[摘 要]在線教學(xué)案例庫是課程教學(xué)資源的重要組成部分，如何將數(shù)據(jù)信息更加準(zhǔn)確、及時(shí)、全面記錄和存儲(chǔ)下來是在線教學(xué)資源庫構(gòu)建的核心問題。文章依托區(qū)塊鏈的技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)在線教學(xué)區(qū)塊鏈信息模型，提出基于數(shù)據(jù)區(qū)塊生成和數(shù)據(jù)追溯提取的在線教學(xué)案例構(gòu)建模型，并對(duì)案例生成和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了舉例說明。通過區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的共同參與和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)案例庫科學(xué)構(gòu)建，為提高在線教學(xué)效率、推動(dòng)在線教學(xué)的數(shù)字治理提供支撐。

[關(guān)鍵詞]在線教學(xué);案例庫;區(qū)塊鏈;數(shù)據(jù)區(qū)塊

[中圖分類號(hào)]G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1008-7656（2021）05-0040-06

一、前言

做好在線教學(xué)不僅是現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育教學(xué)質(zhì)量的重要內(nèi)容，也是新時(shí)代在線教學(xué)治理的主要環(huán)節(jié)。要求以在線教育理論為指導(dǎo)，遵循在線教學(xué)的基本設(shè)計(jì)原則和技術(shù)適用性構(gòu)建在線教學(xué)環(huán)境，高效管理并生成在線教學(xué)案例是在線教學(xué)效率保障的重要前提和基礎(chǔ)。構(gòu)建在線課程教學(xué)案例庫，可為在線教學(xué)的專業(yè)課堂提供優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源和教學(xué)案例，為學(xué)生提供豐富學(xué)習(xí)支持服務(wù)，但是在教學(xué)活動(dòng)過程中還存在教學(xué)資源存儲(chǔ)分散、建設(shè)重復(fù)、管理成本高和安全難以保障等問題。因此，如何促使在線教學(xué)信息準(zhǔn)確傳輸和存儲(chǔ)是當(dāng)前在線教學(xué)案例庫建設(shè)的重要內(nèi)容之一。區(qū)塊鏈的出現(xiàn)為在線教學(xué)治理帶來新的機(jī)遇，其去中心化、安全性高、可追溯等特點(diǎn)已在金融交易、認(rèn)證服務(wù)、數(shù)字化治理等場(chǎng)景得到應(yīng)用，其主要優(yōu)勢(shì)為信息的共識(shí)、共享和安全保障。基于此，文章研究區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于在線案例庫的主要實(shí)現(xiàn)過程，在此基礎(chǔ)上提出教學(xué)案例庫的構(gòu)建模型，即在教學(xué)案例上傳和共享過程中，各參與主體通過區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)權(quán)限和加密機(jī)制將在線教學(xué)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)寫入?yún)^(qū)塊鏈，便于在線教學(xué)數(shù)據(jù)的共享和擴(kuò)展。

