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語言創(chuàng)建一個面向教育資源存儲和共享的區(qū)塊鏈案例，驗證用區(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

近年來，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)是面向教育全過程的多種類型的全樣本的數(shù)據(jù)集合，具有更強(qiáng)的實時性、連續(xù)性和綜合性。對目前的教育數(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)更適用且有價值，這些問題依然亟待解決。

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)中對規(guī)則合理有序和多方對等的需求，在高并發(fā)、高性能等方面更有優(yōu)勢。

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)需要滿足以下七個條件：（1）明確的數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)、時間戳以及數(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，滿足條件時自動進(jìn)行。（7）價值存儲。鏈上的教育信息具有現(xiàn)實意義。

3.教育數(shù)據(jù)分析

進(jìn)入信息時代，教育數(shù)據(jù)的規(guī)模與日俱增，數(shù)據(jù)來源呈多樣化、連續(xù)性、實時性、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)指國家教育基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于學(xué)校對社會公開，部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于機(jī)密和敏感的數(shù)據(jù)。基礎(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、實時性和實效性等特點(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、學(xué)習(xí)工具和動態(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)的存儲和傳輸要有連續(xù)性，要有可信的時間戳作為學(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)手段為每一個人的每一個數(shù)字資源分配版權(quán)證書成本太高。

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

2.學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)采集

學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)主要是基于學(xué)習(xí)活動產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括時間地點(diǎn)信息、學(xué)習(xí)資源信息、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果等，存在難以采集、難以運(yùn)用等問題。現(xiàn)有教育數(shù)據(jù)無法跨課堂、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)的真實性和分析結(jié)果的可信度。學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)采集區(qū)塊鏈模型如圖1所示。

3.教育培訓(xùn)市場規(guī)范

當(dāng)前教育培訓(xùn)市場管理混亂，有的家長會選擇兩個以上的培訓(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)和成績等信息，能夠有效地解決這一問題。每家培訓(xùn)機(jī)構(gòu)只有如實地記錄學(xué)生的真實表現(xiàn)，才能體現(xiàn)自身的價值。

4.教育公益事業(yè)透明

教育公益事業(yè)是涉及貧困學(xué)生和家長利益的事業(yè)，教育資金的使用也是社會關(guān)注的熱點(diǎn)。教育資金使用的方向較多，對貧困學(xué)生的資助往往要長期進(jìn)行，社會很難從眾多賬目中看到對個別學(xué)生的資助情況。賬目公開還涉及學(xué)生個人隱私問題，難以兼顧資金使用透明和個人隱私保護(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)。其他人無法通過身份碼確認(rèn)個人信息，很好地保護(hù)了學(xué)生的個人信息和自尊。

5.終身學(xué)習(xí)檔案管理

教育機(jī)構(gòu)頒發(fā)數(shù)字檔案時使用公共區(qū)塊鏈來存儲與數(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)驗證檔案的真實性時只需要與存儲在區(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)門或者面對不可抗力的外界因素，這些檔案仍然可以對存儲在區(qū)塊鏈中的記錄進(jìn)行驗證。其他人不需要花費(fèi)額外的資源來確認(rèn)檔案的有效性就可以查詢檔案，政府也可以通過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)用過程

本研究以Python為編寫語言，面向教育資源存儲和共享創(chuàng)建了一個區(qū)塊鏈案例。該案例具有節(jié)點(diǎn)注冊、節(jié)點(diǎn)間區(qū)塊鏈自動同步、教育資源信息上傳和訪問、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)：超級節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)。超級節(jié)點(diǎn)擁有記賬權(quán)，有資格通過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。超級節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)入門檻比較高，要有一定的社會公信力，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)的個人都可以成為普通節(jié)點(diǎn)。

教育資源的訪問和交易是基于教育資源的區(qū)塊鏈的核心功能。當(dāng)一個教育資源被創(chuàng)建時，先把教育資源上傳到平臺，為該資源對應(yīng)的區(qū)塊添加“身份碼”“學(xué)習(xí)對象、資源類型、課程內(nèi)容、教學(xué)資源簡介”“公鑰”等信息，等待超級節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一挖掘打包。超級節(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)塊的價值，然后把區(qū)塊添加到主鏈。其他節(jié)點(diǎn)可以訪問該區(qū)塊的部分內(nèi)容，包括學(xué)習(xí)對象、資源類型、課程內(nèi)容、教學(xué)資源簡介。如果想要瀏覽全部內(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，資源訪問者與資源所有者通過非對稱加密的方式完成訪問請求與授權(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)勢顯而易見，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，在維護(hù)教育資源提供者利益的同時也保護(hù)了他們的隱私。未來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)與教育評估新探——兼論區(qū)塊鏈技術(shù)對在線教育評估的影響[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].自動化學(xué)報，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、價值和挑戰(zhàn)[J]. 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2016（1）： 50-61.