區塊鏈在高考領域的應用場景及技術系統架構

劉恩賢，張翰林

（1．廈門大學 教育研究院，福建 廈門361005；2．青島大學 青島教育發展研究院，山東 青島266071；3．青島大學 計算機科學技術學院，山東 青島 266071）

一、引言

隨著區塊鏈技術在各行業應用范圍的擴展，其取代現行高考的言論也開始陸續出現。2018年9月，OECD（經濟合作與發展組織）教育質量測試（中國）專家組專家、河北省廊坊市人民政府總督學許紅偉博士在接受經濟日報訪談時認為，我國的學生評價體系“高考”一直飽受詬病，盡管在過去高考絕對是相對公平的一種評價手段，但信息化技術已經對傳統的評價體系發起了挑戰，從未來發展的眼光來看，這種評價模式將會在教育信息化進步的推動下土崩瓦解。［1］無獨有偶，2019年12月，新東方教育科技集團董事長俞敏洪在第八屆中國創新創業大賽發表演講時表示：區塊鏈作為不可篡改的分布式的信息儲存，未來極有可能取代中國的高考，可以對高中學生所有的學習數據進行記錄，加上大數據技術，最后完全能夠不參加高考就能提取這些學生的學習水平報告，而且比高考成績更加真實。［2］

高考作為我國教育體系的核心制度之一，是適應我國國情而產生、發展的高等學校新生選拔制度。自1952年全國統一高考制度建立以來，“存廢之爭”就從未停止過，1990年代末這種爭論一度異常激烈，但正如大家看到的，高考最終保留下來并在一直在改革中前行至今。［3］個中原因，劉海峰先生的觀點最具代表性：高考制度是有不少局限，也對中小學教育產生了消極影響，但它公正客觀地選拔人才，對我國教育和社會還是利大于弊的。［4］2014年啟動的新高考改革，是高考制度建立以來力度最大、難度最大的改革，因質疑聲不斷而使改革進程不得不放緩。從理論上說，結合考生中學表現與平時成績的推薦保送制度最能選拔出品學兼優的人才，但實踐卻一再證明推薦制受人為因素干擾太大，無法真實客觀地反映出被推薦者的水平和表現。［4］那么，此時勃發的區塊鏈技術，能有效避免人為因素干擾并反映考生的綜合能力與水平嗎？區塊鏈是取代高考，還是推動高考實現新的突破？會不會引發新一輪的高考存廢之爭？

2016年10月，國家工信部發布的《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》認為：“區塊鏈系統的透明化、數據不可篡改等特征，完全適用于學生征信管理、升學就業、學術、資質證明、產學合作等方面，對教育就業的健康發展具有重要的價值。”［5］在教育信息化不斷發展的今天，區塊鏈技術雖然在教育領域尚處于探索階段，但其內在的信用邏輯，初步呈現出在促進招考公平、科學評價學生等方面的巨大應用價值，雖然未必能夠取代高考，但必將賦能新高考。

二、“區塊鏈＋教育”研究綜述

當前，區塊鏈技術的集成應用呈現強勁發展勢頭，在新的技術革命和產業變革中起著重要作用，成為各國政府、教育科技機構和相關行業關注的焦點。2019年10月，習近平總書記在主持中央政治局第十八次集體學習時強調，要探索“區塊鏈＋”在民生領域的運用，積極推動區塊鏈技術在教育、就業、養老、精準脫貧、醫療健康、商品防偽、食品安全、公益、社會救助等領域的應用，為人民群眾提供更加智能、更加便捷、更加優質的公共服務。［6］總書記把教育排在了區塊鏈技術應用的第一位，可見寄予厚望。

