基于區(qū)塊鏈的高校理工類專業(yè)大學(xué)生 數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與評價研究

王曉娜 季超越 班戈

摘 要：基于對PISA數(shù)學(xué)素養(yǎng)測評框架的充分解讀，針對目前河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評價過程中存在的理論脫離實踐、數(shù)學(xué)教育資源分配不均、數(shù)學(xué)素養(yǎng)測評不公正、學(xué)習(xí)成果認證困難等問題，利用區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評價聯(lián)盟鏈。通過區(qū)塊鏈的有效監(jiān)管，實現(xiàn)教育資源共享和學(xué)習(xí)成果互認，從而提升高校理工類大學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平，真正實現(xiàn)人才培養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)素養(yǎng);PISA;區(qū)塊鏈;測評框架

在科技發(fā)展日新月異的21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算以及區(qū)塊鏈等新興技術(shù)迅速發(fā)展，為培養(yǎng)科學(xué)基礎(chǔ)扎實、工程能力強的創(chuàng)新型工科人才，我國高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平也應(yīng)有所提高。早在20世紀(jì)90年代，經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）每三年開展一輪國際學(xué)生評估項目（PISA），測評對象主要是15歲學(xué)生，測評領(lǐng)域涉及閱讀、數(shù)學(xué)和科學(xué)，數(shù)學(xué)作為主測評領(lǐng)域分別在2003年、2012年、2021年展開測評，該測評框架對數(shù)學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵和測評指標(biāo)的界定進行了充分的考量，并且也在不斷地修改和完善?；趯ISA數(shù)學(xué)素養(yǎng)測評框架的解析，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)作為一個相對抽象且復(fù)雜的概念，它本身并不能夠被直接測量，其評價需從可觀察、可測量、可操作的視角選擇合適的測評領(lǐng)域與指標(biāo)。基于此，對高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和評價都存在一定難度。

區(qū)塊鏈技術(shù)為構(gòu)建高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評價體系提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€分布式的共享賬本，由多條賬目組成的區(qū)塊通過加密連接組成，區(qū)塊鏈的共識機制、智能合約等技術(shù)，使其具有去中心化、去信任化、集體維護、安全、開放等特點，基于區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)勢和特點，目前區(qū)塊鏈已廣泛應(yīng)用于金融、醫(yī)療衛(wèi)生、科技等領(lǐng)域，相關(guān)研究成果較多，而其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究成果還比較少。據(jù)知網(wǎng)檢索，楊現(xiàn)民（2017）等提出將區(qū)塊鏈應(yīng)用在教育領(lǐng)域建立個體學(xué)信大數(shù)據(jù)、開發(fā)學(xué)位證書系統(tǒng)和開發(fā)去中心化教育系統(tǒng)等;鄭旭東等（2020）基于區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計的學(xué)生綜合素質(zhì)評價系統(tǒng)架構(gòu)在宏觀治理層面支持弱中心化的評價聯(lián)盟運行，在中觀評價層面可實現(xiàn)安全、可信、溯源的數(shù)據(jù)錄入，評價實施，結(jié)果查詢與應(yīng)用等評價過程;黎明（2020）提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)建立學(xué)術(shù)評價系統(tǒng)等。鑒于此，本研究在PISA測評框架的基礎(chǔ)上，基于區(qū)塊鏈技術(shù)和“新工科”理念，構(gòu)建高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評價體系。

一、河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評價現(xiàn)狀分析

目前，關(guān)于數(shù)學(xué)素養(yǎng)的研究大多集中在基礎(chǔ)教育階段，對大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)測評框架及指標(biāo)還沒有明確的界定，導(dǎo)致河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評價中存在著一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）理論脫離實踐

大多數(shù)數(shù)學(xué)類課程作為高校理工類專業(yè)大學(xué)生的基礎(chǔ)課程，課程本身比較抽象，教學(xué)學(xué)時較短，教學(xué)內(nèi)容較多，相關(guān)課程授課形式基本采用理論講授，沒有配套的實踐課程，導(dǎo)致理論知識的學(xué)習(xí)沒有相關(guān)實踐應(yīng)用去支撐。另外，受傳統(tǒng)課堂模式的影響，課堂教學(xué)主要以經(jīng)典理論知識講授為主，很少引入相關(guān)專業(yè)的實踐案例。因此，對于高校理工類大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)僅停留在理論層面，相關(guān)的實踐練習(xí)還需有相關(guān)平臺進行支撐。