二、相關(guān)研究綜述

（一）在線教學(xué)案例庫

案例教學(xué)作為在線教學(xué)的重要部分，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在線教學(xué)機(jī)構(gòu)的教學(xué)過程中，它可以提升在線教學(xué)的質(zhì)量。在線教學(xué)案例的設(shè)計(jì)原則是對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，通過教師的具體講解和互動(dòng)，幫助學(xué)生建立知識(shí)體系，可激發(fā)學(xué)生的探究需求，幫助學(xué)生提升自主學(xué)習(xí)能力。因此，通過案例教學(xué)提升課堂學(xué)習(xí)質(zhì)量是很多在線教學(xué)平臺(tái)和學(xué)校的常用做法，在線教學(xué)機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)積極推進(jìn)教學(xué)改革，推廣案例分析融合教學(xué)過程的教學(xué)法，助力提升在線教學(xué)的質(zhì)量和水平。在線教學(xué)案例包括講課視頻、教案PPT、拓展學(xué)習(xí)資料、習(xí)題庫、作業(yè)庫、教學(xué)活動(dòng)等要素。在線教學(xué)案例庫是以結(jié)構(gòu)化的方式將教學(xué)活動(dòng)中的知識(shí)和技能進(jìn)行合理展示和表達(dá)，便于在線教學(xué)平臺(tái)識(shí)別、存儲(chǔ)和應(yīng)用，是在線教學(xué)活動(dòng)中課前預(yù)習(xí)、課中管理和課后復(fù)習(xí)的重要依據(jù)。不少學(xué)者基于在線教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建了教學(xué)案例，以實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)的高效傳遞和應(yīng)用：高靜靜[1]以機(jī)電英語課程為研究對(duì)象，通過長江雨課堂教學(xué)平臺(tái)以在線直播、錄播等形式進(jìn)行線上教學(xué)，盡管不與學(xué)生面對(duì)面授課，但采取在線教學(xué)依舊能取得較好的教學(xué)效果;徐國保[2]提出了基于學(xué)習(xí)通快速建課和學(xué)生自主學(xué)習(xí)，騰訊課堂在線直播授課，班級(jí)小管家微信小程序評(píng)閱作業(yè)，微信課程群互動(dòng)答疑的“電路分析”課程的在線教學(xué)新模式，并在理工科院校專業(yè)基礎(chǔ)課的在線教學(xué)中推廣;肖紅[3]等以數(shù)字圖像處理課程為例，梳理總結(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)的課前準(zhǔn)備，通過課中互動(dòng)提升學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，并在課后反饋中及時(shí)解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的問題。

基于此，根據(jù)教學(xué)需要構(gòu)建在線教學(xué)案例庫，可實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的共享，減少教師的重復(fù)勞動(dòng)，教師可以直接從案例庫中獲取所需教學(xué)資源;案例庫的使用與教師集體備課有相同之處，即通過案例的交流和共享達(dá)到教學(xué)質(zhì)量的有效提升。

（二）區(qū)塊鏈與在線教學(xué)治理

區(qū)塊鏈技術(shù)已在金融、供應(yīng)鏈、政府治理等領(lǐng)域得到應(yīng)用，正向在線教育領(lǐng)域推廣，未來區(qū)塊鏈與在線教育將會(huì)進(jìn)行融合創(chuàng)新，將在教學(xué)過程管理、教學(xué)資源管理、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)和教學(xué)成果認(rèn)證上有著很好的應(yīng)用價(jià)值和前景。有學(xué)者認(rèn)為，區(qū)塊鏈技術(shù)是目前最有可能在未來10年中取代互聯(lián)網(wǎng)的革命性技術(shù)[4] 。區(qū)塊鏈進(jìn)行P2P的傳輸后將達(dá)成共識(shí)的教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行非對(duì)稱加密，然后進(jìn)行分布式存儲(chǔ)，將在線教學(xué)信息全部存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)塊中。不少學(xué)者也根據(jù)教學(xué)需求對(duì)案例進(jìn)行仔細(xì)甄別和篩選，嘗試通過區(qū)塊鏈技術(shù)來為在線教學(xué)提供支持。Patrick Ocheja等[5]提出利用區(qū)塊鏈技術(shù)記錄學(xué)習(xí)者的個(gè)人信息、學(xué)習(xí)行為和學(xué)業(yè)表現(xiàn)，幫助教師、學(xué)生和教學(xué)機(jī)構(gòu)管理學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。蔡維德等[6]提出了賬戶區(qū)塊鏈（account blockchain，簡稱 ABC）和交易區(qū)塊鏈（trading blockchain，簡稱 TBC）的雙鏈設(shè)計(jì)模型，可用于解決教育公信認(rèn)證復(fù)雜等問題。李新[7]提出區(qū)塊鏈技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)構(gòu)建開放教育資源新生態(tài)，解決當(dāng)前開放教育資源建設(shè)面臨的運(yùn)營成本高、版權(quán)保護(hù)弱、資源共享難和資源質(zhì)量低等現(xiàn)實(shí)問題，以適應(yīng)智慧教育時(shí)代對(duì)資源開放共享的新要求。馮熳[8]認(rèn)為區(qū)塊鏈為教師、學(xué)生、教育工作者等搭建起了一個(gè)安全、可靠、互相信任的技術(shù)平臺(tái)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有責(zé)任、有義務(wù)共同承擔(dān)起系統(tǒng)的維護(hù)、管理，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境下學(xué)習(xí)模式的發(fā)展。此外，一些教學(xué)機(jī)構(gòu)也將區(qū)塊鏈技術(shù)用于教學(xué)管理當(dāng)中，如Woolf作為世界第一所基于區(qū)塊鏈技術(shù)而創(chuàng)立的大學(xué)將成為一個(gè)經(jīng)過認(rèn)證的“無國界遠(yuǎn)程教育的先行者”，其核心在于通過區(qū)塊鏈技術(shù)中的智能合約代替管理機(jī)構(gòu)和行政人員，它的出現(xiàn)會(huì)對(duì)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)支持服務(wù)模式給予顛覆性重構(gòu)[9]。索尼集團(tuán)也開發(fā)了基于區(qū)塊鏈的面向個(gè)人和第三方企業(yè)的教育服務(wù)平臺(tái)，通過分析記錄在區(qū)塊鏈上的真實(shí)數(shù)據(jù)，向?qū)W習(xí)者提供與他們興趣和能力匹配的學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)習(xí)者可以自由安排學(xué)習(xí)和考試時(shí)間，其學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)被永久儲(chǔ)存在區(qū)塊鏈平臺(tái)上[10]?；诖耍瑓^(qū)塊鏈的去中心和共識(shí)機(jī)制等特性可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)案例的定制和共享，將教學(xué)案例信息按區(qū)塊邏輯進(jìn)行組織和共享，教師們可在鏈上參與更新操作，不再依賴中心化的教學(xué)資源庫，有助于調(diào)動(dòng)師生參與案例開發(fā)的積極性。

