良好的数学教学设计能够提升数学教学的科学性和有效性。目前,虽然教学设计引起了教学理论专家和一线教师的重视,取得了多项成果,但是教师的教学设计能力与理论的发展存在不均衡的问题。小学数学教师在教学目标、教学过程和教学评价等方面存在误区,严重影响数学教学的有效性。美国当代著名教学技术与理论专家戴维·梅里尔(M.David Merrill)于2001年提出的首要教学原理(又称“五星教学模式”),主要探讨教学如何能更好的促进学习。首要教学原理以聚焦问题为中心,包括激活旧知、示证新知、应用新知和融汇贯通四个阶段,共同构成教学循环圈。本研究旨在将首要教学原理引用到小学数学教学设计之中,以期提高数学教师的教学设计能力,.进而提升小学数学教学的有效性。本研究主要采用文献研究法、调查法和观察法。通过文献研究法,阐述了首要教学原理的内涵,详细论证了首要教学原理的五大原理及十五条推论。研究依据首要教学原理的特征,确立了小学数学教学设计的基本框架,同时选取义务教科书苏教版五年级下册《圆》进行单元教学设计并实施。教学设计的主要流程包括从教材和课程标准的角度分析教学内容,对学生进行相关知识的前期测试,基于首要教学原理,从教学目标、教学过程和教学评价三方面进行单元教学设计。根据实施的结果,基于首要教学原理的小学数学教学能够深化学生对知识的理解、发展学生的数学思考、培养学生问题解决的能力、学生课堂满意度高。同时笔者对首要教学原理下小学数学教学设计的不足之处进行了反思,并提出改进建议。