賈偉洋 李昕宇 李援農
(1.西北農林科技大學教務處,陜西楊凌 712100; 2.楊凌職業技術學院人事處,陜西楊凌 712100;3.西北農林科技大學水利與建筑工程學院,陜西楊凌 712100)
區塊鏈是點對點傳輸、分布式數據存儲、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式。習近平總書記在中共中央政治局第十八次集體學習時強調,要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口,加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。在我國,區塊鏈研究在2008—2012年尚處于空白期;從2015年起,開始呈現爆發式增長,且增長速度不斷加快。2015年,國內學者對區塊鏈的研究主要集中在區塊鏈的概念、原理等方面;2016年,開始對區塊鏈的落地應用進行初探,但應用領域主要集中在數字貨幣、互聯網金融等金融領域;直到2017、2018年,區塊鏈的應用領域才有一定的擴展[1]。目前,區塊鏈技術在我國的應用已經擴展到了金融、醫療等眾多領域。筆者主要對區塊鏈技術在我國教育領域的應用現狀及發展進行研究探討。
區塊鏈的概念是由中本聰于2008年提出的。2017年5月16日,我國首個區塊鏈標準《區塊鏈參考架構》正式發布。該標準對“區塊鏈”這一術語進行了明確界定,即區塊鏈是一種在對等網絡環境下,通過透明和可信規則構建不可偽造、不可篡改和可追溯的塊鏈式數據結構實現和管理事務處理的模式。
區塊鏈作為第四次工業革命時代最為重要的技術,具有不可篡改性、唯一性、智能合約和去中心自組織等特點。
1.不可篡改性
區塊鏈具有獨特的“區塊”+“鏈”賬本結構。存有交易數據信息的區塊按照時間戳順序持續加到鏈的尾部,要修改其中一個區塊中的數據,就要重新生成其后的所有區塊。這一特性主要靠共識機制實現。由于共識機制的存在,修改大量區塊的成本極高,幾乎是不可能完成的,所以區塊鏈具有不可篡改性。
2.唯一性
在數字化世界中,文件是可以復制的,很難將一個文件表示成唯一的。區塊鏈可以用數字化方式表達唯一性,可以模擬現實中的實物唯一性,同樣可以將虛擬物品變成唯一。
3.智能合約
從比特幣發展到以太坊,區塊鏈最大的發展是“智能合約”。智能合約的出現使得基于區塊鏈的雙方不僅僅只能進行簡單的價值轉移,而是可以通過設置復雜的規則,由智能合約自動、自治地執行。這極大地擴展了區塊鏈的應用可能性。
4.去中心自組織
中本聰在完成比特幣的開發和初期的迭代后,就完全消失了,但是他創造的比特幣系統持續運轉著,而且是去中心化、自組織地運轉著。去中心化可以使組織變得更加扁平化、柔韌化,從而快速適應環境的變化。區塊鏈思想正是一種去中心化的自組織思想,在一定程度上代表了區塊鏈自身的發展方向——未來真正展現區塊鏈價值的將是各種現在未知的應用。
根據參與方的屬性不同,區塊鏈可以分為公有鏈、私有鏈和聯盟鏈。公有鏈是指任何人都無需注冊就可以匿名參與、隨時進入系統查看和讀取數據的區塊鏈。私有鏈是指由某個機構或組織控制的寫入權限的區塊鏈。私有鏈的參與節點是有限且可控的,參與節點的資格會被嚴格限制。聯盟鏈是指由若干個機構共同參與和管理的區塊鏈。聯盟鏈的數據讀寫、權限等是按照聯盟規則來制定的。
根據鏈與鏈之間的關系,區塊鏈又可分為主鏈和側鏈。主鏈是指正式上線的、獨立的區塊鏈網絡。側鏈是相對主鏈而言的,只要遵守側鏈協議,所有現存的區塊鏈都可以成為側鏈。另外,根據鏈的準入條件,還有許可鏈。許可鏈是指參與到區塊鏈系統中的每個節點都要經過準入許可,私有鏈和聯盟鏈都屬于許可鏈。
