基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享模式的構建研究

沈丹丹

嶺南師范學院教師教育學院， 廣東 湛江 524048

數字化教育資源包括數字化硬件資源和數字化軟件資源兩部分。數字化硬件資源通常是指教育過程所使用的數字化硬件設備，如數碼照相機、數碼攝像機、視頻展示臺、投影儀、計算機等；而數字化軟件資源是指教育過程中應用的教學軟件、視音頻、課件、在線課程、數字期刊等[1]。該研究中的數字化教育資源主要是指數字化軟件資源。隨著教育信息化進程的不斷深入，數字化教育資源在教學中得到越來越多的應用。《教育信息化十年發展規劃(2011—2020年)》認為，實施優質數字化教育資源建設與共享是推進教育信息化的基礎工程和關鍵環節[2]。教育部于2018年4月在《教育信息化2.0行動計劃》中也提出了實施教育大資源共享計劃，推進開放教育資源匯聚共享，打破數字化教育資源開發利用的傳統壁壘，為學校和學習者提供大量合適的學習資源。為此，構建一種新的數字化教育資源共享模式具有一定的價值和意義。

1 數字化教育資源共享存在的問題

在教育信息化2.0背景下，數字化教育資源的建設和共享雖然取得了較大進展，但還存在著諸多問題，主要表現在以下幾個方面：

1.1 優質資源相對匱乏

經過多年建設，數字化教育資源雖已取得不少經驗和成就，但優質資源還存在相對匱乏的狀態。由于地理條件以及環境限制，偏遠地區特別是農村中、小學校難以獲得多樣化的優質教育資源，導致教學點教育資源匱乏。農村學校的教師普遍只能依靠一支粉筆、一塊黑板和一本教材，通過單一的講授方式對學生開展教學，在教學過程中難以通過多樣化的教學手段有效激發學生的學習興趣，導致學生的學習積極性普遍不高。

1.2 共享意識不足

如果思想觀念上的共享意識不足，缺乏協同共享理念，就會影響數字化教育資源共享的效果。調查發現，數字化教育資源在共享時，行政管理部門考慮的是當地利益的最大化，學校考慮的是自身學校的獨特優勢和利益最大化。即便有一定的共享意識，但在共享自身優質數字化教育資源時，仍會保留核心資源。如果不能從思想意識和理念上改變相關主體對數字化教育資源共享的認識，激發相關主體共享優質數字化教育資源的熱情，就會影響資源共享的效果。

1.3 資源產權保護難

在信息技術高度發達的網絡時代，數字化教育資源共享給大家帶來了極大便利。雖然我國已經出臺了關于知識產權保護的法律和法規，但由于大部分人缺乏知識產權保護意識，對可能受到侵權不加防范，形成了對他人資源不按照正常途徑使用，對產權擁有人的權利造成損害。因此，一些培訓機構或學校教師不愿將自己獨有的數字化教育資源與他人分享，抑制了優質教育資源的共享力度。為此，如何保護數字化教育資源的產權問題就顯得尤為重要。

1.4 共享技術存在障礙

隨著計算機、網絡等硬件和軟件技術的快速發展，數字化教育資源共享在技術上得到了有力支撐，但要實現所有用戶全面、高效和暢通無阻地共享，仍然存在技術障礙。比如：資源建設尚未形成統一的規范和標準，導致多個組織機構或群體同時建設同一教育資源，重復現象嚴重；另外，教育資源共享中面臨的安全問題仍未得到完全解決，諸如計算機病毒、網絡黑客等的侵襲，都可能對教育資源帶來巨大的威脅[3]。因此，需要一種新型的共享技術，為數字化教育資源共享保駕護航。

1.5 動態監測和評價體系缺乏

動態監測和評價體系的運用可以反映出共享中存在的政策問題，現行的共享制度是否合理，哪些地方需要完善和改進，以便更清楚地了解數字化教育資源的共享現狀，為進一步推動數字化教育資源共享提供參考。目前，數字化教育資源共享中明顯缺乏動態監測和評價體系，使共享成果得不到及時考核，影響了資源共享的推進程度，也給數字化教育資源共享的管理帶來了很多困難。

