王曉娜 季超越 班戈

摘 要：基于對(duì)PISA數(shù)學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)框架的充分解讀，針對(duì)目前河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評(píng)價(jià)過(guò)程中存在的理論脫離實(shí)踐、數(shù)學(xué)教育資源分配不均、數(shù)學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)不公正、學(xué)習(xí)成果認(rèn)證困難等問(wèn)題，利用區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評(píng)價(jià)聯(lián)盟鏈。通過(guò)區(qū)塊鏈的有效監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)教育資源共享和學(xué)習(xí)成果互認(rèn)，從而提升高校理工類大學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平，真正實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)素養(yǎng);PISA;區(qū)塊鏈;測(cè)評(píng)框架

在科技發(fā)展日新月異的21世紀(jì)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算以及區(qū)塊鏈等新興技術(shù)迅速發(fā)展，為培養(yǎng)科學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)、工程能力強(qiáng)的創(chuàng)新型工科人才，我國(guó)高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平也應(yīng)有所提高。早在20世紀(jì)90年代，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）每三年開展一輪國(guó)際學(xué)生評(píng)估項(xiàng)目（PISA），測(cè)評(píng)對(duì)象主要是15歲學(xué)生，測(cè)評(píng)領(lǐng)域涉及閱讀、數(shù)學(xué)和科學(xué)，數(shù)學(xué)作為主測(cè)評(píng)領(lǐng)域分別在2003年、2012年、2021年展開測(cè)評(píng)，該測(cè)評(píng)框架對(duì)數(shù)學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵和測(cè)評(píng)指標(biāo)的界定進(jìn)行了充分的考量，并且也在不斷地修改和完善。基于對(duì)PISA數(shù)學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)框架的解析，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)作為一個(gè)相對(duì)抽象且復(fù)雜的概念，它本身并不能夠被直接測(cè)量，其評(píng)價(jià)需從可觀察、可測(cè)量、可操作的視角選擇合適的測(cè)評(píng)領(lǐng)域與指標(biāo)。基于此，對(duì)高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和評(píng)價(jià)都存在一定難度。

區(qū)塊鏈技術(shù)為構(gòu)建高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評(píng)價(jià)體系提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)分布式的共享賬本，由多條賬目組成的區(qū)塊通過(guò)加密連接組成，區(qū)塊鏈的共識(shí)機(jī)制、智能合約等技術(shù)，使其具有去中心化、去信任化、集體維護(hù)、安全、開放等特點(diǎn)，基于區(qū)塊鏈技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，目前區(qū)塊鏈已廣泛應(yīng)用于金融、醫(yī)療衛(wèi)生、科技等領(lǐng)域，相關(guān)研究成果較多，而其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究成果還比較少。據(jù)知網(wǎng)檢索，楊現(xiàn)民（2017）等提出將區(qū)塊鏈應(yīng)用在教育領(lǐng)域建立個(gè)體學(xué)信大數(shù)據(jù)、開發(fā)學(xué)位證書系統(tǒng)和開發(fā)去中心化教育系統(tǒng)等;鄭旭東等（2020）基于區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)的學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)架構(gòu)在宏觀治理層面支持弱中心化的評(píng)價(jià)聯(lián)盟運(yùn)行，在中觀評(píng)價(jià)層面可實(shí)現(xiàn)安全、可信、溯源的數(shù)據(jù)錄入，評(píng)價(jià)實(shí)施，結(jié)果查詢與應(yīng)用等評(píng)價(jià)過(guò)程;黎明（2020）提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)建立學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)等。鑒于此，本研究在PISA測(cè)評(píng)框架的基礎(chǔ)上，基于區(qū)塊鏈技術(shù)和“新工科”理念，構(gòu)建高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評(píng)價(jià)體系。

一、河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評(píng)價(jià)現(xiàn)狀分析

目前，關(guān)于數(shù)學(xué)素養(yǎng)的研究大多集中在基礎(chǔ)教育階段，對(duì)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)框架及指標(biāo)還沒(méi)有明確的界定，導(dǎo)致河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評(píng)價(jià)中存在著一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）理論脫離實(shí)踐