（二）數(shù)學(xué)教育資源分配不均衡

數(shù)學(xué)知識是數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的基礎(chǔ)和提升的前提，數(shù)學(xué)教育資源是數(shù)學(xué)知識獲取的主要途徑。但高校理工類專業(yè)在數(shù)學(xué)教育資源分配方面存在不均衡現(xiàn)象，主要有：其一，各高校理工類專業(yè)在教學(xué)條件、教學(xué)對象和培養(yǎng)目標(biāo)等方面都有不同，其對數(shù)學(xué)教育資源的需求也體現(xiàn)出較大的差異;其二，各高校理工類專業(yè)所開設(shè)的大學(xué)數(shù)學(xué)課程，在課程門類設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)目標(biāo)要求、教學(xué)學(xué)時分配等方面并不相同，致使學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)內(nèi)容不均衡;其三，隨著信息化時代的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化教育資源開始共享，在線公共課程的資源逐漸增多，但是“小眾”的數(shù)學(xué)專業(yè)課程及與數(shù)學(xué)素養(yǎng)相關(guān)的在線教育資源稀缺，且無針對性。

（三）數(shù)學(xué)素養(yǎng)評價客觀公正不足

高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)評價體系是判斷其數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平的依據(jù)。但目前，對高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)評價體系內(nèi)涵與設(shè)計的研究還比較少，還沒有明確的、客觀公正的測評指標(biāo)，主觀因素影響較多，測評難度大，且大學(xué)生對數(shù)學(xué)素養(yǎng)評價的參與度不高。

（四）數(shù)學(xué)素養(yǎng)學(xué)習(xí)成果認證困難

在我國，對大學(xué)生學(xué)歷的認證是各個高校采用學(xué)分制衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)量，學(xué)生修滿學(xué)分，從而獲得該高校的畢業(yè)證書及學(xué)位證書;對駕駛證等證件，考生可練習(xí)相關(guān)技能，通過考試而獲得。這兩種學(xué)習(xí)結(jié)果都有相關(guān)的結(jié)果認證，或是學(xué)習(xí)量，或是技能掌握。如何找到一種方法，可以客觀公正地去衡量學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體現(xiàn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平的各種學(xué)習(xí)成果，是數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評價中需要解決的重要問題。

二、基于區(qū)塊鏈的河南省高校理工類大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評價聯(lián)盟鏈設(shè)計

基于以上問題分析，為實現(xiàn)高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)教育資源共建共享的目標(biāo)及更公平地考核其數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平，本研究充分發(fā)揮區(qū)塊鏈龐大的分布式賬本的本質(zhì)和智能合約等關(guān)鍵技術(shù)，對河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)進行培養(yǎng)和評價，構(gòu)建其數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評價體系聯(lián)盟鏈，如圖所示：

（一）理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)測評框架

數(shù)學(xué)素養(yǎng)測評框架維度指標(biāo)主要從問題真實情境、數(shù)學(xué)內(nèi)容、建模過程、關(guān)鍵能力四個方面進行設(shè)計。真實情境從個人、職業(yè)和科學(xué)三個方面來分類，通過真實情境中相關(guān)問題的測試，能夠增強學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)與學(xué)生生活之間的聯(lián)系;數(shù)學(xué)內(nèi)容是學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)測評的一個重要依托，分為空間與形狀、變化與關(guān)系、數(shù)量、不確定性與數(shù)據(jù)四個方面;建模過程指學(xué)生能否將數(shù)學(xué)概念、知識和技能運用到現(xiàn)實情景各種復(fù)雜問題中;關(guān)鍵能力指通過系統(tǒng)數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)和長時間的積累形成的實際解決問題的能力，以此來滿足社會發(fā)展和科技進步對人才的要求。該測評框架為理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)指明方向，同時為考量理工類專業(yè)大學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平提供依據(jù)。

（二）總體設(shè)計架構(gòu)

基于區(qū)塊鏈去中心化、集體維護、安全可靠、防偽溯源、高度加密等技術(shù)，理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與評價體系涉及學(xué)生個人隱私、教育資源管理、教育教學(xué)數(shù)據(jù)等不易廣泛公開的數(shù)據(jù)信息，區(qū)塊鏈應(yīng)用模式中的聯(lián)盟鏈可實現(xiàn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與評價體系的部分去中心化，并且允許連接到系統(tǒng)內(nèi)部的各高校共同參與管理該系統(tǒng)，保證系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的安全和個人的隱私。具體設(shè)計如下：

根據(jù)各高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)教育資源差異和數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平現(xiàn)狀，每個高校內(nèi)部可形成一條私有鏈，各高校私有鏈集合形成聯(lián)盟鏈。首先，基于聯(lián)盟鏈部分去中心化的特點，利用聯(lián)盟鏈的共識機制決定記賬節(jié)點，各高校私有鏈通過記賬節(jié)點與聯(lián)盟鏈賬本對接，保證鏈接到聯(lián)盟鏈上的各高校組織群體，通過共識機制完成教育資源共享、數(shù)學(xué)素養(yǎng)評價中的各種交易請求，共同參與和管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)與信息，保證系統(tǒng)有效運行，從而形成高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評價系統(tǒng);其次，在聯(lián)盟鏈共識層設(shè)置聯(lián)盟的相關(guān)組織管理機制，通過智能合約實現(xiàn)各高校的組織管理機制、資源共享機制、考核評價機制、權(quán)益分配機制等，促進數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)資源的均衡發(fā)展和評價體系的公平、公正;再次，各高校私有鏈對教育教學(xué)資源數(shù)據(jù)、學(xué)生學(xué)習(xí)與實踐的活動數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)評價結(jié)果數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)錄入后，通過智能合約進一步對錄入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行分封裝，無需任何第三方的支持，即可確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)不被篡改和刪除，實現(xiàn)聯(lián)盟鏈上各高校對學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評價數(shù)據(jù)的隨意獲取，從而實現(xiàn)各高校及部門之間數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與評價數(shù)據(jù)管理跨平臺的管理和對接。從圖1可以看出，高校聯(lián)盟鏈?zhǔn)钦麄€平臺的基礎(chǔ)，高校理工類專業(yè)根據(jù)數(shù)學(xué)素養(yǎng)測評框架指標(biāo)，依托聯(lián)盟鏈展開教育資源共建共享和學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)測評。

