面向計(jì)算機(jī)專業(yè)的“區(qū)塊鏈技術(shù)”翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)

唐源　吳靜　吳旭　李昱瑾

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù)；共識(shí)算法；翻轉(zhuǎn)課堂；O-PIRTAS

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）03-0146-03

區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，催生對(duì)人才的需求。區(qū)塊鏈技術(shù)是被公認(rèn)的顛覆性創(chuàng)新技術(shù)，2019年中央強(qiáng)調(diào)把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新重要突破口，需要加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的快速發(fā)展[1]。同時(shí)，區(qū)塊鏈被認(rèn)為是高等教育中最具影響力的六大技術(shù)之一[2]。目前在金融、物流、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、醫(yī)療、公共服務(wù)、數(shù)字資產(chǎn)交易等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，相關(guān)從業(yè)人員對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的理解還停留在相對(duì)初步的水平。從事區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與研究的本科及研究生等中高層次的人才十分緊缺[3]。高校正好是培養(yǎng)中高端人才的場(chǎng)所，而區(qū)塊鏈專業(yè)是典型的新型工科專業(yè)。

區(qū)塊鏈技術(shù)是一門基于密碼學(xué)原理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)等綜合知識(shí)的課程，需要讓本科生掌握密碼技術(shù)、程序設(shè)計(jì)、數(shù)字資產(chǎn)、分布式一致性等相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)其使用區(qū)塊鏈技術(shù)，解決去中心化信任、公開透明、不可篡改、不可偽造和跟蹤回溯等安全問(wèn)題，并能夠設(shè)計(jì)和使用區(qū)塊鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)各行業(yè)的數(shù)字資產(chǎn)配置。計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)開設(shè)“區(qū)塊鏈技術(shù)”課程，旨在通過(guò)系統(tǒng)地介紹和剖析區(qū)塊鏈技術(shù)問(wèn)題，深入地學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈各個(gè)技術(shù)組成的基本原理，并從系統(tǒng)開發(fā)的角度理解和實(shí)現(xiàn)每個(gè)技術(shù)組成的程序設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力和綜合實(shí)踐能力。該課程的開設(shè)對(duì)培育復(fù)合型人才具有不容小覷的現(xiàn)實(shí)意義。

然而，高校普遍采用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式，學(xué)生習(xí)慣于被動(dòng)地聽老師講課，自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)，同時(shí)缺乏動(dòng)手實(shí)踐能力以及獨(dú)立思考的思維方法。顯而易見，這將不利于新工科復(fù)合型人才的培養(yǎng)。因此在教學(xué)活動(dòng)中激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)其創(chuàng)新動(dòng)手能力，是高校教師在教學(xué)改革中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。目前有一些很好的工作進(jìn)行了教學(xué)改革研究[4]。本文結(jié)合“區(qū)塊鏈技術(shù)”課程開展過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題，使用基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的教學(xué)模式[5]，通過(guò)設(shè)計(jì)豐富的學(xué)習(xí)視頻、知識(shí)測(cè)試、實(shí)踐項(xiàng)目和教學(xué)活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力訓(xùn)練和內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，提升教學(xué)效果。

1 區(qū)塊鏈教學(xué)存在的問(wèn)題

區(qū)塊鏈技術(shù)涉及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、密碼學(xué)、分布式存儲(chǔ)等信息技術(shù)，以及傳播學(xué)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科融合。同時(shí)區(qū)塊鏈課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，課程涉及的內(nèi)容廣、發(fā)展速度快，這對(duì)授課和學(xué)習(xí)都有不小的挑戰(zhàn)。在實(shí)際教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：

（1） 理論與實(shí)踐脫節(jié)，缺少實(shí)踐和應(yīng)用

由于課程涉及眾多知識(shí)點(diǎn)，故而需要學(xué)生具備或掌握其復(fù)雜的選修課程。同時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱，缺少讓學(xué)生將相關(guān)知識(shí)付諸實(shí)踐的環(huán)節(jié)。學(xué)生缺乏理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，大部分同學(xué)僅僅掌握了一些基本的理論概念，實(shí)際參與軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)的機(jī)會(huì)匱乏。學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力得不到有效的培養(yǎng)。

