區塊鏈技術在高等教育中的應用

龐阿倩,萬 冰,郝 龍,諸葛姍姍

(蘭考三農職業學院,河南 開封 475300)

0 引言

近年來,作為分布式公共賬本的區塊鏈技術得到了世界各國的重視。目前,區塊鏈已被應用到金融、醫療、教育、供應鏈、數字版權等領域,在一定程度上形成了行業應用模式和應用案例。在高等教育領域,“區塊鏈+高等教育”是未來教育發展的方向,它憑借去中心化、去信任化、不可篡改性和公開性等特征可以有效地解決傳統教育中存在的弊端,以此構建高等教育新形態[1]。本文以區塊鏈技術為核心,將其應用到高等教育中,有利于改進高等教育模式、共享優質數字教育資源、優化教育管理。構建基于區塊鏈技術的高等教育應用管理系統架構,并闡述了具體的應用路徑,最后從政府、企業、學校角度提出融合發展保障措施,期望為區塊鏈在我國高等教育領域的應用提供參考,為高等教育管理系統建設提供新模式,推動高等教育信息化發展。

1 區塊鏈技術的應用價值

2016年,工信部頒布的《中國區塊鏈技術和應用白皮書》指出,區塊鏈技術在教育領域具有重大應用價值,“區塊鏈+高等教育”可能成為中國高等教育變革的重要方向[2]。2020年,教育部發布《高等學校區塊鏈技術創新行動計劃》指出[3],區塊鏈與高等教育的深度融合創新了教育新生態。“區塊鏈+高等教育”的概念已經落地,為全球的教育教學模式、資源共享、教育管理3大領域的變革提供思路,促進高等教育的發展與進步。

1.1 改進高等教育模式

傳統高等教育普遍按照固定時間開展教育,教學內容以教材知識為主線,教學方式以教師講授為主,教學方法單一且缺乏靈活性,教學評價以試卷形式檢驗學生知識的掌握程度;學生在課堂上普遍被動接受知識,學習參與度較低,學習的個性化受到一定限制。雖然這種模式在培養人才方面有一定的合理性,但是教學若能真正“以學生為中心”進行因材施教,將有利于實現教育的個性化和全面化。“區塊鏈+高等教育”能夠利用區塊鏈全網節點記錄學生學習的全過程,包括正式和非正式的、在線或者離線式的學習經歷,這些記錄幫助教師掌握學生的學習情況,從而設計符合學生需要的教學模式;同時借助大數據技術對學習者學習特征進行精準分析,為其提供針對性、個性化的學習方式。此外,利用區塊鏈建立真實、可靠的學生個人檔案,為學分管理、證書認證、信用評價等提供精準化的數據,實現高質量的人才培養。

1.2 共享優質數字教育資源

隨著“互聯網+教育”的不斷發展,具有數字化、網絡化、多樣化等特征的數字教育資源成為高等教育領域的主流資源,例如以慕課為代表的在線課程資源、虛擬仿真資源等。當前,各高校均獨自建設校本數字資源,導致資源建設分散、重復且質量良莠不齊,缺乏有效的監督與審核;教育資源平臺多樣化,難以統一管理,資源共享存在一定難度;在共享中平臺可能受到攻擊,導致學習者隱私可能被泄露;此外數字化資源的知識產權問題也亟待解決。在資源建設、存儲、共享中融入區塊鏈技術,構建去中心化、流通高效率的數字教育資源新形態[4]。區塊鏈各節點能夠實現人人皆可參與資源的建設和管理,實現資源共享,時間戳、智能合約保證資源的安全性,共識機制確保資源的質量。

1.3 優化教育管理

隨著教育信息化的快速發展,建立一流的現代化教育管理體系是建設智慧校園、實現教育現代化不可缺少的重要工作。目前,有些高校沒有真正將信息化技術與學校管理工作充分融合,使得教育管理效率不高,教育管理系統的基礎建設存在明顯不足,導致教育數據的記錄不完整、數據分析與應用不充分,難以提供精確的決策與治理;教育管理從上到下沒有形成統一的管理機制,出現嚴重信息孤島現象。區塊鏈技術利用自身的技術優勢能夠全面掌握教育管理中各層面的現狀,如教師教學、學生學習、設備資產等信息,更好地服務于師生;加強不同部門自上而下的緊密聯系,做到信息真實、公開、透明化。“區塊鏈+教育”管理改變了傳統教育管理的理念與方式,提升教育管理的高效能化,推動了高等教育的進一步發展。

2 “區塊鏈+高等教育”系統架構

參考現有的系統模型,以區塊鏈技術在高等教育中的應用為系統框架設計的出發點,以區塊鏈為技術核心,以學生、教師、企業、高校為服務對象,設計了集數字證書驗證、學分認證、教育評價、數字教育資源、在線學習于一體的管理系統。此系統包括核心技術層、應用層、用戶層、數據層,可實現對用戶信息的管理和使用,如圖1所示。