根據鏈中記錄的內容,區塊鏈還可分為實物鏈和代幣鏈。代幣鏈記錄的是貨幣資產(或者權益證明)的轉移。實物鏈記錄的是實物資產的轉移。此外,如果鏈與鏈之間能相互通信,則會有交叉鏈。也就是說,如果特定的鏈之間存在信息互通,如圖書實物鏈負責圖書借還,代幣鏈負責支付,這樣的鏈條稱為交叉鏈。
在教育領域,隨著以MOOC(massive open online courses,大規模開放在線課程)為代表的全球開放教育資源運動的持續深入發展,人類學習呈現出模式數字化、內容多樣化、機會民主化、場所分散化的日益多元的去中心化特征[2]。所以區塊鏈技術和智能合約將迎合日益去中心化的學習模式并引發新的學習變革[2]。筆者于2020年4月3日在中國知網數據庫,以“區塊鏈”為主題,詞頻并含“教育”,針對“期刊”進行了“高級檢索”,從中文期刊中共篩選出199篇文獻。在對檢索到的199篇文獻進行主題詞分析的基礎上,增加了“區塊鏈”+“教學”“區塊鏈”+“學生”“區塊鏈”+“教師”“區塊鏈”+“學習”“區塊鏈”+“學校”“區塊鏈”+“圖書館”“區塊鏈”+“校園”“區塊鏈”+“學分”等擴展的主題詞檢索,獲得補充文獻178篇,最終共獲得377篇文獻。通過對這些文獻進行分析和總結發現,區塊鏈技術在我國教育領域的應用主要包括教育資源管理領域、教育(教學)信息管理領域和教育基礎平臺建設領域等3個方面。
在教育資源管理領域,我國學者的研究方向主要集中在知識產權保護(溯源、教育資源、學術成果版權保護)、共建共享(資源共享、全球知識庫、知識貨幣)以及開放教育資源等方面。
例如,王夢豪(2019)等利用區塊鏈底層技術設計了數字教學資源書院管理系統,通過該系統對數字資源的引證進行了規范,從而便于數字教學資源的溯源和版權保護[3];沈丹丹(2019)為促進數字化資源共建、共享,設計了一種基于區塊鏈理念的數字化教育共享模式,解決了數字資源共享中的諸多問題[4],實現了教育資源在分享和傳播中的確權;陳坤(2019)等利用區塊鏈的分布式學習記錄和去中心化學習庫,設計了思想政治課翻轉課堂的新路徑,從而突破了思政課翻轉課堂的現實困境[5]。
又如,針對學習者在跨平臺在線學習過程中因學習記錄存儲在不同的平臺之上而出現的數據被分割、失去完整性等問題,楊兵(2019)等利用聯盟鏈對學習數據存儲進行了研究,通過聯盟鏈連接不同機構的數據庫,實現學習者學習記錄的完整性,同時提高了學習者數據的隱私保護[6];針對目前國內教育資源在共享中存在的諸多問題,劉豐源(2018)等為促進優質教育資源的共享,探究了基于區塊鏈的教育資源共享框架,通過建立包括資源存儲層、資源評估層和資源互連層的分層次網絡架構,實現了資源共享和產權保護[7]。
再如,尹婷婷(2019)等為推進教育信息化快速發展,結合區塊鏈技術對數字教育資源共建、共享進行了研究,通過學習數據記錄建立個人學習資源大數據,以及能夠根據學習者的需求主動向用戶推薦資源并在用戶確認需要時自動完成交易的教育資源系統[8];杜華(2017)提出通過區塊鏈技術重構數字教育資源服務供給模式,從而促進優質教育資源的共享和精準投放[9];全立新(2018)等為促進數字教育資源的高效流通,設計了一種雙區塊鏈結合智能合約的資源流通新模式,并建立一種開放的資源自增長和自我管理的流通系統[10];李鳳英(2019)將區塊鏈技術融合到網絡學習空間構建中,通過區塊鏈技術解決了數字學習資源共享和數據安全的平衡問題[11]。
在教育(教學)信息管理領域,我國學者的研究方向主要集中在教育存證、征信管理(教師信用體系、學生征信管理)、學生成績單、學習記錄(數字徽章)、學分銀行、檔案管理、校企高效對接和身份認證等方面。
