基于区块链技术的职业教育国家“学分银行”建设研究

郭 冰

（北京农业职业学院 现代服务管理系，北京 102442）

2019 年2 月，国务院发布了《国家职业教育改革实施方案》（简称《方案》），对新时代职业教育改革提出了全方位规划。《方案》明确提出“加快推进职业教育国家‘学分银行’建设”，加强“终身学习服务”的要求[1]。职业教育国家“学分银行”是在国家层面建立的学习成果与资历管理制度与体系，旨在打破职业教育、社会培训和企业之间的壁垒，统一技能学习与培训成果认定，畅通技能人才成长渠道，是推动职业教育发展和终身教育体系建设的重要途径，也是国际职业教育发展的趋势[2-3]。职业教育国家“学分银行”需要建构跨区域、行业和教育机构的信息化管理平台，完成认定、存储和转换学习者在不同类型职业教育机构获得的各种学习成果档案。方便、可信、透明和安全的认证标准体系是对“学分银行”的基本要求。区块链（blockchain）技术作为一种新兴的、革命性的信息管理技术，具有去中心化、自治性、信息不可篡改等特点[4]。探索区块链技术在职业教育国家“学分银行”建设中的应用，能够满足职业教育与培训领域多元化信息管理、平等存取和高安全性的要求，能够为职业教育创新发展和构建终身教育体系建设提供支撑。

1 区块链的关键技术

1.1 分布式账本技术

区块链技术也称为分布式分类帐技术，本质上是一个分布式数据库[5]，它以安全且不可变的方式将信息打包到封闭的块中，按时间顺序存储成数据链。块的内容可以由用户定义或随机生成。新的区块被追加到分类帐的末尾，每个新区块持有对前一个区块内容的引用，并使用公钥加密机制确保安全性、一致性和不可逆。在对数据块进行密封之前，应用一种加密的单向哈希函数（如SHA256），以确保块的匿名性、不变性和紧凑性。

区块链在P2P 网络的多个对等点之间实现复制和同步。基于区块链技术的网络有公共区块链、私有区块链和联盟式区块链三种类型。公共区块链是开放的，每个人都可以作为网络节点加入网络，所有区块链数据都可以被访问，为了保护参与者的隐私，有部分区块链数据需要加密。私有区块链只允许经过授权的节点加入网络，访问数据。联盟式区块链是共有和私有区块链的混合，只允许选定的节点参与网络，对于不同的节点分配差异化的权限。根据职业教育国家“学分银行”平台的特性，更适合采用联盟式区块链网络技术，以此来对不同机构节点和用户进行分类管理。

1.2 工作量证明

区块链位于P2P 网络上，网络的每个节点都拥有已确认的分类账状态的复制和未经证实的数据池，数据需要打包成块并添加到分类账中[6]。为了使区块链网络保持一致，使分类账内容的状态以及打包成块的方式达成一致，需要通过分布式共识协议来实现，以此验证生成数据的时间顺序。分布式协商一致协议的基本思想是，商定一个同伴来对仍未确认和未打包的数据块准备和密封成最新的区块。分布式共识算法有工作证明（proof of work，PoW）、股权证明（proof of stake，PoS）、委托证明（delegated proof of stake，DPoS）几种机制。PoW、PoS 和其他技术背后的理念是，被选中的同行必须做出有价值的贡献。这将导致竞争，最好的节点将获得奖励，同时降低了可能被攻击的机会。这种机制在比特币的发行、支付和验证方面都有较好的应用。

DPoS 是委托权益证明，基本思想是每个节点将持有的权益作为选票投票给代表，获得选票最多的节点作为区块的创建者，完成记账[5]。在职业教育国家“学分银行”网络中不需要竞争机制，采用DPoS 方式轮流选出记账节点，能减少验证和记账节点数量，降低维护安全费用，提高网络的效能。

1.3 数据块

区块链由一个个区块（block）组成，每个区块包括两个部分：区块头（head）和区块体（body）[5]。区块头记录当前区块的特征值，区块体记录实际数据。区块头包含了当前区块的多项特征值，如，生成时间、数据的哈希、上一个区块的哈希等。所谓“哈希”是计算机对任意内容计算出一个长度相同的特征值。区块链的哈希长度是256 位的二进制数字，只要原始内容不同，对应的哈希一定不同。交易运行的过程是某人发出交易请求，交易请求首先被广播到 P2P 网络，然后由网络的节点记账，经过验证确定交易正确性，新的区块加入到一个已经存在区块链中。