文獻分析和研究顯示，“區塊鏈＋教育”正在受到廣泛關注。美國高等教育信息化協會（EDUCAUSE）于2019年4月頒布的《地平線報告》，將區塊鏈作為推動未來教育變革的六大技術之一。［7］截止到2020年10月1日，在中國知網以“區塊鏈＋教育”為主題檢索到相關文獻285篇，研究成果雖然不夠豐碩，但論文增長態勢非常明顯。許濤認為，區塊鏈技術在全球教育領域的發展和應用主要體現在區塊鏈技術教學、區塊鏈技術教學平臺和區塊鏈技術傳播等方面。［8］吳永和等把“區塊鏈＋教育”劃分為起步積累（2016－2017年）、應用增長（2017－2018年）、落地探索（2019年至今）三個階段。他們從主題詞共現圖譜分析發現，國外的研究熱點主要集中在三個方面：學分、證書管理；學習評估；身份認證（保護學習對象）；在國內，“數字圖書館”“學分銀行”“圖書館”“數字教育資源”等主題詞處于較為中心的位置且相互之間聯系較為緊密。［9］在區塊鏈技術應用于高考錄取選拔研究方面，只有鄭旭東等基于Hyper ledger Fabri設計了學生綜合素質評價系統架構。［10］

“區塊鏈＋教育”的應用呈現縱深發展態勢。歐盟于2017年發布報告《教育中的區塊鏈（Blockchain in Education）》，介紹了區塊鏈在教育應用中的基本原則，提出了區塊鏈技術運用于教育的八種方案。［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］尼科西亞大學、普林斯頓大學、麻省理工學院、杜克大學、斯坦福大學等正相繼開設區塊鏈技術的相關課程與相關實踐活動。《中國區塊鏈技術與應用發展白皮書（2016）》提出，區塊鏈技術在教育領域的兩個應用場景，一是教育存證，即將教育信息存儲到信用平臺，供學生或用人單位等需求方使用，并可確保信息不被惡意查詢；二是產學合作，即借助區塊鏈技術實現學生技能與社會需求的銜接，促進校企合作。［13］中國第一個大數據教育區塊鏈測試區——京津冀大數據教育區塊鏈測試區于2018年成立，將利用技術手段，推動區塊鏈技術與云計算、大數據、物聯網等技術深度融合，探索區塊鏈技術在教育領域的應用，開發出教育區塊鏈產品，推動區塊鏈基礎核心技術研究和應用落地。［14］

我國“區塊鏈＋教育”政策不斷推出。2019年12月，教育部科技司發布《關于征集區塊鏈技術領域教育部重點基地培育建設指南和區塊鏈技術項目建設的通知》，要求圍繞區塊鏈理論與戰略、區塊鏈監管體系、聯盟區塊鏈技術、公有鏈技術提出建議，重點關注算法和底層技術研究。［15］2020年2月，教育部辦公廳印發《2020年教育信息化和網絡安全工作要點》，要求推進高等學校人工智能等領域的教學資源建設，探索區塊鏈技術在學生在線學習、教師在線授課行為記錄和認定等方面的應用，建立可擴展、具有公信力的在線教學評價新模式。［16］2020年5月，教育部辦公廳印發《高等學校區塊鏈技術創新行動計劃》，提出引導高校匯聚力量、統籌資源、強化協同，不斷提升區塊鏈技術創新能力，加快區塊鏈技術突破和有效轉化，為我國有力、有序推動區塊鏈技術和產業創新發展提供支撐。［17］該文件幾乎覆蓋了區塊鏈新基建和區塊鏈技術應用的所有重要環節，必將對區塊鏈技術在教育領域的應用產生積極影響。

三、區塊鏈技術應用到高考改革領域面臨的挑戰

回顧我國高考制度建立以來的歷史，高考始終面臨兩難問題：改受批評，不改也受批評。今天，新高考改革依然面臨同樣的問題。雖然區塊鏈技術在教育領域的應用取得了一定成果，但現在要討論區塊鏈取代高考必須持謹慎態度。從理論上講，區塊鏈技術的應用范疇可以涵蓋教育選拔的各個領域。對于高考來說，區塊鏈可以對高中生所有的學業和綜合素質評價數據進行記錄，能夠達到的最理想狀態是：不必高考就可以提取學習水平報告，這個報告作為大學錄取新生的依據。但高考牽涉千家萬戶核心利益，不僅具有教育功能，更具有重大的政治功能和社會功能。我們必須以此為出發點和立足點，來深入思考區塊鏈技術在高考領域應用面臨的一系列挑戰。

