区块链在高校教务管理中的应用研究

田钊 王超 赵军

摘 要：教务管理是高校人才培养过程的重要环节，教务管理信息化为教育工作起到了极大的推动作用。随着数据和用户的不断增多，高校教务管理存在数据信息易被篡改、资源共享不够全面、用户信息可能会被泄露、教学人力物力浪费、存储安全防护性能较低、知识产权保护欠缺等问题。本研究将区块链技术引入其中，提出高校教务管理数据共识机制及共享模型，构建基于区块链的高校教务管理一体化平台，在保证高效完成教务管理工作的基础上，能够确保教务管理过程中数据的安全可靠和全面共享，最终为实现智慧校园提供重要支撑。

关键词：区块链;教务管理;数据安全

区块链技术在产业变革和科技研发中起到了重要的作用，并不断延伸到数字金融、智能制造、智慧医疗等多个领域。2020年，教育部印发了《高等学校区块链技术创新行动计划》，提及落实区块链在教育重大战略中的任务安排，探索区块链在高校人才培养、教师授课认定等方面的应用。借助区块链技术，不断加快智慧校园的前进步伐，可以更好地推动教育事业的发展。

区块链技术是把加密数据以区块的形式按照时间顺序进行链式连接而形成的永久且不可修改的消息记录。从某种意义上讲，我们可以将区块链技术看成一种新的可靠的信息传递技术，也可以将其看成一种新的数据分布式存储技术。区块链中各节点利用分布式共识机制自主形成一致的决策，不需要中心协调和监管机构，具有去中心化、防篡改、安全等特点。

教务管理是高校业务工作的重要内容。随着信息化的发展，我国已形成较成熟的高校教务管理系统。该系统用户繁多，关系复杂，层级较多，主要功能包括培养方案提出、授课计划部署、教学任务制定、排课选课管理、考试考场安排、成绩管理、毕业离校审核、学籍学位管理、教工学生管理等，服务于学生、一线教师、教务管理人员，能够公开教学资源，发布教学通知，保障教学运行。

将区块链技术引入高校教务管理，能够与高校师生管理、学生升学就业管理、教学资源共享、绩效奖励评价等多方面进行深度融合，对高校教务管理的高效稳定发展具有重要的推动意义。2017年，欧盟发布了《教育中的区块链》，介绍了区块链技术在教育应用中的一些基本原则及基于区块链技术开发和落地的各种应用方案。當前，我国教育部明确提出要积极探索基于区块链技术的智能学习成效记录、成果认证、转移转化等方案。构建基于区块链的高校教务管理一体化平台，能够确保教务管理过程中数据的安全可靠和全面共享，不断提高高校教务管理水平，为高校的人才培养过程提供一种新的管理方式。

一、高校教务管理中存在的问题

我国高校教务管理信息化水平越来越高，已能满足学生和教师的大部分需求，不仅有效提高了教学效率及效果，也较大幅度地提升了学校整体的管理水平。目前，大部分教务工作都是以线上半自动和线下全人工相结合的方式完成的，如教师对学生期末成绩评定的工作。教师在获取学生期末考试试卷后，通过线下试卷批改给出学生的期末试卷成绩，叠加学生线下的平时成绩，登录教务管理系统对学生的成绩进行录入，线上生成学生期末成绩单，教师打印后线下签字提交给院系教务管理部门，负责教务管理工作的教师对成绩单进行线上线下审核，确认无误后提交给学校教务处审批并存档，整个过程线下线上相结合完成。由于线下审批流程较多，涉及人员较多，如果成绩出现问题很难进行人员责任认定，也存在效率低下和人力物力浪费的问题。

目前高校教务管理系统存在的问题主要包括以下几个方面。

第一，数据信息易被篡改。教务管理系统存在较多的线下审批流程，容易出现部分数据信息被篡改的问题，无法保证数据的真实性和一致性。

第二，资源共享不够全面。高校中各院系一般都有各自的教学资源服务器，而这些教学资源一般较少被其他院系的师生知晓，使得教学资源不能有效共享，从而使得宝贵资源的真正价值不能有效发挥。

