赛初始阶段实现了空中分离、降落伞打开降落，时间也很接近，但最后的比赛过程中火箭又摔坏了，怎么办？学生们只好用一截火箭完成了相关项目，而且临时创意用手机开启录像功能后装入火箭，完成了火箭起飞和降落的航拍。
凭借这一创意和不放弃的精神，以及近乎完美的时间表现，学生们最后获得了大赛唯一的特等奖。他们自己总结说：“真的不容易，由想法到实现的每一个步骤都需要特别的细致，降落伞的制作花了很大的功夫，大家尝试了各种材料，经历了无数的困难，但最终我们成功了！”
北京中学在STEM教育探索中，基于STEM教育的核心素养研究，有一批有探索热情的师生，他们逐步从STEM走向“STEM+”。这是一种理念，“+”什么呢？教师和学生们把STEM和人文艺术相结合，和社会服务相结合，产生了许多新的火花，在悄然改变着学校的课程教学，传递着创新的文化。