綜上所述，由于基于區(qū)塊鏈的在線教學(xué)案例庫構(gòu)建研究相對(duì)較少，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)與開發(fā)缺少對(duì)案例共享和安全保護(hù)的實(shí)踐，案例的質(zhì)量保障機(jī)制還有待于完善，案例信息需要進(jìn)一步規(guī)范化描述，參與教學(xué)的主體交互和共享力度不夠，案例數(shù)據(jù)的真實(shí)性、可靠性和可追溯性還需要提升。另外，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用為在線教學(xué)案例庫設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了新思路，其技術(shù)特點(diǎn)有助于在線教學(xué)案例信息的利用率和質(zhì)量提升，可以在多個(gè)教學(xué)主體之間達(dá)成評(píng)價(jià)共識(shí)，為在線教學(xué)案例庫需要的真實(shí)、可信、全面教學(xué)數(shù)據(jù)提供了有力支撐。因此，本文嘗試構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的在線教學(xué)案例庫，并在此基礎(chǔ)上提出基于區(qū)塊鏈的在線教學(xué)案例庫模型。

三、區(qū)塊鏈在線教學(xué)案例庫框架

區(qū)塊鏈在線教學(xué)案例庫改變了傳統(tǒng)中心化的教學(xué)資源共享模式，構(gòu)建了扁平化的教學(xué)管組織架構(gòu)，從而提高了教師、學(xué)生、管理人員、技術(shù)人員和教輔部門溝通與協(xié)作。在線教學(xué)案例庫的主要功能是信息檢索、數(shù)據(jù)溯源、流程監(jiān)控等，其架構(gòu)主要分為五層，即數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、合約層和應(yīng)用層，從而實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)案例信息的錄入、溯源、監(jiān)控和應(yīng)用，具體框架如圖1所示。

