基于区块链教育管理系统的设计与应用研究

◆朱庆宏 苗泽惠

（1.吉林建筑大学经济与管理学院 吉林 130000；2.吉林建筑大学经济与管理学院 吉林 130000）

《“十三五”国家信息化建设》提出加强区块链等新技术基础研发和前沿布局，故区块链技术又被称为是继互联网、大数据、物联网、云计算又一颠覆性前沿技术，2019年10月25日，习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时强调：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。作为去中心化的网络技术框架，区块链已经在金融、公证、数字资产领域获得广泛应用。如果把区块链技术应用到教育管理系统领域也是大有可为。教育系统领域层面主要包括在线教育、档案管理、学历认证、评教系统、教育投入产出等等，由于互联网具有数据不安全和隐私泄露的风险，基于区块链技术所具有的去中心化、数据不可篡改、可匿名、自信任、可编程、真数据等特点，通过区块链技术可解决数据真实性和安全问题。

1 区块链的概述

1.1 区块链的概念

区块链技术是继互联网又一颠覆性前沿技术，起源于学者“中本聪”发表的奠基性论文《比特币：一种点对点现金交易系统》，目前尚未形成统一的定义，狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以链条的方式组成的特定数据结构，以密码学的方式保证的不可篡改、不可伪造的去中心化共享总账，能存储简单的、有时间顺序的，能在系统内验证的数据。

1.2 区块链的特点

从区块链的概念中可总结出：区块链技术具有去中心化、数据不可篡改、可匿名、自信任、可编程、真数据的六大特点

1.2.1 去中心化

区块链以P2P 网络为支撑，所有节点共同参与、共同监督。不再依赖第三方机构提供的数据服务，各个节点之间在相互信任的基础上实现点对点交易。

1.2.2 数据不可篡改

区块链采用分布式共享式总账，记录着按照时间顺序加入的不同的区块。同时利用哈希算法将所有交易数据的哈希值作为叶子节点构造Merkle 树，树根作为Merkle 树的哈希值被记录到区块头部。当有一个数据区块发生改变时，将引起整个哈希序列的改变，同时分布式总账记录了完整的数据区块，局部的改变并不影响区块中记录的账簿数据以及区块数据本身的不可篡改性。

1.2.3 可匿名

区块链系统的信任机制和交易均记录在哈希非对称加密算法中，无须第三方的参与，只要用户掌握了哈希地址和密钥，就能实现点对点交易和节点间的信息交流，从而保护个人隐私。

1.2.4 自信任

区块链利用哈希算法生成Merkle 树和区块链地址，采用智能合约和非对称数据加密技术对数据进行签名验证，同时借助PoW 等共识机制构建节点间的相互信任，使各节点能够自动安全地交易。

1.2.5 可编程

区块链是一个公共开放的平台，任何人只要通过了签名验证信息，就可通过区块链系统的数据区块和代码在公链或私有链中进行编程应用，定义数据区块，更新数据区块，编写相关去中心化脚本代码。

1.2.6 真数据

区块链具有时间戳的属性真正实现了数据的不可伪造、有迹可循。每个节点都可以复制一份完整的数据，当少数节点发生故障时并不影响数据的有效性，除非51%以上的算力同时被操控，否则篡改节点上的数据是无效的。

2 通用区块链教育管理系统的设计

通用区块链教育系统主要按照应用层、控制层、感知层、管理层、网络层五个层次进行设计，应用层主要满足教育管理、教育资源与学习等需求，具体包括学分银行、档案管理、评教系统、教育投入产出系统。控制层主要通过用户身份信息验证其是否满足准入条件。也可以通过监控、大数据来了解用户的偏向，通过智能技术和推送来满足用户所需的教育云和区块链服务。通过区块链服务和互联网服务的感知层，来获取用户的不同需求，以提供教育资源的按需服务和数据区块封装，在管理层中通过加密算法、智能合约进行签名和验证信息，在P2P 网络和链式存储的条件下，通过智能合约实现数据区块的对应链接。