1.4 多重签名技术

多签名协议是公钥密码学领域中的概念，它使多方能够联合数字签署商定的消息。在交易中，各方都有自己的私钥，需要两个或者两个以上签名才能生效，这就是多重签名技术。多重签名也叫做M-of-N 交易，M 是交易生效所要求的签名数量，N 是参与本次交易的各方数量[6-7]。为了保障个人用户的信息安全，“学分银行”中的个人用户将被分配一个2-2 多签名地址，确保获得的学分能准确、安全地传输到其地址。查询将通过一个简单易用的区块链的客户端来处理，从而使学分平台的使用尽可能直观和透明。

2 区块链技术应用于国家“学分银行”的设计

职业教育国家“学分银行”建设需要解决信息查询与共享、数据分布式存储、学习过程轨迹记录、数据安全性管理、学习成果认证等方面的问题[8]。区块链作为一个去中心化的底层框架技术，是多种技术的有机整合，安全、透明、信息不可篡改是它最为重要的特点，能够为“学分银行”建设提供相应的解决方案。以下从网络的体系架构、用户管理及其与之相关的安全性管理和学习成果认证等方面进行分析探索。

2.1 “学分银行”网络体系架构

2.1.1 “学分银行”的网络结构

基于区块链技术的职业教育国家“学分银行”平台需要对学生、教育机构的信息实现分布式的存储，能根据用户需求进行深度数据挖掘，满足不同用户的信息要求。因此，需要在学校的学籍管理系统、区块链网络、教育资源管理系统之间形成安全、顺畅的数据通道。基于区块链技术的分布式存储网络分成数据层、网络层、区块链层和用户接口层（平台层），各层的功能分析如下。

（1）数据层。当前学校已经建立了中心化的学籍管理系统，存储着学生的学籍和成绩等信息。中心化的存储方式在发生故障时，中心节点的数据就无法读取，数据的安全性较低。在传统数据库与区块链技术的分布式存储之间建立联动机制，能够保障数据的完整性和安全性。

（2）网络层。区块链技术没有中心服务器，依靠用户点对点交换信息，它需要网络层来实现。主要功能是完成区块链网络中节点与节点之间的信息交换，主要包括P2P 组网机制、数据传输与验证机制。这种方式的数据传输是在各个节点之间进行的，部分节点或网络遭到破坏对其他部分影响很小。

（3）区块链层。由学分信息区块链组成，主要为用户平台层提供服务，工作模式为只读方式，同时为网络层的验证机制提供数据同步服务。

（4）用户接口层。用户接口层直接面对用户，为不同用户提供客户端应用程序。学校可以注册新用户，为学生生成地址，即“学分包”，能将“学分币”转移到学生的“学分包”中。学校、培训机构等具有学分分发资格的组织用户只能够为已经注册的用户分发“学分币”，企业用户能够通过学生提供的地址查询学分信息。区块链网络节点通过REST API 为区块链生态系统提供安全接口。

2.1.2 节点连接

区块链网络是一种P2P 网络，当节点开始连接并与网络中的其他节点通信时，将节点视为对等节点[8-9]。机构用户在加入网络时，必须设置一个网络节点，这增加了安全性，因为节点越多，网络就越安全。基于区块链的“学分银行”主要是用来管理和控制学分，职业院校、社会培训机构和企业等机构必须至少运行一个网络节点，向申请人提供“学分包”应用程序，并证明其身份。

机构的网络节点是安装了核心区块链的客户端，并运行分类帐完整副本的计算机，任何经认证的职业教育或培训机构的网络节点都可以加入该网络。加入网络的新节点将被分配令牌（token），并被要求建立网络节点。节点的基本任务是，连接到区块链网络、存储最新的分类账、监听交易、将有效交易传递到网络中、监听新密封的区块、验证新密封区块确认交易，以及创建和传递新区块。因为区块链平台将基于DPoS 共识协议，所以机构节点无须挖掘传输和计算能力。

