基于區(qū)塊鏈技術重構互聯(lián)網時代的開放教育

張召 金澈清 周傲英

摘要：在互聯(lián)網時代，基于在線學習方式的開放教育日益被教育機構及學習者采納和接受。開放教育在為學習者帶來時空便利的同時，其在數(shù)據(jù)層面上引發(fā)的信任危機也亟待解決。開放教育可劃分為教學資源開放共享、大規(guī)模教學交互、跨平臺開放等三個階段，數(shù)據(jù)在其發(fā)展過程中起到了原始驅動力的作用，并在其質量提升中扮演著重要角色。構建貫穿開放教育數(shù)據(jù)產生、流通和傳播全過程的信任機制十分重要，而具有去中心化、去信任化、防篡改、可追溯等特性的區(qū)塊鏈技術可用于構建開放教育參與者間的信任關系，進而從以下幾個方面重構互聯(lián)網時代的開放教育：一是實現(xiàn)優(yōu)質教育資源在分享和傳播中的確權;二是保障開放教育環(huán)境下的學習成果互認;三是保證開放教育情境中的數(shù)據(jù)可信，并準確實現(xiàn)教育的“以人推己”。雖然區(qū)塊鏈技術在開放教育中具有廣闊的應用前景，但針對教育的現(xiàn)實情境，其仍存在以下技術問題有待解決：一是數(shù)據(jù)存儲受到單節(jié)點存儲容量的限制;二是共識協(xié)議所支持的節(jié)點數(shù)目偏少;三是缺乏面向教育規(guī)章制度的高效合約建模及執(zhí)行方法;四是數(shù)據(jù)在多方間的公開使得對用戶隱私保護難以實現(xiàn);五是輕客戶端使得驗證查詢功能受限。

關鍵詞：互聯(lián)網時代;區(qū)塊鏈技術;信任機制;開放教育

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2020）01-0033-09? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2020.01.004

作者簡介：張召，博士，副教授，碩士生導師，華東師范大學數(shù)據(jù)科學與工程學院（上海 200062）;金澈清，博士，教授，博士生導師，華東師范大學數(shù)據(jù)科學與工程學院（上海 200062）;周傲英，博士，教授，博士生導師，華東師范大學副校長（上海 200062）。

2018年4月，教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動計劃》，指出要“積極推進‘互聯(lián)網+教育，堅持信息技術與教育教學深度融合的核心理念，堅持應用驅動和機制創(chuàng)新的基本方針，建立健全教育信息化可持續(xù)發(fā)展機制，構建網絡化、數(shù)字化、智能化、個性化、終身化的教育體系，建設人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會”。該計劃描繪出信息技術與教育深度融合的藍圖和美好愿景，但在具體的實施過程中仍將面臨許多挑戰(zhàn)。對于教育而言，互聯(lián)網技術的引入，使得原有相對固定且封閉的教學模式變得開放而自由，這一方面有益于學習型社會的構建，另一方面卻也會引發(fā)教育活動中各主體間的信任問題。在互聯(lián)網時代，教育的深度與廣度都遠超以往任何時期，教育活動不再局限于小范圍的“熟人社會”，而是面向更廣畛域的“陌生人社會”。要在缺乏信任基礎的主體之間開展教育活動，就需要變革教學方式，重塑主體間的信任關系，區(qū)塊鏈技術的出現(xiàn)正好為解決此類問題帶來了希望。

區(qū)塊鏈技術源于一位化名“中本聰”的日本學者于2008年提出并繼而實現(xiàn)的比特幣系統(tǒng)，其可以支持去中心化的電子貨幣交易并實現(xiàn)交易的不可抵賴和防篡改（Nakamoto，2008）。隨著支持智能合約的區(qū)塊鏈2.0平臺的發(fā)展，區(qū)塊鏈技術逐漸從電子貨幣領域延伸到傳統(tǒng)行業(yè)領域（邵奇峰等，2018）。從數(shù)據(jù)管理的視角看，區(qū)塊鏈系統(tǒng)的本質是一個網絡形態(tài)上各節(jié)點獨立對等，數(shù)據(jù)以日志方式記錄并通過全復制分發(fā)實現(xiàn)共享，采用哈希鏈數(shù)據(jù)結構保證數(shù)據(jù)不可篡改，依靠共識算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)副本間一致性的分享型數(shù)據(jù)庫（Zhu et al.，2019;El-Hindi et al.，2019）。

