区块链技术在我国教育领域应用的研究综述

贾伟洋 李昕宇 李援农

(1.西北农林科技大学教务处，陕西杨凌 712100； 2.杨凌职业技术学院人事处，陕西杨凌 712100；3.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌 712100)

区块链是点对点传输、分布式数据存储、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。习近平总书记在中共中央政治局第十八次集体学习时强调，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展。在我国，区块链研究在2008—2012年尚处于空白期；从2015年起，开始呈现爆发式增长，且增长速度不断加快。2015年，国内学者对区块链的研究主要集中在区块链的概念、原理等方面；2016年，开始对区块链的落地应用进行初探，但应用领域主要集中在数字货币、互联网金融等金融领域；直到2017、2018年，区块链的应用领域才有一定的扩展[1]。目前，区块链技术在我国的应用已经扩展到了金融、医疗等众多领域。笔者主要对区块链技术在我国教育领域的应用现状及发展进行研究探讨。

一、区块链概述

区块链的概念是由中本聪于2008年提出的。2017年5月16日，我国首个区块链标准《区块链参考架构》正式发布。该标准对“区块链”这一术语进行了明确界定，即区块链是一种在对等网络环境下，通过透明和可信规则构建不可伪造、不可篡改和可追溯的块链式数据结构实现和管理事务处理的模式。

(一)区块链的特点

区块链作为第四次工业革命时代最为重要的技术，具有不可篡改性、唯一性、智能合约和去中心自组织等特点。

1.不可篡改性

区块链具有独特的“区块”+“链”账本结构。存有交易数据信息的区块按照时间戳顺序持续加到链的尾部，要修改其中一个区块中的数据，就要重新生成其后的所有区块。这一特性主要靠共识机制实现。由于共识机制的存在，修改大量区块的成本极高，几乎是不可能完成的，所以区块链具有不可篡改性。

2.唯一性

在数字化世界中，文件是可以复制的，很难将一个文件表示成唯一的。区块链可以用数字化方式表达唯一性，可以模拟现实中的实物唯一性，同样可以将虚拟物品变成唯一。

3.智能合约

从比特币发展到以太坊，区块链最大的发展是“智能合约”。智能合约的出现使得基于区块链的双方不仅仅只能进行简单的价值转移，而是可以通过设置复杂的规则，由智能合约自动、自治地执行。这极大地扩展了区块链的应用可能性。

4.去中心自组织

中本聪在完成比特币的开发和初期的迭代后，就完全消失了，但是他创造的比特币系统持续运转着，而且是去中心化、自组织地运转着。去中心化可以使组织变得更加扁平化、柔韧化，从而快速适应环境的变化。区块链思想正是一种去中心化的自组织思想，在一定程度上代表了区块链自身的发展方向——未来真正展现区块链价值的将是各种现在未知的应用。

(二)区块链的分类

根据参与方的属性不同，区块链可以分为公有链、私有链和联盟链。公有链是指任何人都无需注册就可以匿名参与、随时进入系统查看和读取数据的区块链。私有链是指由某个机构或组织控制的写入权限的区块链。私有链的参与节点是有限且可控的，参与节点的资格会被严格限制。联盟链是指由若干个机构共同参与和管理的区块链。联盟链的数据读写、权限等是按照联盟规则来制定的。

根据链与链之间的关系，区块链又可分为主链和侧链。主链是指正式上线的、独立的区块链网络。侧链是相对主链而言的，只要遵守侧链协议，所有现存的区块链都可以成为侧链。另外，根据链的准入条件，还有许可链。许可链是指参与到区块链系统中的每个节点都要经过准入许可，私有链和联盟链都属于许可链。

根据链中记录的内容，区块链还可分为实物链和代币链。代币链记录的是货币资产(或者权益证明)的转移。实物链记录的是实物资产的转移。此外，如果链与链之间能相互通信，则会有交叉链。也就是说，如果特定的链之间存在信息互通，如图书实物链负责图书借还，代币链负责支付，这样的链条称为交叉链。

