尹婷婷 曾憲玉

（1. 西北工業(yè)大學(xué)教務(wù)處，西安 710072；2. 西北工業(yè)大學(xué)圖書館，西安 710072）

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的快速發(fā)展和教育信息化2.0時代的到來，數(shù)字資源在教育教學(xué)中的應(yīng)用越來越多，如何挖掘高質(zhì)量的數(shù)字教育資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)字教育資源的可持續(xù)發(fā)展與共享是促進(jìn)現(xiàn)代教育教學(xué)快速發(fā)展的重要環(huán)節(jié)與關(guān)鍵舉措[1]。為進(jìn)一步加快教育現(xiàn)代化，推進(jìn)新時代教育信息化發(fā)展，教育部于2018年初印發(fā)《教育信息化2.0行動計(jì)劃》（教技〔2018〕6號），明確提出實(shí)施教育資源共享計(jì)劃，以進(jìn)一步促進(jìn)開放教育資源的建設(shè)與共享，消除數(shù)字教育資源共享發(fā)展的障礙與壁壘，滿足學(xué)習(xí)者、教學(xué)者和管理者關(guān)于數(shù)字教育資源的需求。因此，構(gòu)建一種新的、能夠滿足相應(yīng)需求的數(shù)字教育資源共享模式已成為目前亟待解決的問題。

區(qū)塊鏈（block chain）技術(shù)被視為繼互聯(lián)網(wǎng)之后又一項(xiàng)完全顛覆人類社會變革的創(chuàng)新技術(shù)，一經(jīng)提出就受到金融機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域?qū)＜业母叨戎匾暸c關(guān)注[2]。2017年初，摩根士丹利銀行、匯豐銀行、高盛等40多家全球大型金融機(jī)構(gòu)共同組建R3聯(lián)盟，用于研究區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用；2018年冬季達(dá)沃斯論壇上，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用成果數(shù)量的迅速增長，有專家建議將2018年作為區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的元年[3]。本文借鑒在金融、商業(yè)、服務(wù)業(yè)和信息技術(shù)等眾多領(lǐng)域取得廣泛研究成果的區(qū)塊鏈技術(shù)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，利用區(qū)塊鏈的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢重新構(gòu)建數(shù)字教育資源共享模式，對進(jìn)一步推動區(qū)塊鏈在教育教學(xué)中的應(yīng)用有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教育資源研究現(xiàn)狀

2016年12月，國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家信息化規(guī)劃》文件，將區(qū)塊鏈技術(shù)列入我國國家信息化規(guī)劃，并將其定為戰(zhàn)略性前沿技術(shù)之一。作為一種新興的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，區(qū)塊鏈在服務(wù)業(yè)和信息技術(shù)等眾多領(lǐng)域均有著廣泛的實(shí)踐成果[3]，但就區(qū)塊鏈技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用而言，目前的研究成果還不夠豐富，國內(nèi)外只有少數(shù)學(xué)者對區(qū)塊鏈在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用開展了初步研究工作[4]。金義富[5]基于教育資源建設(shè)、教育投入及教育產(chǎn)出等方面的具體分析，從“區(qū)塊鏈+教育”角度構(gòu)建了通用區(qū)塊鏈教育系統(tǒng)；楊現(xiàn)民等[6]基于區(qū)塊鏈在金融行業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐，對區(qū)塊鏈技術(shù)在教育行業(yè)的發(fā)展前景進(jìn)行了可行性探討分析；沈丹丹[7]依據(jù)區(qū)塊鏈的特點(diǎn)及其在教育領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，探索并分析了區(qū)塊鏈技術(shù)對數(shù)字教育資源共享模式變革的啟示與應(yīng)用；全立新等[8]將區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用模型進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)了基于雙區(qū)塊鏈理念的數(shù)字教育資源流通模式；李新等[9]基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建了分布式教育資源的管理與應(yīng)用平臺。

2 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教育資源共享模型的構(gòu)建

2.1 區(qū)塊鏈的概念及特點(diǎn)