在教育領域，區(qū)塊鏈技術可充分發(fā)揮其透明化、難篡改、可追溯的優(yōu)勢，增強互聯(lián)網時代教育活動中各主體間的信任。一些學者已注意到區(qū)塊鏈技術將對教育領域產生巨大的積極影響。楊現(xiàn)民等（2017）研究了區(qū)塊鏈技術在教育領域的應用模式與現(xiàn)實挑戰(zhàn);馮熳等（2017）探索了區(qū)塊鏈技術在教育中的作用;金義富（2017）分析了“區(qū)塊鏈+”教育的需求及其技術框架。互聯(lián)網時代的教育是“開放教育”，上述研究雖探討了區(qū)塊鏈技術在教育領域的應用前景，但并未從互聯(lián)網時代教育活動所面臨的信任挑戰(zhàn)視角出發(fā)，探討區(qū)塊鏈技術對“開放教育”的重構。事實上，數(shù)據(jù)是推動“互聯(lián)網社會”發(fā)展的驅動力，但若個體之間缺乏信任關系，則無法充分發(fā)揮出數(shù)據(jù)的潛能。而基于區(qū)塊鏈技術構建的信息化基礎設施可重構互聯(lián)網時代的信任關系，進而提升數(shù)據(jù)價值。對于互聯(lián)網時代的教育而言也是如此，借助區(qū)塊鏈技術構筑教育活動中各主體間的信任關系可極大地促進“開放教育”的發(fā)展。

一、互聯(lián)網時代的教育變革

1.教學方式變革：從課堂教學到在線教學

傳統(tǒng)教育是依靠一定的行政約束，由相對單一的教育機構在固定的時間和地點為確定的學習者提供教學服務。這種教育模式在很長一段時期內為國家人才培養(yǎng)和國民素質提升發(fā)揮了巨大作用。但由于其受到時間和空間的束縛，致使優(yōu)良的教育資源無法得到規(guī)模化的復制和傳播，這就造成了地區(qū)之間的教育公平失衡。

隨著信息技術的發(fā)展和互聯(lián)網的普及，在線教育深刻地改變了傳統(tǒng)的教學模式，也彌補了現(xiàn)有教育制度的不足。在線教育的重要特征是開放化和規(guī)模化，這主要體現(xiàn)在：第一，學習者可以通過互聯(lián)網接受從學前教育、基礎教育、高等教育到終身教育的整個教育過程;第二，學習者的類型多且規(guī)模大，不但涉及全日制學生，更涉及利用業(yè)余時間學習的學習者;第三，教育過程需要家庭、學校和社會“三位一體”的介入。

與封閉式、小規(guī)模的課堂教學相比，在線教學體具有如下特征：一是教學對象的規(guī)模大。在傳統(tǒng)的課堂教學中，教學對象的規(guī)模通常在百人以內。而對于采用在線教學方式的課程而言，其教學對象的規(guī)模可以是成千上萬人。二是渠道多元化。學習者可以有選擇地通過多個互聯(lián)網教育平臺進行學習，其學習過程不再受到時空限制。三是信息可感知。學習者學習過程中的行為和數(shù)據(jù)可以被感知和捕獲，而通過對這些數(shù)據(jù)的整合與分析便可實現(xiàn)教育的智能化。

2.信任關系構建：互聯(lián)網時代教育的重要使命

因缺乏傳統(tǒng)教育模式下的行政約束，互聯(lián)網時代的教育所面臨的一大挑戰(zhàn)是如何構建起教育活動中各主體間的信任關系。該問題主要體現(xiàn)在兩個方面：一方面，對于單平臺學習場景而言，如何使得教學參與者（教師、學習者等）相信平臺上的相關信息是準確、真實的，例如學習評測中學習者身份和行為的真實性問題。另一方面，對于跨平臺學習場景而言，不同學習平臺間如何確信其他平臺上的信息是真實、有效的，例如學習者在其他平臺上取得的學習成果的認可問題。

在傳統(tǒng)社會中，人們通常采用集中驗證的方法來實現(xiàn)信任，即各方均信任某一方，由其確保數(shù)據(jù)的準確性。對于傳統(tǒng)信息平臺通常采用的集中驗證機制而言，架構簡單，存在風險：首先，存在內部人造假的風險，內部人可能出于某種目的通過其權限來修改平臺中的信息;其次，存在被黑客攻破的風險，黑客在攻破平臺后就可以篡改平臺中的信息;此外，集中式架構還存在單點故障的風險，硬件故障、斷電、斷網等偶發(fā)事件也可能導致其無法繼續(xù)提供服務。

在互聯(lián)網時代的教育場景中，難以找到一個被各方信任的平臺，因而并不適于采用集中驗證機制來構建教育活動主體間的信任關系。由于信任機制的缺乏，互聯(lián)網時代的教育活動面臨著以下問題：一是知識分享和復制過程中的確權問題，二是學習平臺之間的學習檔案共享和學習成果互認問題，三是由于數(shù)缺乏真實性而導致的測評結果和學習路徑推薦失真問題。而區(qū)塊鏈技術賦能的互聯(lián)網教育平臺能夠很好地解決上述問題，并最終達到以下效果：一是知識產權易于確權，教育資源的創(chuàng)造和分享得到鼓勵;二是學習成果易于認定，學習檔案得以共享;三是數(shù)據(jù)真實性得到保障，教學評估和學習推薦更為有效。最終，數(shù)據(jù)作為第一驅動力的巨大潛能將在教育領域得到充分發(fā)揮。