2 區塊鏈的概念及特點

2.1 區塊鏈的概念

區塊鏈(block chain)的概念由中本聰(Satoshi Na- kamoto)于2008年11月首次在《比特幣：一種點對點的電子現金系統》一文中提出。2017年5月16日，國內首個區塊鏈標準《區塊鏈參考架構》正式發布，該標準對區塊鏈術語進行了明確界定：“區塊鏈是一種在對等網絡環境下，通過透明和可信規則，構建不可偽造、不可篡改和可追溯的塊鏈式數據結構，實現和管理事務處理的模式”[4]。

為此，我們認為，區塊鏈是通過去中心化和去信任的方式，集體共同維護一個可靠數據庫的技術方案[5]。區塊鏈是一種分布式數據存儲模式，它本身是一串使用密碼學相關聯所產生的數據塊，每個數據塊包含了一次網絡交易的相關信息，用于驗證信息的有效性(防偽)和生成下一個區塊，也可以說它是儲存加密貨幣(例如比特幣)交易記錄的“公共賬本”。一個節點一旦加入區塊鏈網絡中心，該節點便享有同其他所有節點完全一樣的權利與義務，這就是區塊鏈的共享。

2.2 區塊鏈的主要特點

區塊鏈是基于互聯網時代的分布式數據儲存、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的創新應用[6]。主要有以下幾個特點：

2.2.1去中心化區塊鏈本質上是一個去中心化的數據庫，它使用分布式核算和存儲，沒有中心化的硬件或管理機構。任何節點的權利和義務都是相同的，任何一節點停止工作都不會影響系統整體的運行[7]。去中心化使節點之間的交互和共享更加自主化、簡單化，如果有大量交易同時進行，就節約很多時間，提高效率。

2.2.2安全可靠在區塊鏈系統中，任意節點都能用計算能力進行投票，一旦某一信息得到承認的結果超過半數節點，那么這一信息就能經過驗證并添加至區塊鏈，永久存儲起來。即使遭遇嚴重的黑客攻擊，只要黑客控制的節點數不超過節點總數的一半，系統就仍能正常運行，數據也不會被篡改。因此，區塊鏈中的數據具有極高的穩定性和可靠性。

2.2.3去信任化傳統的數據交換是基于信任的，盡管信息中心有大量信息，但從中可獲取的信息卻極為有限，導致大量數據被浪費和隱藏。而區塊鏈系統中的單個節點在交換數據時不需要彼此信任，因為區塊鏈系統的運行規則和數據內容是公開透明的，節點之間不能也無法在系統的規則范圍內相互欺騙。

2.2.4開放性區塊鏈系統是開放的，除了每個節點的私有信息和具有特殊權限要求的信息被加密外，其他數據對所有人公開。任何人或節點都可通過公開的接口上傳資源、查詢區塊鏈數據記錄或完善相關應用程序。因此，整個區塊鏈系統具有開放性。

2.2.5集體維護在中心化網絡結構下，系統的運行依賴于系統中心平臺的維護和經營。而區塊鏈則構建了一整套協議機制，系統中的數據塊由系統中具有維護功能的節點來共同維護，具有維護功能的這些節點可由任何人參與。每個節點不僅參與記錄數據，同時也驗證其他節點記錄結果的正確性，提高系統維護的效率，降低系統維護的成本。

2.2.6匿名性由于節點之間的信息交換遵循固定的算法，數據交互由區塊鏈中的程序規則自動執行，不需相互信任。因此，節點雙方不需公開身份讓對方信任自己，這樣可以充分保護個人隱私，也可有效積累個人信用。

3 區塊鏈在教育領域的研究現狀及啟示

《“十三五”國家信息化規劃》將區塊鏈納入新技術范疇并作前沿布局，《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書(2018)》總結了典型的區塊鏈應用需求。區塊鏈作為一種新興的應用模式，有著廣泛的應用價值，但在教育中的應用還處于萌芽時期，已有研究不多。

