区块链教育技术应用模式及趋势分析
sz199511 · 94浏览 · 发布于2021-09-14 +关注

近年来,包括区块链在内的新兴技术迅速兴起与发展,给教育数据的分析与应用带来了新的契机。而当下的教育数据是面向教育全过程的多种类型的全样本的数据集合,具有更强的实时性、连续性和综合性。对目前的教育数据进行分析,需要探寻隐藏的数据因果关系。


教育大数据的一个深度发展方向是与区块链技术的整合。如何基于教育数据分类来运用区块链技术服务教育,如何根据教育大数据的特征与区块链特征耦合,判断哪一类教育大数据使用区块链技术更适用且有价值,这些问题依然亟待解决。

区块链技术

1.区块链

从技术角度看, 区块链是一种按照时间顺序将数据区块以链条的方式组合成特定数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的去中心化共享账本。有学者认为,区块链技术不仅可以应用到虚拟货币领域,在教育、能源等行业也有应用的价值,以增强这些行业数据信息的安全性。区块链技术发展方向不同,诞生了三种比较主流的平台模式:公有链、联盟链、专有链。相比公有链,联盟链更能满足分布式商业中对规则合理有序和多方对等的需求,在高并发、高性能等方面更有优势。

2.区块链教育技术

在教育领域中,应用区块链技术需要满足以下七个条件:(1)明确的数据存储标准、时间戳以及数据产生和交易的流程。(2)多节点记录。多个人都拥有添加教育数据到区块的权限。(3)去信任化。数据在没有信任的情况下也可以交易,信息不可篡改。(4)去中心化。多个节点拥有记账权。(5)相互依赖。教育数据之间有一定依赖性。(6)清晰的规则。交易按照既定的程序进行,满足条件时自动进行。(7)价值存储。链上的教育信息具有现实意义。

3.教育数据分析

进入信息时代,教育数据的规模与日俱增,数据来源呈多样化、连续性、实时性、全面性等特点。本研究选择将教育数据划分为基础层、状态层、资源层、行为层四层的分类方式。

基础层数据指国家教育基础数据,部分数据属于学校对社会公开,部分数据属于机密和敏感的数据。基础层数据以管理类数据为主,具有结构化、结果化等特点。状态层数据包含各种教育设备、教学环境以及教育业务的运行状态信息,具有结构化、实时性和实效性等特点。资源层数据指的是各类教学资源和学习资源,也是目前数量规模最大的教育数据,包括专门建设的资源门户,企业自主研发维护的学习平台、学习工具和动态生成的资源等。教学行为数据是行为层数据的核心内容。行为层数据要求数据的存储和传输要有连续性,要有可信的时间戳作为学习行为先后划分的依据。

区块链应用模式

1.数字资源版权管理

数字资源版权是为了维护版权所有者自身利益而生,但是在教育领域,版权所有者维权难,举证更难。教育资源种类繁多,人人都可能是资源的生产者,用传统手段为每一个人的每一个数字资源分配版权证书成本太高。

使用区块链技术对数字资源进行加密,可以大大提高破解难度。以非对称加密为例,增加了破解者的成本,破解者很难通过传统的暴力破解方式解锁资源,区块链技术还可以记录每一个访问者的访问申请记录,对版权所有者维护自己的版权利益很有帮助。为资源添加一个专属的版权区块,可以降低注册和管理上的成本。

2.学习过程数据采集

学习过程数据主要是基于学习活动产生的数据,包括时间地点信息、学习资源信息、学习过程和学习结果等,存在难以采集、难以运用等问题。现有教育数据无法跨课堂、跨学科进行采集,采集的数据不具备连续性,而且不能做到跨学科的数据分析。只要统一学习过程数据的标准,区块链技术就可以做到将学生不同时间、不同地点、不同学科的学习行为数据保存在同一数据库中,在此基础上进行数据分析,保存的数据不可修改,保证了数据的真实性和分析结果的可信度。学习过程数据采集区块链模型如图1所示。

3.教育培训市场规范

当前教育培训市场管理混乱,有的家长会选择两个以上的培训机构,课程不能良好衔接,不能更好地提升学习效率和效果,根本原因在于机构之间没有互信的沟通机制。采用区块链记录学生的课程、表现和成绩等信息,能够有效地解决这一问题。每家培训机构只有如实地记录学生的真实表现,才能体现自身的价值。

4.教育公益事业透明

教育公益事业是涉及贫困学生和家长利益的事业,教育资金的使用也是社会关注的热点。教育资金使用的方向较多,对贫困学生的资助往往要长期进行,社会很难从众多账目中看到对个别学生的资助情况。账目公开还涉及学生个人隐私问题,难以兼顾资金使用透明和个人隐私保护,使用区块链技术可以很好地解决这一问题。学生的每一笔资助或教育经费的每一笔支出都记录在区块链上,难以更改,所有人都可以轻易获取所有的账目信息,公民可以很好地履行监督义务。其他人无法通过身份码确认个人信息,很好地保护了学生的个人信息和自尊。

5.终身学习档案管理

教育机构颁发数字档案时使用公共区块链来存储与数字档案相关的数字签名,用户保留唯一的数字签名认证,当验证档案的真实性时只需要与存储在区块上的数字签名进行比较。即使颁发档案的机构关门或者面对不可抗力的外界因素,这些档案仍然可以对存储在区块链中的记录进行验证。其他人不需要花费额外的资源来确认档案的有效性就可以查询档案,政府也可以通过管理档案的查询记录等方式监管档案。

区块链在教育数据管理中的应用过程

本研究以Python为编写语言,面向教育资源存储和共享创建了一个区块链案例。该案例具有节点注册、节点间区块链自动同步、教育资源信息上传和访问、新区块挖掘、节点服务器等功能。

1.区块链结构

本研究选择部分去中心化的联盟链模式,构建教育资源的区块链。区块结构包含区块头数据和交易主体。区块头结构包含与该区块相关的元数据信息,如索引、信息、父区块hash值、证明和内容。交易主体包含区块交易的所有信息,如学习对象、资源类型、课程内容、教学资源和公钥等。

2.面向教育资源的区块链运行机制

面向教育资源的区块链包含两类节点:超级节点和普通节点。超级节点拥有记账权,有资格通过挖矿的方式将交易信息和资源信息打包到区块并添加到区块链的权利。超级节点准入门槛比较高,要有一定的社会公信力,如中小学、高校、具有办学资质的教育机构等。普通节点是资源的提供者和交易的主体,拥有发送资源信息到网络、访问其他节点资源的权利,普通节点的准入门槛较低,拥有主机且能上网的个人都可以成为普通节点。

教育资源的访问和交易是基于教育资源的区块链的核心功能。当一个教育资源被创建时,先把教育资源上传到平台,为该资源对应的区块添加“身份码”“学习对象、资源类型、课程内容、教学资源简介”“公钥”等信息,等待超级节点统一挖掘打包。超级节点挖到包含资源信息的新区块后,审核并认可该区块的价值,然后把区块添加到主链。其他节点可以访问该区块的部分内容,包括学习对象、资源类型、课程内容、教学资源简介。如果想要浏览全部内容链接,需要根据区块上资源所有者的身份码确定资源提供者,资源访问者与资源所有者通过非对称加密的方式完成访问请求与授权。

区块链作为教育领域的一种新兴技术,只有迎合教育需求才能从根本上解决教育难题。区块链技术的安全、去信任化等优势显而易见,具体教育应用仍然需要不断探索。在教育资源交互方面,区块链具有一定的优势,在维护教育资源提供者利益的同时也保护了他们的隐私。未来教育不可避免要使用区块链技术。


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