二、区块链技术在我国教育领域应用的研究综述

在教育领域，随着以MOOC(massive open online courses，大规模开放在线课程)为代表的全球开放教育资源运动的持续深入发展，人类学习呈现出模式数字化、内容多样化、机会民主化、场所分散化的日益多元的去中心化特征[2]。所以区块链技术和智能合约将迎合日益去中心化的学习模式并引发新的学习变革[2]。笔者于2020年4月3日在中国知网数据库，以“区块链”为主题，词频并含“教育”，针对“期刊”进行了“高级检索”，从中文期刊中共筛选出199篇文献。在对检索到的199篇文献进行主题词分析的基础上，增加了“区块链”+“教学”“区块链”+“学生”“区块链”+“教师”“区块链”+“学习”“区块链”+“学校”“区块链”+“图书馆”“区块链”+“校园”“区块链”+“学分”等扩展的主题词检索，获得补充文献178篇，最终共获得377篇文献。通过对这些文献进行分析和总结发现，区块链技术在我国教育领域的应用主要包括教育资源管理领域、教育(教学)信息管理领域和教育基础平台建设领域等3个方面。

(一)教育资源管理领域

在教育资源管理领域，我国学者的研究方向主要集中在知识产权保护(溯源、教育资源、学术成果版权保护)、共建共享(资源共享、全球知识库、知识货币)以及开放教育资源等方面。

例如，王梦豪(2019)等利用区块链底层技术设计了数字教学资源书院管理系统，通过该系统对数字资源的引证进行了规范，从而便于数字教学资源的溯源和版权保护[3]；沈丹丹(2019)为促进数字化资源共建、共享，设计了一种基于区块链理念的数字化教育共享模式，解决了数字资源共享中的诸多问题[4]，实现了教育资源在分享和传播中的确权；陈坤(2019)等利用区块链的分布式学习记录和去中心化学习库，设计了思想政治课翻转课堂的新路径，从而突破了思政课翻转课堂的现实困境[5]。

又如，针对学习者在跨平台在线学习过程中因学习记录存储在不同的平台之上而出现的数据被分割、失去完整性等问题，杨兵(2019)等利用联盟链对学习数据存储进行了研究，通过联盟链连接不同机构的数据库，实现学习者学习记录的完整性，同时提高了学习者数据的隐私保护[6]；针对目前国内教育资源在共享中存在的诸多问题，刘丰源(2018)等为促进优质教育资源的共享，探究了基于区块链的教育资源共享框架，通过建立包括资源存储层、资源评估层和资源互连层的分层次网络架构，实现了资源共享和产权保护[7]。

再如，尹婷婷(2019)等为推进教育信息化快速发展，结合区块链技术对数字教育资源共建、共享进行了研究，通过学习数据记录建立个人学习资源大数据，以及能够根据学习者的需求主动向用户推荐资源并在用户确认需要时自动完成交易的教育资源系统[8]；杜华(2017)提出通过区块链技术重构数字教育资源服务供给模式，从而促进优质教育资源的共享和精准投放[9]；全立新(2018)等为促进数字教育资源的高效流通，设计了一种双区块链结合智能合约的资源流通新模式，并建立一种开放的资源自增长和自我管理的流通系统[10]；李凤英(2019)将区块链技术融合到网络学习空间构建中，通过区块链技术解决了数字学习资源共享和数据安全的平衡问题[11]。

(二)教育(教学)信息管理领域

在教育(教学)信息管理领域，我国学者的研究方向主要集中在教育存证、征信管理(教师信用体系、学生征信管理)、学生成绩单、学习记录(数字徽章)、学分银行、档案管理、校企高效对接和身份认证等方面。

例如，周小韵(2019)设计了基于区块链技术的学生档案管理模式，明确了链上的主题定位、区块链架构、技术特征、实现过程等，确保了学生档案信息的真实性和有效性，同时也方便用人单位或其他高校在获得相应权限后查询档案信息，从而为学生就业以及进一步深造提供便利，提高了毕业生的就业率和就业层次[12]；吴玲燕(2019)利用区块链去中心化、不可篡改等特性设计了安全、可信和便捷的研究生教育教学管理平台，主要用于研究生成绩管理、学位和学历认证以及学习档案管理等方面[13]。