圖1 “區塊鏈+高等教育”系統架構

2.1 用戶層

用戶層是區塊鏈各節點人員,包括學生、教師、高校管理人員、企業人員、教育部人員等,其中教育部人員屬于主節點監管中心,檢驗其他節點信息的真實性;高校管理人員、企業人員、教師可以查看學生所學課程、學分獲得、學歷證書獲得、實習過程等數據,起到管理與監督作用;高校管理人員可通過系統查看、監管教師的教學、科研等數據。區塊鏈各節點用戶共同記錄、存儲學生的學信大數據。

2.2 應用層

應用層是區塊鏈業務的具體實施層。業務主要分為5方面,分別為數字證書驗證、學分認證、教育評價、數字教育資源共享、在線學習。將學生的數字證書信息、學分信息、資源使用信息、在線學習信息等進行采集與錄入,實現查詢與驗證、應用。

2.3 數據層

數據層是區塊鏈式的學信數據結構層。區塊鏈每一個節點都按照塊鏈式結構記錄、存儲完整的數據,使用分布節點共識算法來生成和更新數據,驗證其有效性,采用點對點傳輸實現各節點數據的流通,時間戳保證數據不可被篡改,最后將數據應用到不同的教育場景。

2.4 核心技術層

主要技術層分別為分布式存儲、非對稱加密技術、共識算法、智能合約、P2P協議。(1)分布式存儲:將數據分散存儲到多個地方的數據儲存技術。通過分布式存儲技術可以實現每個區塊都是一個獨立的存儲節點,實現資源去中心化和資源的點對點傳播。(2)非對稱加密技術:由于區塊鏈存儲的信息是透明、公開的,但是用戶的信息是高度隱私的,只有在數據擁有者授權的情況下才能訪問到,非對稱加密和授權技術保證了數據的安全和個人隱私。(3)共識機制:這是所有節點記錄數據時如何達成共識、認定數據記錄有效的算法,也是防止數據篡改的算法。(4)智能合約:它基于可信的不可篡改的數據,是可以自動地執行一些預先定義好的規則和條約[5]。當被觸發時,自動執行符合該條件的合約動作。(5)P2P協議:實現節點與節點數據去中心化的傳輸。

3 “區塊鏈+高等教育”應用路徑

區塊鏈技術憑借分布式存儲、加密算法、共識機制、時間戳、智能合約等技術優勢,在國內外高等教育領域受到廣泛關注。為了實現區塊鏈技術在高等教育領域中的應用,構建了基于區塊鏈技術的數字證書驗證平臺、學分認證平臺、教育評價平臺、數字教育資源平臺、在線學習平臺,應用路徑如圖2所示。

圖2 “區塊鏈技術+高等教育”應用路徑

3.1 構建數字證書驗證平臺

高等教育領域中,學歷證書、“1+x”職業技能等級證書、榮譽證書等代表一個學生具備的技能,是其學習結果的證明。傳統電子版或紙質版的證書面臨著數據丟失、造假等現象;“1+x”職業技能等級證書更是面臨考核評價標準不統一、證書可信度難以保證、課程與證書間缺乏銜接等問題[6]。而區塊鏈中每個區塊按照時間順序記錄學生所有的學習過程和學習成果的數據,當學生通過證書考核、認證的標準后(共識機制成功交易),自動獲得相應的區塊鏈學歷證書、職業技能等級證書或榮譽證書。如果要查看、核驗證書的真偽,則掃描證書上的二維碼即可看到詳細的信息。區塊鏈技術下的數字證書具有權威性、不可篡改性,在學生就業時為用人單位評估學生的職業能力提供了真實依據。目前,國內外已有相關的教育情境案例,例如麻省理工大學利用區塊鏈技術為學生頒發數字文憑和成績單,格拉斯哥大學利用區塊鏈技術存儲學生的成績和學位等信息。

3.2 構建學分認證平臺

大學生畢業需要滿足的條件之一就是修滿學校規定的學分。學分認證的權威性、有效性至關重要。通過區塊鏈技術記錄學生在非正式學習和正式學習過程中的數據,形成一個分布式賬本,構建每一個學生個人的學信數據集。當學生完成學習任務后,通過共識機制生成學習數據,按照智能合約自動匹配數據庫中對應的學分進行認證,使得學生獲得相應的學分。而教師、教務管理者共同編制學分管理方案作為區塊鏈中的智能合約,主要包括學習過程和學習結果的考核標準。職業學院的學生可以申請將所修的學分轉換成對應的職業技能等級證書,這個轉換過程是自動完成的,且獲得的證書是權威、真實的。此外區塊鏈技術按照時間序列記錄學生的學分認證情況,避免篡改、刷學分現象的發生[7]。

3.3 構建教育評價平臺

教育評價改革一直是教育領域的重要問題,對教育發展影響深遠。基于區塊鏈的教育評價利用區塊鏈技術把各評價主體以節點的形式加入到區塊鏈網絡,各主體共同對記錄與存儲在分布式賬本的學生學習過程和學習結果的數據進行基于大數據的綜合評價,給予學生更加客觀、有針對性地學習指導與學習服務,解決評價主體少、評價重結果而輕過程的問題;利用非對稱加密算法的公開密鑰和私有密鑰,確保教育評價數據公開、透明的同時,保證學生個人信息不被泄露。此外,智能合約和共識機制可以解決執行難的問題和可能存在的暗箱操作,促進教育公平[8]。“區塊鏈”+教育評價能夠實現評價的個性化、精準化、公平化,更有利于學生的發展。

