创客探索由于地方背景不同、 经济发展不均衡以及历史偏见仍然存在，STEM教育在推进过程中仍然存在挑战。
《STEM 2026》报告总结出了八大挑战，分别为：（1） 促进公平的 STEM 教与学经验和资源；（2）培育参与度高且网络化的 STEM 实践社区；（3）重新设计课堂活动以提高趣味性和风险性 ； （4） 开展早期STEM教育； （5） 打破 STEM 学科间以及与其他非STEM 学科间的分界；（6）重新构想学习空间；（7）开发创新且可操作的学习评价方式；（8） 赋予 STEM 新面孔以促进多元化、多机遇的社会环境（如图 2 所示）。
▍（一）促进公平的STEM教与学经验和资源贫困学校的学生经常无法获得科学、 数学等核心科目的有经验教师的指导， 而且许多学生甚至没有机会接触到可能使他们进入中学和获得工作的STEM 课程。
《STEM 2026》报告指出，贫困、日常教学资源的分布不均、数字鸿沟的存在、特殊人群受教育的公平性等问题， 一直困扰着STEM教育全面发展的进程，STEM教育经验和资源分布不均的问题仍然长期存在，并将不少青少年拒之门外。
为了应对这一挑战，报告指出，要加强教育资源建设，促进教育公平，需要重点关注 STEM 师资力量的培养，尤其是STEM教育资源匮乏的地区；关注多样性的学习者，比如，年轻女性、特殊人群，提高各类群体接触STEM教育的机会。
▍（二）培育参与度高且网络化的STEM实践社区目前，STEM早期教育和优质STEM辅导的实践社区之间，还未形成网络化的沟通，这是实现STEM 2026愿景的关键挑战。
为克服这一挑战，要基于当地社区独特背景和需求， 建立传播STEM学习的地方网络系统，做好实践社区的培育工作，来促进社区间协作和持续性学习。
另外，还需要不断吸纳来自不同群体的力量，如，政策制定者、资助者、慈善组织、 非营利组织、研究人员、实践者以及社区领导者，共同发展STEM实践社区， 力求为社区内所有青少年提供有效的STEM学习机会；
在社区利益相关者之间建立有效的伙伴关系， 促进从幼儿园到大学的STEM教育的连续性；帮助学生开展STEM各学科领域的科学探索。
▍（三）重新设计课堂活动以提高趣味性和风险性“失败”的概念通常在我们的教育系统中具有巨大的负面影响力。
在加强STEM学习和发展STEM知识、技能方面，“这种固有的‘不能容忍失败’的现象会阻碍创新潜力的实现”。
事实上，尝试挫折和失败是强化学习的好机会。 设计能够提高趣味性和风险性的课堂活动， 可以让学习者在尝试解决复杂问题的新方法上愿意承担风险。 正是失败后提出新问题，才能开始新调查，并确定之前的技术、结构或创新为什么不起作用的原因。
未来 STEM 教育面临的关键挑战， 是如何设计允许学生尝试和失败的课程及学习活动。 目前，如火如荼开展的创客运动正是这方面的重要尝试。
STEM方面的创客空间项目可以提高学生参与STEM学习的积极性， 有助于推动STEM教育进程， 通过创建 “创客空间”（Makerspaces） 强化学生的职业技能，用创新的方法吸引不同文化背景的学生， 培养学生的创造力。
另外，有些项目正在尝试将“创客活动”整合到他们的课程或非正式的课后计划中，支持将“创客活动”融入课堂教学中。
总之，为了应对这一挑战，未来的 STEM 教育需要获取学习结果的过程， 在过程中发展衡量学习者的学习行为；修正“害怕失败”的心理，允许学习者犯错；深化“创客运动”影响，鼓励利用“创客空间”打造地方特色学习活动， 从而重新设计能够提高趣味性和风险的课堂活动。
▍（四）开展早期STEM教育
优质的幼儿教育，是帮助儿童在学校和生活中茁壮成长的基础。高质量的早期学习计划，有助于缩小低收入家庭儿童与富裕的同龄人之间的成就差距。
2015 年，由奥巴马签署的《每个学生都成功法（ESSA）》首次提出，要促进地方社区之间早期学习的协调，做好学前教育与小学教育的衔接工作，并培养教师、领导者和其他为幼儿服务人员的能力，以提供最优质的早期教育。
早期 STEM 教育需要融入到现有幼儿教育体系， 采取适合STEM早期学习发展的最佳做法。 比如， 推进适合幼儿园和早期儿童的教育电视节目和数字媒体材料，通过高质量的节目和应用程序，来帮助发展儿童的早期STEM学习并为进入学校而准备。
另外，可以考虑为家长、监护人和学前教育者制定一套资源和建议， 用简单的方式将STEM概念纳入日常活动中，以强化早期儿童的STEM学习。
▍（五）打破STEM学科间以及与其他非STEM学科间的分界
在 STEM 领域， 科学和技术创新不是在一个学科范围内真空地发展而成的， 而是由一个跨学科的团队在解决地区、国家或全球挑战中形成的。
