Tổ chức dạy học STEM đã và đang thu hút sự quan tâm của các trường học phổ thông, các thầy cô, các nhà khoa học giáo dục trong những năm gần đây. Thông qua giải quyết các vấn đề trong chủ đề STEM, học sinh có cơ hội phát triển năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng. Bài viết này trình bày cấu trúc năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng, quy trình thiết kế và tổ chức hoạt động dạy học chủ đề STEM để phát triển năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng. Đã thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM "Nghiên cứu quy trình và chế tạo thiết bị bình chữa cháy mini" và thực nghiệm tại trường THPT Đồng Quan, huyện Phú Xuyên, Hà Nội. Sau khi xử lí thống kê, cho thấy có sự tiến bộ về năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng của học sinh.