基于區(qū)塊鏈的在線教學案例庫構建研究

[摘 要]在線教學案例庫是課程教學資源的重要組成部分，如何將數(shù)據(jù)信息更加準確、及時、全面記錄和存儲下來是在線教學資源庫構建的核心問題。文章依托區(qū)塊鏈的技術特點，設計在線教學區(qū)塊鏈信息模型，提出基于數(shù)據(jù)區(qū)塊生成和數(shù)據(jù)追溯提取的在線教學案例構建模型，并對案例生成和實現(xiàn)進行了舉例說明。通過區(qū)塊鏈節(jié)點的共同參與和維護，實現(xiàn)在線教學案例庫科學構建，為提高在線教學效率、推動在線教學的數(shù)字治理提供支撐。

[關鍵詞]在線教學;案例庫;區(qū)塊鏈;數(shù)據(jù)區(qū)塊

[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2021）05-0040-06

一、前言

做好在線教學不僅是現(xiàn)代遠程教育教學質量的重要內(nèi)容，也是新時代在線教學治理的主要環(huán)節(jié)。要求以在線教育理論為指導，遵循在線教學的基本設計原則和技術適用性構建在線教學環(huán)境，高效管理并生成在線教學案例是在線教學效率保障的重要前提和基礎。構建在線課程教學案例庫，可為在線教學的專業(yè)課堂提供優(yōu)質教學資源和教學案例，為學生提供豐富學習支持服務，但是在教學活動過程中還存在教學資源存儲分散、建設重復、管理成本高和安全難以保障等問題。因此，如何促使在線教學信息準確傳輸和存儲是當前在線教學案例庫建設的重要內(nèi)容之一。區(qū)塊鏈的出現(xiàn)為在線教學治理帶來新的機遇，其去中心化、安全性高、可追溯等特點已在金融交易、認證服務、數(shù)字化治理等場景得到應用，其主要優(yōu)勢為信息的共識、共享和安全保障?；诖耍恼卵芯繀^(qū)塊鏈技術應用于在線案例庫的主要實現(xiàn)過程，在此基礎上提出教學案例庫的構建模型，即在教學案例上傳和共享過程中，各參與主體通過區(qū)塊鏈節(jié)點權限和加密機制將在線教學產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實時寫入?yún)^(qū)塊鏈，便于在線教學數(shù)據(jù)的共享和擴展。

二、相關研究綜述

（一）在線教學案例庫

案例教學作為在線教學的重要部分，已經(jīng)廣泛應用于在線教學機構的教學過程中，它可以提升在線教學的質量。在線教學案例的設計原則是對知識點進行有效關聯(lián)，通過教師的具體講解和互動，幫助學生建立知識體系，可激發(fā)學生的探究需求，幫助學生提升自主學習能力。因此，通過案例教學提升課堂學習質量是很多在線教學平臺和學校的常用做法，在線教學機構應當積極推進教學改革，推廣案例分析融合教學過程的教學法，助力提升在線教學的質量和水平。在線教學案例包括講課視頻、教案PPT、拓展學習資料、習題庫、作業(yè)庫、教學活動等要素。在線教學案例庫是以結構化的方式將教學活動中的知識和技能進行合理展示和表達，便于在線教學平臺識別、存儲和應用，是在線教學活動中課前預習、課中管理和課后復習的重要依據(jù)。不少學者基于在線教學平臺構建了教學案例，以實現(xiàn)課程知識的高效傳遞和應用：高靜靜[1]以機電英語課程為研究對象，通過長江雨課堂教學平臺以在線直播、錄播等形式進行線上教學，盡管不與學生面對面授課，但采取在線教學依舊能取得較好的教學效果;徐國保[2]提出了基于學習通快速建課和學生自主學習，騰訊課堂在線直播授課，班級小管家微信小程序評閱作業(yè)，微信課程群互動答疑的“電路分析”課程的在線教學新模式，并在理工科院校專業(yè)基礎課的在線教學中推廣;肖紅[3]等以數(shù)字圖像處理課程為例，梳理總結教學設計的課前準備，通過課中互動提升學生的知識應用能力，并在課后反饋中及時解決學生在學習過程中存在的問題。