例如,周小韻(2019)設計了基于區塊鏈技術的學生檔案管理模式,明確了鏈上的主題定位、區塊鏈架構、技術特征、實現過程等,確保了學生檔案信息的真實性和有效性,同時也方便用人單位或其他高校在獲得相應權限后查詢檔案信息,從而為學生就業以及進一步深造提供便利,提高了畢業生的就業率和就業層次[12];吳玲燕(2019)利用區塊鏈去中心化、不可篡改等特性設計了安全、可信和便捷的研究生教育教學管理平臺,主要用于研究生成績管理、學位和學歷認證以及學習檔案管理等方面[13]。
又如,為了構建終身學習體系和學習型社會,我國高校開設了各類學分銀行,李志宏(2019)等為解決現有學分銀行存在的問題,從聯盟鏈、側鏈、主鏈等3個維度設計了基于區塊鏈的學分銀行系統,打破了“信息壁壘”,提高了學習成果認證和轉換的公信力與效率[14];同樣,余燕芳(2017)[15]、周繼平(2019)[16]和李旭東(2018)[17]等對學分銀行、成果轉換系統和終身教育體系等也進行了深入探討和研究;張建華(2019)等在考試命題領域,為保障命題教師的個人信用問題,提出采用區塊鏈技術建立命題教師的信用信息管理平臺[18];吳莎莎(2018)等為解決學習成果認證過程中存在的問題,利用區塊鏈設計了不可篡改的在線學習數字徽章,數字徽章具有認證學習者的學習技能、興趣和學習成果的功能,可在互聯網公開發布,也可隨時按需查詢[19]。
在教育基礎平臺建設領域,我國學者的研究方向主要集中在教育評估、專業認證(學習契約、產出區塊鏈)、教育補助、捐款、實驗教學經費管理、在線教育平臺、智能學習系統、綜合素質評價、網絡學習社區、辦公自動化系統、人事檔案管理系統、財務管理系統等方面。
例如,為了解決研究生教育檢測評估存在的難以發揮第三方評估作用、可信度易受質疑、難以保證評估質量等問題,唐麗(2019)提出了一種基于區塊鏈的研究生教育監測評估模式,即利用區塊鏈的去中心化特點保證第三方多元評估主體普遍發揮作用,同時對數據進行記錄、追溯,保證監測評估具有高的可信度[20];許濤(2017)從區塊鏈技術教學、區塊鏈技術教學平臺和區塊鏈技術校園傳播等3個視角,探討了“區塊鏈+”教育的發展現狀,認為區塊鏈技術用于建設去中心化、分布式、開放的學習管理平臺,能夠滿足人類在日趨技術賦能的學習時代實現新型去中心化學習的需要[2];夏浩飛(2020)等為了打破教育機構之間存在的壁壘、推進學習記錄信息互認,利用區塊鏈的智能合約搭建了校企數據共享平臺,以方便學習者在不同機構間進行數據交換,以及降低數據交換的成本[21];李鳳英(2017)等為了避免目前MOOC學習平臺使用中存在的學習者冒名頂替、抄襲等情況,利用區塊鏈技術對學習者進行身份認證,從而為MOOC的可持續發展提供技術支持[22]。
又如,2016年,我國正式加入《華盛頓協議》,我國工程專業認證開啟了新篇章。為此,段斌(2018)等提出了一種基于OBE(outcome based education,成果導向教育)理念的區塊鏈技術,即利用專業認證的畢業要求標準設計達成度評價智能合約,對學生的學習過程數據進行記錄,并反饋到課程建設過程中,反向促進課程的持續改進;同時規定通過達成度評價并完成智能合約學生的能力可以獲得社會共識[23]。
再如,為了規范高校實驗經費的管理,曲廣強(2019)等利用區塊鏈技術建立了核心數據網絡和信息公開網絡,通過這2類網絡實現了實驗經費數據的存儲和監督,進而建立了實驗教學經費的可信任回溯機制[24]。鄭旭東(2020)等利用智能合約構建了基于區塊鏈的學生綜合素質評價系統,系統可在宏觀治理層面支持弱中心化的評價聯盟運行,在中觀評價層面實現安全可靠的數據錄入以及可溯源的可信任評價過程[25]。史強(2018)落實教育部關于教育信息化的文件精神,將區塊鏈與數字化校園建設結合,探索智慧校園的發展新路徑,為高校智慧校園建設提供參考[26]。