數(shù)據(jù)層的主要功能是存儲(chǔ)經(jīng)過非對(duì)稱加密算法的各類教學(xué)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類、查詢和檢索操作，包括在線教學(xué)的課前預(yù)習(xí)、課中教學(xué)和課后復(fù)習(xí)等環(huán)節(jié)的過程數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)層主要功能是各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸和驗(yàn)證是通過P2P 、非對(duì)稱加密、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證等機(jī)制來完成，其中，教學(xué)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新和維護(hù)需要通過節(jié)點(diǎn)的共識(shí)機(jī)制來完成，共識(shí)機(jī)制由共識(shí)層來處理完成。

共識(shí)層的主要功能是通過設(shè)計(jì)一系列反映方法和規(guī)則的共識(shí)算法來確保教學(xué)服務(wù)和資源的安全性和高效性。共識(shí)機(jī)制讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過具體的方法和規(guī)則保持?jǐn)?shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，常用的共識(shí)算法包括DPOS、POW、PBFT。

合約層的主要功能是通過封裝各類智能合約代碼，使在線教學(xué)案例庫能夠進(jìn)行智能傳輸和處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息。合約層主要封裝節(jié)點(diǎn)認(rèn)證管理合約、信息處理合約、情報(bào)采集合約、日志記錄合約等。

應(yīng)用層的主要功能是實(shí)現(xiàn)在線案例在相關(guān)的教學(xué)場(chǎng)景中的具體操作，通過各種軟件的 API 接口實(shí)現(xiàn)外接口與區(qū)塊鏈的交互，實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)數(shù)據(jù)的上傳、共識(shí)、查詢、溯源、監(jiān)控、決策操作。

四、基于區(qū)塊鏈的在線教學(xué)案例庫構(gòu)建模型

基于區(qū)塊鏈的在線教學(xué)案例庫構(gòu)建模型以各學(xué)科教學(xué)案例為基礎(chǔ)，設(shè)置參與教學(xué)的主體為節(jié)點(diǎn)，將案例教學(xué)過程中產(chǎn)生的信息形成數(shù)據(jù)區(qū)塊在平臺(tái)中傳輸和共享，并通過信息檢索將案例教學(xué)的課前預(yù)習(xí)、課中教學(xué)和課后復(fù)習(xí)等信息提取并寫入結(jié)構(gòu)化的在線教學(xué)案例中，模型具體構(gòu)建過程見下頁圖2。

第一階段，案例生成和審核。針對(duì)符合在線教學(xué)資源教學(xué)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的課程內(nèi)容進(jìn)行分析和審核，教師和技術(shù)人員達(dá)成共識(shí)后傳輸?shù)絽^(qū)塊鏈上存儲(chǔ)。

第二階段，案例區(qū)塊生成。在線教學(xué)過程包括教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)特征分析、教學(xué)內(nèi)容分析等環(huán)節(jié)。首先，使用非對(duì)稱加密機(jī)制分配的密鑰對(duì)上傳到區(qū)塊鏈的案例信息進(jìn)行解密，為開展在線教學(xué)提供信息基礎(chǔ);其次，通過節(jié)點(diǎn)權(quán)限對(duì)每個(gè)主體節(jié)點(diǎn)的在線教學(xué)信息進(jìn)行電子簽名，將存有案例信息的區(qū)塊向全鏈驗(yàn)證和廣播;最后，當(dāng)超過51%的節(jié)點(diǎn)認(rèn)證通過后，使用智能合約查閱審核中的合約狀態(tài)，存有案例信息的區(qū)塊將被蓋上時(shí)間戳，未滿足智能合約觸發(fā)條件的案例信息將繼續(xù)存放在區(qū)塊，等待下一輪驗(yàn)證。

第三階段，數(shù)據(jù)追溯提取。在線教學(xué)案例提交完成后，將在線教學(xué)案例中涉及的關(guān)鍵信息進(jìn)行提取，以便對(duì)鏈上的數(shù)據(jù)區(qū)塊進(jìn)行反向追溯，全面掌握案例教學(xué)的實(shí)施環(huán)節(jié)，為后續(xù)寫入在線教學(xué)案例提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