一是區塊鏈技術能否盡快走向成熟。我國教育選拔機制的最大痛點和槽點就是唯分數論，但目前區塊鏈技術應用到教育選拔領域還涉及到一系列難題，比如，絕對的信息準確是否可能？是否會帶來信息保護難題？如何處理不同時間節點的信息？能否滿足學校對學生的選拔要求？區塊鏈技術的核心特點之一是去中心化，但高考能否去中心化？高考作為高利害、高競爭性考試，如何防范和避免黑客技術攻擊？尤其是隱含其中的道德風險，很可能在區塊鏈技術在高考領域的運用中被進一步放大。

二是區塊鏈技術能否做到公平、效率、安全與利益的相互制約。區塊鏈對高考領域帶來的變革，離不開路徑依賴突破下的制度變遷。區塊鏈技術能否在高考領域展現生命力，與現行規則融合并帶來改革的新突破，取決于能否找到公平、效率、安全與利益的平衡點。區塊鏈技術能否保證在考試招生機會公平、程序公開、結果公正方面發揮作用？區塊鏈技術能夠形成學生高中乃至延伸到整個中小學的學業報告，但每個時間節點的信息又如何避免人為因素干擾？效率又如何保證？能否打破既有格局的阻力？能否通過技術安全、系統安全、信息安全乃至國家安全的壓力測試？達到利益均衡、兼顧公平與效率，是高考改革的出發點，一旦偏向必然導致改革失敗。雖然區塊鏈技術在教育領域已經得到應用，但在尊重高考價值與遵循教育規律的結合點方面，還需要找理論與實踐扎根的土壤。

三是區塊鏈能否為學生學習測量提供可靠支撐。推動高中與大學教育的有機銜接，是新高考改革政策設計的重要訴求。但目前看來，“兩依據一參考”中的“參考”基本形同虛設，因為考生之間很難進行比較。那么，應該如何進行量化評價？不能量化體現如何比較優劣？學生學習過程中的海量數據如何進行處理？如何支撐學習進度、學習程度、學業指標的衡量？學業差距能否真實呈現？除了對學生學習成績和行為進行靜態的描述性分析外，還需要動態的、連續的、可預測的的個性化評價。誰來分析？怎么分析？這些問題對區塊鏈技術下教師角色轉變提出了非常高的要求。目前各省尤其是東西部之間教育水平存在較大差異，由此導致高考錄取分數線的差異。即使具體到某個省域內，地區之間、城鄉之間也是有差異的。那么學業測量結果能否實現跨區域的合理利用？這本身對高校選拔錄取學生也是一個巨大挑戰。另外，是全國統一建高中教育的區塊鏈平臺，還是以省為單位構建？如果全國統一構建，時間成本可能會異常高昂；以省為單位構建，跨平臺整合信息同樣挑戰巨大。

總體來看，區塊鏈技術所建立的系統本身是誠實可靠的，但這并不意味著輸入信息就是誠實的，區塊鏈只是誠實記錄并儲存了這些外部數據而已。退一步講，如果區塊鏈取代了高考，我們的國情決定了原本激烈的高考競爭會蔓延到學生的整個高中乃至基礎教育生涯，整個社會的道德與誠信體系將面臨巨大沖擊，這對我們國家整個教育體系可能是災難性的。因此，我們認為，區塊鏈在我國基本不具備取代高考的可能性。我們相信，高考在未來仍然會出現很多問題，但需要討論的不是動輒廢止，而是迭代改革。實際上，區塊鏈技術能在部分高考場景中得到應用就已經具有很大價值。

四、區塊鏈技術在高考領域的應用場景

如果說當年恢復高考解決了要不要高考的問題，那么當前需要解決高考沒有最好、只有更好的問題。雖然區塊鏈短時間不可能替代高考，但我們不能忽視區塊鏈技術對高考帶來的重大機遇。區塊鏈技術具有去中心化、集體維護、高度透明、去信任、匿名等五大重要特征，使其可以更好地化解信息不對稱、缺乏信任等難題。數據記錄、存儲與更新規則是為建立人們對區塊鏈系統的信任而設計的。［18］4要使區塊鏈支撐和服務新高考改革，需要圍繞區塊鏈與人工智能、大數據、物聯網等交叉融合和快速發展的特點，聚焦區塊鏈的體系結構、共識理論、安全體系等基礎理論和共識機制、可信互聯、隱私保護、新型存儲、跨鏈互聯等核心技術開展深入研究，推動區塊鏈關鍵核心技術在高考改革領域的應用突破。高考雖然表面上是節點性考試，但實際反應的是整個高中教育，尤其是“兩依據一參考”中“參考”的存在。因此，我們的目光既要聚焦高考，又不能局限于高考本身，集政府、機構與學校合力，在鏈接優化學生學業評價、促進高中和大學學業對接上進行深入探索和實踐。