系统将为每个学生建立职业教育与培训个人学习账号，也就是每个用户将持有一个专门的区块链“学分包”，用来存储他的“学分币”（token），即他完成的课程学分。个人用户完成课程学习后，教育机构（职业院校、培训机构、具有培训资质的企业）会将“学分币”转移到他的区块链地址，也就是存到他的“学分包”中。区块数据信息包括提交信息的机构名称或编号、“学分币”（课程学分）、课程标识等。系统中的个人用户作为接收者，只需提供其区块链地址，“学分币”就能存入其区块链地址。

2.2 国家“学分银行”的用户管理

2.2.1 具有学分分发权限的机构用户

区块链网络中的机构用户包括职业院校、技能培训机构和企业的培训部门等。所有经过认证、能够进行职业技能教育与培训的组织，在网络上具有平等的地位和相互信任的关系。一个新的机构加入职业教育国家“学分银行”网络，首先需要设置一个区块链网络节点，并由系统生成包含其公共密钥和私有密钥的区块链“包”和地址，与区块链网络已有机构成员建立联系。区块链网络接收到新机构的注册请求后，首先验证新机构的信息，然后将一个令牌传输到其区块链地址，通过区块链网络处理该交易。当事务被确认后，区块链网络通过一个私有通道向新机构的节点发送一个随机令牌的偿还请求，经过验证后，新机构节点加入区块链网络。

各个组织机构通过智能合约（smart contracts）[10-11]技术，能够获得对个人用户进行学分“交易”的权利。也就是说，学生用户在任何一个机构中完成学习任务后，该机构按照智能合约条款要求就能自动实现“学分币”的分发，而不需要各个机构之间单独签订合约。这种模式在互信的基础上实现了权利分配，打破了以往职业院校对学分的垄断。

2.2.2 学习者个人用户

职业教育国家“学分银行”对学习者管理的重点，是学习者的身份管理和学习记录管理，要能够识别所学的课程、实训和实习、岗位培训和工作经历等。因此，信息安全、信息的有效性和学习时间认定是面临的主要挑战。在这种情况下，对数据进行加密，保障数据完整性是“学分银行”平台管理的重点。

个人用户在机构的网络节点进行注册时，系统会生成一个“学分包”用来存放“学分币”，以及一个包含公钥和私钥区块链地址，用来对“学分包”进行管理。教育机构使用它的私钥通过区块链网络，能够将“学分币”储存到学生的区块链地址上。学生使用收到的公钥，并通过专用通道对区块链“学分包”进行管理。学生在完成课程学习以后，教育或培训机构查找学生的区块链地址，设置学分，将区块链“学分币”转账到学生的“学分包”。

2.2.3 作为终端查询的用户

当一个组织机构，如企业、学校等想要核实学生的课程完成情况时，个人用户必须将区块链地址、签名区块链地址和兑换脚本发送给机构，机构要求个人用户在地址上签名，以验证身份。当学生使用区块链接口用地址和私钥在消息上签名时，会通知机构，由机构检查签名的消息。如果验证了签名消息，机构可以相信所提供的区块链地址及其“学分币”确实是学生的。机构使用区块链网络接口访问区块链数据，检查地址中“学分币”的数量，获得的途径和分发的机构等详细信息。

3 国家“学分银行”对职业教育发展的影响

3.1 分布式终身职业教育成为未来发展的方向

我国的职业教育体系属于中央集权模式，它的特点是较高的社会承诺和较低的企业参与。职业教育一直以来都是一个封闭的领域，具有垄断性，外部资源很难进入，即使是合作，也面临着责、权、利难分的问题。内部机制僵化是职业教育改革的难点。基于区块链技术建立的职业教育国家“学分银行”，打破了职业教育的院校垄断，职业院校不再是唯一的学分分发主体[12]，经过认证的组织机构都能分发，职业院校的垄断地位被打破了。使权利分割、学分“交易”成为可能，学生利用手中的学分可以和任何一个组织或机构，通过网络学习、岗位学徒等方式进行“交易”，形成分布式职业技术教育体系。