第四階段，案例信息表示結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)化表示可為在線教學(xué)案例的開發(fā)提供規(guī)范性，是在線教學(xué)案例最終的表現(xiàn)形式和交互邏輯。將提取到的在線教學(xué)情景信息按預(yù)先設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)格式和呈現(xiàn)方式寫入結(jié)構(gòu)化的案例中，最后存儲(chǔ)于案例庫。

第五階段，案例信息的應(yīng)用。通過案例庫的應(yīng)用模塊，將教學(xué)過程生成的案例信息進(jìn)行處理和應(yīng)用，區(qū)塊鏈個(gè)節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)案例檢索、教學(xué)過程監(jiān)控、案例溯源和案例推薦等功能，實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)信息的傳播和共享。

五、基于區(qū)塊鏈的在線教學(xué)案例生成流程

數(shù)據(jù)區(qū)塊主要存儲(chǔ)在線教學(xué)過程生成的數(shù)據(jù)，對(duì)其數(shù)據(jù)源生成和提取是案例構(gòu)建的關(guān)鍵，同時(shí)也是應(yīng)用區(qū)塊鏈構(gòu)建案例的主要功能和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本部分介紹數(shù)據(jù)區(qū)塊生成和數(shù)據(jù)追溯提取的步驟，采用Python語言對(duì)其核心步驟的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說明。

（一）數(shù)據(jù)區(qū)塊生成

區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)區(qū)塊包含時(shí)間戳、教學(xué)案例信息、數(shù)據(jù)索引、當(dāng)前區(qū)塊哈希值和前一區(qū)塊哈希值。其中，哈希值是可將任意長度的字符串輸出為固定長度的字符串，用于識(shí)別區(qū)塊的完整性和可追溯性，由區(qū)塊索引、時(shí)間戳、教學(xué)案例信息和前一區(qū)塊哈希值計(jì)算得出，定義數(shù)據(jù)區(qū)塊結(jié)構(gòu)如下頁圖3所示。

（二）案例數(shù)據(jù)區(qū)塊上鏈

相鄰區(qū)塊的哈希值變動(dòng)將影響數(shù)據(jù)區(qū)塊的生成，鏈?zhǔn)降臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過修改哈希值增加至區(qū)塊鏈中，實(shí)現(xiàn)案例數(shù)據(jù)的共享和傳播。圖4表示Python的For函數(shù)可用于區(qū)塊鏈區(qū)塊的添加功能，實(shí)現(xiàn)新增數(shù)據(jù)區(qū)塊上鏈。

（三）案例數(shù)據(jù)追溯

在線教學(xué)案例包括課前預(yù)習(xí)、課中教學(xué)和課后復(fù)習(xí)，每一情景下包括具體的情景描述，可以通過類和屬性構(gòu)建，代碼實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

六、結(jié)語

通過在線教學(xué)案例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)施和決策是在線教學(xué)的重要方式，是教育信息化推動(dòng)教育現(xiàn)代化的重要內(nèi)容。本文針對(duì)案例庫開發(fā)和運(yùn)行過程中出現(xiàn)的教學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性不強(qiáng)、準(zhǔn)確性不高、過程監(jiān)控不完整等問題，提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的在線教學(xué)案例庫的構(gòu)建路徑和運(yùn)行方式，將在線教學(xué)過程中面臨和涉及的數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，最后形成完整的在線教學(xué)案例，同時(shí)闡釋了在線教學(xué)案例構(gòu)建中案例數(shù)據(jù)的生成和溯源兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即借助區(qū)塊鏈P2P機(jī)制、數(shù)據(jù)區(qū)塊結(jié)構(gòu)和加密傳輸算法，將在線教學(xué)過程各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息真實(shí)、準(zhǔn)確、完整地記錄和存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上;借助相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)區(qū)塊的哈希關(guān)聯(lián)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)全過程數(shù)據(jù)區(qū)塊的定位和溯源，通過提取和寫入各數(shù)據(jù)區(qū)塊中的信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)案例的生成。

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[作者簡介]鄧明，廣西開放大學(xué)教育技術(shù)中心工程師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用、教育信息技術(shù)。

[責(zé)任編輯 肖志明]