基于此，根據(jù)教學需要構建在線教學案例庫，可實現(xiàn)教學資源的共享，減少教師的重復勞動，教師可以直接從案例庫中獲取所需教學資源;案例庫的使用與教師集體備課有相同之處，即通過案例的交流和共享達到教學質量的有效提升。

（二）區(qū)塊鏈與在線教學治理

區(qū)塊鏈技術已在金融、供應鏈、政府治理等領域得到應用，正向在線教育領域推廣，未來區(qū)塊鏈與在線教育將會進行融合創(chuàng)新，將在教學過程管理、教學資源管理、教學質量評價和教學成果認證上有著很好的應用價值和前景。有學者認為，區(qū)塊鏈技術是目前最有可能在未來10年中取代互聯(lián)網(wǎng)的革命性技術[4] 。區(qū)塊鏈進行P2P的傳輸后將達成共識的教學數(shù)據(jù)進行非對稱加密，然后進行分布式存儲，將在線教學信息全部存儲在數(shù)據(jù)區(qū)塊中。不少學者也根據(jù)教學需求對案例進行仔細甄別和篩選，嘗試通過區(qū)塊鏈技術來為在線教學提供支持。Patrick Ocheja等[5]提出利用區(qū)塊鏈技術記錄學習者的個人信息、學習行為和學業(yè)表現(xiàn)，幫助教師、學生和教學機構管理學習數(shù)據(jù)。蔡維德等[6]提出了賬戶區(qū)塊鏈（account blockchain，簡稱 ABC）和交易區(qū)塊鏈（trading blockchain，簡稱 TBC）的雙鏈設計模型，可用于解決教育公信認證復雜等問題。李新[7]提出區(qū)塊鏈技術的獨特優(yōu)勢構建開放教育資源新生態(tài)，解決當前開放教育資源建設面臨的運營成本高、版權保護弱、資源共享難和資源質量低等現(xiàn)實問題，以適應智慧教育時代對資源開放共享的新要求。馮熳[8]認為區(qū)塊鏈為教師、學生、教育工作者等搭建起了一個安全、可靠、互相信任的技術平臺，每個節(jié)點有責任、有義務共同承擔起系統(tǒng)的維護、管理，促進網(wǎng)絡學習環(huán)境下學習模式的發(fā)展。此外，一些教學機構也將區(qū)塊鏈技術用于教學管理當中，如Woolf作為世界第一所基于區(qū)塊鏈技術而創(chuàng)立的大學將成為一個經(jīng)過認證的“無國界遠程教育的先行者”，其核心在于通過區(qū)塊鏈技術中的智能合約代替管理機構和行政人員，它的出現(xiàn)會對遠程學習支持服務模式給予顛覆性重構[9]。索尼集團也開發(fā)了基于區(qū)塊鏈的面向個人和第三方企業(yè)的教育服務平臺，通過分析記錄在區(qū)塊鏈上的真實數(shù)據(jù)，向學習者提供與他們興趣和能力匹配的學習內(nèi)容，學習者可以自由安排學習和考試時間，其學習數(shù)據(jù)被永久儲存在區(qū)塊鏈平臺上[10]?；诖?，區(qū)塊鏈的去中心和共識機制等特性可以實現(xiàn)教學案例的定制和共享，將教學案例信息按區(qū)塊邏輯進行組織和共享，教師們可在鏈上參與更新操作，不再依賴中心化的教學資源庫，有助于調(diào)動師生參與案例開發(fā)的積極性。

綜上所述，由于基于區(qū)塊鏈的在線教學案例庫構建研究相對較少，現(xiàn)有的設計與開發(fā)缺少對案例共享和安全保護的實踐，案例的質量保障機制還有待于完善，案例信息需要進一步規(guī)范化描述，參與教學的主體交互和共享力度不夠，案例數(shù)據(jù)的真實性、可靠性和可追溯性還需要提升。另外，區(qū)塊鏈技術的應用為在線教學案例庫設計和開發(fā)提供了新思路，其技術特點有助于在線教學案例信息的利用率和質量提升，可以在多個教學主體之間達成評價共識，為在線教學案例庫需要的真實、可信、全面教學數(shù)據(jù)提供了有力支撐。因此，本文嘗試構建基于區(qū)塊鏈的在線教學案例庫，并在此基礎上提出基于區(qū)塊鏈的在線教學案例庫模型。

