區塊鏈教育技術應用模式及趨勢分析

陳景燕 鄭志宏 方海光

【摘 要】本研究基于教育數據的特點，提出區塊鏈教育技術應用的五種模式，并使用Python語言創建一個面向教育資源存儲和共享的區塊鏈案例，驗證用區塊鏈技術進行教育資源管理的可行性，最后預測區塊鏈技術必將應用于教育領域。

【關鍵詞】區塊鏈;教育技術;資源管理;趨勢

近年來，包括區塊鏈在內的新興技術迅速興起與發展，給教育數據的分析與應用帶來了新的契機[1]。而當下的教育數據是面向教育全過程的多種類型的全樣本的數據集合，具有更強的實時性、連續性和綜合性。對目前的教育數據進行分析，需要探尋隱藏的數據因果關系[2]。教育大數據的一個深度發展方向是與區塊鏈技術的整合[3]。如何基于教育數據分類來運用區塊鏈技術服務教育，如何根據教育大數據的特征與區塊鏈特征耦合，判斷哪一類教育大數據使用區塊鏈技術更適用且有價值，這些問題依然亟待解決。

區塊鏈技術

1.區塊鏈

從技術角度看， 區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以鏈條的方式組合成特定數據結構，并以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的去中心化共享賬本[4]。有學者認為，區塊鏈技術不僅可以應用到虛擬貨幣領域，在教育、能源等行業也有應用的價值，以增強這些行業數據信息的安全性[5]。區塊鏈技術發展方向不同，誕生了三種比較主流的平臺模式：公有鏈、聯盟鏈、專有鏈[6]。相比公有鏈，聯盟鏈更能滿足分布式商業中對規則合理有序和多方對等的需求，在高并發、高性能等方面更有優勢。

2.區塊鏈教育技術

在教育領域中，應用區塊鏈技術需要滿足以下七個條件：（1）明確的數據存儲標準、時間戳以及數據產生和交易的流程。（2）多節點記錄。多個人都擁有添加教育數據到區塊的權限。（3）去信任化。數據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。多個節點擁有記賬權。（5）相互依賴。教育數據之間有一定依賴性。（6）清晰的規則。交易按照既定的程序進行，滿足條件時自動進行。（7）價值存儲。鏈上的教育信息具有現實意義。

3.教育數據分析

進入信息時代，教育數據的規模與日俱增，數據來源呈多樣化、連續性、實時性、全面性等特點。本研究選擇將教育數據劃分為基礎層、狀態層、資源層、行為層四層的分類方式[7]。

基礎層數據指國家教育基礎數據，部分數據屬于學校對社會公開，部分數據屬于機密和敏感的數據?；A層數據以管理類數據為主，具有結構化、結果化等特點。狀態層數據包含各種教育設備、教學環境以及教育業務的運行狀態信息，具有結構化、實時性和實效性等特點。資源層數據指的是各類教學資源和學習資源，也是目前數量規模最大的教育數據，包括專門建設的資源門戶，企業自主研發維護的學習平臺、學習工具和動態生成的資源等。教學行為數據是行為層數據的核心內容。行為層數據要求數據的存儲和傳輸要有連續性，要有可信的時間戳作為學習行為先后劃分的依據。

區塊鏈應用模式

1.數字資源版權管理

數字資源版權是為了維護版權所有者自身利益而生，但是在教育領域，版權所有者維權難，舉證更難。教育資源種類繁多，人人都可能是資源的生產者，用傳統手段為每一個人的每一個數字資源分配版權證書成本太高。

使用區塊鏈技術對數字資源進行加密，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的暴力破解方式解鎖資源，區塊鏈技術還可以記錄每一個訪問者的訪問申請記錄，對版權所有者維護自己的版權利益很有幫助。為資源添加一個專屬的版權區塊，可以降低注冊和管理上的成本。