二、互聯(lián)網時代的開放教育

互聯(lián)網的誕生將人類文明大步推向前進。現(xiàn)今，互聯(lián)網技術已經從社會交往到消費習慣徹底改變了人們的日常生活方式。通過回顧從蒸汽時代到互聯(lián)網時代的人類技術革命發(fā)展史，可以發(fā)現(xiàn)，互聯(lián)網時代是以數(shù)據(jù)為驅動力的新技術革命時代，而數(shù)據(jù)也必將成為互聯(lián)網時代開放教育的原始驅動力。

1.技術革命

在人類文明史上，技術革命顯著地提升了生產力，推動了人類社會的發(fā)展與進步。從18世紀開始，隨著蒸汽機在英國和歐洲大陸的廣泛使用，人類開始大規(guī)模制造機器，并利用機器取代人工，這大大促進了生產力的發(fā)展，也標志著人類進入蒸汽機時代。在蒸汽機時代，蒸汽能是驅動時代發(fā)展的推動力，英國發(fā)展成為日不落帝國。到了19世紀，隨著發(fā)電機、電動機和電器的發(fā)明和廣泛使用，機器的生產效率進一步提升，人類進入了電氣時代。在電氣時代，電能取代蒸汽能成為新的驅動力，美國取代英國成為全球霸主。

互聯(lián)網時代發(fā)展的驅動力又是什么呢？在互聯(lián)網時代，人們的生活、工作和學習都置身于互聯(lián)網平臺之中，用戶在使用互聯(lián)網平臺的過程中被無感知地收集數(shù)據(jù)，而后這些數(shù)據(jù)被用于分析建模，分析結果又被用于平臺設計中，周而復始反復迭代。在這過程中，形成了圍繞產品不斷產生數(shù)據(jù)、消費分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)再作用于產品的閉環(huán)迭代，數(shù)據(jù)成為了最原始的驅動力和動能。

因此，在互聯(lián)網時代，人類進入了以數(shù)據(jù)為驅動力的新技術革命時代，數(shù)據(jù)驅動著整個社會的發(fā)展。數(shù)據(jù)的大規(guī)模生成與采集為技術的進步提供了基礎。在互聯(lián)網時代，各個創(chuàng)新型企業(yè)都非常重視數(shù)據(jù)的潛能，著力分析與挖掘數(shù)據(jù)的內在價值。互聯(lián)網時代的產品競爭主要體現(xiàn)在“數(shù)據(jù)競爭”上，數(shù)據(jù)是互聯(lián)網企業(yè)的核心資產，推動著互聯(lián)網企業(yè)的產品進步，進而推動著互聯(lián)網時代的技術革命。以互聯(lián)網教育平臺為主要依托的開放教育，是基于互聯(lián)網開展的線上教育，同樣需要充分采集教學過程中的數(shù)據(jù)，并挖掘其中蘊含的價值，進而為學習者提供高質量的個性化教學服務。因此，數(shù)據(jù)也是開放教育發(fā)展和進步的原始驅動力。

2.互聯(lián)網時代的開放教育演變

傳統(tǒng)意義上的開放教育是一種入學資格和學習形式相對靈活的教育類型（梁士榮，1999;張冀生，2000）。信息技術的發(fā)展造就了以互聯(lián)網為載體的開放教育新模式。相較于傳統(tǒng)開放教育，互聯(lián)網時代的開放教育能夠為學習者提供更大的時空便利，并能夠基于互聯(lián)網教育平臺為學習者提供個性化、自適應的學習途徑。具體而言，通過互聯(lián)網教育平臺可以采集和分析學習者的學習行為數(shù)據(jù)，并基于分析結果進一步指導和完善教學實踐。在這一數(shù)據(jù)驅動的閉環(huán)迭代過程中，互聯(lián)網時代的開放教育可以超越傳統(tǒng)教育形式，實現(xiàn)更加智能和高效的自適應學習。

實際上，互聯(lián)網時代的教育形態(tài)一直處于演變狀態(tài)。互聯(lián)網情景下的開放教育起源于教育資源的開放和共享（孫立會，2014），例如2001年麻省理工學院發(fā)起的開放課件（Open CourseWare，OCW）項目。而后，隨著互聯(lián)網的發(fā)展，學習者在學習過程中與互聯(lián)網發(fā)生深度交互，其學習行為在互聯(lián)網上被記錄并分析，從而使個性化的學習支持服務得以實現(xiàn)。隨著互聯(lián)網的進一步普及與發(fā)展，學習者的學習與互聯(lián)網的融合持續(xù)加深，實現(xiàn)了跨平臺的交互學習。圖1顯示了開放教育的不同發(fā)展階段。

最初的教育資源共享是免費行為，例如以OCW為代表的開放教育資源運動，其旨在通過互聯(lián)網免費地向公眾開放課件、流媒體、測試工具、軟件等教育資源，進而構造面向全民的終身學習體系。隨后我國也啟動了國家精品課程建設，鼓勵教學名師建設課程資源，并向公眾開放。此外，部分教師也將自己的課程資源在個人主頁上公開發(fā)布。優(yōu)質教育資源具有價值，因而除免費分享外，有償分享也是教育資源傳播的重要模式。由于電子化的教育資源具有易復制、數(shù)量多、分布廣的特性，因而在其傳播過程中，需要對其進行確權和支付的技術。