2008年11月，日本學(xué)者Nakamoto在Bitcoin：A Peer-to-Peer Electronic Cash System中提出了區(qū)塊鏈的概念與定義[10]：區(qū)塊鏈采用的是分布式數(shù)據(jù)存儲模式，由一定的加密關(guān)聯(lián)規(guī)則生成的一系列包含關(guān)于網(wǎng)絡(luò)交易的特定記錄的數(shù)據(jù)塊序列，以驗(yàn)證信息的正確性及有效性并生成下一個數(shù)據(jù)區(qū)塊?？傮w而言，區(qū)塊鏈?zhǔn)腔贗nternet技術(shù)的分布式數(shù)據(jù)儲存及共識機(jī)制、加密算法等的創(chuàng)新應(yīng)用[11]，具有去中心化、安全可靠及開放性等特點(diǎn)。其中，區(qū)塊鏈?zhǔn)褂梅植际降挠?jì)算和存儲模式，沒有集中管理的硬件組織或機(jī)構(gòu)，任何節(jié)點(diǎn)的權(quán)利和義務(wù)都是相同的，去中心化結(jié)構(gòu)使得節(jié)點(diǎn)之間的交互和共享更加自主與簡化，如果同時進(jìn)行大量交易，將節(jié)省大量時間并提高效率；在區(qū)塊鏈中，任一節(jié)點(diǎn)均具有發(fā)起基于信息計(jì)算結(jié)果進(jìn)行表決的權(quán)利，當(dāng)某一信息計(jì)算結(jié)果得到確認(rèn)的比重超過50%，這一信息的計(jì)算結(jié)果將通過安全性驗(yàn)證并被添加至區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)中，因此，區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有極高的穩(wěn)定性和可靠性；在區(qū)塊鏈拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，除了個別得到授權(quán)的節(jié)點(diǎn)不需要公布節(jié)點(diǎn)的私有數(shù)據(jù)信息外，系統(tǒng)內(nèi)的其余節(jié)點(diǎn)都可以對系統(tǒng)內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)用戶進(jìn)行公開發(fā)布數(shù)據(jù)信息，因此，整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)具有開放性。

2.2 基于區(qū)塊鏈的數(shù)字教育資源共享模型的構(gòu)建

根據(jù)教育資源傳播速度及傳播形式的不同，教育資源共享分為有中心模式和無中心模式[6-8]，其中，有中心模式的教育資源管理以實(shí)行集中監(jiān)管為主要模式，具有管理程度較高的特點(diǎn)；無中心模式的資源管理以分散監(jiān)管為運(yùn)行模式，主要利用點(diǎn)對點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)共享模式，具有管理方便的特點(diǎn)且具有較高的數(shù)據(jù)安全性。本文在充分考慮這兩種模式各自優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建具有集中監(jiān)管、無中心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的數(shù)字教育資源共享框架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示[7]。其中，區(qū)塊鏈的節(jié)點(diǎn)是有順序的，并且節(jié)點(diǎn)序號是區(qū)塊的基本屬性信息之一。在數(shù)字教育資源共享框架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各節(jié)點(diǎn)的主體可以是學(xué)校教師、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)或者學(xué)習(xí)者，各節(jié)點(diǎn)之間可以實(shí)現(xiàn)互相連接。同時，在數(shù)字教育資源共享框架模型中，以區(qū)塊鏈技術(shù)為底層構(gòu)架，利用技術(shù)成熟度較高的加密算法、規(guī)則驗(yàn)證、數(shù)字簽名等共識機(jī)制和教育智能合約制度實(shí)現(xiàn)教育資源的自動載入、下載與更新等具體操作。因此，本文基于區(qū)塊鏈原理構(gòu)建可動態(tài)擴(kuò)展、可管理、可控制、開放服務(wù)的區(qū)塊鏈數(shù)字教育資源共享模型[12]，見圖2所示。區(qū)塊鏈數(shù)字教育資源共享模型主要包括4層結(jié)構(gòu)。①資源存儲層。首先需要將書籍、視頻、文件等教育資源形成數(shù)字化資源并封裝為區(qū)塊的形式，發(fā)送至本地資源（服務(wù)器）。②資源連接層。已封裝完成的區(qū)塊資源通過共識機(jī)制、加密算法等形成區(qū)塊互連組，并在網(wǎng)絡(luò)資源庫中進(jìn)行同步與更新。③資源交易層。資源提供者將數(shù)字資源封裝在等待驗(yàn)證的區(qū)塊中（區(qū)塊中所需的基本數(shù)據(jù)如表1所示），隨后，系統(tǒng)將各個區(qū)塊連接到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中前一個區(qū)塊的主鏈上，同時將各個區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)信息備份至所有節(jié)點(diǎn)，即每個節(jié)點(diǎn)均記錄整個區(qū)塊鏈上的所有數(shù)據(jù)。區(qū)塊中包含版本號、時間戳、區(qū)塊地址值等基本數(shù)據(jù)信息，這些基本數(shù)據(jù)信息明確了數(shù)字教育資源的歸屬權(quán)，一旦發(fā)生侵權(quán)糾紛，每個節(jié)點(diǎn)都能夠擔(dān)當(dāng)“證人”的角色。④資源共享層。本地資源庫和校外資源庫采用樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保存各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)信息的查詢速度。