2.學習過程數據采集

學習過程數據主要是基于學習活動產生的數據，包括時間地點信息、學習資源信息、學習過程和學習結果等，存在難以采集、難以運用等問題?，F有教育數據無法跨課堂、跨學科進行采集，采集的數據不具備連續性，而且不能做到跨學科的數據分析。只要統一學習過程數據的標準，區塊鏈技術就可以做到將學生不同時間、不同地點、不同學科的學習行為數據保存在同一數據庫中，在此基礎上進行數據分析，保存的數據不可修改，保證了數據的真實性和分析結果的可信度。學習過程數據采集區塊鏈模型如圖1所示。

3.教育培訓市場規范

當前教育培訓市場管理混亂，有的家長會選擇兩個以上的培訓機構，課程不能良好銜接，不能更好地提升學習效率和效果，根本原因在于機構之間沒有互信的溝通機制。采用區塊鏈記錄學生的課程、表現和成績等信息，能夠有效地解決這一問題。每家培訓機構只有如實地記錄學生的真實表現，才能體現自身的價值。

4.教育公益事業透明

教育公益事業是涉及貧困學生和家長利益的事業，教育資金的使用也是社會關注的熱點。教育資金使用的方向較多，對貧困學生的資助往往要長期進行，社會很難從眾多賬目中看到對個別學生的資助情況。賬目公開還涉及學生個人隱私問題，難以兼顧資金使用透明和個人隱私保護，使用區塊鏈技術可以很好地解決這一問題。學生的每一筆資助或教育經費的每一筆支出都記錄在區塊鏈上，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督義務。其他人無法通過身份碼確認個人信息，很好地保護了學生的個人信息和自尊。

5.終身學習檔案管理

教育機構頒發數字檔案時使用公共區塊鏈來存儲與數字檔案相關的數字簽名，用戶保留唯一的數字簽名認證，當驗證檔案的真實性時只需要與存儲在區塊上的數字簽名進行比較。即使頒發檔案的機構關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塊鏈中的記錄進行驗證。其他人不需要花費額外的資源來確認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管檔案。

區塊鏈在教育數據管理中的應用過程

本研究以Python為編寫語言，面向教育資源存儲和共享創建了一個區塊鏈案例。該案例具有節點注冊、節點間區塊鏈自動同步、教育資源信息上傳和訪問、新區塊挖掘、節點服務器等功能。

1.區塊鏈結構

本研究選擇部分去中心化的聯盟鏈模式，構建教育資源的區塊鏈。區塊結構包含區塊頭數據和交易主體。區塊頭結構包含與該區塊相關的元數據信息，如索引、信息、父區塊hash值、證明和內容。交易主體包含區塊交易的所有信息，如學習對象、資源類型、課程內容、教學資源和公鑰等。

2.面向教育資源的區塊鏈運行機制

面向教育資源的區塊鏈包含兩類節點：超級節點和普通節點。超級節點擁有記賬權，有資格通過挖礦的方式將交易信息和資源信息打包到區塊并添加到區塊鏈的權利。超級節點準入門檻比較高，要有一定的社會公信力，如中小學、高校、具有辦學資質的教育機構等。普通節點是資源的提供者和交易的主體，擁有發送資源信息到網絡、訪問其他節點資源的權利，普通節點的準入門檻較低，擁有主機且能上網的個人都可以成為普通節點。

教育資源的訪問和交易是基于教育資源的區塊鏈的核心功能。當一個教育資源被創建時，先把教育資源上傳到平臺，為該資源對應的區塊添加“身份碼”“學習對象、資源類型、課程內容、教學資源簡介”“公鑰”等信息，等待超級節點統一挖掘打包。超級節點挖到包含資源信息的新區塊后，審核并認可該區塊的價值，然后把區塊添加到主鏈。其他節點可以訪問該區塊的部分內容，包括學習對象、資源類型、課程內容、教學資源簡介。如果想要瀏覽全部內容鏈接，需要根據區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。

區塊鏈作為教育領域的一種新興技術，只有迎合教育需求才能從根本上解決教育難題。區塊鏈技術的安全、去信任化等優勢顯而易見，具體教育應用仍然需要不斷探索。在教育資源交互方面，區塊鏈具有一定的優勢，在維護教育資源提供者利益的同時也保護了他們的隱私。未來教育不可避免要使用區塊鏈技術。

參考文獻

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