開放教育需要將學習者的學習行為在互聯(lián)網平臺上進行記錄，通常采用“多對一”的集中式架構。在這種構架中，學習者必須保持對平臺的絕對信任，使用平臺提供的評測和個性化學習功能。然而，由于“開放”，教育服務提供方、學習者間缺乏約束力，這會引發(fā)其相互之間的信任危機。更高層級的開放教育需要實現(xiàn)不同互聯(lián)網教育平臺間可信的數(shù)據(jù)分享和遷移，需要確保用于學習測評、個性化學習的原始數(shù)據(jù)真實有效。信任機制的缺乏嚴重制約了以互聯(lián)網教育平臺為依托的開放教育的進一步發(fā)展。數(shù)據(jù)是開放教育發(fā)展的原始驅動力，而信任機制的構建需要貫穿數(shù)據(jù)產生、流通和傳播的全過程。以區(qū)塊鏈作為基礎設施來管理數(shù)據(jù)，能夠構建起開放而不失信任的教育生態(tài)，進而有力地促進開放教育的發(fā)展。

三、開放教育的質量提升路徑

作為互聯(lián)網時代的教育形態(tài)，開放教育的最終目標是提升教育質量。圖2體現(xiàn)了以互聯(lián)網教育平臺為主要載體的開放教育的閉環(huán)發(fā)展路徑，包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、方法調整、教學實踐等四個環(huán)節(jié)。

首先，對學習者學習行為數(shù)據(jù)的采集為提升開放教育質量奠定了數(shù)據(jù)基礎。有了學習行為數(shù)據(jù)就能夠對學習者進行精確刻畫，并可以對整個教學過程進行細致描述。互聯(lián)網教育平臺的功能不僅僅是提供教學服務，也需要采集教學過程中產生的各種數(shù)據(jù)并對其進行分析，進而用于評價和指導教學活動。早期的教育實證方法基本上是通過問卷調查的方式來進行，即由學習者或教師來填寫問卷并對答卷進行分析。但這樣的方式存在所獲數(shù)據(jù)規(guī)模較小、數(shù)據(jù)獲取途徑單一、答卷客觀性難以保證等問題。而利用互聯(lián)網教育平臺所采集的學習者學習行為數(shù)據(jù)是最為有效、真實的，同時也是一種低成本并易于推廣的方式。此外，隨著技術的發(fā)展和進步，所能采集的數(shù)據(jù)也愈發(fā)豐富，文本、視頻、腦電波等類型數(shù)據(jù)都能夠通過特定的采集手段獲得。除了使用來自單個平臺的數(shù)據(jù)外，還需要實現(xiàn)多個平臺間數(shù)據(jù)的分享、集成與融合。學習者的學習行為可能發(fā)生在多個平臺上，只有全方位地采集其學習行為數(shù)據(jù)，才能夠更加準確、有效地描述他們的學習情況。

其次，對學習者學習行為數(shù)據(jù)進行分析，可以形成學習過程的閉環(huán)反饋。對采集到的學習行為數(shù)據(jù)進行分析，分析結果再用來指導教學方法的調整和改善，進而更好地開展教學實踐，這一過程所形成的閉環(huán)有助于為學習者提供更好的服務。通過采集和共享的方式獲取數(shù)據(jù)僅是第一步，更為重要的是利用數(shù)據(jù)來解決問題，進而形成閉環(huán)反饋。例如，在為學習者推薦個性化學習資料和優(yōu)化學習路徑的過程中，就需要先收集其學習行為數(shù)據(jù)，再基于數(shù)據(jù)分析判斷其學習需求和學習目標，進而為其提供個性化的學習指導，而后再對其學習過程中的數(shù)據(jù)進行收集，如此周而復始、反復迭代，最終可以幫助學習者達成自適應、最優(yōu)化的學習目標。

最后，利用“以人推己”策略，為學習者提供個性化學習路徑。互聯(lián)網時代的開放教育相較傳統(tǒng)教育而言最大的改變，就是擯棄了傳統(tǒng)的小班化、統(tǒng)一化課堂教育，走向規(guī)模化、個性化的在線教育。通過互聯(lián)網教育平臺，一堂課的受眾可能成千上萬，并且每個學習者的情況都不相同。要在這樣的情況之下做到個性化教育，運用傳統(tǒng)的方法是難以實現(xiàn)的。而“以人推己”的策略是基于對數(shù)據(jù)的充分利用，采用協(xié)同過濾（Collaborative Filtering）的方法來提升分析結果的準確度。通過對大量具有相同學習情境學習者的學習路徑進行分析，就可以找到適合特定學習者的學習路徑，從而提升其學習效率。