此外,在當前高等教育資源分布不均衡的情況下,黑龍江省加強了繼續教育的建設力度,建立了公正互信的區域性繼續教育公共服務平臺,實現了教育資源的共享和成果認證功能[27]。李新(2018)應用區塊鏈技術構建了開放教育資源新生態,對數字資源和學習證書的管理等進行了重構,以促進開放教育資源的進一步發展[28]。
目前,區塊鏈技術在我國教育領域的應用呈現快速增長的勢頭,并逐步擴展到教育教學的各個方面,包括學歷證書管理、資源共享、學習評估等。但是,從實際應用情況看,面臨著一些難題和急待解決的問題,成熟的應用平臺和系統還不多。
在傳統的中心化管理模式下,數據歸責任部門所有。例如,師生教育信息由教務管理部門負責,其歸屬權清晰。而區塊鏈技術在教育領域的應用具有去中心化的特性,所有數據自動記錄。這就使師生教育信息數據的歸屬權是屬于教務管理部門還是師生自己面臨質疑;同時,師生也會擔心“誰有權創建或者查看學習記錄”“誰來查驗查看者的身份”“誰來保障數據的安全性”“誰是學習數據的最終擁有者”等諸多問題。
從隱私保護對象的角度看,目前隱私保護手段可以分為3類。一是交易信息的隱私保護,是指對交易的發送者、交易接受者以及交易信息的隱私保護,有環簽名、機密交易(confidential transaction)和Mimblewimble方案等。二是智能合約的隱私保護,是指針對合約業務數據的保護方案,包含零知識證明、多方安全計算(MPC)、同態加密等。三是鏈上數據的隱私保護,主要有賬本隔離、私有數據和數據加密授權訪問等解決方案。在以比特幣為代表的區塊鏈系統的早期發展階段,隱私保護的手段主要是通過“假名”來實現用戶真實身份的匿名化[29]。但是,目前“假名”的匿名化手段已經不能滿足現實應用的需求。教育領域在應用區塊鏈技術的過程中同樣面臨著隱私保護存在風險的問題。
區塊鏈采用鏈式累加的方式對新增的數據進行管理,但隨著時間的推移,需要存儲的數據量會不斷擴大。隨著大數據、云計算等技術在教育領域的普及和應用,師生和教育管理部門產生的數據信息量得以快速增長,區塊中記錄的數字信息也越來越多。這導致運行全節點需要更多的存儲資源,提高了運行門檻;同時,導致存儲受限于單節點的存儲“瓶頸”。教育領域的上層應用因數據膨脹而帶來很大的運維成本,從而增加區塊鏈技術在教育領域的應用難度。另外,隨著海量教育信息的不斷增加,可能會出現師生和教育管理部門在使用過程中不能實時上傳信息的問題,從而降低用戶參與的積極性[30]。
區塊鏈的安全性,主要是指加密算法的安全性。目前,枚舉法、BSGS和Pollard’s rho等算法都有可能被破解私鑰。雖然就目前的算力而言,破解私鑰是很困難并且是不經濟的,但是已存在對用戶數據造成威脅的可能。特別是隨著量子計算機的發展,在區塊鏈中廣泛使用的加密算法的安全性受到了威脅,當前比較熱門的一種抗量子計算密碼——基于格的密碼,是未來的發展趨勢[31]。區塊鏈利用代碼來創建信任,這對代碼的要求提出了很高的要求。著名的The Dao事件就是利用代碼漏洞發動的攻擊。為此,智能合約的安全,將對代碼的漏洞檢測提出新的要求。