三、區(qū)塊鏈在線教學案例庫框架

區(qū)塊鏈在線教學案例庫改變了傳統(tǒng)中心化的教學資源共享模式，構建了扁平化的教學管組織架構，從而提高了教師、學生、管理人員、技術人員和教輔部門溝通與協(xié)作。在線教學案例庫的主要功能是信息檢索、數(shù)據(jù)溯源、流程監(jiān)控等，其架構主要分為五層，即數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、共識層、合約層和應用層，從而實現(xiàn)在線教學案例信息的錄入、溯源、監(jiān)控和應用，具體框架如圖1所示。

數(shù)據(jù)層的主要功能是存儲經(jīng)過非對稱加密算法的各類教學數(shù)據(jù)，并進行分類、查詢和檢索操作，包括在線教學的課前預習、課中教學和課后復習等環(huán)節(jié)的過程數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡層主要功能是各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸和驗證是通過P2P 、非對稱加密、節(jié)點數(shù)據(jù)驗證等機制來完成，其中，教學數(shù)據(jù)的動態(tài)更新和維護需要通過節(jié)點的共識機制來完成，共識機制由共識層來處理完成。

共識層的主要功能是通過設計一系列反映方法和規(guī)則的共識算法來確保教學服務和資源的安全性和高效性。共識機制讓每個節(jié)點通過具體的方法和規(guī)則保持數(shù)據(jù)的真實性和準確性，常用的共識算法包括DPOS、POW、PBFT。

合約層的主要功能是通過封裝各類智能合約代碼，使在線教學案例庫能夠進行智能傳輸和處理相關數(shù)據(jù)信息。合約層主要封裝節(jié)點認證管理合約、信息處理合約、情報采集合約、日志記錄合約等。

應用層的主要功能是實現(xiàn)在線案例在相關的教學場景中的具體操作，通過各種軟件的 API 接口實現(xiàn)外接口與區(qū)塊鏈的交互，實現(xiàn)在線教學數(shù)據(jù)的上傳、共識、查詢、溯源、監(jiān)控、決策操作。

四、基于區(qū)塊鏈的在線教學案例庫構建模型

基于區(qū)塊鏈的在線教學案例庫構建模型以各學科教學案例為基礎，設置參與教學的主體為節(jié)點，將案例教學過程中產(chǎn)生的信息形成數(shù)據(jù)區(qū)塊在平臺中傳輸和共享，并通過信息檢索將案例教學的課前預習、課中教學和課后復習等信息提取并寫入結構化的在線教學案例中，模型具體構建過程見下頁圖2。

第一階段，案例生成和審核。針對符合在線教學資源教學和建設標準的課程內(nèi)容進行分析和審核，教師和技術人員達成共識后傳輸?shù)絽^(qū)塊鏈上存儲。

第二階段，案例區(qū)塊生成。在線教學過程包括教學設計、學習特征分析、教學內(nèi)容分析等環(huán)節(jié)。首先，使用非對稱加密機制分配的密鑰對上傳到區(qū)塊鏈的案例信息進行解密，為開展在線教學提供信息基礎;其次，通過節(jié)點權限對每個主體節(jié)點的在線教學信息進行電子簽名，將存有案例信息的區(qū)塊向全鏈驗證和廣播;最后，當超過51%的節(jié)點認證通過后，使用智能合約查閱審核中的合約狀態(tài)，存有案例信息的區(qū)塊將被蓋上時間戳，未滿足智能合約觸發(fā)條件的案例信息將繼續(xù)存放在區(qū)塊，等待下一輪驗證。

第三階段，數(shù)據(jù)追溯提取。在線教學案例提交完成后，將在線教學案例中涉及的關鍵信息進行提取，以便對鏈上的數(shù)據(jù)區(qū)塊進行反向追溯，全面掌握案例教學的實施環(huán)節(jié)，為后續(xù)寫入在線教學案例提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