一是綜合評價。破除高校招生錄取“唯分數論”的關鍵，是提高對學生的綜合素質評價能力，這是區塊鏈技術最直接、最有效的應用場景。實際上，純碎依靠分數來評價學生，本身也是“懶政”行為。但如何根據評價對象、評價內容不同采用科學適用的方法和技術是新生錄取的巨大挑戰。2020年6月30日，中央全面深化改革委員會第十四次會議審議通過《深化新時代教育評價改革總體方案》，要求針對不同主體和不同學段、不同類型教育特點，改進結果評價，強化過程評價，探索增值評價，健全綜合評價，著力破除唯分數、唯升學、唯文憑、唯論文、唯帽子的頑瘴痼疾，建立科學的、符合時代要求的教育評價制度和機制。［19］區塊鏈技術最重要的功能就是用加密和共識算法建立了信任機制，讓抵賴、篡改和欺詐行為的成本巨大，保證了數據的不可篡改和不可偽造，實現了數據的完整性、真實性和一致性。［20］當前的關鍵在尊重教育規律的前提下，把教育評價、尤其是作為高考錄取依據的學生綜合素質評價作為科學來對待。因此，未來學業評價分析師或有望成為高等教育的一種嶄新職業。只有形成一致標準并形成共識，區塊鏈技術才能充分運用于分布式學習記錄，并永久保存在鏈上供分析評價使用。比如，如何定義和挖掘學生在某一方面的能力、潛力等等。實現這一目標的前提是誠實和共識，誠實意味著區塊鏈技術可以被信任，共識意味著可以在高考改革當中應用和推廣。因為共識機制的特性是需要在交易發生時，所有的節點都需認同，這樣才可以完成一筆交易。

二是信息共享。使用區塊鏈和強加密的方式，使得學習測量和水平驗證更加有效，同時可以節省時間和人力成本。允許鏈上經授權的任何教育機構作為節點跨系統、跨平臺對學習行為和結果進行訪問，是提高教育機構培養、選拔、錄取效率的可靠辦法。依靠區塊鏈技術形成的學信大數據，可以解決當前教育領域存在的信用體系缺失、高校選拔錄取人才方式單一等實際問題。高等學校錄取新生時，可以依托學生在區塊鏈平臺的所有學習數據，較為精準的評估其與學校及專業的匹配度。通過記錄真實可信的成長履歷，可以獲得相對可造的價值評判，從而大大降低了招生錄取成本。同時，高校也可以利用區塊鏈平臺，讓潛在學生提前獲得專業選擇路徑等信息。如同獵頭公司搜尋各類人才，將來或產生類似為高校招生提供服務的組織，可能擁有比較廣闊的發展前景。同時，隨著以“學生為中心”的教學方法在課程設計中發揮越來越重要的作用，教師角色逐漸從知識傳播者向促進者和管理者轉變。 通過這樣的轉變，為學生提供體現信息時代特點的學習體驗和互動性，把學習過程和學習成果記錄在區塊鏈上，以多樣化的學習中心支撐學生自主學習、教師輔助教學，這就需要更完善、更可信的學生數據，通過將區塊鏈和互聯網、信息技術的結合，精準記錄學生行為，并自動記錄在區塊鏈上，從而為教育評價提供更可靠的基礎數據。