图1 通用区块链教育管理系统的设计

3 区块链在教育系统中的应用

3.1 区块链技术应用于学分银行

区块链技术运用到金融领域最早起源于中本聪创造的比特币协议，人们通过电脑以挖矿的形式开采属于自己的数字资产。如果把区块链技术运用到在线教育领域，借助前人思维，把线上课程作为一个个“小矿机”，学生通过电脑或手机进行在线学习，我们把此过程称之为“采矿”或“挖矿”，学生就充当了“矿工”的角色，当完成一门课程之后，学生获得了属于自己的学分和学习货币，而这些“小矿机”就是属于老师的教学成果。当老师录制完课程打包成数据区块并上传至区块链教育系统中供学生进行“挖矿”，老师依据学生的开采量获得一定的教学货币和教工分。教学货币可以作为教师评奖、评职称的加分项，学生获得的学习货币可以在区块链教育系统中购买自己所需的课程进行学习。学生也可以发布自己的学习资源、学习心得，当有需求的时候，学生可通过区块链教育系统中智能合约技术用学习货币进行支付交易。

3.2 区块链技术应用于档案管理

区块链技术具有真数据、可编程的特点，如果能把区块链技术应用到学生的档案管理中，将大大减少烦琐的人力、精力。从学生踏入学堂的那一刻起，以私有链的方式来记录每个人的学历、获奖证书等信息，通过区块链服务，封装成具有时间节点的数据区块。随着个人成长经历的丰富，由学校的档案管理部门记录着每位学生的学历信息、奖惩记录、个人技能，当发生变动时由专人负责区块更新。当学生毕业，用人单位需要对学生的档案信息进行查询时，由档案管理员和学生本人进行在线签名，通过密钥的形式进行验证查询。这不仅保护了学生信息的完整性和真实性，同时节省了用人单位在选拔人才方面所花费的时间和精力，节省了资质证明、学历证明的烦琐流程，有效打击了学历造假、资质造假等不诚信行为。

3.3 区块链技术应用于评教系统

区块链技术具有匿名性、真数据的特点，可将区块链技术运用到教务管理的评教系统中。学生对老师的评价内容主要包括课前准备（备课笔记、教案、教具）、课堂教学规范（教学大纲、教学计划进度表、记分册、点名册和教材）、授课能力（板书设计、语言表达、互动教学）、教学效果、教学态度等等，可以把评价内容分为五大模块，学生登录教学评教系统，管理员验证其签名信息，并根据其选课情况，对应任课教师的评价数据模块，管理员根据每位学生的评价结果和留言进行统计整理，并根据其评价分数分为优、良、一般、差等级别，对评价优、良的老师进行教工分奖励，对评价差的老师进行警示并作出扣除一定教工分的惩罚，之后上传至区块链教育系统中，供全校师生进行监督。

3.4 区块链应用于教育投入产出系统

在高校内部建立一条基于教育内部管理的教育投入产出公有链，整合财务管理系统、学生资助管理中心系统、校友捐赠系统。建立资助经费收支区块链，由资助经费来源单位通过智能合约签名验证受助人信息，并根据往来账目计入资助区块链，由资助负责人直接把资助金打入受助人账户，从而简化审批流程。建立财务报销区块链，可将带有时间戳的报销凭据以图片的格式上传至财务报销区块链中，由财务报销系统管理员通过加密算法、智能合约的方式验证其报销凭据，核实无误后可直接将报销费用打入报销人的账户，从而简化了签名、盖章等流程，提高了报销效率。建立校友捐赠区块链，用于投资建设母校，以促进母校发展。基于区块链技术不可篡改和具有时间顺序的特点，可以把校友捐赠的每一笔资金实时记录到校友捐赠区块链中，同时对资金去向进行追溯，保证校友捐赠资金的透明性。

图2 教育投入产出公有链

4 总结

区块链运用到学分银行，在保护创作者的知识产权的同时，调动了老师的工作积极性和学生的学习主动性。大大提高教学质量和学习效率。区块链运用到档案管理中，减少了档案管理工作者的工作量，提高了档案管理工作效率，更重要的是保证了学生档案的安全性和私密性，打击了学历造假，资质造假、学术造假等不诚信行为，同时对企业来说，节约了企业人才雇佣的成本。区块链运用到评教系统中，基于区块链的匿名性，打破了传统评教系统的形式主义，更真实地反映老师的教学水平，从而促使教学质量提高。区块链运用到教育投入产出系统，使校园财务管理和资金往来更加透明化、简洁化。区块链技术是21世纪继互联网又一颠覆性前沿技术，去中心化的网络架构打破了传统教育系统的种种束缚，将区块链技术运用到教育管理系统中具有重要意义。