大多數(shù)數(shù)學(xué)類課程作為高校理工類專業(yè)大學(xué)生的基礎(chǔ)課程，課程本身比較抽象，教學(xué)學(xué)時(shí)較短，教學(xué)內(nèi)容較多，相關(guān)課程授課形式基本采用理論講授，沒(méi)有配套的實(shí)踐課程，導(dǎo)致理論知識(shí)的學(xué)習(xí)沒(méi)有相關(guān)實(shí)踐應(yīng)用去支撐。另外，受傳統(tǒng)課堂模式的影響，課堂教學(xué)主要以經(jīng)典理論知識(shí)講授為主，很少引入相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐案例。因此，對(duì)于高校理工類大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)僅停留在理論層面，相關(guān)的實(shí)踐練習(xí)還需有相關(guān)平臺(tái)進(jìn)行支撐。

（二）數(shù)學(xué)教育資源分配不均衡

數(shù)學(xué)知識(shí)是數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的基礎(chǔ)和提升的前提，數(shù)學(xué)教育資源是數(shù)學(xué)知識(shí)獲取的主要途徑。但高校理工類專業(yè)在數(shù)學(xué)教育資源分配方面存在不均衡現(xiàn)象，主要有：其一，各高校理工類專業(yè)在教學(xué)條件、教學(xué)對(duì)象和培養(yǎng)目標(biāo)等方面都有不同，其對(duì)數(shù)學(xué)教育資源的需求也體現(xiàn)出較大的差異;其二，各高校理工類專業(yè)所開設(shè)的大學(xué)數(shù)學(xué)課程，在課程門類設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)目標(biāo)要求、教學(xué)學(xué)時(shí)分配等方面并不相同，致使學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)內(nèi)容不均衡;其三，隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)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(shù)學(xué)專業(yè)課程及與數(shù)學(xué)素養(yǎng)相關(guān)的在線教育資源稀缺，且無(wú)針對(duì)性。

（三）數(shù)學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)客觀公正不足

高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)體系是判斷其數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平的依據(jù)。但目前，對(duì)高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)體系內(nèi)涵與設(shè)計(jì)的研究還比較少，還沒(méi)有明確的、客觀公正的測(cè)評(píng)指標(biāo)，主觀因素影響較多，測(cè)評(píng)難度大，且大學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)的參與度不高。

（四）數(shù)學(xué)素養(yǎng)學(xué)習(xí)成果認(rèn)證困難

在我國(guó)，對(duì)大學(xué)生學(xué)歷的認(rèn)證是各個(gè)高校采用學(xué)分制衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)量，學(xué)生修滿學(xué)分，從而獲得該高校的畢業(yè)證書及學(xué)位證書;對(duì)駕駛證等證件，考生可練習(xí)相關(guān)技能，通過(guò)考試而獲得。這兩種學(xué)習(xí)結(jié)果都有相關(guān)的結(jié)果認(rèn)證，或是學(xué)習(xí)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(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平的各種學(xué)習(xí)成果，是數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評(píng)價(jià)中需要解決的重要問(wèn)題。

二、基于區(qū)塊鏈的河南省高校理工類大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評(píng)價(jià)聯(lián)盟鏈設(shè)計(jì)

基于以上問(wèn)題分析，為實(shí)現(xiàn)高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)教育資源共建共享的目標(biāo)及更公平地考核其數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平，本研究充分發(fā)揮區(qū)塊鏈龐大的分布式賬本的本質(zhì)和智能合約等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)河南省高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)和評(píng)價(jià)，構(gòu)建其數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評(píng)價(jià)體系聯(lián)盟鏈，如圖所示：

