基于區塊鏈的高校理工類專業大學生 數學素養培養與評價研究

王曉娜 季超越 班戈

摘 要：基于對PISA數學素養測評框架的充分解讀，針對目前河南省高校理工類專業大學生數學素養培養及評價過程中存在的理論脫離實踐、數學教育資源分配不均、數學素養測評不公正、學習成果認證困難等問題，利用區塊鏈關鍵技術，構建河南省高校理工類專業大學生數學素養培養及評價聯盟鏈。通過區塊鏈的有效監管，實現教育資源共享和學習成果互認，從而提升高校理工類大學生的數學素養水平，真正實現人才培養的目的。

關鍵詞：數學素養;PISA;區塊鏈;測評框架

在科技發展日新月異的21世紀，互聯網、大數據、物聯網、人工智能、云計算以及區塊鏈等新興技術迅速發展，為培養科學基礎扎實、工程能力強的創新型工科人才，我國高校理工類專業大學生數學素養水平也應有所提高。早在20世紀90年代，經濟合作與發展組織（OECD）每三年開展一輪國際學生評估項目（PISA），測評對象主要是15歲學生，測評領域涉及閱讀、數學和科學，數學作為主測評領域分別在2003年、2012年、2021年展開測評，該測評框架對數學素養的內涵和測評指標的界定進行了充分的考量，并且也在不斷地修改和完善?；趯ISA數學素養測評框架的解析，我們發現數學素養作為一個相對抽象且復雜的概念，它本身并不能夠被直接測量，其評價需從可觀察、可測量、可操作的視角選擇合適的測評領域與指標。基于此，對高校理工類專業大學生數學素養的培養和評價都存在一定難度。

區塊鏈技術為構建高校理工類專業大學生數學素養培養和評價體系提供了關鍵技術支撐。區塊鏈是一個分布式的共享賬本，由多條賬目組成的區塊通過加密連接組成，區塊鏈的共識機制、智能合約等技術，使其具有去中心化、去信任化、集體維護、安全、開放等特點，基于區塊鏈技術優勢和特點，目前區塊鏈已廣泛應用于金融、醫療衛生、科技等領域，相關研究成果較多，而其在教育領域的應用研究成果還比較少。據知網檢索，楊現民（2017）等提出將區塊鏈應用在教育領域建立個體學信大數據、開發學位證書系統和開發去中心化教育系統等;鄭旭東等（2020）基于區塊鏈技術設計的學生綜合素質評價系統架構在宏觀治理層面支持弱中心化的評價聯盟運行，在中觀評價層面可實現安全、可信、溯源的數據錄入，評價實施，結果查詢與應用等評價過程;黎明（2020）提出基于區塊鏈技術建立學術評價系統等。鑒于此，本研究在PISA測評框架的基礎上，基于區塊鏈技術和“新工科”理念，構建高校理工類專業大學生數學素養培養及評價體系。

一、河南省高校理工類專業大學生數學素養培養及評價現狀分析

目前，關于數學素養的研究大多集中在基礎教育階段，對大學生數學素養測評框架及指標還沒有明確的界定，導致河南省高校理工類專業大學生數學素養培養及評價中存在著一些問題，主要體現在以下幾個方面：

（一）理論脫離實踐

大多數數學類課程作為高校理工類專業大學生的基礎課程，課程本身比較抽象，教學學時較短，教學內容較多，相關課程授課形式基本采用理論講授，沒有配套的實踐課程，導致理論知識的學習沒有相關實踐應用去支撐。另外，受傳統課堂模式的影響，課堂教學主要以經典理論知識講授為主，很少引入相關專業的實踐案例。因此，對于高校理工類大學生數學素養的培養僅停留在理論層面，相關的實踐練習還需有相關平臺進行支撐。

（二）數學教育資源分配不均衡

數學知識是數學素養培養的基礎和提升的前提，數學教育資源是數學知識獲取的主要途徑。但高校理工類專業在數學教育資源分配方面存在不均衡現象，主要有：其一，各高校理工類專業在教學條件、教學對象和培養目標等方面都有不同，其對數學教育資源的需求也體現出較大的差異;其二，各高校理工類專業所開設的大學數學課程，在課程門類設置、教學內容安排、教學目標要求、教學學時分配等方面并不相同，致使學生數學素養培養內容不均衡;其三，隨著信息化時代的發展，網絡數字化教育資源開始共享，在線公共課程的資源逐漸增多，但是“小眾”的數學專業課程及與數學素養相關的在線教育資源稀缺，且無針對性。