第三，用户信息可能会被泄漏。学生和教师的个人信息一般以明文的方式存储在中心服务器或分布式服务器中，如果服务器遭到恶意攻击，会造成大量信息泄露。

第四，教学人力物力浪费。当前教务管理过程中存在较多的线下工作，在业务对接的过程中可能因为沟通不畅，造成数据不断修改和完善，造成人力物力的严重浪费。

第五，存储安全防护性能较低。很多高校的教务数据库都是中心式存储方案，网络意外或恶意攻击有可能造成教务系统瘫痪。

第六，知识产权保护欠缺。高校教务系统中存在大量教师的教学大纲和授课内容等具有版权的资源，如果没有资源版权的认定，可能造成教师的资源被盗用和滥用，最终影响教师高质量教学资源的共享，造成教学资源的浪费。

二、高校教务管理数据共识机制及共享模型

区块链作为分布式网络系统的代表，采用特有的共识机制协调网络中所有节点的存储数据保持一致。将院系、教务处和教师等以节点的形式加入区块链，网络中所有节点都有参与记录教务管理数据的权利，通过共识机制选择符合条件的节点作为出块节点，出块节点将需要记录的教务管理数据打包成区块并发送至其他节点，所有节点根据自己持有的数据对区块中的数据进行验证，验证通过的区块被节点各自存储一份，保证每个节点存储的教务管理数据都是最新且相同的，共识完成的区块被链接在教务管理区块链上。

共享模型将高校教务管理与区块链相结合，利用区块链的去中心化特性对高校教务管理数据进行分布式存储，并利用智能合约技术将繁杂的教务管理工作转化为可执行的代码，简化教务管理过程，其主要功能包括数据安全存储、数据共享、数据处理等。在共享模型中，数据上传的过程是由教师节点将数据发送给院系、教务处进行审核，审核通过后利用加密技术对数据的隐私部分进行加密并提交到区块链网络中，通过共识机制，数据存储在区块链中并被所有节点知道。例如，统计学生个人信息时，学生的信息数据经过院系审核后拟上传至区块链，由于信息包含了身份证、家庭住址等隐私，要对这些隐私字段进行加密后才能提交到区块链网络中。查询区块链上的数据时，一些公开的数据可直接在网络中查询，而一些被节点加密、比较私密的数据，需要向相应节点申请权限，得到授权后才能进行查询。再如，教师个人教案属于私人数据，当其他教师想要查询某个教师的个人教案时，需要向该教师节点申请访问权限，获得授权后才能对相关信息进行查询。经各院系协商后，共享模型将一些常见的业务处理流程转化成相应的智能合约代码，当数据被提交到区块链网络中时触发某种条件，便会自动执行对数据的操作，以此代替传统的人工操作。例如，计算学生期末成绩时，只需提交学生的期末考核成绩和学生平时成绩到区块链网络中，触发相应条件后自动执行智能合约，智能合约会根据成绩占比将两种成绩相加计算出学生的最终成绩。

三、基于区块链的高校教务管理一体化平台

基于区块链的高校教务管理一体化平台采用Hyperledger Fabric作为区块链底层，以联盟链作为区块链形式，参与主体包括系统管理员、院系教务管理部门、教务处、教师等。系统管理员是系统的开发人员和维护人员，主要负责常规的环境配置、智能合约部署、软件更新等系统维护工作，不被允许访问用户隐私数据;院系教务管理部门、教务处负责对教务数据进行处理和管理，作为全节点接入区块链，具备数据读取权限、数据写入权限、授权权限;每位教师都是一个教师节点，教师节点通常作为数据的源头，具备提供数据和读取数据权限、授权权限。

