劉樹錕，潘顯民，蔡佐威，蔣翀，宋艷

（湖南女子學院 信息科學與工程學院，湖南 長沙410004）

隨著云計算、區(qū)塊鏈和大數(shù)據(jù)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，高校線上數(shù)字教學資源建設工作總體而言取得了一定的成效。從數(shù)量上講有充足的數(shù)字化教學資源可供學習者（用戶）學習，但是從質(zhì)量上來看，學習者的可用資源選擇性并不大。由于數(shù)據(jù)資源具有可復制性，在用戶訪問資源的同時數(shù)字資源的可信性、完整性、數(shù)據(jù)隱私等問題都難以保障，成為合理共享數(shù)據(jù)以及資源建設者對資源能否及時更新面臨的關鍵問題[1]。本文通過對區(qū)塊鏈技術(shù)以及線上教學資源構(gòu)建特征的研究，不斷探索其在線上教學資源動態(tài)構(gòu)建、實時更新優(yōu)化與資源安全訪問中的應用。主要針對高校線上教學資源構(gòu)建者處于激勵不足而不能及時優(yōu)化更新資源的問題，提出一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的線上教學資源鏈結(jié)構(gòu)?；谠摻Y(jié)構(gòu)設計出一種區(qū)塊鏈激勵教學模式。通過區(qū)塊鏈技術(shù)可以驗證即將上鏈的節(jié)點資源的合法性。針對特有教學資源的訪問、有效維護與實時數(shù)據(jù)更新問題展開研究[2]。有效地促進與激勵結(jié)點資源數(shù)據(jù)的更新、維護與教學資源數(shù)據(jù)共享等問題的解決。

1 高校教學資源構(gòu)建與面臨的問題

1.1 資源安全訪問問題

數(shù)據(jù)存儲與訪問的過程中，目前資源存儲基本上都是基于某個數(shù)據(jù)中心進行存儲，大概率無法完全保證存儲區(qū)域的安全。所以，在分享資源過程中有可能受到網(wǎng)絡攻擊而導致服務器被破壞或數(shù)據(jù)丟失[2-4]。此外，在資源保護方面，部署于網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)資源，很難對版權(quán)形成有效的保護機制。這就會導致資源構(gòu)建者擔心教學資源的安全問題，從而延緩了教學資源的有效利用與持續(xù)更新。

1.2 教學資源歸屬主體不統(tǒng)一

從目前看，高校的數(shù)字化教學資源主要由行政機構(gòu)和教師進行建設和管理。很容易導致資源歸屬權(quán)不統(tǒng)一。例如資源建設者（教師）要行使主體管理、行政機構(gòu)也要行使主體管理，導致資源的管理混亂。這有可能使得學習者進行資源訪問時無法有效快捷地得到有效的學習入口[5]。

1.3 教學資源的持續(xù)更新性差

近年來全國高校涌現(xiàn)出了線上教學課程建設的熱潮，開展了大量的線上課程建設項目，但是這些項目的建設目的往往都是為了完成某項特定的任務[6-7]。其根本目的不是為了建立良性的資源存儲與更新環(huán)境，不具有良好的可持續(xù)性。教學資源普遍存在重數(shù)量輕質(zhì)量等問題[8]。此外，由于缺少對資源進行更新的激勵機制，不能根據(jù)信息的發(fā)展對已有的資源及時更新，導致真正適合教師和學生使用的優(yōu)質(zhì)資源缺乏，教學資源持續(xù)更新性較差。

2 教學資源區(qū)塊鏈節(jié)點構(gòu)建與管理

線上教學資源的構(gòu)建、更新、共享都需要資源提供構(gòu)建者（例如，高校教師）、資源管理機構(gòu)等眾多參與主體參與、協(xié)調(diào)與支撐。結(jié)合參與主體需求的不同特點，本文闡述了教學資源區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)，提出基于區(qū)塊鏈的線上教學資源構(gòu)建與動態(tài)更新架構(gòu)。該架構(gòu)依據(jù)參與主體知識類型的不同以及同類型主體在教學資源構(gòu)建過程中的行為特征[2]，構(gòu)建基于高校師生的線上教學資源數(shù)據(jù)鏈。

