Untuk menyiapkan peserta didik Indonesia memperoleh keterampilan abad 21, yaitu keterampilan cara berpikir melalui berpikir kritis, kreatif, mampu memecahkan masalah dan mengambil keputusan serta cara bekerja sama melalui kolaborasi dan komunikasi, maka pendekatan Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) diadopsi untuk menguatkan impelementasi Kurikulum Nasional (Kurikulum 2013). STEM merupakan suatu pendekatan dimana sains, teknologi, enjiniring, dan matematika diintegrasikan dengan fokus pada proses pembelajaran pemecahan masalah dalam kehidupan nyata. Karakteristik atau prinsip-prinsip pembelajaran abad 21 yang harus dilakukan guru untuk menyiapkan peserta didik yang memiliki keterampilan abad 21: 1) pendekatan pembelajaran dipusatkan pada peserta didik; 2) peserta dibelajarkan untuk mampu berkolaborasi; 3) materi pembelajaran dikaitkan dengan permasalahan yang dihadapi dalam kehidupan sehari-hari, pembelajaran harus memungkinkan peserta didik terhubung dengan kehidupan sehari-hari mereka; dan 4) peserta didik dipersiapkan menjadi warga negara yang bertanggung jawab, sekolah seyogyanya dapat memfasilitasi siswa untuk terlibat dalam lingkungan sosialnya.

Survey PISA pada tahun 2015, skor sains Indonesia 403, matematika 386, dan literasi 297. Dari 70 negara yang disurvei PISA, sains berada di urutan 62, matematika 63, sedangkan literasi 64. Hal ini berarti Indonesia masuk pada urutan 10 besar terbawah. Skor PISA tahun 2012 juga tidak kalah memprihatinkan, sains, matematika, dan literasi Indonesia berada di urutan 64, 65, 61 dari total 65 negara.

Pada survei TIMSS, Indonesia juga belum mencapai hasil yang membanggakan. Pada survei TIMSS tahun 2015, perolehan skor Indonesia untuk bidang sains sebesar 387 dan menempati urutan ke 45 dari 48 negara. Sedangkan untuk skor matematika Indonesia meraih skor 397 dan

posisi 45 dari 50 negara. Oleh karena itu perlu dilakukan perubahan, inovasi, dan reformasi dalam cara membelajarkan peserta dari penggunaan paradigma lama menjadi paradigma baru.

Membangun penguasaan konten harus dilakukan melalui proses pemberian keterampilan (Skills), yang dilandasi dengan sikap, karakter, dan kebiasaan yang baik. Perlu diingat bahwa akhir suatu proses pendidikan pada dasarnya adalah menanamkan kepribadian. Pembelajaran berbasis STEM merupakan salah satu pendekatan pembelajaran alternatif yang potensial digunakan untuk membangun keterampilan abad 21.

STEM yang merupakan akronim dari Science, Technology, Engineering, Mathematics pertama kali diluncurkan oleh National Science Foundation Amerika Serikat pada tahun 1990-an sebagai tema gerakan reformasi pendidikan dalam keempat bidang disiplin tersebut untuk menumbuhkan angkatan kerja bidang-bidang STEM, serta mengembangkan warganegara yang melek STEM (STEM literate), serta meningkatkan daya saing global Amerika Serikat (AS) dalam inovasi iptek (Hanover Research, 2011).

Sejauh ini, gerakan pendidikan STEM telah bergema di negara maju (Jepang, Korea, Australia, United Kingdom) ataupun negara berkembang (Thailand, Singapura, Malaysia), memandang pendidikan STEM sebagai jalan keluar untuk masalah kualitas SDM dan daya saing bangsa. Kesadaran akan pentingnya pendekatan pembelajaran berbasis STEM mulai muncul di kalangan pakar pendidikan di Indonesia khususnya pendidikan kejuruan. Kesadaran para pakar ini berimbas pada perubahan paradigma pendekatan pembelajaran di Sekolah Menengah Kejuruan (SMK).

Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan (PPPPTK) BOE Malang sebagai unit pelaksana teknis pendidikan kejuruan dibawah Dirjen Guru dan Tenaga Kependidikan melaksanakan peningkatan kompetensi guru SMK melalui program Pengembangan Keprofesian Berkelanjutan (PKB). Salah satu alternatif pendekatan pembelajaran untuk meningkatkan mutu output peserta didik SMK melalui program PKB bertema Pendekatan Pembelajaran Berbasis STEM.