從總體上看,教育領域在應用大數據、人工智能、區塊鏈等新技術方面,反應相對遲緩,動力略顯不足[32]。究其原因,一是雖然國家對新技術的發展非常重視,但是學校受固有教育管理模式的慣性思維制約比較大;再加上采用基于新技術的平臺需要對原有的教學管理系統進行較大的變革,這一過程需要投入大量的人力、財力,對學校來說負擔較重。二是區塊鏈技術屬于新興技術,目前國內的開發平臺尚不成熟,大部分應用需要從底層開始。對高校而言,教育領域的區塊鏈平臺只有聯合開發,才能保障“中國芯”,保證自主產權。正是因為區塊鏈技術開發難度大、準入門檻高,再加上大部分高校并未開設區塊鏈相關專業、大部分開發者處于自學狀態,所以開發相應平臺困難重重,從開發到正式投入使用仍需較長一段時間。
Don Tapscott在《區塊鏈革命》中指出,區塊鏈是生產關系的變革,將對現實世界產生革命性的影響。2019年4月,EDUCAUSE(美國高等教育信息化協會)發布的《地平線報告(2019高等教育版)》首次提到區塊鏈技術,并將其列為未來4~5年對教育產生深遠影響的技術之一。
第四次工業革命(工業4.0時代)將帶來教育新變革,混合學習將成為主流,STEAM(science,technology,engineering,arts,mathematics)學習(是指科學、技術、工程、藝術、數學等多領域融合的綜合教育)開始崛起,“以學生為中心”的教育理念在教學活動中發揮著越來越大的作用。未來,學生將是課堂學習的主人,教師的角色將從傳授者逐漸轉變為引導者和協助者。而區塊鏈的獨特性可以為未來教育的變革提供很好的底層技術支撐。區塊鏈是生產關系的革命,能夠使信用體系、知識產生模式、資源存儲架構、共享服務、產權保護、付費方式、教學監管和教學治理等發生變化。區塊鏈賦能未來教育,也使得教學、服務和管理能夠適應技術驅動下的知識經濟時代對教育變革的剛性需求[33]。
基于區塊鏈的徽章技術為學習者提供了學習知識、獲取技能的證據。學習者可以將正規教育與模塊化在線課程結合起來,從而更有效地提升知識和技能水平。未來,學習者可以通過區塊鏈技術平臺,把從世界各地不同大學獲得的學分或者學習成果組合在一起,向認可此種學習模式的教育機構申請認證,從而獲取相應的畢業證或者學位證書。目前,英國教育界已積極實踐這一基于區塊鏈技術的新型學習模式。
基于我國區塊鏈研究和發展的現狀,我國教育領域在重構未來教育新形態方面可以從以下方面進行探索。一是在教育對象多樣化層面,可開辟在職學生市場,推出在線學位課程,利用徽章技術進行學習認證,促進全民教育化;二是在數據及學歷認證層面,可以構建具有唯一性的學籍檔案,從個人接受教育開始記錄學習過程、成就以及學歷證書等,完整呈現個人受教育歷程,從而杜絕學歷偽造、冒名頂替等違法犯罪行為;三是在成果交流層面,可以建立智能化學術交流平臺,對成果從源頭進行追蹤和查詢,實現知識產權及相關利益的保護;四是在網絡學習空間層面,可優化和重塑網絡學習生態,實現社區的“自組織”運行,根據語義聯系將成員發表的各個觀點生成可視化的知識網絡圖,并隨著觀點的不斷生成和進化發展,聚小智為大智,形成具備無限擴展能力的群體智慧網絡;五是在社會需求層面,構建不可篡改的個人能力信息區塊,以便于學校與企業有效對接,促進產學結合,實現“從專業到職業”的人才培養;六是在去中心化的教育新模式層面,可建立面向社會的教學服務監管和教育治理模式,使教育走向全面開放,形成全民參與、協同建設的一體化教育系統。
人工智能、區塊鏈、5G、大數據、云計算等技術的迅猛發展深刻改變著人才需求和教育形態,智能環境不僅改變了教與學的方式,而且已經開始深入影響到教育的理念、文化和生態[34]。隨著區塊鏈技術發展上升到國家戰略層面,預示著教育開啟了進入“以學生為中心”的生態化、智能化的智“鏈”校園新時代。例如,在日常校園生活中,一卡通系統肩負著校務管理、身份認證、電子錢包、支付結算等多種功能,但一卡通在使用過程中存在財務結算不便、易丟失易損壞等缺點。而通過借助區塊鏈技術,就可以結合生物信息實現身份認證、利用智能合約特性實現自動結算等,從而解決一卡通系統存在的一些問題。