第四階段，案例信息表示結構。結構化表示可為在線教學案例的開發(fā)提供規(guī)范性，是在線教學案例最終的表現(xiàn)形式和交互邏輯。將提取到的在線教學情景信息按預先設定好的標準格式和呈現(xiàn)方式寫入結構化的案例中，最后存儲于案例庫。

第五階段，案例信息的應用。通過案例庫的應用模塊，將教學過程生成的案例信息進行處理和應用，區(qū)塊鏈個節(jié)點可實現(xiàn)案例檢索、教學過程監(jiān)控、案例溯源和案例推薦等功能，實現(xiàn)在線教學信息的傳播和共享。

五、基于區(qū)塊鏈的在線教學案例生成流程

數(shù)據(jù)區(qū)塊主要存儲在線教學過程生成的數(shù)據(jù)，對其數(shù)據(jù)源生成和提取是案例構建的關鍵，同時也是應用區(qū)塊鏈構建案例的主要功能和關鍵環(huán)節(jié)。本部分介紹數(shù)據(jù)區(qū)塊生成和數(shù)據(jù)追溯提取的步驟，采用Python語言對其核心步驟的實現(xiàn)進行說明。

（一）數(shù)據(jù)區(qū)塊生成

區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)區(qū)塊包含時間戳、教學案例信息、數(shù)據(jù)索引、當前區(qū)塊哈希值和前一區(qū)塊哈希值。其中，哈希值是可將任意長度的字符串輸出為固定長度的字符串，用于識別區(qū)塊的完整性和可追溯性，由區(qū)塊索引、時間戳、教學案例信息和前一區(qū)塊哈希值計算得出，定義數(shù)據(jù)區(qū)塊結構如下頁圖3所示。

（二）案例數(shù)據(jù)區(qū)塊上鏈

相鄰區(qū)塊的哈希值變動將影響數(shù)據(jù)區(qū)塊的生成，鏈式的數(shù)據(jù)結構通過修改哈希值增加至區(qū)塊鏈中，實現(xiàn)案例數(shù)據(jù)的共享和傳播。圖4表示Python的For函數(shù)可用于區(qū)塊鏈區(qū)塊的添加功能，實現(xiàn)新增數(shù)據(jù)區(qū)塊上鏈。

（三）案例數(shù)據(jù)追溯

在線教學案例包括課前預習、課中教學和課后復習，每一情景下包括具體的情景描述，可以通過類和屬性構建，代碼實現(xiàn)如圖5所示。

六、結語

通過在線教學案例進行教學設計、實施和決策是在線教學的重要方式，是教育信息化推動教育現(xiàn)代化的重要內(nèi)容。本文針對案例庫開發(fā)和運行過程中出現(xiàn)的教學數(shù)據(jù)實時性不強、準確性不高、過程監(jiān)控不完整等問題，提出基于區(qū)塊鏈技術的在線教學案例庫的構建路徑和運行方式，將在線教學過程中面臨和涉及的數(shù)據(jù)、結構和應用進行設計和開發(fā)，最后形成完整的在線教學案例，同時闡釋了在線教學案例構建中案例數(shù)據(jù)的生成和溯源兩個關鍵環(huán)節(jié)，即借助區(qū)塊鏈P2P機制、數(shù)據(jù)區(qū)塊結構和加密傳輸算法，將在線教學過程各節(jié)點數(shù)據(jù)信息真實、準確、完整地記錄和存儲在區(qū)塊鏈上;借助相鄰節(jié)點數(shù)據(jù)區(qū)塊的哈希關聯(lián)特點實現(xiàn)在線教學全過程數(shù)據(jù)區(qū)塊的定位和溯源，通過提取和寫入各數(shù)據(jù)區(qū)塊中的信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)在線教學案例的生成。

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[作者簡介]鄧明，廣西開放大學教育技術中心工程師，碩士，研究方向：計算機應用、教育信息技術。

[責任編輯 肖志明]