又如，为了构建终身学习体系和学习型社会，我国高校开设了各类学分银行，李志宏(2019)等为解决现有学分银行存在的问题，从联盟链、侧链、主链等3个维度设计了基于区块链的学分银行系统，打破了“信息壁垒”，提高了学习成果认证和转换的公信力与效率[14]；同样，余燕芳(2017)[15]、周继平(2019)[16]和李旭东(2018)[17]等对学分银行、成果转换系统和终身教育体系等也进行了深入探讨和研究；张建华(2019)等在考试命题领域，为保障命题教师的个人信用问题，提出采用区块链技术建立命题教师的信用信息管理平台[18]；吴莎莎(2018)等为解决学习成果认证过程中存在的问题，利用区块链设计了不可篡改的在线学习数字徽章，数字徽章具有认证学习者的学习技能、兴趣和学习成果的功能，可在互联网公开发布，也可随时按需查询[19]。

(三)教育基础平台建设领域

在教育基础平台建设领域，我国学者的研究方向主要集中在教育评估、专业认证(学习契约、产出区块链)、教育补助、捐款、实验教学经费管理、在线教育平台、智能学习系统、综合素质评价、网络学习社区、办公自动化系统、人事档案管理系统、财务管理系统等方面。

例如，为了解决研究生教育检测评估存在的难以发挥第三方评估作用、可信度易受质疑、难以保证评估质量等问题，唐丽(2019)提出了一种基于区块链的研究生教育监测评估模式，即利用区块链的去中心化特点保证第三方多元评估主体普遍发挥作用，同时对数据进行记录、追溯，保证监测评估具有高的可信度[20]；许涛(2017)从区块链技术教学、区块链技术教学平台和区块链技术校园传播等3个视角，探讨了“区块链+”教育的发展现状，认为区块链技术用于建设去中心化、分布式、开放的学习管理平台，能够满足人类在日趋技术赋能的学习时代实现新型去中心化学习的需要[2]；夏浩飞(2020)等为了打破教育机构之间存在的壁垒、推进学习记录信息互认，利用区块链的智能合约搭建了校企数据共享平台，以方便学习者在不同机构间进行数据交换，以及降低数据交换的成本[21]；李凤英(2017)等为了避免目前MOOC学习平台使用中存在的学习者冒名顶替、抄袭等情况，利用区块链技术对学习者进行身份认证，从而为MOOC的可持续发展提供技术支持[22]。

又如，2016年，我国正式加入《华盛顿协议》，我国工程专业认证开启了新篇章。为此，段斌(2018)等提出了一种基于OBE(outcome based education，成果导向教育)理念的区块链技术，即利用专业认证的毕业要求标准设计达成度评价智能合约，对学生的学习过程数据进行记录，并反馈到课程建设过程中，反向促进课程的持续改进；同时规定通过达成度评价并完成智能合约学生的能力可以获得社会共识[23]。

再如，为了规范高校实验经费的管理，曲广强(2019)等利用区块链技术建立了核心数据网络和信息公开网络，通过这2类网络实现了实验经费数据的存储和监督，进而建立了实验教学经费的可信任回溯机制[24]。郑旭东(2020)等利用智能合约构建了基于区块链的学生综合素质评价系统，系统可在宏观治理层面支持弱中心化的评价联盟运行，在中观评价层面实现安全可靠的数据录入以及可溯源的可信任评价过程[25]。史强(2018)落实教育部关于教育信息化的文件精神，将区块链与数字化校园建设结合，探索智慧校园的发展新路径，为高校智慧校园建设提供参考[26]。