在平台中，对于学生信息、学生成绩、教师教学安排等需要经过学校审核才能公开的教务数据，教师节点将其通过平台提交到院系教务管理部门或教务处，院系教务管理部门或教务处审核数据是否合规，审核通过就可以提交到区块链网络中。对于教师个人教案、教师个人教学方法等可以由教师节点自行处理的教务数据，教师节点可以选择以加密或不加密的方式将这些数据提交到区块链网络中。其他教师节点可以在平台上随时查询区块链网络中公开的数据，当需要查询某位教师的个人教案时，需要得到该教师的授权。教师节点可以通过授权决定谁有访问自己个人教案等私人数据的权利。对于一些原始数据，需要被计算整理后才能公布。例如，已经得到学生期末考核成绩和学生平时成绩，需要按比例计算得到学生的最终成绩，平台将成绩计算过程转换为智能合约代码部署在区块链网络中，一旦有能够触发计算的事件发生，智能合约就会自动执行，完成学生最终成绩计算，其间不需要人为参与。

基于区块链的高校教务管理一体化平台具有以下特点：

第一，保证教务数据的安全性、不可篡改性。教务管理数据由所有节点共同维护，平台中每个节点都存有区块链上的数据，保证了教务数据的安全。教务数据的变化都被记录并公开，保证了数据的不可篡改性。

第二，保证教务资源得以有效共享和充分利用。教师将自己的教育资源数据公开分享至网络中，其他用户可以对区块链上的数据进行查询，实现教育资源互通，消除了院系与院系之间的界限，使优秀的教学资源被所有人知晓。

第三，保证节点的匿名性，防止被攻击，保护隐私信息。所有节点均使用公钥地址与区块链交互，彼此的真实身份无法探知。节点拥有很强的匿名性，使得通过网络对特定节点进行攻击的难度增大。节点通过私钥对涉及隐私的信息进行加密，其他节点无法获知经过该节点私钥加密过的内容，从而可以保护教务数据中用户信息的隐私。

第四，简化教务管理过程中的工作流程，减少资源浪费。院系、教务处和教师等通过协商制定智能合约，将繁杂的教务管理工作形成可执行的合约代码部署在区块链网络中，通过事件触发的形式自动执行。执行过程不需要人员参与，减少了人力物力的消耗，也避免了因为沟通不畅导致的操作不统一和数据频繁被修改。

第五，保护教育资源的知识产权。区块的时间戳既保证了区块的顺序，也为每一笔交易数据提供了独一无二的身份证明。这种链式结构和时间戳属性，使得教师教学资源很容易查找和认证，极大保护了教师教学资源的知识产权。

下面以高校教务管理一体化平台中教师对学生期末成绩评定的业务为例，来说明教务数据信息的无法篡改和管理高效等特点。

第一步：教师登录高校教务管理一体化平台，将各科期末试卷成绩和学生本学期的平时成绩录入平台中，并使用私钥对录入的数据进行签名，成绩录入完成后触发部署在区块链上的智能合约，合约执行将期末试卷成绩叠加学生本学期平时成绩计算出学生最终成绩，生成学生期末成绩单。第二步：院系教务管理部门通过高校教务管理一体化平台获取学生成绩单，教务管理教师对成绩单进行审核，确认无误后将审核通过的成绩单使用私钥进行签名并发送到平台中。第三步：学校教务处通过高校教务管理一体化平台获取教务管理教师审核通过的学生成绩单并进行审批，审批完成后通过私钥签名公布至平台。

以上过程包括数据共识、身份认证、智能合约自动执行等。具体来说，利用加密技术对学生成绩数据进行加密，有效保护数据隐私;在区块链中对传输的数据进行签名，便于进行数据认证操作;通過触发条件执行智能合约计算学生成绩，简化教师操作。整个成绩评定过程（包括数据上传、成绩计算、成绩单审核和审批等验证传输操作）都在区块链上通过节点来完成，保证数据不会被篡改，也可以对数据进行准确的追溯。

区块链作为一种新兴的网络技术，因其去中心化、安全、可靠的优势与高校教务管理需求相匹配，为高校的教务管理模式改革提供了技术更新的新契机。课题组将区块链技术应用到高校教务管理系统，提出基于区块链的高校教务管理一体化平台构建，并通过学生期末成绩评定工作分析了一体化平台的具体流程和优势，从而有效解决当前教务管理系统存在的一些问题。

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责编：瀚 海