區(qū)塊鏈教育技術(shù)應(yīng)用模式及趨勢(shì)分析

陳景燕 鄭志宏 方海光

【摘 要】本研究基于教育數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提出區(qū)塊鏈教育技術(shù)應(yīng)用的五種模式，并使用Python語(yǔ)言創(chuàng)建一個(gè)面向教育資源存儲(chǔ)和共享的區(qū)塊鏈案例，驗(yàn)證用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行教育資源管理的可行性，最后預(yù)測(cè)區(qū)塊鏈技術(shù)必將應(yīng)用于教育領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】區(qū)塊鏈;教育技術(shù);資源管理;趨勢(shì)

近年來(lái)，包括區(qū)塊鏈在內(nèi)的新興技術(shù)迅速興起與發(fā)展，給教育數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用帶來(lái)了新的契機(jī)[1]。而當(dāng)下的教育數(shù)據(jù)是面向教育全過(guò)程的多種類型的全樣本的數(shù)據(jù)集合，具有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、連續(xù)性和綜合性。對(duì)目前的教育數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，需要探尋隱藏的數(shù)據(jù)因果關(guān)系[2]。教育大數(shù)據(jù)的一個(gè)深度發(fā)展方向是與區(qū)塊鏈技術(shù)的整合[3]。如何基于教育數(shù)據(jù)分類來(lái)運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)服務(wù)教育，如何根據(jù)教育大數(shù)據(jù)的特征與區(qū)塊鏈特征耦合，判斷哪一類教育大數(shù)據(jù)使用區(qū)塊鏈技術(shù)更適用且有價(jià)值，這些問(wèn)題依然亟待解決。

區(qū)塊鏈技術(shù)

1.區(qū)塊鏈

從技術(shù)角度看， 區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N按照時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)區(qū)塊以鏈條的方式組合成特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學(xué)方式保證的不可篡改和不可偽造的去中心化共享賬本[4]。有學(xué)者認(rèn)為，區(qū)塊鏈技術(shù)不僅可以應(yīng)用到虛擬貨幣領(lǐng)域，在教育、能源等行業(yè)也有應(yīng)用的價(jià)值，以增強(qiáng)這些行業(yè)數(shù)據(jù)信息的安全性[5]。區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展方向不同，誕生了三種比較主流的平臺(tái)模式：公有鏈、聯(lián)盟鏈、專有鏈[6]。相比公有鏈，聯(lián)盟鏈更能滿足分布式商業(yè)中對(duì)規(guī)則合理有序和多方對(duì)等的需求，在高并發(fā)、高性能等方面更有優(yōu)勢(shì)。

2.區(qū)塊鏈教育技術(shù)

在教育領(lǐng)域中，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)需要滿足以下七個(gè)條件：（1）明確的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、時(shí)間戳以及數(shù)據(jù)產(chǎn)生和交易的流程。（2）多節(jié)點(diǎn)記錄。多個(gè)人都擁有添加教育數(shù)據(jù)到區(qū)塊的權(quán)限。（3）去信任化。數(shù)據(jù)在沒(méi)有信任的情況下也可以交易，信息不可篡改。（4）去中心化。多個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有記賬權(quán)。（5）相互依賴。教育數(shù)據(jù)之間有一定依賴性。（6）清晰的規(guī)則。交易按照既定的程序進(jìn)行，滿足條件時(shí)自動(dòng)進(jìn)行。（7）價(jià)值存儲(chǔ)。鏈上的教育信息具有現(xiàn)實(shí)意義。

3.教育數(shù)據(jù)分析

進(jìn)入信息時(shí)代，教育數(shù)據(jù)的規(guī)模與日俱增，數(shù)據(jù)來(lái)源呈多樣化、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性、全面性等特點(diǎn)。本研究選擇將教育數(shù)據(jù)劃分為基礎(chǔ)層、狀態(tài)層、資源層、行為層四層的分類方式[7]。

基礎(chǔ)層數(shù)據(jù)指國(guó)家教育基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于學(xué)校對(duì)社會(huì)公開(kāi)，部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于機(jī)密和敏感的數(shù)據(jù)?；A(chǔ)層數(shù)據(jù)以管理類數(shù)據(jù)為主，具有結(jié)構(gòu)化、結(jié)果化等特點(diǎn)。狀態(tài)層數(shù)據(jù)包含各種教育設(shè)備、教學(xué)環(huán)境以及教育業(yè)務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)信息，具有結(jié)構(gòu)化、實(shí)時(shí)性和實(shí)效性等特點(diǎn)。資源層數(shù)據(jù)指的是各類教學(xué)資源和學(xué)習(xí)資源，也是目前數(shù)量規(guī)模最大的教育數(shù)據(jù)，包括專門建設(shè)的資源門戶，企業(yè)自主研發(fā)維護(hù)的學(xué)習(xí)平臺(tái)、學(xué)習(xí)工具和動(dòng)態(tài)生成的資源等。教學(xué)行為數(shù)據(jù)是行為層數(shù)據(jù)的核心內(nèi)容。行為層數(shù)據(jù)要求數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸要有連續(xù)性，要有可信的時(shí)間戳作為學(xué)習(xí)行為先后劃分的依據(jù)。