由圖1和圖2可以看出，本文建立的數(shù)字教育資源共享模型是各節(jié)點(diǎn)按照對教育資源的需求自發(fā)組成的B2B網(wǎng)絡(luò)，學(xué)習(xí)者、學(xué)校教師、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等都可以通過加密算法、規(guī)則驗(yàn)證、數(shù)字簽名等一系列安全驗(yàn)證后成為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一個具體節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行的核心基礎(chǔ)，主要負(fù)責(zé)生成區(qū)塊以及通過哈希算法連接形成區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，具體的連接過程如圖3所示[8,13]?？梢园l(fā)現(xiàn)，區(qū)塊頭和區(qū)塊體構(gòu)成了區(qū)塊的基本結(jié)構(gòu)。其中，區(qū)塊頭主要包括梅克爾樹根值、時間戳、難度值等具體的基本數(shù)據(jù)信息，區(qū)塊體通常包含多條發(fā)生交易的記錄信息。在數(shù)字教育資源共享過程中，若其中某一條交易記錄信息被篡改或偽造，則系統(tǒng)可以利用預(yù)先設(shè)置的計(jì)算規(guī)則，通過相應(yīng)的哈希值及梅克爾樹根值進(jìn)行檢測與校對，從而查找出被篡改或偽造的信息，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中，很難偽造一個區(qū)塊的信息，同時這也保證了數(shù)據(jù)教育資源的安全性與可靠性。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教育資源共享框架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2 區(qū)塊鏈數(shù)字教育資源共享模型結(jié)構(gòu)示意圖

表1 區(qū)塊中的基本數(shù)據(jù)

圖3 連接系統(tǒng)區(qū)塊結(jié)構(gòu)示意圖

構(gòu)建數(shù)字教育資源共享分析模型，需要對數(shù)字資源信息的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，分析資源配置信息的基本因素，具體的計(jì)算步驟如下。

（1）采集共享資源信息。在數(shù)字教育資源共享系統(tǒng)內(nèi)，提供共享信息的用戶眾多，為保證共享數(shù)字資源信息能夠進(jìn)行合理的分配，首先需要根據(jù)不同的提供者對共享信息資源進(jìn)行采集與分類[14]，定義信息提供者的信息資源共享過程如公式（1）所示。

其中，vA和vB表示提供者上傳信息的共享速度，aAB和aBA分別代表信息資源共享使不同信息提供者之間的抑制作用系數(shù)，bAB和bBA分別表示信息提供者之間產(chǎn)生的促進(jìn)作用系數(shù)。由于數(shù)字資源信息的重疊方式不同，數(shù)字資源信息的重疊情況如圖4所示[14]，其中a和B分別表示提供者上傳至共享平臺的數(shù)字資源信息。由圖4可以看出，不同的提供者共享的信息資源會出現(xiàn)3種情況：①不同提供者提供的信息均不重疊，如圖4（1）所示；②不同提供者提供部分相同或者重疊的信息，如圖4（2）（3）（4）所示；③不同提供者提供相同或相似的信息，如圖4（5）所示。