此外，在当前高等教育资源分布不均衡的情况下，黑龙江省加强了继续教育的建设力度，建立了公正互信的区域性继续教育公共服务平台，实现了教育资源的共享和成果认证功能[27]。李新(2018)应用区块链技术构建了开放教育资源新生态，对数字资源和学习证书的管理等进行了重构，以促进开放教育资源的进一步发展[28]。

三、区块链技术在我国教育领域应用所面临的问题

目前，区块链技术在我国教育领域的应用呈现快速增长的势头，并逐步扩展到教育教学的各个方面，包括学历证书管理、资源共享、学习评估等。但是，从实际应用情况看，面临着一些难题和急待解决的问题，成熟的应用平台和系统还不多。

(一)数据产权归属界限不明晰

在传统的中心化管理模式下，数据归责任部门所有。例如，师生教育信息由教务管理部门负责，其归属权清晰。而区块链技术在教育领域的应用具有去中心化的特性，所有数据自动记录。这就使师生教育信息数据的归属权是属于教务管理部门还是师生自己面临质疑；同时，师生也会担心“谁有权创建或者查看学习记录”“谁来查验查看者的身份”“谁来保障数据的安全性”“谁是学习数据的最终拥有者”等诸多问题。

(二)匿名技术尚不成熟，隐私保护存在风险

从隐私保护对象的角度看，目前隐私保护手段可以分为3类。一是交易信息的隐私保护，是指对交易的发送者、交易接受者以及交易信息的隐私保护，有环签名、机密交易(confidential transaction)和Mimblewimble方案等。二是智能合约的隐私保护，是指针对合约业务数据的保护方案，包含零知识证明、多方安全计算(MPC)、同态加密等。三是链上数据的隐私保护，主要有账本隔离、私有数据和数据加密授权访问等解决方案。在以比特币为代表的区块链系统的早期发展阶段，隐私保护的手段主要是通过“假名”来实现用户真实身份的匿名化[29]。但是，目前“假名”的匿名化手段已经不能满足现实应用的需求。教育领域在应用区块链技术的过程中同样面临着隐私保护存在风险的问题。

(三)链上存储可扩展性需求日益迫切，海量数据存储遭遇“瓶颈”

区块链采用链式累加的方式对新增的数据进行管理，但随着时间的推移，需要存储的数据量会不断扩大。随着大数据、云计算等技术在教育领域的普及和应用，师生和教育管理部门产生的数据信息量得以快速增长，区块中记录的数字信息也越来越多。这导致运行全节点需要更多的存储资源，提高了运行门槛；同时，导致存储受限于单节点的存储“瓶颈”。教育领域的上层应用因数据膨胀而带来很大的运维成本，从而增加区块链技术在教育领域的应用难度。另外，随着海量教育信息的不断增加，可能会出现师生和教育管理部门在使用过程中不能实时上传信息的问题，从而降低用户参与的积极性[30]。

(四)技术安全性面临威胁

区块链的安全性，主要是指加密算法的安全性。目前，枚举法、BSGS和Pollard’s rho等算法都有可能被破解私钥。虽然就目前的算力而言，破解私钥是很困难并且是不经济的，但是已存在对用户数据造成威胁的可能。特别是随着量子计算机的发展，在区块链中广泛使用的加密算法的安全性受到了威胁，当前比较热门的一种抗量子计算密码——基于格的密码，是未来的发展趋势[31]。区块链利用代码来创建信任，这对代码的要求提出了很高的要求。著名的The Dao事件就是利用代码漏洞发动的攻击。为此，智能合约的安全，将对代码的漏洞检测提出新的要求。

(五)应用动力不足，开发有难度

从总体上看，教育领域在应用大数据、人工智能、区块链等新技术方面，反应相对迟缓，动力略显不足[32]。究其原因，一是虽然国家对新技术的发展非常重视，但是学校受固有教育管理模式的惯性思维制约比较大；再加上采用基于新技术的平台需要对原有的教学管理系统进行较大的变革，这一过程需要投入大量的人力、财力，对学校来说负担较重。二是区块链技术属于新兴技术，目前国内的开发平台尚不成熟，大部分应用需要从底层开始。对高校而言，教育领域的区块链平台只有联合开发，才能保障“中国芯”，保证自主产权。正是因为区块链技术开发难度大、准入门槛高，再加上大部分高校并未开设区块链相关专业、大部分开发者处于自学状态，所以开发相应平台困难重重，从开发到正式投入使用仍需较长一段时间。