四、支撐教育區(qū)塊鏈的關鍵技術及其特征

實際上，區(qū)塊鏈因其去中心化、去信任化以及數(shù)據(jù)不可篡改、可追溯的優(yōu)點，在供應鏈管理、數(shù)字資產交易、智能制造等領域都具有廣泛的應用前景。從節(jié)點的準入機制進行區(qū)分，區(qū)塊鏈系統(tǒng)可以分為公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈。其中公有鏈中的各個節(jié)點可以自由接入和退出區(qū)塊鏈網絡，而私有鏈和聯(lián)盟鏈中的節(jié)點在接入區(qū)塊鏈網絡時，會受到不同程度的限制并需要接受審批。由于私有鏈和聯(lián)盟鏈都是以企業(yè)級應用為目標的，其所采用的關鍵技術大同小異，在多數(shù)時候并不對兩者進行嚴格的區(qū)分。因此，區(qū)塊鏈系統(tǒng)也可以分為非許可鏈（公有鏈）和許可鏈（含聯(lián)盟鏈和私有鏈）兩類。非許可鏈（公有鏈）更多被用于電子貨幣領域，而針對教育這樣的傳統(tǒng)領域，一般采用許可鏈類型中的聯(lián)盟鏈。

1.區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的節(jié)點

區(qū)塊鏈系統(tǒng)中節(jié)點可分為兩種類型，即全節(jié)點（Full Node）和輕節(jié)點（Light Node）（Xu et al.，2019）。每個全節(jié)點都保存一份完整的數(shù)據(jù)副本，對數(shù)據(jù)的任何操作都需要在多個全節(jié)點之間達成共識并保持數(shù)據(jù)一致。輕節(jié)點由于受到計算和存儲資源的限制，只保存區(qū)塊頭以及其他驗證信息，對區(qū)塊數(shù)據(jù)的讀寫需要通過全節(jié)點完成。所有節(jié)點之間完全對等，采用對等網絡連接，因而區(qū)塊鏈系統(tǒng)沒有中心服務器，也沒有系統(tǒng)管理員。在教育區(qū)塊鏈中，全節(jié)點一般面向教育機構或教育監(jiān)管部門等實體單位，而學習者更多是以輕節(jié)點的方式參與到教育區(qū)塊鏈中。

2.區(qū)塊鏈節(jié)點的數(shù)據(jù)組織

區(qū)塊鏈系統(tǒng)中各節(jié)點上的數(shù)據(jù)以區(qū)塊為單位，區(qū)塊之間用哈希鏈相連。每個區(qū)塊包含區(qū)塊頭和交易日志兩部分，其中區(qū)塊頭中記錄著前一個區(qū)塊（父區(qū)塊）的哈希值，通過這種哈希值序列的方式將每個區(qū)塊與其父區(qū)塊鏈接便創(chuàng)建起一條可以一直追溯到第一個區(qū)塊（創(chuàng)世區(qū)塊）的數(shù)據(jù)鏈條，也就是區(qū)塊鏈。可以看出，區(qū)塊鏈上任何一個區(qū)塊的更改，都會影響到該區(qū)塊之后的所有區(qū)塊，這為區(qū)塊鏈的防篡改提供了密碼學上的保證。為執(zhí)行智能合約，區(qū)塊鏈系統(tǒng)還需保存狀態(tài)數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)一般以默克爾樹型結構組織以達到防篡改的目的。教育區(qū)塊鏈中也需要同時保存區(qū)塊數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，其中區(qū)塊數(shù)據(jù)需要在所有節(jié)點之間達成全局共識以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致和可追溯，而狀態(tài)數(shù)據(jù)只需各個節(jié)點對默克爾根達成共識并由節(jié)點自行維護。

3.共識協(xié)議

所謂共識，就是多個節(jié)點在數(shù)據(jù)變更上達成一致。主流區(qū)塊鏈系統(tǒng)廣泛采用的共識協(xié)議有兩類：一類是中本聰所提出的工作量證明（Proof of Work，PoW）共識協(xié)議，因其安全可靠而被廣泛用于公有鏈中，但其具有不確定性且會產生分叉（節(jié)點間未達成一致）;另一類是Castro等（1999）提出的基于投票的實用拜占庭容錯（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）共識協(xié)議，由于其具有不消耗算力和不產生概率性分叉的優(yōu)點，而被廣泛應用于聯(lián)盟鏈中。由于教育區(qū)塊鏈對確定性和吞吐率有要求，因而一般采用基于投票的PBFT共識協(xié)議（邵奇峰等，2019）。

4.智能合約

智能合約是運行在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中用于封裝特定業(yè)務邏輯的一段代碼，是區(qū)塊鏈系統(tǒng)的邏輯執(zhí)行單元（歐陽麗煒等，2019）。智能合約的代碼可以使用專門的編程語言或通用的高級語言編寫，例如以太坊采用專門的Solidity語言，而Fabric則采用通用的高級語言Go。智能合約在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中有著廣泛的應用，最為常見的有金融工具（如數(shù)字貨幣、儲蓄錢包等）和自治理應用（如保險自動理賠、自動仲裁等）。智能合約不僅可用于處理大數(shù)額的加密貨幣，也可用于處理復雜業(yè)務邏輯。智能合約在開放環(huán)境下的教育區(qū)塊鏈中具有廣泛的應用前景，例如基于智能合約的知識分享和傳播可以保證原創(chuàng)者的利益，而基于智能合約的教育規(guī)章制度則可以促進教育管理的公開透明和合乎規(guī)范。