圖4 共享信息資源重疊情況示意圖

依照圖4的表示情況，定義SAB為提供信息a和B的信息重疊度，因此，若SAB的取值為0，則可以直接定義配置因子；若SAB的取值不為0，則需要對采集的共享數(shù)字資源信息進(jìn)行降重處理，將重復(fù)的數(shù)字資源信息剔除。

（2）共享信息資源的演化配置。當(dāng)不同信息提供者上傳共享信息的信息重疊度為0時，則表示信息資源共享達(dá)到平衡，信息需求者對于信息資源接收程度趨于飽和[15]，則公式（2）所示的平衡條件成立。

因此，將信息資源共享的均衡條件轉(zhuǎn)換成變量表示形式，具體如公式（3）所示。

對均衡條件進(jìn)行求解可以得出滿足均衡條件的坐標(biāo)，當(dāng)a與B的信息資源共享水平相當(dāng)時，兩者均在一定范圍內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)信息資源共享，此時，a與B的信息資源共享流程如圖5所示。

（3）分析共享數(shù)字資源的配置因子。假設(shè)均衡態(tài)演化配置完成的共享數(shù)字資源信息的樣本數(shù)為m，且配置的因子指標(biāo)為n，同時定義配置信息中第i個樣本的第j個配置因素為sij，其中i的取值范圍為［1，m］，j的取值范圍為［1，n］[16]，那么共享數(shù)字資源信息全部樣本值構(gòu)成的初始矩陣可以表示為公式（4）。

在計(jì)算樣本初始矩陣之前需要對矩陣中的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過公式（5）計(jì)算得到第j列數(shù)據(jù)的平均值。

初始矩陣中的數(shù)據(jù)經(jīng)過均值化處理后得到新的矩陣，如公式（6）所示。

然后，按公式（7）對均值化的結(jié)果進(jìn)行歸一化處理。

經(jīng)過一系列處理得到的構(gòu)造矩陣可以表示為公式（8）所示。

將采集到的共享數(shù)字資源信息的相關(guān)數(shù)據(jù)代入矩陣，并對相關(guān)的矩陣、矩陣的特征值和特征向量進(jìn)行計(jì)算，從而得出一個對應(yīng)矩陣配置特征值的單位化特征向量，其中組成特征向量的特征多項(xiàng)式標(biāo)記為λj[17]。最后，通過共享數(shù)字資源信息的配置因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率可以進(jìn)一步確定配置因子的個數(shù)，前k個因子的累計(jì)因子貢獻(xiàn)率可以用公式（9）表示。

圖5 信息資源共享均衡結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)特征向量的特征根不小于1時，即可以確定配置因子的個數(shù)。

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教育資源共享模式分析

在教育信息化背景下，數(shù)字教育資源共享是推進(jìn)教育信息化快速發(fā)展的基礎(chǔ)工程與關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而區(qū)塊鏈的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)數(shù)字教育資源共建、共享提供了發(fā)展方向和技術(shù)保障，因此，本文分別從數(shù)據(jù)記錄、資源交易、資源管理等具體方面，探討數(shù)字教育資源的共享模式（如圖6所示[7]），以期為數(shù)字教育資源的有效共享提供參考標(biāo)準(zhǔn)。

圖6 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字化教育資源共享模式

3.1 基于數(shù)據(jù)記錄建立個人資源學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)

在基于區(qū)塊鏈技術(shù)的教育資源共享體系中，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中的所有記錄信息都將被保存，因此學(xué)習(xí)者個人、學(xué)校教師以及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)都能夠?qū)崟r記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，從而在教育資源共享系統(tǒng)內(nèi)能夠形成大量的個人學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)信息。通過存儲的教育資源數(shù)據(jù)信息，學(xué)校教師可以了解學(xué)習(xí)者的興趣愛好、學(xué)習(xí)習(xí)慣，評估學(xué)習(xí)能力，有助于開展因材施教，施行精準(zhǔn)教學(xué)。同時，對于培訓(xùn)機(jī)構(gòu)而言，培訓(xùn)教師可以在獲得授權(quán)認(rèn)證后，查詢受教育者的數(shù)據(jù)信息，從而快速評估培訓(xùn)內(nèi)容與受教育者的匹配度，個性化定制受教育者的培訓(xùn)方案，施行以學(xué)生為中心的個性化教育教學(xué)。