（三）數學素養評價客觀公正不足

高校理工類專業大學生數學素養評價體系是判斷其數學素養水平的依據。但目前，對高校理工類專業大學生數學素養評價體系內涵與設計的研究還比較少，還沒有明確的、客觀公正的測評指標，主觀因素影響較多，測評難度大，且大學生對數學素養評價的參與度不高。

（四）數學素養學習成果認證困難

在我國，對大學生學歷的認證是各個高校采用學分制衡量學生的學習量，學生修滿學分，從而獲得該高校的畢業證書及學位證書;對駕駛證等證件，考生可練習相關技能，通過考試而獲得。這兩種學習結果都有相關的結果認證，或是學習量，或是技能掌握。如何找到一種方法，可以客觀公正地去衡量學生在學習過程中體現數學素養水平的各種學習成果，是數學素養培養和評價中需要解決的重要問題。

二、基于區塊鏈的河南省高校理工類大學生數學素養培養及評價聯盟鏈設計

基于以上問題分析，為實現高校理工類專業大學生數學素養培養教育資源共建共享的目標及更公平地考核其數學素養水平，本研究充分發揮區塊鏈龐大的分布式賬本的本質和智能合約等關鍵技術，對河南省高校理工類專業大學生數學素養進行培養和評價，構建其數學素養培養及評價體系聯盟鏈，如圖所示：

（一）理工類專業大學生數學素養測評框架

數學素養測評框架維度指標主要從問題真實情境、數學內容、建模過程、關鍵能力四個方面進行設計。真實情境從個人、職業和科學三個方面來分類，通過真實情境中相關問題的測試，能夠增強學習數學與學生生活之間的聯系;數學內容是學生數學素養測評的一個重要依托，分為空間與形狀、變化與關系、數量、不確定性與數據四個方面;建模過程指學生能否將數學概念、知識和技能運用到現實情景各種復雜問題中;關鍵能力指通過系統數學知識的學習和長時間的積累形成的實際解決問題的能力，以此來滿足社會發展和科技進步對人才的要求。該測評框架為理工類專業大學生數學素養培養指明方向，同時為考量理工類專業大學生的數學素養水平提供依據。

（二）總體設計架構

基于區塊鏈去中心化、集體維護、安全可靠、防偽溯源、高度加密等技術，理工類專業大學生數學素養培養與評價體系涉及學生個人隱私、教育資源管理、教育教學數據等不易廣泛公開的數據信息，區塊鏈應用模式中的聯盟鏈可實現數學素養培養與評價體系的部分去中心化，并且允許連接到系統內部的各高校共同參與管理該系統，保證系統內數據的安全和個人的隱私。具體設計如下：

根據各高校理工類專業大學生數學素養培養教育資源差異和數學素養水平現狀，每個高校內部可形成一條私有鏈，各高校私有鏈集合形成聯盟鏈。首先，基于聯盟鏈部分去中心化的特點，利用聯盟鏈的共識機制決定記賬節點，各高校私有鏈通過記賬節點與聯盟鏈賬本對接，保證鏈接到聯盟鏈上的各高校組織群體，通過共識機制完成教育資源共享、數學素養評價中的各種交易請求，共同參與和管理系統數據與信息，保證系統有效運行，從而形成高校理工類專業大學生數學素養培養和評價系統;其次，在聯盟鏈共識層設置聯盟的相關組織管理機制，通過智能合約實現各高校的組織管理機制、資源共享機制、考核評價機制、權益分配機制等，促進數學素養培養資源的均衡發展和評價體系的公平、公正;再次，各高校私有鏈對教育教學資源數據、學生學習與實踐的活動數據、數學素養評價結果數據等數據錄入后，通過智能合約進一步對錄入系統的數據進行分封裝，無需任何第三方的支持，即可確保系統數據不被篡改和刪除，實現聯盟鏈上各高校對學生數學素養培養和評價數據的隨意獲取，從而實現各高校及部門之間數學素養培養與評價數據管理跨平臺的管理和對接。從圖1可以看出，高校聯盟鏈是整個平臺的基礎，高校理工類專業根據數學素養測評框架指標，依托聯盟鏈展開教育資源共建共享和學生數學素養測評。