五、區(qū)塊鏈技術對開放教育的重塑

信息技術對許多行業(yè)領域均產生了巨大的影響，例如移動支付這一信息技術驅動的典型應用，從根本上改變了人們的消費習慣。然而，信息技術對教育的改變是相對較弱的。2011年5月，喬布斯與比爾·蓋茨的一次會談引發(fā)了著名的“喬布斯之問”，即“迄今為止計算機對學校的影響小得令人吃驚——比對諸如媒體、醫(yī)藥和法律等其他社會領域的影響”（沃爾特·艾薩克森，2014）。那么，作為新興信息技術的區(qū)塊鏈技術又能否為開放教育帶來新的改變呢？

區(qū)塊鏈技術對于互聯(lián)網時代的開放教育而言具有重要價值。利用區(qū)塊鏈技術可以構建開放而互信的互聯(lián)網教育平臺，并可實現(xiàn)跨平臺的學習者信息共享;基于區(qū)塊鏈技術對教學數(shù)據(jù)進行如實、準確的記錄可為開放教育質量的提升構筑起堅實基礎。具體而言，區(qū)塊鏈技術可從以下三個方面對開放教育進行重塑：

一是通過區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)優(yōu)質教育資源在分享和傳播中的確權。互聯(lián)網使得優(yōu)質教育資源的復制和傳播變得更加簡便，這在一定程度上解決了由于地區(qū)發(fā)展不均衡而導致的教育不公平問題，使得貧困落后地區(qū)的學習者也可享受到與發(fā)達地區(qū)一樣的優(yōu)質教育資源。然而，這也引發(fā)了教育資源的知識產權問題。只有充分保護教育資源擁有者的權益，才能進一步促進優(yōu)質教學資源的分享行為。區(qū)塊鏈技術所具有的公開、透明、難篡改的特性可用于教育資源知識產權的登記和確權，使其確權過程變得透明而公正。此外，還可通過智能合約來規(guī)范教育資源的交易和使用，從而保證原創(chuàng)者的利益。

二是運用區(qū)塊鏈技術保障在開放教育環(huán)境下的學習成果互認。開放教育使得學習不再受制于時間和空間的約束，學習者無需在一個固定的教育機構中進行學習，而可以根據(jù)自身的學習目標，來自由選擇各個教育機構提供的優(yōu)質教育資源，并定制個性化的學習路徑，最終完成學習任務，達成學習目標。要實現(xiàn)上述過程，就需要學習者能夠在各個互聯(lián)網教育平臺之間無障礙地切換，并保證其學習成果在各個平臺之間能夠實現(xiàn)轉移和轉換。在區(qū)塊鏈技術的支撐下，不同互聯(lián)網教育平臺間能夠達成共識并建立信任關系，從而使得學習者的學習檔案能夠共享并不被篡改，最終實現(xiàn)學習成果和學分互認，真正實現(xiàn)跨越時空的無邊界學習。

三是依托區(qū)塊鏈技術來保證開放教育情境中的數(shù)據(jù)可信，并準確地實現(xiàn)教育的“以人推己”。互聯(lián)網帶來了開放的學習方式，但“開放”也導致了行政約束力的弱化，并使得數(shù)據(jù)的采集入口變得多而雜，采集獲得數(shù)據(jù)的可信度也不高，這會影響互聯(lián)網教育平臺中“數(shù)據(jù)驅動”的教學質量提升，也會導致“以人推己”的個性化學習路徑推薦結果失真。“以人推己”的學習路徑推薦是基于其他學習者的學習行為數(shù)據(jù)來為特定學習者進行學習路徑的推薦，而采用區(qū)塊鏈系統(tǒng)作為記錄學習行為數(shù)據(jù)的基礎設施，則可以保證其數(shù)據(jù)來源的真實、準確，進而為精準的學習路徑推薦和教學質量提升保駕護航。

上述區(qū)塊鏈技術對互聯(lián)網時代開放教育的重塑可以體現(xiàn)在很多現(xiàn)實教育場景之中，例如以下典型應用場景。

場景一：知識分享平臺。教育涉及知識的分享、傳遞和內化。在傳統(tǒng)開放教育模式下，知識擁有者將自己的知識成果（可體現(xiàn)為書籍、課程、音視頻等）放在集中式平臺上（個人網站或其他類型的平臺）供用戶購買和下載。但該方式難以實現(xiàn)對知識產權的保護。一些用戶在獲得知識成果后，稍加改動（或不加改動）就以原創(chuàng)者自居進行二次傳播，這侵害了擁有者的知識產權。