此外,基于區塊鏈技術還可以搭建虛擬校園生活社區,例如,將虛擬幣作為學習獎勵,學生通過學習成績賺取獎勵,并以獲得的虛擬幣抵消一部分學費或者在學校商店購買日用品,這將有利于幫助經濟困難學生完成學業。還可以通過區塊鏈技術為學生創建個性化的學習和成長助手。例如,助手系統可跟進學生的學習進度,保護和驗證學習記錄,用于實現課程記錄和成績管理;可收集學習日志和成績信息,用于評估學生的學習過程和學習態度,以便于教師對學生進行一對一指導,滿足學生個性化發展需要;可動態關注學生的經濟、精神等生活狀態,及時對有困難的學生進行有效的干預和幫助。
由前牛津大學學者創建的世界上第一所區塊鏈大學Woolf University,號稱是世界上第一所“沒有圍墻的大學”,旨在提供一套一對一的教學體系,并利用區塊鏈技術打造未來教育管理新模式,從而去除教師與學生之間的種種管理體制,保護教師和學生數據的所有權,進而解決高校的教學支持服務和學習路徑中存在的一些難題[35]。
智能合約是智慧教學和管理的技術基礎,智能合約的應用可以幫助建設智慧教學和管理體系。對高校而言,無論是科研項目及其經費管理,排課、工作量統計等教務管理,還是教師個人情況、學生獲獎和資助情況等各類師生信息,往往都存在數據分散、孤立地存在于各個部門的問題,從而導致在季度、年終考核或者報送上級部門時,由于數據格式不一致,還需要進行人工統計和數據匯總,既費時又費力。如果利用區塊鏈技術建設學校智慧管理系統,通過設定相應的智能合約代碼,系統就能夠根據部門申請和智能合約代碼自動比照相關數據類型、標準、范圍、數量等內容以及電子簽名等,從而進行核驗并自動傳送數據。這有利于提高數據統計效率,打破數據壁壘,便于部門之間數據交流共享。
例如,目前高校間的學分互認往往需要學生提交紙質申請、學院和教務部門進行蓋章核驗、最終由教務部門手動錄入系統等步驟,工作效率低且容易出錯。如果利用區塊鏈技術通過智能合約建立學分互認系統,就可自動完成學分認定和轉換,提高信息化水平。再如,利用區塊鏈技術可改造學校財務系統,從而將教師從報賬等繁雜的事務中解放出來,專心于教學和科研;同樣,智慧管理系統還可自動監管學生的學習生活社區,自動屏蔽和刪除社區上的不當言論,營造良好的輿論環境。
綜上所述,技術創新催生的開放教育、終身學習等將重塑傳統教育機構的使命和組織形式,推動技術賦能教學環境下的教育變革。區塊鏈的快速發展,為基礎教育、職業教育、高等教育、繼續教育等各層次教育領域的發展變革提供了技術基礎和實踐方向。隨著區塊鏈在金融等領域的深入應用,“區塊鏈+教育”的新業態已從概念走向現實[36]。目前,區塊鏈技術在我國教育領域的應用有限,主要集中在教育資源管理領域、教育(教學)信息管理領域、教育基礎平臺建設領域等3個方面,尚處于起步階段。而且區塊鏈技術在教育領域落地仍面臨諸多的問題和“瓶頸”,如教育區塊的跨鏈和擴展技術、教育并行智能區塊鏈技術和教育區塊鏈數據分析等關鍵技術仍有待進一步研究和解決。雖然區塊鏈技術在教育領域的應用目前尚困難重重,但教育相關部門已經意識到區塊鏈在教育變革過程中的巨大潛能,相信不久的將來,定能有大量的“區塊鏈+教育”應用落地。因此,期待更多的學者、教育者參與其中,共同解決目前所面臨的難點和問題,加快挖掘區塊鏈在教育領域應用的潛能,充分發揮區塊鏈推動傳統教育變革和發展的作用。
資助項目:教育部本科專業職教師資培養資源開發項目“農業水利工程專業培養資源開發項目”,項目編號VTNE048。