所谓分布式职业教育是指围绕国家“学分银行”，整合职业教育院校、社会培训机构和企业教育等多个系统的资源，相互配合，完成职业教育和培训这一核心业务。与传统的以职业院校为本的教育系统相比，系统不再有中心，而是需要各个子系统根据自身的价值特长组合和联接，完成业务逻辑。这种分布式职业教育实现了性能扩展和可靠性提升。所谓性能扩展是指系统负载高，单台机器无法承载，希望通过使用多方力量来提高系统的负载能力。对应职业教育，指职业教育院校资源和能力与社会需求不匹配情况下，通过整合各方面的优质教育资源来满足高质量、情境化的职业教育与培训需求。在学习“场景”被打破后，通过5 G 网络技术，学习者可以利用任何机构的优质学习资源和服务，获得学分认证。对于教育机构来说，教育与培训能力的扩展，不仅能够获得利益收入，其服务价值也在不断增值。在这种背景下，更多主体将进入职业教育体系，任何组织、机构、甚至个人（大师工作室）都可以进行职业技能培训，学生的学习成果都能被写入“学分银行”，其价值由市场来评价，打破了职业院校作为唯一评价主体的弊端。

3.2 需求驱动职业教育内容改革

需求驱动是指，职业教育与培训是满足劳动力市场的需求，也是满足个人技术技能学习的需求。但是，由于职业院校与企业联系较少，企业需求与职业院校之间缺少信息“传导”机制，造成信息不对称，同时职业院校在变革方面的灵活性不足，需求驱动机制失去了作用[13]。不可避免地导致供给滞后、不精确、无效供给等问题。

基于区块链技术的国家“学分银行”是基于自动分发技术，不以中心去确权。系统中的每个节点都有机会改变业务价值，从而能快速对社会需求做出响应。也就是说，职业院校、培训机构和行业组织等只要能够对需求作出有效的、高品质的响应，就能够写入到区块链，增加了整个系统的灵活性。灵活性增加一方面是指职业教育对市场反应的灵活性，另一个方面是指职业教育对于学生需求的灵活性。传统的职业教育很难满足学生个体发展需求，主要原因是不愿意或没有能力深入了解学生的需求，只能提供标准化的教育。而区块链“学分银行”不仅在架构上去中心化，权利上也去中心化。企业和个人用户可以“广播”自己的需求，通过若干条开放路径，到达更多服务节点，再由某个平台的中心化服务器提供服务。这样用户拥有更多的自主权，他们可以选择、支付能够提供高质量服务的节点，满足自己的需求。这种背景下，教育和培训机构就能更全面地了解学生学习的需求，提供设计颗粒更小、质量更高的资源，规划更有个性的学习路径，满足学生的发展需求。

3.3 创造新的价值链

基于区块链技术建立职业教育国家“学分银行”使分布式的职业教育成为可能。这种背景下，作为教育与培训机构的节点所创造的核心价值是不同的，也就是说职业院校、培训机构、企业培训部门等在整个系统的一个或几个业务中是创造价值的，但不是创造所有的价值。这就要求各机构子系统进行价值链沉淀，即在整个系统中定位出使业务增值和升值的环节。各个子系统也只有通过高水平的设计，才能分发更多高附加值的“学分币”，提升服务的价值。

当前职业教育中的校企合作面临“校热企冷”的局面[14]，针对高技能人才培养，还未形成一条完整的业务链。职业教育的产业要素不彰，产业的教育要素不显，两个系统难以合作融合。基于区块链技术建立的职业教育国家“学分银行”，使得各方的权利分散了，学生和企业可以根据自己的需求，借助“互联网+”，整合学校、企业、行业、网络教育等各方面的资源建立起新业务链，使职业教育从封闭走向开放。用人企业可通过“学分银行”，规划新的价值链，制定新的用人标准。无论是学生个人规划的价值链，还是企业规划的价值链，都能通过市场的手段迅速建立起来，其效率高于当前的校企合作机制，灵活性也会提升。

4 结语

职业教育国家“学分银行”是建立终生教育体系的基础。本研究利用区块链技术，基于P2P 分布式网络系统构建了“学分银行”的原型，针对机构节点连入网络、个人用户管理、学分分发与管理、信息查询进行了规划设计。未来随着5 G 网络技术的发展，围绕职业教育国家“学分银行”，学校与企业在职业教育与培训方面将进一步深度融合，相互之间的边界将越来越模糊，分布式、需求导向的职业教育与培训将成为发展方向，新的价值链将会重新构建。