而使用區(qū)塊鏈技術能夠優(yōu)化知識成果的分享過程。在基于區(qū)塊鏈技術的知識分享過程中，知識擁有者先將電子化后的知識成果放到區(qū)塊鏈網絡上，這就相當于宣布了知識成果的出處和擁有權。若他人簡單對其進行修改并二次傳播，則可以通過將其與原知識成果進行比對達到確權的目的。此外，在知識成果傳播的過程中，若知識成果的接收者需要付費購買，則可以通過智能合約技術實現(xiàn)知識成果的交易。其過程如下：先設定好付費規(guī)則并將其在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中進行注冊，一旦購買事件（如確認付費下載）發(fā)生，則觸發(fā)智能合約并通過合約進行收費。智能合約這一程序化的規(guī)則可以使得知識成果交易更加公開透明。

場景二：學分互認。學分是對學習者學習量和學習成果的一種認可。隨著教育教學模式改革的深入，一些教育機構在頒發(fā)學業(yè)證書時，并不局限于認可學習者在本機構獲得的學分，還可以認可在其他教育機構獲得的學分。這種跨校學分互認機制的傳統(tǒng)實現(xiàn)方式是證書授予，即學習者將其他教育機構出具的證書或學分證明提交本機構，由本機構對其學分進行認定。這種方式的工作效率低下，需要相關教育機構花費大量的時間來對學分的真實性進行驗證。

使用區(qū)塊鏈技術能夠顯著提升學分互認的效率。各個教育機構可以將學習者的學分（或學習成果）數(shù)據(jù)記錄到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，從而實現(xiàn)跨機構的學分互認。具體的方式有兩種：若涉及的教育機構在同一區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，則可以直接完成對學分（或學習成果）的驗證;若涉及的教育機構在不同的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，則可以采用跨鏈技術來完成對其他區(qū)塊鏈系統(tǒng)上學分（或學習成果）記錄的驗證。進而，教育機構可根據(jù)驗證結果以及其他相關規(guī)則，對學習者的學分進行認可。

場景三：教育評估。教育評估是對教學和教學管理績效的一種評判，主要涉及評估標準和評估方法。教育評估從宏觀角度來看，是各級教育管理機構對所轄學校進行的評估;從微觀角度來看，是教師對學習者的學習效果進行的評價。若教育管理機構開展教育評估的依據(jù)是學校自行上報的相關數(shù)據(jù)，則需要對上報數(shù)據(jù)的真實性進行查驗。而在傳統(tǒng)的學習效果評價中，教師一般通過形成性考核和終結性考核來評判學習者的學習效果，但這種方式并非十分準確。

使用區(qū)塊鏈技術將教學和教育管理中的過程性數(shù)據(jù)存儲在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，則可以使得教育評估建立在客觀數(shù)據(jù)的基礎之上，從而避免了所轄學校虛報數(shù)據(jù)的問題，并可以使得針對學習者學習效果的評價更加客觀。例如在引入慕課的教學中，可以將教學過程中產生的行為數(shù)據(jù)記錄在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，進而根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動生成教育評估結果，這種方式將更為客觀。

場景四：終身學習。終身學習是社會發(fā)展的大趨勢。學習者在不同學習階段均會產生大量的學習行為數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都可以通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)進行詳實的記錄。當學習者開啟一段新的學習經歷時，教師就可以查看其過去的學習經歷，從而為其提供個性化的教學方案。在傳統(tǒng)的教學方案制定過程中，由于對學習者學習行為數(shù)據(jù)的記錄是片段式的，數(shù)據(jù)分散在不同教育平臺之中，缺乏有效的方法對數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。而利用區(qū)塊鏈技術，則可以將學習者在不同教育平臺中的全部學習過程完整地記錄下來，以供在整個終身學習過程中使用。

六、區(qū)塊鏈技術應用于開放教育所面臨的技術挑戰(zhàn)

區(qū)塊鏈技術賦能下的開放教育平臺不但能為學習者提供更為便捷和高質量的教育服務，也能夠解決因“開放”而帶來的信任問題，有益于構建開放教育的新生態(tài)。然而，現(xiàn)有的區(qū)塊鏈技術在解決開放教育所特有的課程資源數(shù)據(jù)量大、服務受眾廣等問題時還存在諸多局限和挑戰(zhàn)。

一是數(shù)據(jù)存儲受到單節(jié)點存儲容量的限制。作為一種多方維護的分布式賬本，為防止某一方對數(shù)據(jù)的惡意篡改，區(qū)塊鏈系統(tǒng)采用全復制的數(shù)據(jù)分布方式，即每個參與方都維護一份完整的數(shù)據(jù)副本，這種數(shù)據(jù)分布方式導致系統(tǒng)的整體存儲容量受到單個節(jié)點存儲能力的限制。而在開放教育領域，大量教育資源都是以視頻、音頻、圖片等多媒體數(shù)據(jù)的形式存在的，需要耗費大量的存儲空間，而區(qū)塊鏈系統(tǒng)現(xiàn)有的全復制數(shù)據(jù)的部署方式并不適應。因此，需要針對開放教育中教育資源存儲容量大的現(xiàn)實情況，重新設計區(qū)塊數(shù)據(jù)存儲和分布的方式（于戈等，2019a;于戈等，2019b）。