三是教育監管。如何動態監控各地、各學校育人狀態數據，是當前教育改革的難題之一。尤其是當區塊鏈技術進行大范圍應用后，必然存在同一時間節點發生大量交易的可能，監管尤其不能缺位。而且區塊鏈技術應用到教育尤其是高考相關領域之后，本身也面臨監管問題。因此，政府在把握鼓勵信息技術創新與風險控制平衡點的前提下，監管應及時跟進，推動區塊鏈技術與監管技術的融合，實現以區塊鏈監管區塊鏈，為區塊鏈在高考相關領域的應用提供有力支撐和誠信環境。同時，在區塊鏈應用于高考領域時，應淡化“去中心化”。過于強調“去中心化”，可能會導致監管失靈，應強調分布式、弱中心特征。省級教育考試部門擁有巨大的資源優勢，應充分利用區塊鏈技術，在現有信息平臺改良中發揮中心作用。其中，還需要通過進一步制定完善相關制度和法律，推動“區塊鏈＋高考”在教育領域的自律實踐，實現事前、事中、事后的三重監管。比如目前我國正在推廣的工業代碼標識系統，不僅采用了區塊鏈的記賬技術，還具有配套監管政策以及監管技術提供的保障。

五、“區塊鏈＋高考”平臺系統的技術架構

基于上述分析，我們研究了如何利用區塊鏈技術來開發針對高考改革以及學生綜合信息管理應用，基于以太坊區塊鏈提出了一種針對學生綜合信息管理系統的技術架構（圖1）。最上層是前端UI層，主要由HTML＋CSS、Angular．js、Web3．js編寫。HTML和CSS實現頁面的顯示，Angular．js用來編寫系統界面主要框架，Web3．js是以太坊提供的智能合約js接口，用來實現與智能合約的交互。Metamask是瀏覽器的以太坊錢包插件，用戶需要通過此錢包程序來進行資產轉移，以及調用智能合約。

圖1 基于以太坊區塊鏈的學生綜合信息管理系統技術架構圖

展示層主要功能是允許用戶進行相關操作。在上層提供的頁面中，生成用戶所需的請求，并將該請求發送給下層——功能層。展示層通過Ajax技術生成GET、POST、DELETE等請求，傳遞到功能層。功能層主要功能是執行用戶請求的各種功能。功能層從展示層接受用戶發送的請求，執行相應的功能并將處理的數據發送給服務器層。

功能層主要包括五個功能：信息加密，學生信息管理，教育監管機制，訪問許可控制，登陸注冊功能。學生信息管理功能記錄了學生的基本信息，學業評價，學習信息等學生的所有信息。允許鏈上經授權的任何教育機構作為節點跨系統、跨平臺對學習行為和結果進行訪問，從而提高教育機構培養、選拔、錄取的效率。記錄在區塊鏈上的所有信息都要經過信息加密功能加密成密文才能上傳到鏈上。教育監管機制允許政府在整個系統運行過程實現監管，防止相關工作人員徇私舞弊。訪問許可控制功能對用戶的身份實現分類包含學生、教師、教育機構、政府人員等可能的身份，并對相應身份授予相應的權限，通過訪問許可控制功能可以大大提高系統運行效率以及系統的安全性。

服務器層主要功能是處理數據。該層從功能層獲取各種請求和數據，通過相應處理將數據發送到服務器層。服務器層主要包括Nodejs服務器和智能合約。Nodejs服務器由Nodejs編寫，用來與數據庫交互，處理各種信息，包括接受前端請求、讀寫數據庫。智能合約由Solidity語言編寫，用來處理區塊鏈上的信息。用戶的每一次操作都會記錄在服務器的日志內。

數據層主要功能是存儲數據。該層從上層獲取數據，并進行存儲。數據層主要包括數據庫和區塊鏈。由于區塊鏈存儲資源有限，不可能將所有信息都存儲到區塊鏈中，所以該層根據實際需求將產生的數據按照重要程度分類，只將重要信息存儲到區塊鏈上，其它信息則會存儲到數據庫中。數據庫使用MYSQL數據庫存儲數據。區塊鏈使用ganache測試鏈，用來存儲驗證結果等重要信息。

總之，區塊鏈非常激動人心并且前景美妙，其賦能高考乃至整個教育體系的巨大潛力也是可以預期的。當然，在探索過程中會遭遇很多困難，包括設計合理的應用場景、安全系統、開發規范等，都需要在改革推進中不斷探索和完善。