3.1 區塊鏈在教育領域的研究現狀

區塊鏈技術在金融領域的成功應用，引發了國內一些學者開始關注并探討區塊鏈技術在教育領域的應用。例如：金義富從教育資源建設、教學過程評價和教育投入產出等方面探討了教育領域對區塊鏈技術的需求，構建了“區塊鏈+教育”體系框架，提出了一種通用教育經歷區塊鏈UEEB系統[8]；楊現民、李新借鑒金融領域區塊鏈應用的經驗，提出了區塊鏈在教育領域的六大應用模式：建立個體學信大數據、打造智能化教育淘寶平臺、開發學位證書系統、構建開放教育資源新生態、實現網絡學習社區“自組織”運行以及開發去中心化教育系統[9]；全立新等通過對區塊鏈技術的研究，設計了一種開放的、去中心化的資源流通模式，即雙區塊鏈結合智能合約的模式[10]；李新等以區塊鏈技術為底層技術構建了開放教育資源分布式管理平臺[11]；劉豐源等采用區塊鏈的網絡拓撲結構，借鑒區塊鏈的共識驗證技術，設計了包含資源存儲層、資源評估層、資源互連層的教育資源共享框架[12]。

由此可見，區塊鏈技術已逐漸融入到教育領域，利用區塊鏈的獨特技術優勢重構數字化教育資源共享模式的新生態已成為可能。

3.2 區塊鏈對數字化教育資源共享的啟示

目前，數字化教育資源共享仍存在諸多問題，而區塊鏈理念在教育教學中的應用無疑有著積極的現實意義，對促進數字化教育資源共享模式的建設具有一定的啟示。

3.2.1提供優質數字化教育資源區塊鏈的智能合約與共識機制為數字化教育資源網絡認證機制的構建提供了有力保障。教育資源開發者基于此網絡認證機制可將資源上傳到云端平臺，利用非對稱加密算法對數字化教育資源進行加密，并將之存放在區塊中，然后將教育資源區塊向全網廣播并等待認證，超過51%的節點達成共識，通過認證，再對教育資源區塊加蓋時間戳并在網絡中以P2P模式流通。網絡認證機制中的認證、流轉、共享環節均由區塊鏈的智能合約自動完成，每個節點上的資源用戶共同認證新上傳數字化教育資源的應用價值[10]。基于區塊鏈技術的數字化教育資源網絡認證機制可以避免劣質教育資源的產生，能有效提升數字化教育資源的質量。

3.2.2加強數字化教育資源版權保護資源上傳者可將數字化教育資源的版權信息和交易信息均記錄在區塊鏈上。基于區塊鏈的開放性和透明性，資源使用者可隨時隨地查找、追蹤或獲取任何數字化教育資源的創建信息，如資源創建者、創建時間、資源類型等內容，這有助于從源頭上保護教育資源的版權。因此，利用區塊鏈技術的可追溯性，能實現對教育資源的版權保護，解決知識產權糾紛問題。

3.2.3提高數字化教育資源共享效率基于區塊鏈技術的去中心化特點，以往學習者與學習內容傳播者之間信息交流不對稱的現象得到改善。分布式賬本技術實現了數字化教育資源的自由流通和用戶之間的點對點交易，學習者跳過了中間機構，直接訪問教育資源，提高數字化教育資源的共享效率，減少交易成本，使學習者可以用更少的成本獲得優質教育資源，解決數字鴻溝和資源孤島問題。

3.2.4實現數字化教育資源共享自動化區塊鏈中智能合約的透明化和智能化等特性，可實現數字化教育資源上傳、認證、流通和共享工作自動化完成。另外，教育智能合約的有效利用可支持構建一個高效智能、“自組織”運行的網絡學習社區，自動過濾掉與學習主題不相關的信息，營造積極向上的學習環境[11]。因此，基于教育智能合約構建的教育資源共享系統，能對數字化教育資源管理帶來變革，實現資源管理的智能化和自動化。

4 基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享模式的構建

4.1 基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享框架

依據教育資源傳播方式的不同，教育資源共享模式主要分為兩種：有中心模式和無中心模式。有中心模式的資源管理可做共享內容的備份和公證，集中監管，管理程度較高；無中心模式是去中心化，點對點即可共享，簡單方便，數據安全性較高。區塊鏈是運行于對等網絡之上的，基于區塊鏈的數字化教育資源共享框架是基于這兩種模式的優勢，遵從無中心結構而創建的，如圖1所示。

圖1 基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享框架

基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享須打破傳統資源共享壁壘，實現教育資源在學校、機構或個人之間點對點流通。圖1中節點的主體可以是學校教師、培訓結構或任何學習者，以區塊鏈為底層技術，通過共識機制和智能合約自動實現數字化教育資源的獲取、上傳或更新。區塊鏈分為私有鏈、聯盟鏈和公有鏈三種，不同種類的區塊鏈使用的共識機制不同[13]。該研究構建的數字化教育資源共享框架具有聯盟鏈的性質，適用于區域數字化教育資源的共建與共享。