二是共識協(xié)議所支持的節(jié)點數(shù)目偏少。為保證多個參與方之間數(shù)據(jù)的一致性，聯(lián)盟鏈一般采用基于投票的PBFT共識協(xié)議來實現(xiàn)不可信多方之間的共識。然而，由于受到PBFT算法自身復雜度的限制，現(xiàn)有的PBFT共識協(xié)議一般僅能支持不超過20個節(jié)點（Dinh et al.，2017）。而互聯(lián)網時代的開放教育在教育機構和學習者數(shù)量上都十分巨大，現(xiàn)有的共識協(xié)議尚難以支持如此規(guī)模的節(jié)點數(shù)。因此，需要針對開放教育中用戶規(guī)模大的特點設計確定性的共識協(xié)議。

三是缺乏面向教育領域規(guī)章制度的高效合約建模及執(zhí)行方法。在互聯(lián)網時代的開放教育中，由于缺乏統(tǒng)一的標準和嚴格的行政約束，教育監(jiān)管可能不到位。區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的智能合約雖然可以保證教育規(guī)章制度執(zhí)行流程的合規(guī)、透明、可監(jiān)管，但是由于智能合約的執(zhí)行僅有一次且結果不可撤銷，其代碼的正確性就變得尤為重要。各個行業(yè)的規(guī)章制度千差萬別，在其他行業(yè)已取得成功的合約模板難以直接用于開放教育領域。而目前又還沒有專門針對教育領域規(guī)章制度的合約建模方法和代碼正確性驗證機制。已有區(qū)塊鏈系統(tǒng)中智能合約的串行執(zhí)行方法效率過低，因而現(xiàn)有的智能合約難以在開放教育領域進行規(guī)模化應用。因此，需要針對開放教育領域的現(xiàn)實情境，開發(fā)適用且高效的智能合約建模及執(zhí)行方法（王璞巍等，2019）。為提高應用于開放教育領域的區(qū)塊鏈系統(tǒng)的效率，可以考慮采用并發(fā)執(zhí)行的方式來提升智能合約的執(zhí)行效率（Pang et al.，2019）。

四是數(shù)據(jù)在多方間的公開使得對用戶隱私的保護難以實現(xiàn)。為保證基于數(shù)據(jù)分析的教學效果評估和個性化學習路徑推薦的準確性，區(qū)塊鏈系統(tǒng)需要如實記錄學習者的學習行為。此外，為了實現(xiàn)不同互聯(lián)網教育平臺間的學習成果互認，各個平臺間也需要通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)共享學生的學習檔案。而現(xiàn)有的區(qū)塊鏈系統(tǒng)為了保證數(shù)據(jù)和流程的公開透明，采用的是數(shù)字簽名方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的防篡改，但數(shù)據(jù)本身卻是以明文方式保存的（Wood，2019;Chen et al.，2019），這不利于對學習者隱私的保護。但若以密文的方式來保存數(shù)據(jù)，則又會影響數(shù)據(jù)的使用和分析效率。因此，需要在數(shù)據(jù)的安全性和可用性之間進行權衡，設計出適合開放教育領域應用場景的用戶隱私保護策略（楊亞濤等，2019）。

五是輕客戶端使得驗證查詢功能受限。互聯(lián)網時代的開放教育面對的受眾規(guī)模大，由于受到計算和存儲能力的限制，并非所有教學參與者都作為全節(jié)點來保存一份完整的區(qū)塊數(shù)據(jù)。開放教育學習者通常以輕客戶端的方式（使用移動設備和個人電腦）參與到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，而輕客戶端只保存有部分的驗證信息，其查詢會被轉發(fā)到全節(jié)點執(zhí)行后再返結果，最后只需要驗證返回結果的完備性和正確性（Li et al.，2006）。目前的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中輕客戶端的設計方式只能支持簡單的支付驗證，無法適用于開放教育所面對的復雜查詢。因此，有必要設計高效且可驗證的查詢策略來保證輕客戶端也能有效參與到整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)的運行中。

七、總結

隨著以在線學習和終身學習為主要表現(xiàn)形式的開放教育的快速發(fā)展，教學活動的組織逐漸擺脫了時間和空間的束縛。優(yōu)質教育資源能夠被規(guī)模化地復制和傳播，教學活動也能夠以更靈活的形式開展。教師從復雜的事務性教學工作中解放出來，從而有更多的時間進行教學的設計和優(yōu)化。開放教育在給教學和學習帶來了諸多便捷的同時，也因缺少行政約束及其數(shù)據(jù)入口繁雜等問題而引發(fā)信任危機。區(qū)塊鏈技術作為一種去中心化、去信任化的分享型數(shù)據(jù)庫，其所具備的防篡改、可追溯特性可以解決開放教育中的信任問題，進而推動開放教育的發(fā)展。

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收稿日期 2019-11-28 責任編輯 譚明杰