（一）理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)框架

數(shù)學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)框架維度指標(biāo)主要從問(wèn)題真實(shí)情境、數(shù)學(xué)內(nèi)容、建模過(guò)程、關(guān)鍵能力四個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。真實(shí)情境從個(gè)人、職業(yè)和科學(xué)三個(gè)方面來(lái)分類，通過(guò)真實(shí)情境中相關(guān)問(wèn)題的測(cè)試，能夠增強(qiáng)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)與學(xué)生生活之間的聯(lián)系;數(shù)學(xué)內(nèi)容是學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)的一個(gè)重要依托，分為空間與形狀、變化與關(guān)系、數(shù)量、不確定性與數(shù)據(jù)四個(gè)方面;建模過(guò)程指學(xué)生能否將數(shù)學(xué)概念、知識(shí)和技能運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)情景各種復(fù)雜問(wèn)題中;關(guān)鍵能力指通過(guò)系統(tǒng)數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)和長(zhǎng)時(shí)間的積累形成的實(shí)際解決問(wèn)題的能力，以此來(lái)滿足社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步對(duì)人才的要求。該測(cè)評(píng)框架為理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)指明方向，同時(shí)為考量理工類專業(yè)大學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平提供依據(jù)。

（二）總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

基于區(qū)塊鏈去中心化、集體維護(hù)、安全可靠、防偽溯源、高度加密等技術(shù)，理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與評(píng)價(jià)體系涉及學(xué)生個(gè)人隱私、教育資源管理、教育教學(xué)數(shù)據(jù)等不易廣泛公開的數(shù)據(jù)信息，區(qū)塊鏈應(yīng)用模式中的聯(lián)盟鏈可實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與評(píng)價(jià)體系的部分去中心化，并且允許連接到系統(tǒng)內(nèi)部的各高校共同參與管理該系統(tǒng)，保證系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的安全和個(gè)人的隱私。具體設(shè)計(jì)如下：

根據(jù)各高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)教育資源差異和數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平現(xiàn)狀，每個(gè)高校內(nèi)部可形成一條私有鏈，各高校私有鏈集合形成聯(lián)盟鏈。首先，基于聯(lián)盟鏈部分去中心化的特點(diǎn)，利用聯(lián)盟鏈的共識(shí)機(jī)制決定記賬節(jié)點(diǎn)，各高校私有鏈通過(guò)記賬節(jié)點(diǎn)與聯(lián)盟鏈賬本對(duì)接，保證鏈接到聯(lián)盟鏈上的各高校組織群體，通過(guò)共識(shí)機(jī)制完成教育資源共享、數(shù)學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)中的各種交易請(qǐng)求，共同參與和管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)與信息，保證系統(tǒng)有效運(yùn)行，從而形成高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評(píng)價(jià)系統(tǒng);其次，在聯(lián)盟鏈共識(shí)層設(shè)置聯(lián)盟的相關(guān)組織管理機(jī)制，通過(guò)智能合約實(shí)現(xiàn)各高校的組織管理機(jī)制、資源共享機(jī)制、考核評(píng)價(jià)機(jī)制、權(quán)益分配機(jī)制等，促進(jìn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)資源的均衡發(fā)展和評(píng)價(jià)體系的公平、公正;再次，各高校私有鏈對(duì)教育教學(xué)資源數(shù)據(jù)、學(xué)生學(xué)習(xí)與實(shí)踐的活動(dòng)數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)錄入后，通過(guò)智能合約進(jìn)一步對(duì)錄入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分封裝，無(wú)需任何第三方的支持，即可確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)不被篡改和刪除，實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟鏈上各高校對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的隨意獲取，從而實(shí)現(xiàn)各高校及部門之間數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)管理跨平臺(tái)的管理和對(duì)接。從圖1可以看出，高校聯(lián)盟鏈?zhǔn)钦麄€(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)，高校理工類專業(yè)根據(jù)數(shù)學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)框架指標(biāo)，依托聯(lián)盟鏈展開教育資源共建共享和學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)。

（三）基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)機(jī)制

數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)本身就是一種教育活動(dòng)過(guò)程，教師和學(xué)生是主要的參與群體，利用區(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)素養(yǎng)教育教學(xué)資源共建共享機(jī)制，鼓勵(lì)教師或?qū)W生上傳教育資源，通過(guò)聯(lián)盟鏈的有效監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)教育資源共享，解決學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)與評(píng)價(jià)中教育資源不均衡的問(wèn)題。