4.2 基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享模式

“互聯網+教育”是教育發展與變革的總體趨勢，其目的是應用互聯網思維和技術實現教育體系的根本性變革，而數字化教育資源共享模式的改變有助于推動教育體系的變革。區塊鏈技術對構建生態型教育資源共享模式發揮著重要作用，圖2分別從數據記錄、資源交易、資源共享和資源管理四個層面，構建了基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享模式。

圖2 基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享模式

4.2.1基于數據記錄層面建立個人資源學習大數據基于區塊鏈理念，學習者的學習過程可用分布式方式進行記錄和存儲。任何教育培訓機構或學校教師均可跨系統或跨平臺地記錄學習者的學習過程和結果，并永久保存在云服務器，形成個人資源學習大數據。學校教師可根據學生的個人資源學習大數據，了解學生的學習風格，正確評估學生的學習效果，有助于教師因材施教，開展個別化教學。此外，學生在教育培訓機構學習時，培訓教師也可以通過合法渠道查詢、獲取學生的任何學習數據，如國內的喵爪教育機構根據學生的檔案信息，精準評估學生與培訓內容間的匹配度，為學生定制個性化的學習目標和培訓內容，實現學生的個性化培養。

4.2.2基于資源交易層面實現資源交易智能化通過嵌入教育智能合約，構建教育智能交易系統。該系統中各種學習資源的購買、使用、支付等工作均由系統自動完成，同時，購買記錄不能偽造、真實有效，所有的交易數據都將被永久保存，可隨時被追蹤、查詢，確保交易的安全可靠。學習者可根據自己的實際情況選擇恰當的學習資源和服務，如知識點微課、重難點講授等，系統會根據學習者的學習需求自動將對應的學習資源發送給學習者，該資源的物流信息將被智能合約追蹤、記錄，當學習者確認收到學習資源時系統自動完成支付，所有教育資源和服務均可以根據學習者的個性需求實現點對點交易[14]。

4.2.3基于資源共享層面構建教育資源共享新生態數字化教育資源的快速發展為世界各地的教育工作者和學習者提供了大量免費開放的教育資源，但同時也面臨著許多問題，如資源產權保護難、共享成本高、資源質量參差不齊等。為此，基于區塊鏈理念構建優質、可靠、智能化的數字化教育資源共享新生態，成為當前教育資源共享領域發展的迫切需求。利用區塊鏈的非對稱加密算法保護教育資源版權；利用區塊鏈技術的去中心化節省中心平臺的維護和管理成本；利用區塊鏈的分布式賬本技術實現點對點的傳播方式，提高教育資源的共享效率；基于區塊鏈的智能合約與共識機制構建教育資源網絡認證機制，實現優質教育資源的傳播，從而形成基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享的新生態。

4.2.4基于資源管理層面創建教育資源管理系統隨著數字化教育資源數量和類型的爆發式增長，如何監管和獲取高質量的教育資源尤為重要。教育資源管理系統的主要功能是對數字化教育資源質量進行評價和動態監測，并有效整合各類教育資源。該系統利用智能合約技術，基于評估標準對數字化教育資源自動監管，實現對教育資源的有效評價和動態監控，提高教育資源的監管效率。另外，該系統可以將網上零散的、具有語義關聯的教育資源進行整合，以專家知識樹的形式，構建領域知識體系，節省數字化教育資源檢索和獲取的時間。同時，該系統可根據用戶需求和教育資源的使用記錄數據，建立學生模型和教師模型，以便動態調整教學方案，實現個別化教學。

5 總結

區塊鏈技術的發展與應用，為教育教學變革提供了新的技術基礎和應用模式，為區域教育資源共享的實時性、一致性和相互信任提供了機遇，解決了免費資源或付費資源共享中存在的諸多難題，但仍面臨一些挑戰，如推廣運行難、資源版權模糊、資源存儲空間不足、隱私保護仍有風險等。為此，基于區塊鏈理念的數字化教育資源共享模式的實施任重而道遠，需要政府、學校、教育機構、學習者等多方面通力配合，加大對資金、技術和人才等的投入，克服技術難題和利益壁壘，提高數字化教育資源共享的質量和效率，擴大優質教育資源的覆蓋面，滿足學習者的個性化需求。