四、区块链技术在我国教育领域应用的设想与展望

Don Tapscott在《区块链革命》中指出，区块链是生产关系的变革，将对现实世界产生革命性的影响。2019年4月，EDUCAUSE(美国高等教育信息化协会)发布的《地平线报告(2019高等教育版)》首次提到区块链技术，并将其列为未来4～5年对教育产生深远影响的技术之一。

(一)区块链技术推动重构未来教育新形态

第四次工业革命(工业4.0时代)将带来教育新变革，混合学习将成为主流，STEAM(science，technology，engineering，arts，mathematics)学习(是指科学、技术、工程、艺术、数学等多领域融合的综合教育)开始崛起，“以学生为中心”的教育理念在教学活动中发挥着越来越大的作用。未来，学生将是课堂学习的主人，教师的角色将从传授者逐渐转变为引导者和协助者。而区块链的独特性可以为未来教育的变革提供很好的底层技术支撑。区块链是生产关系的革命，能够使信用体系、知识产生模式、资源存储架构、共享服务、产权保护、付费方式、教学监管和教学治理等发生变化。区块链赋能未来教育，也使得教学、服务和管理能够适应技术驱动下的知识经济时代对教育变革的刚性需求[33]。

基于区块链的徽章技术为学习者提供了学习知识、获取技能的证据。学习者可以将正规教育与模块化在线课程结合起来，从而更有效地提升知识和技能水平。未来，学习者可以通过区块链技术平台，把从世界各地不同大学获得的学分或者学习成果组合在一起，向认可此种学习模式的教育机构申请认证，从而获取相应的毕业证或者学位证书。目前，英国教育界已积极实践这一基于区块链技术的新型学习模式。

基于我国区块链研究和发展的现状，我国教育领域在重构未来教育新形态方面可以从以下方面进行探索。一是在教育对象多样化层面，可开辟在职学生市场，推出在线学位课程，利用徽章技术进行学习认证，促进全民教育化；二是在数据及学历认证层面，可以构建具有唯一性的学籍档案，从个人接受教育开始记录学习过程、成就以及学历证书等，完整呈现个人受教育历程，从而杜绝学历伪造、冒名顶替等违法犯罪行为；三是在成果交流层面，可以建立智能化学术交流平台，对成果从源头进行追踪和查询，实现知识产权及相关利益的保护；四是在网络学习空间层面，可优化和重塑网络学习生态，实现社区的“自组织”运行，根据语义联系将成员发表的各个观点生成可视化的知识网络图，并随着观点的不断生成和进化发展，聚小智为大智，形成具备无限扩展能力的群体智慧网络；五是在社会需求层面，构建不可篡改的个人能力信息区块，以便于学校与企业有效对接，促进产学结合，实现“从专业到职业”的人才培养；六是在去中心化的教育新模式层面，可建立面向社会的教学服务监管和教育治理模式，使教育走向全面开放，形成全民参与、协同建设的一体化教育系统。

(二)区块链技术助力打造智“链”校园

人工智能、区块链、5G、大数据、云计算等技术的迅猛发展深刻改变着人才需求和教育形态，智能环境不仅改变了教与学的方式，而且已经开始深入影响到教育的理念、文化和生态[34]。随着区块链技术发展上升到国家战略层面，预示着教育开启了进入“以学生为中心”的生态化、智能化的智“链”校园新时代。例如，在日常校园生活中，一卡通系统肩负着校务管理、身份认证、电子钱包、支付结算等多种功能，但一卡通在使用过程中存在财务结算不便、易丢失易损坏等缺点。而通过借助区块链技术，就可以结合生物信息实现身份认证、利用智能合约特性实现自动结算等，从而解决一卡通系统存在的一些问题。