1.教師層面

各高校教師依托聯(lián)盟鏈中的“各高校私有鏈”，通過(guò)區(qū)塊鏈的智能合約功能注冊(cè)登陸，獲得身份驗(yàn)證后，積極將自身原創(chuàng)的教育資源（教案、課件、習(xí)題、討論、微視頻、SPOC、精品課程等）按照類別分類上傳，通過(guò)確權(quán)交易機(jī)制確保自身產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)得到有效保護(hù)，通過(guò)共識(shí)機(jī)制讓自身原創(chuàng)資源得到客觀評(píng)價(jià)，形成各類資源的智能合約，并在全網(wǎng)公開，記入聯(lián)盟鏈賬本。同時(shí)，資源上傳者還可以通過(guò)智能合約交易獲得的教育幣來(lái)購(gòu)買優(yōu)質(zhì)的教育教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)資源的共建共享。

2.學(xué)生層面

學(xué)生作為數(shù)學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)對(duì)象，在數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)和評(píng)價(jià)體系中，依然可以通過(guò)區(qū)塊鏈的智能合約功能進(jìn)行身份認(rèn)證后，將自己的學(xué)習(xí)筆記、試題答案、解析和學(xué)習(xí)心得等上傳至各高校私有鏈平臺(tái)，在此過(guò)程中產(chǎn)生的教育幣還可以用來(lái)購(gòu)買適合自身需求的資源和信息，還可以發(fā)出問(wèn)題請(qǐng)求，不僅實(shí)現(xiàn)了學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間跨時(shí)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(qū)塊鏈技術(shù)的高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)機(jī)制

以終身學(xué)習(xí)理念為理論依據(jù)，數(shù)學(xué)素養(yǎng)的測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)主要由正式學(xué)習(xí)成果和非正式學(xué)習(xí)成果組成，正式學(xué)習(xí)成果主要指各高校線下考評(píng)學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的資料信息，包括學(xué)科成績(jī)、教師評(píng)價(jià)和學(xué)生獲得的各種體現(xiàn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)的榮譽(yù)證書等;非正式的學(xué)習(xí)成果主要指學(xué)生基于線上平臺(tái)等不同的學(xué)習(xí)方式獲得的反映學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平的教育大數(shù)據(jù)信息，包括平臺(tái)自動(dòng)收集和記錄的學(xué)生參加的各種講座，自主學(xué)習(xí)的MOOC、SPOC等線上資源和學(xué)科前沿性知識(shí)，參加的各種大賽，線上發(fā)起的討論和話題以及學(xué)生之間互助等。

為保證學(xué)生的學(xué)習(xí)成果在不同的高校間得到公平的認(rèn)證，也為了更加客觀、公平地衡量學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平，需將這些學(xué)習(xí)成果轉(zhuǎn)化為可視的證書或?qū)W分等形式，在這一過(guò)程中基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分互認(rèn)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(tǒng)將每個(gè)學(xué)習(xí)者所有的學(xué)習(xí)成果以時(shí)間節(jié)點(diǎn)連續(xù)的數(shù)據(jù)方式同步到網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，不可更改但可追溯，利用聯(lián)盟鏈共識(shí)機(jī)制，形成統(tǒng)一的學(xué)分認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果的公平認(rèn)證和轉(zhuǎn)換，利用智能合約技術(shù)實(shí)現(xiàn)學(xué)分轉(zhuǎn)換自動(dòng)履約，提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)的效率。

三、結(jié)論與展望

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，我們需要越來(lái)越多的工程創(chuàng)新人才。利用區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評(píng)價(jià)體系，推動(dòng)校際間教育資源共享和學(xué)分互認(rèn)，通過(guò)以評(píng)促改、以評(píng)促建不斷提升大學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平，為“新工科”視域下人才培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的高校理工類專業(yè)大學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)及評(píng)價(jià)體系是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，需要不斷分析和解決應(yīng)用過(guò)程中的各種問(wèn)題，我們將在后續(xù)的實(shí)踐中不斷修改和完善。

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責(zé)編：文 竹