區(qū)塊鏈應(yīng)用模式

1.數(shù)字資源版權(quán)管理

數(shù)字資源版權(quán)是為了維護(hù)版權(quán)所有者自身利益而生，但是在教育領(lǐng)域，版權(quán)所有者維權(quán)難，舉證更難。教育資源種類繁多，人人都可能是資源的生產(chǎn)者，用傳統(tǒng)手段為每一個(gè)人的每一個(gè)數(shù)字資源分配版權(quán)證書(shū)成本太高。

使用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)數(shù)字資源進(jìn)行加密，可以大大提高破解難度。以非對(duì)稱加密為例，增加了破解者的成本，破解者很難通過(guò)傳統(tǒng)的暴力破解方式解鎖資源，區(qū)塊鏈技術(shù)還可以記錄每一個(gè)訪問(wèn)者的訪問(wèn)申請(qǐng)記錄，對(duì)版權(quán)所有者維護(hù)自己的版權(quán)利益很有幫助。為資源添加一個(gè)專屬的版權(quán)區(qū)塊，可以降低注冊(cè)和管理上的成本。

2.學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)采集

學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)主要是基于學(xué)習(xí)活動(dòng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括時(shí)間地點(diǎn)信息、學(xué)習(xí)資源信息、學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)結(jié)果等，存在難以采集、難以運(yùn)用等問(wèn)題?，F(xiàn)有教育數(shù)據(jù)無(wú)法跨課堂、跨學(xué)科進(jìn)行采集，采集的數(shù)據(jù)不具備連續(xù)性，而且不能做到跨學(xué)科的數(shù)據(jù)分析。只要統(tǒng)一學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)塊鏈技術(shù)就可以做到將學(xué)生不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同學(xué)科的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)保存在同一數(shù)據(jù)庫(kù)中，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，保存的數(shù)據(jù)不可修改，保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和分析結(jié)果的可信度。學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)采集區(qū)塊鏈模型如圖1所示。

3.教育培訓(xùn)市場(chǎng)規(guī)范

當(dāng)前教育培訓(xùn)市場(chǎng)管理混亂，有的家長(zhǎng)會(huì)選擇兩個(gè)以上的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，課程不能良好銜接，不能更好地提升學(xué)習(xí)效率和效果，根本原因在于機(jī)構(gòu)之間沒(méi)有互信的溝通機(jī)制。采用區(qū)塊鏈記錄學(xué)生的課程、表現(xiàn)和成績(jī)等信息，能夠有效地解決這一問(wèn)題。每家培訓(xùn)機(jī)構(gòu)只有如實(shí)地記錄學(xué)生的真實(shí)表現(xiàn)，才能體現(xiàn)自身的價(jià)值。

4.教育公益事業(yè)透明

教育公益事業(yè)是涉及貧困學(xué)生和家長(zhǎng)利益的事業(yè)，教育資金的使用也是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。教育資金使用的方向較多，對(duì)貧困學(xué)生的資助往往要長(zhǎng)期進(jìn)行，社會(huì)很難從眾多賬目中看到對(duì)個(gè)別學(xué)生的資助情況。賬目公開(kāi)還涉及學(xué)生個(gè)人隱私問(wèn)題，難以兼顧資金使用透明和個(gè)人隱私保護(hù)，使用區(qū)塊鏈技術(shù)可以很好地解決這一問(wèn)題。學(xué)生的每一筆資助或教育經(jīng)費(fèi)的每一筆支出都記錄在區(qū)塊鏈上，難以更改，所有人都可以輕易獲取所有的賬目信息，公民可以很好地履行監(jiān)督義務(wù)。其他人無(wú)法通過(guò)身份碼確認(rèn)個(gè)人信息，很好地保護(hù)了學(xué)生的個(gè)人信息和自尊。

5.終身學(xué)習(xí)檔案管理

教育機(jī)構(gòu)頒發(fā)數(shù)字檔案時(shí)使用公共區(qū)塊鏈來(lái)存儲(chǔ)與數(shù)字檔案相關(guān)的數(shù)字簽名，用戶保留唯一的數(shù)字簽名認(rèn)證，當(dāng)驗(yàn)證檔案的真實(shí)性時(shí)只需要與存儲(chǔ)在區(qū)塊上的數(shù)字簽名進(jìn)行比較。即使頒發(fā)檔案的機(jī)構(gòu)關(guān)門或者面對(duì)不可抗力的外界因素，這些檔案仍然可以對(duì)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中的記錄進(jìn)行驗(yàn)證。其他人不需要花費(fèi)額外的資源來(lái)確認(rèn)檔案的有效性就可以查詢檔案，政府也可以通過(guò)管理檔案的查詢記錄等方式監(jiān)管檔案。

