区块链技术在高等教育中的应用

庞阿倩,万 冰,郝 龙,诸葛姗姗

(兰考三农职业学院,河南 开封 475300)

0 引言

近年来,作为分布式公共账本的区块链技术得到了世界各国的重视。目前,区块链已被应用到金融、医疗、教育、供应链、数字版权等领域,在一定程度上形成了行业应用模式和应用案例。在高等教育领域,“区块链+高等教育”是未来教育发展的方向,它凭借去中心化、去信任化、不可篡改性和公开性等特征可以有效地解决传统教育中存在的弊端,以此构建高等教育新形态[1]。本文以区块链技术为核心,将其应用到高等教育中,有利于改进高等教育模式、共享优质数字教育资源、优化教育管理。构建基于区块链技术的高等教育应用管理系统架构,并阐述了具体的应用路径,最后从政府、企业、学校角度提出融合发展保障措施,期望为区块链在我国高等教育领域的应用提供参考,为高等教育管理系统建设提供新模式,推动高等教育信息化发展。

1 区块链技术的应用价值

2016年,工信部颁布的《中国区块链技术和应用白皮书》指出,区块链技术在教育领域具有重大应用价值,“区块链+高等教育”可能成为中国高等教育变革的重要方向[2]。2020年,教育部发布《高等学校区块链技术创新行动计划》指出[3],区块链与高等教育的深度融合创新了教育新生态。“区块链+高等教育”的概念已经落地,为全球的教育教学模式、资源共享、教育管理3大领域的变革提供思路,促进高等教育的发展与进步。

1.1 改进高等教育模式

传统高等教育普遍按照固定时间开展教育,教学内容以教材知识为主线,教学方式以教师讲授为主,教学方法单一且缺乏灵活性,教学评价以试卷形式检验学生知识的掌握程度;学生在课堂上普遍被动接受知识,学习参与度较低,学习的个性化受到一定限制。虽然这种模式在培养人才方面有一定的合理性,但是教学若能真正“以学生为中心”进行因材施教,将有利于实现教育的个性化和全面化。“区块链+高等教育”能够利用区块链全网节点记录学生学习的全过程,包括正式和非正式的、在线或者离线式的学习经历,这些记录帮助教师掌握学生的学习情况,从而设计符合学生需要的教学模式;同时借助大数据技术对学习者学习特征进行精准分析,为其提供针对性、个性化的学习方式。此外,利用区块链建立真实、可靠的学生个人档案,为学分管理、证书认证、信用评价等提供精准化的数据,实现高质量的人才培养。

1.2 共享优质数字教育资源

随着“互联网+教育”的不断发展,具有数字化、网络化、多样化等特征的数字教育资源成为高等教育领域的主流资源,例如以慕课为代表的在线课程资源、虚拟仿真资源等。当前,各高校均独自建设校本数字资源,导致资源建设分散、重复且质量良莠不齐,缺乏有效的监督与审核;教育资源平台多样化,难以统一管理,资源共享存在一定难度;在共享中平台可能受到攻击,导致学习者隐私可能被泄露;此外数字化资源的知识产权问题也亟待解决。在资源建设、存储、共享中融入区块链技术,构建去中心化、流通高效率的数字教育资源新形态[4]。区块链各节点能够实现人人皆可参与资源的建设和管理,实现资源共享,时间戳、智能合约保证资源的安全性,共识机制确保资源的质量。

1.3 优化教育管理

随着教育信息化的快速发展,建立一流的现代化教育管理体系是建设智慧校园、实现教育现代化不可缺少的重要工作。目前,有些高校没有真正将信息化技术与学校管理工作充分融合,使得教育管理效率不高,教育管理系统的基础建设存在明显不足,导致教育数据的记录不完整、数据分析与应用不充分,难以提供精确的决策与治理;教育管理从上到下没有形成统一的管理机制,出现严重信息孤岛现象。区块链技术利用自身的技术优势能够全面掌握教育管理中各层面的现状,如教师教学、学生学习、设备资产等信息,更好地服务于师生;加强不同部门自上而下的紧密联系,做到信息真实、公开、透明化。“区块链+教育”管理改变了传统教育管理的理念与方式,提升教育管理的高效能化,推动了高等教育的进一步发展。

2 “区块链+高等教育”系统架构

参考现有的系统模型,以区块链技术在高等教育中的应用为系统框架设计的出发点,以区块链为技术核心,以学生、教师、企业、高校为服务对象,设计了集数字证书验证、学分认证、教育评价、数字教育资源、在线学习于一体的管理系统。此系统包括核心技术层、应用层、用户层、数据层,可实现对用户信息的管理和使用,如图1所示。