（2） 技術(shù)體系復(fù)雜，難以理解

區(qū)塊鏈技術(shù)本身的復(fù)雜性，學(xué)生不太容易理解。在實(shí)際教學(xué)中，教師大多以課本內(nèi)容為主，教學(xué)過(guò)程缺少實(shí)際數(shù)據(jù)和案例。探索現(xiàn)有的人才培養(yǎng)方式與項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合的方向十分有必要，嘗試新的滿足社會(huì)發(fā)展需要的實(shí)踐教學(xué)模式，例如結(jié)合當(dāng)下司法證據(jù)追蹤等流行場(chǎng)景應(yīng)用，將抽象的區(qū)塊鏈理論實(shí)現(xiàn)具體化。

（3） 教學(xué)方法單一

作為前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)，目前學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)不夠重視。而教師教學(xué)過(guò)程中重點(diǎn)偏向于理論教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)與用之間缺乏良好互動(dòng)。在授課過(guò)程中教學(xué)方法不靈活，主要以課堂教學(xué)為主，很少采用討論式、項(xiàng)目式、活動(dòng)式等教學(xué)方法，忽略了學(xué)生的主體地位，不能很好地帶動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

（4） 學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力不足

學(xué)生普遍反映該課程內(nèi)容抽象、不易理解，從而在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生畏懼和厭煩的情緒?？陀^而言，區(qū)塊鏈涉及的各項(xiàng)技術(shù)難以短期速成，要求學(xué)生不僅要有抽象思維能力，同時(shí)還具有密碼學(xué)、分布式數(shù)據(jù)處理、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言功底，所以大部分同學(xué)對(duì)其存在畏難情緒。

（5） 程序代碼不易理解

區(qū)塊鏈系統(tǒng)源代碼具有高度精練的特點(diǎn)，使得閱讀和編寫對(duì)學(xué)生相對(duì)困難，學(xué)習(xí)曲線比較陡峭。而且區(qū)塊鏈的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)結(jié)果主要以源代碼形式為主，如果學(xué)生僅從網(wǎng)上復(fù)制源代碼實(shí)現(xiàn)，那么實(shí)踐效果將會(huì)很差甚至是無(wú)效的。

（6） 教學(xué)效果檢查及課后補(bǔ)充不夠

傳統(tǒng)方式下，學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)主要依靠教師在課堂上的講授，由于新的實(shí)施技術(shù)層出不窮，應(yīng)該要求學(xué)生在課余時(shí)間閱讀最新的相關(guān)資料，以及對(duì)開放性的問(wèn)題進(jìn)行思考，促使學(xué)生獨(dú)立思考，獨(dú)立學(xué)習(xí)，拓展知識(shí)面。

針對(duì)這些問(wèn)題，區(qū)塊鏈技術(shù)課程應(yīng)用O-PIRTAS 翻轉(zhuǎn)課堂，使教學(xué)更加注重實(shí)踐，通過(guò)項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新能力，使學(xué)生真正理解和掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

2 區(qū)塊鏈課程的O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐探索

O-PIRTAS教學(xué)模式進(jìn)一步提升了翻轉(zhuǎn)課堂的理論性、普適性和可操作性，它由多種教學(xué)理論和研究成果綜合而成。在這種模式下，可以根據(jù)學(xué)生的即時(shí)反饋，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方式進(jìn)行及時(shí)優(yōu)化調(diào)整，從而提高教學(xué)效果。

基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式從不同維度較為全面地涵蓋了線上線下、課前課中課后的學(xué)習(xí)過(guò)程。其流程如圖1所示，O-PIRTAS以7個(gè)步驟組成：tOiobnjeacltVivie（de教o（學(xué)教目學(xué)標(biāo)視）頻、P）r、eRpaervaiteiwo（n（課課堂前回準(zhǔn)顧備））、、TIness（ttru課c?堂測(cè)試）、Activity（課堂活動(dòng)）、Summary（課堂總結(jié)）。