（三）基于區塊鏈技術的高校理工類專業大學生數學素養培養機制

數學素養培養本身就是一種教育活動過程，教師和學生是主要的參與群體，利用區塊鏈技術，設計數學素養教育教學資源共建共享機制，鼓勵教師或學生上傳教育資源，通過聯盟鏈的有效監管，實現教育資源共享，解決學生數學素養培養與評價中教育資源不均衡的問題。

1.教師層面

各高校教師依托聯盟鏈中的“各高校私有鏈”，通過區塊鏈的智能合約功能注冊登陸，獲得身份驗證后，積極將自身原創的教育資源（教案、課件、習題、討論、微視頻、SPOC、精品課程等）按照類別分類上傳，通過確權交易機制確保自身產品的知識產權得到有效保護，通過共識機制讓自身原創資源得到客觀評價，形成各類資源的智能合約，并在全網公開，記入聯盟鏈賬本。同時，資源上傳者還可以通過智能合約交易獲得的教育幣來購買優質的教育教學資源，實現教育教學資源的共建共享。

2.學生層面

學生作為數學素養評價對象，在數學素養培養和評價體系中，依然可以通過區塊鏈的智能合約功能進行身份認證后，將自己的學習筆記、試題答案、解析和學習心得等上傳至各高校私有鏈平臺，在此過程中產生的教育幣還可以用來購買適合自身需求的資源和信息，還可以發出問題請求，不僅實現了學生與學生、學生與教師之間跨時空的交流，也是教育資源共建共享的一種有效途徑。

（四）基于區塊鏈技術的高校理工類專業大學生數學素養評價機制

以終身學習理念為理論依據，數學素養的測評數據主要由正式學習成果和非正式學習成果組成，正式學習成果主要指各高校線下考評學生數學素養的資料信息，包括學科成績、教師評價和學生獲得的各種體現數學素養的榮譽證書等;非正式的學習成果主要指學生基于線上平臺等不同的學習方式獲得的反映學生數學素養水平的教育大數據信息，包括平臺自動收集和記錄的學生參加的各種講座，自主學習的MOOC、SPOC等線上資源和學科前沿性知識，參加的各種大賽，線上發起的討論和話題以及學生之間互助等。

為保證學生的學習成果在不同的高校間得到公平的認證，也為了更加客觀、公平地衡量學生的數學素養水平，需將這些學習成果轉化為可視的證書或學分等形式，在這一過程中基于區塊鏈技術的學分互認起到了樞紐的作用。各高校私有鏈去中心化的分布式賬本系統將每個學習者所有的學習成果以時間節點連續的數據方式同步到網絡每個節點上，不可更改但可追溯，利用聯盟鏈共識機制，形成統一的學分認證標準，實現學習成果的公平認證和轉換，利用智能合約技術實現學分轉換自動履約，提高數學素養評價的效率。

三、結論與展望

隨著社會的發展和科技的進步，我們需要越來越多的工程創新人才。利用區塊鏈技術設計高校理工類專業大學生數學素養培養及評價體系，推動校際間教育資源共享和學分互認，通過以評促改、以評促建不斷提升大學生的數學素養水平，為“新工科”視域下人才培養奠定堅實的基礎。但構建基于區塊鏈技術的高校理工類專業大學生數學素養培養及評價體系是一項系統性工程，需要不斷分析和解決應用過程中的各種問題，我們將在后續的實踐中不斷修改和完善。

參考文獻：

[1]董連春，吳立寶，王立東.PISA2021數學素養測評框架評介[J].數學教育學報，2019（4）.

[2]楊現民，李新，吳煥慶，等.區塊鏈技術在教育領域的應用模式與現實挑戰[J].現代遠程教育研究，2017（2）.

[3]鄭旭東，楊現民.基于區塊鏈技術的學生綜合素質評價系統設計[J].現代遠程教育研究，2020（1）.

[4]黎明.基于區塊鏈的學術評價系統模型構建分析[J].黑龍江科學，2020（16）.

責編：文 竹