區(qū)塊鏈在教育數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用過(guò)程

本研究以Python為編寫(xiě)語(yǔ)言，面向教育資源存儲(chǔ)和共享創(chuàng)建了一個(gè)區(qū)塊鏈案例。該案例具有節(jié)點(diǎn)注冊(cè)、節(jié)點(diǎn)間區(qū)塊鏈自動(dòng)同步、教育資源信息上傳和訪問(wèn)、新區(qū)塊挖掘、節(jié)點(diǎn)服務(wù)器等功能。

1.區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)

本研究選擇部分去中心化的聯(lián)盟鏈模式，構(gòu)建教育資源的區(qū)塊鏈。區(qū)塊結(jié)構(gòu)包含區(qū)塊頭數(shù)據(jù)和交易主體。區(qū)塊頭結(jié)構(gòu)包含與該區(qū)塊相關(guān)的元數(shù)據(jù)信息，如索引、信息、父區(qū)塊hash值、證明和內(nèi)容。交易主體包含區(qū)塊交易的所有信息，如學(xué)習(xí)對(duì)象、資源類型、課程內(nèi)容、教學(xué)資源和公鑰等。

2.面向教育資源的區(qū)塊鏈運(yùn)行機(jī)制

面向教育資源的區(qū)塊鏈包含兩類節(jié)點(diǎn)：超級(jí)節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)。超級(jí)節(jié)點(diǎn)擁有記賬權(quán)，有資格通過(guò)挖礦的方式將交易信息和資源信息打包到區(qū)塊并添加到區(qū)塊鏈的權(quán)利。超級(jí)節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)入門檻比較高，要有一定的社會(huì)公信力，如中小學(xué)、高校、具有辦學(xué)資質(zhì)的教育機(jī)構(gòu)等。普通節(jié)點(diǎn)是資源的提供者和交易的主體，擁有發(fā)送資源信息到網(wǎng)絡(luò)、訪問(wèn)其他節(jié)點(diǎn)資源的權(quán)利，普通節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)入門檻較低，擁有主機(jī)且能上網(wǎng)的個(gè)人都可以成為普通節(jié)點(diǎn)。

教育資源的訪問(wèn)和交易是基于教育資源的區(qū)塊鏈的核心功能。當(dāng)一個(gè)教育資源被創(chuàng)建時(shí)，先把教育資源上傳到平臺(tái)，為該資源對(duì)應(yīng)的區(qū)塊添加“身份碼”“學(xué)習(xí)對(duì)象、資源類型、課程內(nèi)容、教學(xué)資源簡(jiǎn)介”“公鑰”等信息，等待超級(jí)節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一挖掘打包。超級(jí)節(jié)點(diǎn)挖到包含資源信息的新區(qū)塊后，審核并認(rèn)可該區(qū)塊的價(jià)值，然后把區(qū)塊添加到主鏈。其他節(jié)點(diǎn)可以訪問(wèn)該區(qū)塊的部分內(nèi)容，包括學(xué)習(xí)對(duì)象、資源類型、課程內(nèi)容、教學(xué)資源簡(jiǎn)介。如果想要瀏覽全部?jī)?nèi)容鏈接，需要根據(jù)區(qū)塊上資源所有者的身份碼確定資源提供者，資源訪問(wèn)者與資源所有者通過(guò)非對(duì)稱加密的方式完成訪問(wèn)請(qǐng)求與授權(quán)。

區(qū)塊鏈作為教育領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，只有迎合教育需求才能從根本上解決教育難題。區(qū)塊鏈技術(shù)的安全、去信任化等優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，具體教育應(yīng)用仍然需要不斷探索。在教育資源交互方面，區(qū)塊鏈具有一定的優(yōu)勢(shì)，在維護(hù)教育資源提供者利益的同時(shí)也保護(hù)了他們的隱私。未來(lái)教育不可避免要使用區(qū)塊鏈技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

沈忠華. 新技術(shù)視域下的教育大數(shù)據(jù)與教育評(píng)估新探——兼論區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)在線教育評(píng)估的影響[J]. 遠(yuǎn)程教育雜志，2017（3）：31-39.

杜婧敏，方海光，李維楊等. 教育大數(shù)據(jù)研究綜述[J]. 中國(guó)教育信息化，2016（19）：1-4.

方海光，仝賽賽，杜婧敏等. 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的智慧學(xué)習(xí)機(jī)器人設(shè)計(jì)研究——面向大規(guī)模學(xué)習(xí)服務(wù)系統(tǒng)的智慧學(xué)習(xí)機(jī)器人[J]. 遠(yuǎn)程教育雜志，2017（4）：42-48.

袁勇，王飛躍. 區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2016，42（4）： 481-494.

Peck ME. Blockchain World Do You Need a Blockchain？ This Chart Will Tell You if the Technology Can Solve Your Problem[J].IEEE Spectrum，2017，54（10）：38-60.

Alexander Grech，Anthony F. Camilleri. Blockchain in Education[R].European Union： European Union joint research centre，2017.

楊現(xiàn)民，唐斯斯，李冀紅. 發(fā)展教育大數(shù)據(jù)： 內(nèi)涵、價(jià)值和挑戰(zhàn)[J]. 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2016（1）： 50-61.