图1 “区块链+高等教育”系统架构

2.1 用户层

用户层是区块链各节点人员,包括学生、教师、高校管理人员、企业人员、教育部人员等,其中教育部人员属于主节点监管中心,检验其他节点信息的真实性;高校管理人员、企业人员、教师可以查看学生所学课程、学分获得、学历证书获得、实习过程等数据,起到管理与监督作用;高校管理人员可通过系统查看、监管教师的教学、科研等数据。区块链各节点用户共同记录、存储学生的学信大数据。

2.2 应用层

应用层是区块链业务的具体实施层。业务主要分为5方面,分别为数字证书验证、学分认证、教育评价、数字教育资源共享、在线学习。将学生的数字证书信息、学分信息、资源使用信息、在线学习信息等进行采集与录入,实现查询与验证、应用。

2.3 数据层

数据层是区块链式的学信数据结构层。区块链每一个节点都按照块链式结构记录、存储完整的数据,使用分布节点共识算法来生成和更新数据,验证其有效性,采用点对点传输实现各节点数据的流通,时间戳保证数据不可被篡改,最后将数据应用到不同的教育场景。

2.4 核心技术层

主要技术层分别为分布式存储、非对称加密技术、共识算法、智能合约、P2P协议。(1)分布式存储:将数据分散存储到多个地方的数据储存技术。通过分布式存储技术可以实现每个区块都是一个独立的存储节点,实现资源去中心化和资源的点对点传播。(2)非对称加密技术:由于区块链存储的信息是透明、公开的,但是用户的信息是高度隐私的,只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到,非对称加密和授权技术保证了数据的安全和个人隐私。(3)共识机制:这是所有节点记录数据时如何达成共识、认定数据记录有效的算法,也是防止数据篡改的算法。(4)智能合约:它基于可信的不可篡改的数据,是可以自动地执行一些预先定义好的规则和条约[5]。当被触发时,自动执行符合该条件的合约动作。(5)P2P协议:实现节点与节点数据去中心化的传输。

3 “区块链+高等教育”应用路径

区块链技术凭借分布式存储、加密算法、共识机制、时间戳、智能合约等技术优势,在国内外高等教育领域受到广泛关注。为了实现区块链技术在高等教育领域中的应用,构建了基于区块链技术的数字证书验证平台、学分认证平台、教育评价平台、数字教育资源平台、在线学习平台,应用路径如图2所示。

图2 “区块链技术+高等教育”应用路径

3.1 构建数字证书验证平台

高等教育领域中,学历证书、“1+x”职业技能等级证书、荣誉证书等代表一个学生具备的技能,是其学习结果的证明。传统电子版或纸质版的证书面临着数据丢失、造假等现象;“1+x”职业技能等级证书更是面临考核评价标准不统一、证书可信度难以保证、课程与证书间缺乏衔接等问题[6]。而区块链中每个区块按照时间顺序记录学生所有的学习过程和学习成果的数据,当学生通过证书考核、认证的标准后(共识机制成功交易),自动获得相应的区块链学历证书、职业技能等级证书或荣誉证书。如果要查看、核验证书的真伪,则扫描证书上的二维码即可看到详细的信息。区块链技术下的数字证书具有权威性、不可篡改性,在学生就业时为用人单位评估学生的职业能力提供了真实依据。目前,国内外已有相关的教育情境案例,例如麻省理工大学利用区块链技术为学生颁发数字文凭和成绩单,格拉斯哥大学利用区块链技术存储学生的成绩和学位等信息。

3.2 构建学分认证平台

大学生毕业需要满足的条件之一就是修满学校规定的学分。学分认证的权威性、有效性至关重要。通过区块链技术记录学生在非正式学习和正式学习过程中的数据,形成一个分布式账本,构建每一个学生个人的学信数据集。当学生完成学习任务后,通过共识机制生成学习数据,按照智能合约自动匹配数据库中对应的学分进行认证,使得学生获得相应的学分。而教师、教务管理者共同编制学分管理方案作为区块链中的智能合约,主要包括学习过程和学习结果的考核标准。职业学院的学生可以申请将所修的学分转换成对应的职业技能等级证书,这个转换过程是自动完成的,且获得的证书是权威、真实的。此外区块链技术按照时间序列记录学生的学分认证情况,避免篡改、刷学分现象的发生[7]。

3.3 构建教育评价平台

教育评价改革一直是教育领域的重要问题,对教育发展影响深远。基于区块链的教育评价利用区块链技术把各评价主体以节点的形式加入到区块链网络,各主体共同对记录与存储在分布式账本的学生学习过程和学习结果的数据进行基于大数据的综合评价,给予学生更加客观、有针对性地学习指导与学习服务,解决评价主体少、评价重结果而轻过程的问题;利用非对称加密算法的公开密钥和私有密钥,确保教育评价数据公开、透明的同时,保证学生个人信息不被泄露。此外,智能合约和共识机制可以解决执行难的问题和可能存在的暗箱操作,促进教育公平[8]。“区块链”+教育评价能够实现评价的个性化、精准化、公平化,更有利于学生的发展。