（三）基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)機制

數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)本身就是一種教育活動過程，教師和學(xué)生是主要的參與群體，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)計數(shù)學(xué)素養(yǎng)教育教學(xué)資源共建共享機制，鼓勵教師或?qū)W生上傳教育資源，通過聯(lián)盟鏈的有效監(jiān)管，實現(xiàn)教育資源共享，解決學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與評價中教育資源不均衡的問題。

1.教師層面

各高校教師依托聯(lián)盟鏈中的“各高校私有鏈”，通過區(qū)塊鏈的智能合約功能注冊登陸，獲得身份驗證后，積極將自身原創(chuàng)的教育資源（教案、課件、習(xí)題、討論、微視頻、SPOC、精品課程等）按照類別分類上傳，通過確權(quán)交易機制確保自身產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)得到有效保護，通過共識機制讓自身原創(chuàng)資源得到客觀評價，形成各類資源的智能合約，并在全網(wǎng)公開，記入聯(lián)盟鏈賬本。同時，資源上傳者還可以通過智能合約交易獲得的教育幣來購買優(yōu)質(zhì)的教育教學(xué)資源，實現(xiàn)教育教學(xué)資源的共建共享。

2.學(xué)生層面

學(xué)生作為數(shù)學(xué)素養(yǎng)評價對象，在數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評價體系中，依然可以通過區(qū)塊鏈的智能合約功能進行身份認證后，將自己的學(xué)習(xí)筆記、試題答案、解析和學(xué)習(xí)心得等上傳至各高校私有鏈平臺，在此過程中產(chǎn)生的教育幣還可以用來購買適合自身需求的資源和信息，還可以發(fā)出問題請求，不僅實現(xiàn)了學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間跨時空的交流，也是教育資源共建共享的一種有效途徑。

（四）基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)評價機制

以終身學(xué)習(xí)理念為理論依據(jù)，數(shù)學(xué)素養(yǎng)的測評數(shù)據(jù)主要由正式學(xué)習(xí)成果和非正式學(xué)習(xí)成果組成，正式學(xué)習(xí)成果主要指各高校線下考評學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的資料信息，包括學(xué)科成績、教師評價和學(xué)生獲得的各種體現(xiàn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)的榮譽證書等;非正式的學(xué)習(xí)成果主要指學(xué)生基于線上平臺等不同的學(xué)習(xí)方式獲得的反映學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平的教育大數(shù)據(jù)信息，包括平臺自動收集和記錄的學(xué)生參加的各種講座，自主學(xué)習(xí)的MOOC、SPOC等線上資源和學(xué)科前沿性知識，參加的各種大賽，線上發(fā)起的討論和話題以及學(xué)生之間互助等。

為保證學(xué)生的學(xué)習(xí)成果在不同的高校間得到公平的認證，也為了更加客觀、公平地衡量學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平，需將這些學(xué)習(xí)成果轉(zhuǎn)化為可視的證書或?qū)W分等形式，在這一過程中基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分互認起到了樞紐的作用。各高校私有鏈去中心化的分布式賬本系統(tǒng)將每個學(xué)習(xí)者所有的學(xué)習(xí)成果以時間節(jié)點連續(xù)的數(shù)據(jù)方式同步到網(wǎng)絡(luò)每個節(jié)點上，不可更改但可追溯，利用聯(lián)盟鏈共識機制，形成統(tǒng)一的學(xué)分認證標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)學(xué)習(xí)成果的公平認證和轉(zhuǎn)換，利用智能合約技術(shù)實現(xiàn)學(xué)分轉(zhuǎn)換自動履約，提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)評價的效率。

三、結(jié)論與展望

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，我們需要越來越多的工程創(chuàng)新人才。利用區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評價體系，推動校際間教育資源共享和學(xué)分互認，通過以評促改、以評促建不斷提升大學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平，為“新工科”視域下人才培養(yǎng)奠定堅實的基礎(chǔ)。但構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評價體系是一項系統(tǒng)性工程，需要不斷分析和解決應(yīng)用過程中的各種問題，我們將在后續(xù)的實踐中不斷修改和完善。

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責(zé)編：文 竹