2.1 問題描述

從整體考慮，高校線上教學資源的構(gòu)建、更新與共享涉及多個院校之間的分工與合作，是一項跨部門、跨院校的系統(tǒng)化工程[2]。在平臺的建設運營過程中，會受到具體信息的獲取方法、人員、資源更新流程等多方因素的影響[9-10]。從個體學校的局部性考慮，即使暫時不涉及線上教學資源在高校之間共享，僅僅在某一所高校內(nèi)為保證平臺的長效運行，如果缺少有效的認證機制來有效協(xié)調(diào)各方面的關系、處理復雜的校內(nèi)部門利益分配問題，仍然需要耗費巨大的時間成本，從而不利于線上教學資源的高效率構(gòu)建與更新，同時信息與資源不對稱等一系列問題仍然存在。因此，從線上教學資源管理的角度來看，需要最大化地對線上資源進行統(tǒng)籌與管理。資源提供者對于資源質(zhì)量的把握應該是最為準確的，資源管理機構(gòu)僅僅對于資源具有一定的管理權(quán)限，但是對于內(nèi)容往往在質(zhì)量上不能把握。所以目前資源質(zhì)量的關鍵在于資源的提供結(jié)點。對于某門課程或者知識點來講，視頻講解對于學習者掌握知識具有很好的作用，從這個角度而言教學資源視頻質(zhì)量起到至關重要的作用。資源講解者也就是資源提供者需要定期對于知識點的內(nèi)涵和外延進行適當及時更新，從而可以在網(wǎng)絡結(jié)點上進行訪問。

對于某個結(jié)構(gòu)的資源建設過程可以由多人對于某個知識點進行供給和維護，但是在資源網(wǎng)絡上針對這個知識點僅僅允許一個資源質(zhì)量最好且資源完成最快的結(jié)點才能把自己的資源放入訪問資源庫。進入資源鏈上的資源需要多個供給者進行合理競爭，最終得到鏈上所有結(jié)點的認可，才能使得自己的資源上鏈。而資源需求者（學習者）根據(jù)資源鏈上的ID 進行資源訪問，學習資源存儲與每個資源節(jié)點的局部本地，并不直接存儲在鏈上，資源鏈上僅僅提供某個資源的唯一地址也就是ID 號。對于資源供給方，實時根據(jù)資源的發(fā)展進行維護，維護過程得到鏈上結(jié)點認可后給予一定的資源激勵，例如通過資源激勵幣的形式給予獎勵。形成如下的資源私有鏈和訪問公有鏈。本文從小范圍（一所高校內(nèi)）進行資源的上鏈與訪問實踐。教學機構(gòu)內(nèi)鏈式結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 教學機構(gòu)內(nèi)鏈式結(jié)構(gòu)圖

2.2 鏈上資源約束關系描述

以本校雙一流學科建設過程中構(gòu)建線上教學資源為例，進行資源約束關系描述。每一個雙一流學科建設都需要一流課程的支撐。每門課程都需要建立線上教學資源，每一個教學團隊可以構(gòu)成一條私有鏈，團隊成員之間建立私有鏈形成建設課程資源知識點上鏈的競爭關系。而對于學生而言他們學習的是多門課程，因此，每一門課程建立的私有鏈必須和學生的公有學習鏈進行鏈接。針對特定資源的鏈上約束應該滿足一定的約束關系。例如，以軟件工程教學視頻資源為例，每一個知識點在私有鏈中僅僅存在一個結(jié)點ID。與此同時針對每一個知識點的上鏈都需要得到鏈上結(jié)點的認可。假設初期構(gòu)建n 門課程的動態(tài)資源鏈。具體建構(gòu)過程中的資源約束關系可以滿足下面條件：