3.4 构建数字资源共享平台

在推进教育数字转型背景下,构建开放、共享、高质量的数字化教育资源内容和平台是必不可少的。当前,高校数字资源建设仍存在一些弊端,而区块链技术与数字资源融合,为数字资源的共建共享、质量管控和长效发展提供有效路径。各高校建立联盟作为联盟区块链上的节点,每个高校内部建立私有链作为私有链上的节点,这些节点的主体共同管理数字资源,消除高校之间资源孤岛现象。将资源上传到平台时,平台利用区块链的智能合约进行自动审核,审核通过后传播给每一个节点,节点上的共识机制完成资源的认证,最后资源按照时间戳发布,保证资源的质量。再者,利用区块链的分布式存储、智能合约、时间戳可以对资源的购买、分享、下载等行为进行追溯,强化资源管理。各高校共同建立区块链技术支持下的资源平台,为资源的可持续发展提供了保障。

3.5 构建在线学习平台

互联网资源凭借学习时间和空间不受限制、满足个性化学习需求等优势在高等教育领域受到广泛关注。虽然它在一定程度上能弥补课堂学习的不足,但是学生的学习效果、学习积极性、学习互动性难以得到有效保障。而区块链技术支持下的在线学习模式利用分布式存储和时间戳记录学生全部线上学习的数据,保证学习数据的真实存在和不可篡改;当任务完成后,预先设定的智能合约会自动生效,按照规则发放给学生不同数量的学习币,这些学习币可以用来购买其他学习资料;而非对称加密算法保证了学生信息的安全,它决定查看学生隐私的权利。区块链的去中心化特征能让学生直接获取到更多优质的跨平台、跨机构的在线学习资源,实现资源与学习者之间的直接传送,提升资源的使用率。

4 保障策略

区块链技术的应用是从金融逐渐延伸到医疗、物流、制造、销售、教育等领域,它为这些领域的改革起到了推动作用。在高等教育领域,国内外已有不同教育情境的实践应用。未来,要实现“区块链+高等教育”由浅层的实践向精细化、具体化的实践方向转变离不开政府、企业、高校的协同管理。

4.1 政府层面

近年来,区块链技术与教育融合的落地,得益于各国的政策支持,例如欧盟发布《教育中的区块链》、美国发布《地平线报告》(2019高等教育版)、中国发布《教育信息化2.0行动计划》等。为了促进区块链在高等教育的广泛应用,我国政府要对研究区块链技术走在前沿的高等学校给予充足的资金支持,为技术的成熟提供资金保障;其次,出台区块链技术应用于高等教育的监督与管理的法律法规,为技术的应用提供法律保障;最后,加快对区块链技术人才的培养,鼓励高校开设与区块链技术相关的专业和课程。

4.2 企业层面

区块链技术的研发和应用离不开企业的推动与引领,因此,企业要与高校建立校企合作、产教融合的机制,为“区块链+高等教育”的应用起到辅助作用。一方面,企业与高校共同探索区块链技术在不同教育情境中的应用,同时企业积极为区块链的落地提供充足的资源,推进“区块链+高等教育”的进程。另一方面,企业要加快核心技术研发,完善区块链技术自身的不足,提升技术创新;积极推进区块链技术成果转化,提升在高等教育领域的应用效率。

4.3 学校层面

高等职业学校是培养高素质技能人才的主体,也是推动区块链变革高等教育的主体。高校要从内外2个方面促进区块链技术在高等教育中有效应用。一方面(内在),高校要积极组建区块链技术攻关团队,对区块链技术在高等教育领域深入应用中的前沿、趋势、难点等问题进行研究探讨;加强与企业的合作,推进区块链技术在高校的多情境应用。另一方面(外在),高校应当抓住全球“区块链+教育”研究的机遇,加强与国外高校、机构等合作,借鉴相关经验,推进区块链技术在本校教育中的深入融合。

5 结语

高等教育与区块链融合的应用层面处于初级阶段,未来要实现更广泛的应用仍面临技术本身的挑战和技术应用的挑战,包括算法、智能合约、数据隐私与安全等问题[9]。为了破除区块链技术在高等教育应用中的绊脚石,国家、学校、企业自上而下形成合力,在技术层面加强对区块链技术的研究;在应用层面积极在高校开展区块链试点工作,探索在不同教育情境的应用案例。总之,区块链技术在教育领域具有巨大的应用潜力,未来将与大数据、物联网、5G等技术共同应用于各种教育情境中,推动我国教育事业的智能化发展。