其具體教學(xué)流程如表1。（1） 首先需要確定本堂課的教學(xué)目標(biāo)，其中包括知識(shí)性目標(biāo)和能力性目標(biāo)；（2） 然后教師進(jìn)行課前準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)教學(xué)方法，制作教學(xué)視頻，或選擇線上SPOC（小規(guī)模限制性在線課程）視頻；（3） 學(xué)生需要在課前自主觀看學(xué)習(xí)教學(xué)視頻；（4） 在線下課堂教學(xué)中，教師提綱挈領(lǐng)地對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧；（5） 教師設(shè)計(jì)課堂知識(shí)測(cè)試，檢驗(yàn)學(xué)生在視頻學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)效果；（6） 隨后開展相關(guān)的項(xiàng)目實(shí)踐和活動(dòng)，深化能力性教學(xué)目標(biāo)；（7） 最后教師對(duì)本次課堂內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和提升。

“區(qū)塊鏈技術(shù)”課程以區(qū)塊鏈相關(guān)基本概念和技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)為主線，闡釋區(qū)塊鏈背后的關(guān)鍵技術(shù)，其主要知識(shí)點(diǎn)體系歸納如表2如示。

在課程翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)上，為取得較好的效果，先試點(diǎn)采用翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂結(jié)合的方式。根據(jù)項(xiàng)目和活動(dòng)設(shè)計(jì)情況，可選擇實(shí)踐性強(qiáng)的技術(shù)（如共識(shí)算法、智能合約和以太坊平臺(tái)等）進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，其余部分暫不進(jìn)行活動(dòng)開展這一步驟。以下針對(duì)“共識(shí)算法”設(shè)計(jì)實(shí)例。

3 共識(shí)算法教學(xué)設(shè)計(jì)

“共識(shí)算法”是“區(qū)塊鏈技術(shù)”課程的一個(gè)教學(xué)主題[6-7]。以“共識(shí)算法”章節(jié)學(xué)習(xí)為例，該課程采用O- PIRTAS模型的設(shè)計(jì)如下：

（1） Objective確定教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)包括知識(shí)和能力目標(biāo)；教學(xué)知識(shí)點(diǎn)包括“共識(shí)算法”主要內(nèi)容。

（2） Preparation課程準(zhǔn)備設(shè)計(jì)

制作或選擇合適的課件和視頻（可參考中國(guó)大學(xué)MOOC線上區(qū)塊鏈技術(shù)課程視頻）；設(shè)計(jì)視頻回顧和知識(shí)測(cè)試環(huán)節(jié)的問(wèn)題以及相關(guān)項(xiàng)目和探究活動(dòng)。

（3） Instructional Video課前視頻學(xué)習(xí)

視頻以教師講授為主，圍繞知識(shí)目標(biāo)進(jìn)行。學(xué)生進(jìn)行課前視頻學(xué)習(xí)。

（4） Review視頻回顧

以思維導(dǎo)圖方式進(jìn)行知識(shí)回顧，如圖2所示。

（5） Test知識(shí)測(cè)試

知識(shí)測(cè)試環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)四個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題重在引導(dǎo)學(xué)生思考和理解知識(shí)。

（6） Activity項(xiàng)目和探究活動(dòng)

表5所示，設(shè)計(jì)了兩個(gè)編程項(xiàng)目和兩個(gè)討論活動(dòng)，學(xué)生可組隊(duì)選擇完成。采用小組成果展示、小組討論、小組匯報(bào)等多種方式開展。

（7） Summary總結(jié)提升

表6所示，對(duì)Test知識(shí)測(cè)試結(jié)果和Activity項(xiàng)目與深究活動(dòng)進(jìn)行了總結(jié)，以解決教學(xué)難點(diǎn)。引出該課程課后任務(wù)，開啟下一個(gè)O-PIRTAS循環(huán)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文采用基于O-PIRTAS翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，設(shè)計(jì)“共識(shí)算法”教學(xué)方案來(lái)解決當(dāng)前“區(qū)塊鏈技術(shù)”課程在傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的問(wèn)題。結(jié)合學(xué)情狀況，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、知識(shí)檢測(cè)和項(xiàng)目活動(dòng)等方面進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，通過(guò)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)在動(dòng)機(jī)，加強(qiáng)思維方式訓(xùn)練，提高教學(xué)效果。