（1）任意兩門課程之間的交集為空集；

（2）鏈上所以資源節(jié)點數(shù)量不多于某一門課程所要求的講解的知識點的數(shù)量；

（3）每個知識點的并集應該等于知識點的全集；

（4）任意知識之間的交集都應該為空集。

2.3 資源區(qū)塊結(jié)構(gòu)與資源區(qū)塊上鏈過程

隨著云計算的發(fā)展，一般情況下通常要求教學資源本地數(shù)據(jù)上傳存儲到云端，以一種中心化存儲的方式存在，這種方式使得數(shù)據(jù)更容易受到整體性破壞。因為區(qū)塊鏈以密碼學技術(shù)為基礎，通過分布式多節(jié)點共識機制，可以完整、不可篡改地記錄價值轉(zhuǎn)移的全過程，具有去中心化、不可篡改、規(guī)則透明等的特性，所以本文基于區(qū)塊鏈智能合約技術(shù)來建立安全、可信、可靠的非中心化教學資源鏈條，提高資源的使用效率和安全性。一個智能合約由合約生成、合約發(fā)布和合約執(zhí)行三個階段構(gòu)成。在合約生成階段，一般是通過多方用戶共同參與來完成合約的制定，對合約的功能進行明確的標注、確定最終合約文本，并完成程序化設計。但是合約的根本取決于區(qū)塊鏈結(jié)點結(jié)構(gòu)和結(jié)點的上鏈過程。多方參與者為了保證合約的有效性，需要嚴格按照本身的私鑰進行簽名。合約內(nèi)的所有事務都執(zhí)行完成后，狀態(tài)得到變更，合約被移出區(qū)塊。整個過程由系統(tǒng)自動完成，公開透明、不可篡改。賬本采用分塊的形式存儲，并以哈希散列值為索引構(gòu)成鏈狀結(jié)構(gòu)，形成區(qū)塊鏈[10,12]。本文設計的每個區(qū)塊分為區(qū)塊的頭部和區(qū)塊的主體兩部分[12-14]。區(qū)塊鏈節(jié)點的上鏈生成過程如圖2 所示。

圖2 資源區(qū)塊上鏈過程

2.4 基于激勵的教學資源鏈構(gòu)建過程

在區(qū)塊鏈激勵機制的驅(qū)動下，知識構(gòu)建者之間具有了明顯的競爭關系。促使知識點構(gòu)建過程的優(yōu)化與資源的動態(tài)更新。通過資源的激勵共享機制，利用率高的教學資源節(jié)點，針對使用的頻次，資源構(gòu)建者可以得到對應的激勵幣。從而進一步促進資源建設者的資源持續(xù)優(yōu)化動力的提升，形成動態(tài)的優(yōu)化資源循環(huán)體系。優(yōu)化循環(huán)過程如圖3 所示。

圖3 資源構(gòu)建循環(huán)優(yōu)化

3 教學效果

教學實施過程中在結(jié)合超星平臺的基礎上，基于我院計算機科學與技術(shù)專業(yè)2017 級（傳統(tǒng)教學模式）與2018 級（基于教學資源區(qū)塊鏈模式）的課程教學來完成。針對這兩屆學生期末課程成績進行課程期末成績分析對比，得到優(yōu)秀率、不及格率的對比數(shù)據(jù)（各個分數(shù)段，以20 分為一分數(shù)段統(tǒng)計）。圖4 中表示的是2017 級學生的教學資源中各類資源的布置情況，以及學生線下教學對應的分段成績分布情況。圖5 中表示的基于區(qū)塊鏈理念建立的線上教學資源中各類資源的布置情況，以及學生線上教學對應的分段成績分布情況。從班級總體學習成績效果分析（結(jié)合圖4 和圖5 數(shù)據(jù)圖形結(jié)果），可以發(fā)現(xiàn)學生學習成績有了不同程度地提高。說明基于區(qū)塊鏈智能合約技術(shù)構(gòu)建的教學框架，具有一定的積極作用。

圖5 學習資源任務點布置與綜合成績分布

4 結(jié)論

在傳統(tǒng)的教學過程中原有線下教學資源的教學組織較分散，線上學習者無法根據(jù)自己的偏好選擇針對性較強的數(shù)據(jù)資源?；趨^(qū)塊鏈的線上教學資源每個結(jié)點都根據(jù)資源特征進行資源的標注與存儲，完成了數(shù)據(jù)資源的特征化訪問。但是基于教學資源區(qū)塊鏈的教學實施，首先需要按照上述方式完成教學資源的存儲與管理，形成教學資源區(qū)塊鏈。本文以軟件工程課程為例進行了教學實施，結(jié)果表明在教學知識點的資源訪問率、知識點掌握情況和學習成績方面都有不同程度的提升。