此外，基于区块链技术还可以搭建虚拟校园生活社区，例如，将虚拟币作为学习奖励，学生通过学习成绩赚取奖励，并以获得的虚拟币抵消一部分学费或者在学校商店购买日用品，这将有利于帮助经济困难学生完成学业。还可以通过区块链技术为学生创建个性化的学习和成长助手。例如，助手系统可跟进学生的学习进度，保护和验证学习记录，用于实现课程记录和成绩管理；可收集学习日志和成绩信息，用于评估学生的学习过程和学习态度，以便于教师对学生进行一对一指导，满足学生个性化发展需要；可动态关注学生的经济、精神等生活状态，及时对有困难的学生进行有效的干预和帮助。

(三)区块链技术促进教育(教学)管理模式改革加快步伐

由前牛津大学学者创建的世界上第一所区块链大学Woolf University，号称是世界上第一所“没有围墙的大学”，旨在提供一套一对一的教学体系，并利用区块链技术打造未来教育管理新模式，从而去除教师与学生之间的种种管理体制，保护教师和学生数据的所有权，进而解决高校的教学支持服务和学习路径中存在的一些难题[35]。

智能合约是智慧教学和管理的技术基础，智能合约的应用可以帮助建设智慧教学和管理体系。对高校而言，无论是科研项目及其经费管理，排课、工作量统计等教务管理，还是教师个人情况、学生获奖和资助情况等各类师生信息，往往都存在数据分散、孤立地存在于各个部门的问题，从而导致在季度、年终考核或者报送上级部门时，由于数据格式不一致，还需要进行人工统计和数据汇总，既费时又费力。如果利用区块链技术建设学校智慧管理系统，通过设定相应的智能合约代码，系统就能够根据部门申请和智能合约代码自动比照相关数据类型、标准、范围、数量等内容以及电子签名等，从而进行核验并自动传送数据。这有利于提高数据统计效率，打破数据壁垒，便于部门之间数据交流共享。

例如，目前高校间的学分互认往往需要学生提交纸质申请、学院和教务部门进行盖章核验、最终由教务部门手动录入系统等步骤，工作效率低且容易出错。如果利用区块链技术通过智能合约建立学分互认系统，就可自动完成学分认定和转换，提高信息化水平。再如，利用区块链技术可改造学校财务系统，从而将教师从报账等繁杂的事务中解放出来，专心于教学和科研；同样，智慧管理系统还可自动监管学生的学习生活社区，自动屏蔽和删除社区上的不当言论，营造良好的舆论环境。

综上所述，技术创新催生的开放教育、终身学习等将重塑传统教育机构的使命和组织形式，推动技术赋能教学环境下的教育变革。区块链的快速发展，为基础教育、职业教育、高等教育、继续教育等各层次教育领域的发展变革提供了技术基础和实践方向。随着区块链在金融等领域的深入应用，“区块链+教育”的新业态已从概念走向现实[36]。目前，区块链技术在我国教育领域的应用有限，主要集中在教育资源管理领域、教育(教学)信息管理领域、教育基础平台建设领域等3个方面，尚处于起步阶段。而且区块链技术在教育领域落地仍面临诸多的问题和“瓶颈”，如教育区块的跨链和扩展技术、教育并行智能区块链技术和教育区块链数据分析等关键技术仍有待进一步研究和解决。虽然区块链技术在教育领域的应用目前尚困难重重，但教育相关部门已经意识到区块链在教育变革过程中的巨大潜能，相信不久的将来，定能有大量的“区块链+教育”应用落地。因此，期待更多的学者、教育者参与其中，共同解决目前所面临的难点和问题，加快挖掘区块链在教育领域应用的潜能，充分发挥区块链推动传统教育变革和发展的作用。

资助项目：教育部本科专业职教师资培养资源开发项目“农业水利工程专业培养资源开发项目”，项目编号VTNE048。