唐源　吳靜　吳旭　李昱瑾

關鍵詞：區(qū)塊鏈技術；共識算法；翻轉課堂；O-PIRTAS

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）03-0146-03

區(qū)塊鏈產業(yè)快速發(fā)展，催生對人才的需求。區(qū)塊鏈技術是被公認的顛覆性創(chuàng)新技術，2019年中央強調把區(qū)塊鏈作為核心技術自主創(chuàng)新重要突破口，需要加快推動區(qū)塊鏈技術和產業(yè)創(chuàng)新的快速發(fā)展[1]。同時，區(qū)塊鏈被認為是高等教育中最具影響力的六大技術之一[2]。目前在金融、物流、物聯(lián)網、智能制造、醫(yī)療、公共服務、數(shù)字資產交易等領域廣泛應用。然而，相關從業(yè)人員對區(qū)塊鏈技術的理解還停留在相對初步的水平。從事區(qū)塊鏈關鍵技術應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)塊鏈技術是一門基于密碼學原理、數(shù)學、計算機程序設計等綜合知識的課程，需要讓本科生掌握密碼技術、程序設計、數(shù)字資產、分布式一致性等相關的基礎知識，培養(yǎng)其使用區(qū)塊鏈技術，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題，并能夠設計和使用區(qū)塊鏈來實現(xiàn)各行業(yè)的數(shù)字資產配置。計算機相關專業(yè)開設“區(qū)塊鏈技術”課程，旨在通過系統(tǒng)地介紹和剖析區(qū)塊鏈技術問題，深入地學習區(qū)塊鏈各個技術組成的基本原理，并從系統(tǒng)開發(fā)的角度理解和實現(xiàn)每個技術組成的程序設計。培養(yǎng)學生的跨學科學習能力和綜合實踐能力。該課程的開設對培育復合型人才具有不容小覷的現(xiàn)實意義。

然而，高校普遍采用傳統(tǒng)的講授式教學模式，學生習慣于被動地聽老師講課，自主學習能力不強，同時缺乏動手實踐能力以及獨立思考的思維方法。顯而易見，這將不利于新工科復合型人才的培養(yǎng)。因此在教學活動中激發(fā)學生主動學習動機，培養(yǎng)其創(chuàng)新動手能力，是高校教師在教學改革中重點關注的問題之一。目前有一些很好的工作進行了教學改革研究[4]。本文結合“區(qū)塊鏈技術”課程開展過程中表現(xiàn)出來的問題，使用基于O-PIRTAS翻轉課堂教學法的教學模式[5]，通過設計豐富的學習視頻、知識測試、實踐項目和教學活動，增強學生實踐能力訓練和內在學習動機，提升教學效果。

1 區(qū)塊鏈教學存在的問題

區(qū)塊鏈技術涉及點對點傳輸、密碼學、分布式存儲等信息技術，以及傳播學、知識產權、經濟學等多學科融合。同時區(qū)塊鏈課程具有很強的實踐性，課程涉及的內容廣、發(fā)展速度快，這對授課和學習都有不小的挑戰(zhàn)。在實際教學中，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

（1） 理論與實踐脫節(jié)，缺少實踐和應用

由于課程涉及眾多知識點，故而需要學生具備或掌握其復雜的選修課程。同時實驗教學環(huán)節(jié)相對薄弱，缺少讓學生將相關知識付諸實踐的環(huán)節(jié)。學生缺乏理論與實踐相結合的能力，大部分同學僅僅掌握了一些基本的理論概念，實際參與軟件設計、開發(fā)的機會匱乏。學生的動手能力和創(chuàng)新能力得不到有效的培養(yǎng)。

（2） 技術體系復雜，難以理解

區(qū)塊鏈技術本身的復雜性，學生不太容易理解。在實際教學中，教師大多以課本內容為主，教學過程缺少實際數(shù)據和案例。探索現(xiàn)有的人才培養(yǎng)方式與項目實踐相結合的方向十分有必要，嘗試新的滿足社會發(fā)展需要的實踐教學模式，例如結合當下司法證據追蹤等流行場景應用，將抽象的區(qū)塊鏈理論實現(xiàn)具體化。

（3） 教學方法單一

作為前沿熱點技術，目前學生對基礎理論的學習不夠重視。而教師教學過程中重點偏向于理論教學，導致學與用之間缺乏良好互動。在授課過程中教學方法不靈活，主要以課堂教學為主，很少采用討論式、項目式、活動式等教學方法，忽略了學生的主體地位，不能很好地帶動學生的主觀能動性。

（4） 學生的學習動力不足

學生普遍反映該課程內容抽象、不易理解，從而在學習中產生畏懼和厭煩的情緒?？陀^而言，區(qū)塊鏈涉及的各項技術難以短期速成，要求學生不僅要有抽象思維能力，同時還具有密碼學、分布式數(shù)據處理、程序設計語言功底，所以大部分同學對其存在畏難情緒。