3.2 基于資源交易實(shí)現(xiàn)教育資源交易智能化

在基于區(qū)塊鏈技術(shù)的教育資源交易體系中，各種數(shù)字教育資源交易過程由系統(tǒng)自動完成，并且交易記錄的數(shù)據(jù)信息無法被偽造，確保教育資源交易過程的安全性與智能化。在智能教育資源交易體系中，受教育者能夠根據(jù)自身興趣愛好、學(xué)習(xí)習(xí)慣等具體情況選擇適合自己的學(xué)習(xí)資源和服務(wù)資源。同時，系統(tǒng)也能夠根據(jù)受教育者的需求主動向用戶推薦與之相適應(yīng)的數(shù)字教育資源的相關(guān)信息，當(dāng)用戶確認(rèn)需要系統(tǒng)推薦的數(shù)字教育資源時，系統(tǒng)即自動發(fā)起交易支付過程，待受教育者支付完成后即進(jìn)入所購買數(shù)字教育資源的發(fā)送階段，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)字教育資源的交易智能化。

3.3 基于資源管理創(chuàng)建教育資源管理系統(tǒng)

隨著教育信息化進(jìn)程的加快，數(shù)字教育資源數(shù)量也不斷增加，如何對教育資源進(jìn)行有效監(jiān)管就顯得愈發(fā)重要。在區(qū)塊鏈視角下，基于資源管理層面的教育資源系統(tǒng)能夠科學(xué)評估和監(jiān)控資源質(zhì)量，并對各類教育資源進(jìn)行科學(xué)、有效的整合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對數(shù)字教育資源實(shí)時監(jiān)測，從而提高對教育資源有效監(jiān)管。同時，數(shù)字教育資源的評價是一個多層次、多指標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)，而區(qū)塊鏈技術(shù)作為互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下用戶分析和服務(wù)設(shè)計(jì)的有力工具，在資源管理層面嵌入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)為數(shù)字教育資源的科學(xué)評價提供了新的研究思路和發(fā)展方向。

4 結(jié)論

區(qū)塊鏈的開發(fā)與應(yīng)用為數(shù)字教育資源共享的實(shí)時性、可靠性和安全性提供了技術(shù)支持和發(fā)展空間，為全球教育行業(yè)提供了大量自由開放的數(shù)字教育資源，解決了傳統(tǒng)數(shù)字教育資源共享發(fā)展過程中存在的諸多難題。但是，就目前區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字教育資源共享領(lǐng)域的應(yīng)用情況而言，仍面臨一些挑戰(zhàn)與機(jī)遇，如知識產(chǎn)權(quán)侵權(quán)問題，不能僅僅從技術(shù)層面上來保護(hù)資源的產(chǎn)權(quán)問題，還應(yīng)從版權(quán)機(jī)構(gòu)和原創(chuàng)角度出發(fā)，進(jìn)一步完善區(qū)塊鏈技術(shù)在數(shù)字教育資源共享模型中保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的具體措施，并制定適當(dāng)?shù)恼邅肀Ｗo(hù)資源的所有權(quán)，構(gòu)建可靠、安全、可持續(xù)發(fā)展的數(shù)字教育資源共享發(fā)展模式。因此，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)字教育資源共享模式發(fā)展，仍需要政府部門、教育組織、社會力量等多方面的全力合作，切實(shí)加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題，提高數(shù)字教育資源共享的范圍和質(zhì)量，消除數(shù)字教育資源共享發(fā)展中的壁壘，擴(kuò)大數(shù)字教育資源共享的受眾面，進(jìn)一步為受教育者提供充足的個性化學(xué)習(xí)資源。