有研究表明，“由于现实世界的问题本质上是跨学科的，在解决真实问题过程中，采用这种跨学科的学习方式，可以促进对STEM概念的理解”。
为了更好反映知识的应用情况并在现实世界中获得更多新知识 ，《STEM 2026》报告指出：要打破STEM学科间以及与其他非STEM学科之间的分界线， 将跨学科的学习方式整合到P-12（学前教育阶段到12年级阶段）课程中。
实现这一愿景的挑战是如何为教育者提供充足的知识、资源和策略准备，以有效地实施综合和跨学科的 STEM 学习活动。
具体措施包括：要确保所有学生都能获得必要的资源和支持， 帮助所有学生培养STEM素养，获得多学科的STEM学习经验；为教师建立关于科学、 数学和技术方面的本质认识并梳理发展历史，培养科学素养，打破STEM学科间以及与其他非STEM学科之间的分界线； 鼓励体制内学校和体制外机构共同开发“大挑战”课程来促进STEM教学，增加“大挑战”教育者的培训，确保这种整合STEM教学适合学习者学习并发挥应有的作用。
▍（六）重新构想学习空间
学习空间方面存在的挑战， 是如何促进更广泛和更有效地使用翻转课堂和技术工具，来打造灵活、具有包容性的学习空间。
到目前为止，大多数关于翻转课堂的研究， 都依赖于教师和学生的自我报告（Self-report）。
在教育技术领域，常规研究与评估周期的速度远比不上产品革新的速度， 这导致更新的方法以及工具的应用通常很少， 或没有基于有效性的证据。
为了应对这一挑战， 需要设想如何创造有利于开展探究活动、基于技术的学习空间，保证学生可以自由地在这个空间进行研究、学习，并适用于特殊群体（尤其关注残疾学习者）。
另外，需要考虑学习空间的拓展， 为 STEM 教学提供一个教育和学习的植入模式，将自然世界、虚拟空间作为教室，让参与的学生感受到真实的特定问题情境。
在《STEM 2026》报告中提到，一些技术或工具的使用可以促进STEM教育，打造“未来教室”，如，大规模在线开放课程（Massive Online Open Courses，MOOCs）、 增 强 现 实 技 术 （Augmented Reality） 以 及3D打印技术等。
▍（七）开发创新且可操作的学习测量方式
如果学习测量的目标不明确， 很有可能既占用许多宝贵的教学和学习时间，又降低课堂的创新力。
此外，为了减少对具有创造性思维的学生的限制，需要采取更为全面和包容的评价机制， 以衡量和深化学生在学习过程中的各项技能和知识掌握情况。
目前，遭遇的关键挑战是测量方式的增长是有限的，而且现有评价指标可能存在着偏差。 为了应对挑战，应该用更为全面的评价方式来衡量学生能力， 并根据现有评价的局限性做出改进， 以减少对制定和实施创新性学习的阻力。
《STEM 2026》报告提议，可以开发创新且可操作的学习测量方式， 并采用技术手段来支持并深化个性化考评的进程，所采用的方式、材料、平台或设备，应该能够服务于各种类型的学生。
具体包括：开发一些程序，将游戏融入教学中，在吸引学生的同时更全面地衡量学生的学习， 并提供个性化且及时的支持。
这些软件或程序可以为教师提供学生学习的实时数据， 教师可以使用相应的标准来观察和记录学生的技能和行为规范， 从而能够在具体情况下评估学生的学习行为。
这类评估方式还能够为教师提供即时反馈，在学习过程中进行重新定向，或提供其他支持来帮助学生在学习过程中找到重点。
技术嵌入式评估模型的初步数据分析表明， 学生在批判性思维指导下，在推理、解决问题和沟通技巧方面取得了显著的进步。
▍（八）重新定义STEM形象以促进多元化多机遇的社会环境
实现 《STEM 2026》 必须克服的第八个关键障碍，是排除STEM中的历史偏见。 长期以来，历史和社会文化环境塑造了公众对STEM的刻板印象，
如： “谁有资格成为科学家”、“谁擅长科学”、“谁本就属于STEM实践社区的精英”等。 只有克服这一障碍，才能促进社会环境朝多元化、多机遇方向发展。
应对挑战的策略是要赋予 STEM 新面孔， 以促进多元化、多机遇的社会环境，提高消除历史偏见的公民意识， 注重媒体和STEM主题玩具形象设计在传播STEM形象当中的作用。
流行文化和媒体在扭转影响STEM既定观念，以及公众对STEM与其日常生活的相关性理解方面，发挥了关键作用。
此外，高质量的教育工具和教育电视节目以及电脑游戏和应用程序，可以扩大幼儿接触并获得 STEM 经验的渠道。
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