（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，使得閱讀和編寫對學生相對困難，學習曲線比較陡峭。而且區(qū)塊鏈的軟件設計與實現(xiàn)結果主要以源代碼形式為主，如果學生僅從網上復制源代碼實現(xiàn)，那么實踐效果將會很差甚至是無效的。

（6） 教學效果檢查及課后補充不夠

傳統(tǒng)方式下，學生對課程的學習主要依靠教師在課堂上的講授，由于新的實施技術層出不窮，應該要求學生在課余時間閱讀最新的相關資料，以及對開放性的問題進行思考，促使學生獨立思考，獨立學習，拓展知識面。

針對這些問題，區(qū)塊鏈技術課程應用O-PIRTAS 翻轉課堂，使教學更加注重實踐，通過項目培養(yǎng)學生的實踐、創(chuàng)新能力，使學生真正理解和掌握相關知識點。

2 區(qū)塊鏈課程的O-PIRTAS翻轉課堂教學實踐探索

O-PIRTAS教學模式進一步提升了翻轉課堂的理論性、普適性和可操作性，它由多種教學理論和研究成果綜合而成。在這種模式下，可以根據學生的即時反饋，對教學內容和方式進行及時優(yōu)化調整，從而提高教學效果。

基于O-PIRTAS翻轉課堂的教學模式從不同維度較為全面地涵蓋了線上線下、課前課中課后的學習過程。其流程如圖1所示，O-PIRTAS以7個步驟組成：tOiobnjeacltVivie（de教o（學教目學標視）頻、P）r、eRpaervaiteiwo（n（課課堂前回準顧備））、、TIness（ttru課c?堂測試）、Activity（課堂活動）、Summary（課堂總結）。

其具體教學流程如表1。（1） 首先需要確定本堂課的教學目標，其中包括知識性目標和能力性目標；（2） 然后教師進行課前準備，設計教學方法，制作教學視頻，或選擇線上SPOC（小規(guī)模限制性在線課程）視頻；（3） 學生需要在課前自主觀看學習教學視頻；（4） 在線下課堂教學中，教師提綱挈領地對知識點進行回顧；（5） 教師設計課堂知識測試，檢驗學生在視頻學習中的學習效果；（6） 隨后開展相關的項目實踐和活動，深化能力性教學目標；（7） 最后教師對本次課堂內容進行總結和提升。

“區(qū)塊鏈技術”課程以區(qū)塊鏈相關基本概念和技術發(fā)展脈絡為主線，闡釋區(qū)塊鏈背后的關鍵技術，其主要知識點體系歸納如表2如示。

在課程翻轉設計上，為取得較好的效果，先試點采用翻轉課堂與傳統(tǒng)課堂結合的方式。根據項目和活動設計情況，可選擇實踐性強的技術（如共識算法、智能合約和以太坊平臺等）進行翻轉課堂教學，其余部分暫不進行活動開展這一步驟。以下針對“共識算法”設計實例。

3 共識算法教學設計

“共識算法”是“區(qū)塊鏈技術”課程的一個教學主題[6-7]。以“共識算法”章節(jié)學習為例，該課程采用O- PIRTAS模型的設計如下：

（1） Objective確定教學目標

教學目標包括知識和能力目標；教學知識點包括“共識算法”主要內容。

（2） Preparation課程準備設計

制作或選擇合適的課件和視頻（可參考中國大學MOOC線上區(qū)塊鏈技術課程視頻）；設計視頻回顧和知識測試環(huán)節(jié)的問題以及相關項目和探究活動。

（3） Instructional Video課前視頻學習

視頻以教師講授為主，圍繞知識目標進行。學生進行課前視頻學習。

（4） Review視頻回顧

以思維導圖方式進行知識回顧，如圖2所示。

（5） Test知識測試

知識測試環(huán)節(jié)設計四個問題，問題重在引導學生思考和理解知識。

（6） Activity項目和探究活動

表5所示，設計了兩個編程項目和兩個討論活動，學生可組隊選擇完成。采用小組成果展示、小組討論、小組匯報等多種方式開展。

（7） Summary總結提升

表6所示，對Test知識測試結果和Activity項目與深究活動進行了總結，以解決教學難點。引出該課程課后任務，開啟下一個O-PIRTAS循環(huán)。

4 結束語

本文采用基于O-PIRTAS翻轉課堂教學法，設計“共識算法”教學方案來解決當前“區(qū)塊鏈技術”課程在傳統(tǒng)教學模式下存在的問題。結合學情狀況，從課程目標、課程內容、知識檢測和項目活動等方面進行有針對性的設計，通過激發(fā)學生學習內在動機，加強思維方式訓練，提高教學效果。