3.4 構建數字資源共享平臺

在推進教育數字轉型背景下,構建開放、共享、高質量的數字化教育資源內容和平臺是必不可少的。當前,高校數字資源建設仍存在一些弊端,而區塊鏈技術與數字資源融合,為數字資源的共建共享、質量管控和長效發展提供有效路徑。各高校建立聯盟作為聯盟區塊鏈上的節點,每個高校內部建立私有鏈作為私有鏈上的節點,這些節點的主體共同管理數字資源,消除高校之間資源孤島現象。將資源上傳到平臺時,平臺利用區塊鏈的智能合約進行自動審核,審核通過后傳播給每一個節點,節點上的共識機制完成資源的認證,最后資源按照時間戳發布,保證資源的質量。再者,利用區塊鏈的分布式存儲、智能合約、時間戳可以對資源的購買、分享、下載等行為進行追溯,強化資源管理。各高校共同建立區塊鏈技術支持下的資源平臺,為資源的可持續發展提供了保障。

3.5 構建在線學習平臺

互聯網資源憑借學習時間和空間不受限制、滿足個性化學習需求等優勢在高等教育領域受到廣泛關注。雖然它在一定程度上能彌補課堂學習的不足,但是學生的學習效果、學習積極性、學習互動性難以得到有效保障。而區塊鏈技術支持下的在線學習模式利用分布式存儲和時間戳記錄學生全部線上學習的數據,保證學習數據的真實存在和不可篡改;當任務完成后,預先設定的智能合約會自動生效,按照規則發放給學生不同數量的學習幣,這些學習幣可以用來購買其他學習資料;而非對稱加密算法保證了學生信息的安全,它決定查看學生隱私的權利。區塊鏈的去中心化特征能讓學生直接獲取到更多優質的跨平臺、跨機構的在線學習資源,實現資源與學習者之間的直接傳送,提升資源的使用率。

4 保障策略

區塊鏈技術的應用是從金融逐漸延伸到醫療、物流、制造、銷售、教育等領域,它為這些領域的改革起到了推動作用。在高等教育領域,國內外已有不同教育情境的實踐應用。未來,要實現“區塊鏈+高等教育”由淺層的實踐向精細化、具體化的實踐方向轉變離不開政府、企業、高校的協同管理。

4.1 政府層面

近年來,區塊鏈技術與教育融合的落地,得益于各國的政策支持,例如歐盟發布《教育中的區塊鏈》、美國發布《地平線報告》(2019高等教育版)、中國發布《教育信息化2.0行動計劃》等。為了促進區塊鏈在高等教育的廣泛應用,我國政府要對研究區塊鏈技術走在前沿的高等學校給予充足的資金支持,為技術的成熟提供資金保障;其次,出臺區塊鏈技術應用于高等教育的監督與管理的法律法規,為技術的應用提供法律保障;最后,加快對區塊鏈技術人才的培養,鼓勵高校開設與區塊鏈技術相關的專業和課程。

4.2 企業層面

區塊鏈技術的研發和應用離不開企業的推動與引領,因此,企業要與高校建立校企合作、產教融合的機制,為“區塊鏈+高等教育”的應用起到輔助作用。一方面,企業與高校共同探索區塊鏈技術在不同教育情境中的應用,同時企業積極為區塊鏈的落地提供充足的資源,推進“區塊鏈+高等教育”的進程。另一方面,企業要加快核心技術研發,完善區塊鏈技術自身的不足,提升技術創新;積極推進區塊鏈技術成果轉化,提升在高等教育領域的應用效率。

4.3 學校層面

高等職業學校是培養高素質技能人才的主體,也是推動區塊鏈變革高等教育的主體。高校要從內外2個方面促進區塊鏈技術在高等教育中有效應用。一方面(內在),高校要積極組建區塊鏈技術攻關團隊,對區塊鏈技術在高等教育領域深入應用中的前沿、趨勢、難點等問題進行研究探討;加強與企業的合作,推進區塊鏈技術在高校的多情境應用。另一方面(外在),高校應當抓住全球“區塊鏈+教育”研究的機遇,加強與國外高校、機構等合作,借鑒相關經驗,推進區塊鏈技術在本校教育中的深入融合。

5 結語

高等教育與區塊鏈融合的應用層面處于初級階段,未來要實現更廣泛的應用仍面臨技術本身的挑戰和技術應用的挑戰,包括算法、智能合約、數據隱私與安全等問題[9]。為了破除區塊鏈技術在高等教育應用中的絆腳石,國家、學校、企業自上而下形成合力,在技術層面加強對區塊鏈技術的研究;在應用層面積極在高校開展區塊鏈試點工作,探索在不同教育情境的應用案例。總之,區塊鏈技術在教育領域具有巨大的應用潛力,未來將與大數據、物聯網、5G等技術共同應用于各種教育情境中,推動我國教育事業的智能化發展。